Теория магнитных компасов. Теория девиации

С выхода усилителя А2 напряжение Uвых подается на управляющую
обмотку исполнительного двигателя M1 (к основной обмотке этого двигателя подводится питающий ток частотой 400 Гц, напряжением 40 В от
прибора ЗБ). Вращение двигателя M1 через редуктор передается на ротор
трансформатора В2. Отработка следящей системы продолжается до тех
пор, пока сигнал Uc не станет равным нулю.

Любое изменение курса судна вызывает появление сигнала Uc, который после усиления вызывает вращение двигателя Ml и поворот ротора В2 на угол, пропорциональный изменению курса судна.

Одновременно с ротором трансформатора В2 поворачивается ротор сельсина-датчика В3, который передает это вращение на сельсины-приемники репитерной системы.

В приборе 50 предусмотрен ручной ввод общей поправки магнитного компаса, равной сумме склонения d и девиации . Значение общей поправки (для данного курса) вводится через дифференциал Е1, после этого на репитерах компаса устанавливается отсчет истинного курса. В тех случаях, когда поправка не вводится, ее следует учитывать обычным образом, складывая алгебраически ее значение с отсчетом курса (пеленга), снятого с репитера.

Для исключения инструментальной ошибки, обусловленной неточной работой феррозондов, в схеме предусмотрен индукционный корректор A3, который по заранее составленной программе формирует дополнительное напряжение ~ UKOР, подаваемое на выход усилителя А2. Программа корректора реализуется от механизма следящей системы при отработке двигателя M1.

Автоколебания в репитерной системе гасятся посредством введения сигнала ~ U0. c обратной связи. Этот сигнал создается генератором G1 только при вращении двигателя M1. Потенциометром R3 выполняется регулировка сигнала обратной связи, уровень которого должен быть достаточным для обеспечения нормальной колебательности шкалы репитера. Установку регулятора R3 выполняют в порту.

9. Дать характеристику судовым магнитным силам и девиациям, которые они порождают

Судовое железо в магнитном отношении можно разделить на две категории -- мягкое и твердое. Мягкое железо в поле Земли приобретает индуктивный (временный) магнетизм. При изменении курса судна элементы из мягкого материала перемагничиваются, а при отсутствии внешнего (намагничивающего) поля теряют свой магнетизм. Твердое железо имеет постоянную намагниченность, которая возникает в процессе постройки судна под влиянием сильных намагничивающих полей. Постоянный магнетизм в дальнейшем, при плавании судна, не зависит от курса судна и стабильно сохраняется в течение длительного времени.

При изменении курса судна k величина всех отмеченных сил меняется. На одних курсах эти силы становятся равными нулю, на других достигают максимального значения.

Для практического пользования удобнее иметь и рассматривать те магнитные силы, модули которых являются постоянными величинами, не зависящими от курса судна.

Рассмотрим каждую силу в отдельности, определим направления сил (в зависимости от курса судна) и виды девиаций, создаваемых этими силами.

Сила лН. Вектор силы лН (рис. 17) представляет собой сумму двух векторов, имеющих одно и то же направление -- по магнитному меридиану N_M:

На рис. 17 через k обозначен магнитный курс судна, а через б₁-- его дополнение до 360°; б₁=360°- k.

Множитель лм-- это безразмерный коэффициент, показывающий, насколько направляющая сила лН (на судне) уменьшена влиянием судового железа по сравнению с аналогичной силой Н вне судна.

Поскольку судовые параметры а и е всегда отрицательны, коэффициент л на судах всегда меньше единицы:

Следует отметить, что на верхнем мостике судна величина л примерно равна0,8...0,9, а в рулевой рубке л= 0,5...0,7. В румпельном отделении судовое железо еще сильнее экранирует естественное магнитное поле Земли, там коэффициент л= 0,5...0,3, и магнитный компас работает менее надежно, чем на открытой палубе.

Сила DлН. Векторное представление этой силы показано на рис. 18. Вектор F₂=DлН образуется геометрическим сложением положительного продольного вектора , направленного к носу судна, и отрицательного поперечного вектора , имеющего направление к левому борту. Вектор F₂ относительно диаметральной плоскости направлен под углом б_2.

Знак "минус" показывает, что б₂ отсчитывается от диаметральной плоскости в противоположную сторону по сравнению с углом б₁. Численные значения этих углов равны: б₂= б₁. Можно найти угол г, характеризующий направление силы DлH относительно магнитного меридиана. По рис. 18, с учетом того, что | б₂ | =| б₁ |, находим: г= 360° - 2б₁ = 360° - 2(360° - k) = 2k.



Следовательно, направление силы DлН зависит от магнитного курса судна k и определяется его удвоенным значением 2k.

На рис. 19 показаны направления силы DлН на курсах 0°, 45° и90°. Анализируя эти рисунки, можно сделать вывод: девиация от силы DлН на главных румбах (N, E, S, W) равна нулю, а на промежуточных (четвертных) Курсах (NE, SE, SW, NW) равна некоторому максимальному значению д_max. Зависимость девиации от курса судна можно представить в виде графика (рис. 20), на котором есть четыре максимальных значения девиации и четыре нулевых. Такая девиация называется четвертной. Следует отметить, что максимальное значение четвертной девиации д_max равно коэффициенту четвертной девиации D. Его можно выражать или в градусах, или в отвлеченной мере -- в радианах.



Сила ЕлН. Векторное представление силы ЕлН можно видеть на рис.21. Вектор F3= ЕлН образуется геометрическим суммированием продольной силы и поперечной силы . Направление силы ЕлН можно характеризовать углом б₃ относительно поперечной судовой оси у. На рис. 21, кроме силы ЕлН, также показана сила DлН, направление которой, как уже нам известно, определяется углом б2 относительно продольной судовой оси х. Из соотношений

видно, что угол б₃ равен углу б₂. Но так как углы б₃ и б₂ отсчитываются от взаимноперпендикулярных осей у и х, то очевидно, что сила ЕлН всегда перпендикулярна силе DлН. Следовательно, относительно магнитного меридиана сила ЕлН имеет направление 2k+ 90°.

Рассматривая действие силы ЕлН совместно с направляющей силой лН на различных курсах судна, можно убедиться, что на четвертных магнитных курсах (NE, SE, SW, NW) эта сила не вызывает девиации, а на главных курсах (N, E, S, W), наоборот, создает максимальную девиацию. Девиация от силы ЕлН, так же как и от силы DлН, носит четвертной характер. Следует отметить, что на транспортных судах величина коэффициента Е очень мала, и девиация от силы ЕлН составляет доли градуса.

Сила АлН. Эта сила представляет собой геометрическую сумму двух векторов -- отрицательного продольного и положительного поперечного (рис. 22).

Направление силы АлН можно характеризовать углом б₄, отсчитываемого от оси у, причем б₄= б₁ так как

Углы б1 и б4, равные между собой, отсчитываются от взаимноперпендикулярных осей х и у, поэтому угол в, определяющий направление силы АлН в навигационном варианте, т. е. Относительно магнитного меридиана, всегда равен90°, независимо от курса судна. Это наглядно показано на рис. 22. Таким образом, сила АлН всегда перпендикулярна магнитному меридиану. Она создает некоторую постоянную девиацию, одинаковую на всех курсах судна. Величина девиации от силы АлН, как правило, не превышает одного градуса. Эту девиацию не уничтожают, а учитывают как часть общей поправки компаса.



Сила ВлН. Эта сила образована как алгебраическая сумма двух продольных составляющих: cZ и Р (рис. 23).

Значит, сила ВлН-- продольная, действует всегда по продольной оси х, а направление силы ВлН совпадает с линией курса и характеризуется углом k. На двух курсах N и S действие силы BлН совпадает с направлением магнитного меридиана, и, следовательно, на этих курсах девиация от силы BлН равна нулю (рис. 24).

На курсах Е и W величина девиации от силы BлН максимальна (рис. 25). Девиация, меняющая два раза знак за полный цикл изменения курса судна (360°), называется полукруговой девиацией. График полукруговой девиации от силы BлН в зависимости от курса судна показан на рис. 26.



На примере силы BлН удобно рассматривать сущность коэффициентов девиации.

На рис. 27 показана ситуация, когда сила BлН создает максимальную девиацию д_max. В этом случае максимальная девиация дmax наблюдается не на магнитном курсе k=90°, а на компасном курсе k'=k-д_max=90°. Результирующий вектор определяет направление компасного меридиана N_K и величину девиации д_max. Из прямоугольного треугольника следует:

(30)

т.e. коэффициент полукруговой девиации есть отвлеченное число, равное синусу максимальной девиации от силы BлН, наблюдаемой на компасном курсе k= 90°. При малых (остаточных) девиациях (д_max< 5°), т.е. когда судовая сила BлН компенсирована магнитами-уничтожителями, вместо выражения (30) можно применять приближенную формулу: д_max ? В (31)

В этом случае коэффициент В можно выражать или отвлеченно, в радианах, или в градусах. Именно в этом состоит сущность коэффициента полукруговой девиации В, и также любого другого коэффициента (D, Е, А, С), величина которого численно равна максимальной девиации (от соответствующей силы), выраженной в градусах или радианах.

Сила СлН. Эта сила получается в результате алгебраического суммирования двух поперечных составляющих: СлН=fZ + Q (рис. 28). Следовательно, сила СлН-- поперечная, действует всегда по судовой оси y, а направление силы СлН характеризуется углом k+ 90°. Сила СлН, так же как и сила BлН, создает полукруговую девиацию с двумя максимумами (на курсах N и S) и двумя нулевыми значениями (на курсах Е и W). Основные сведения о силах, действующих на компас, и девиациях, возникающих от их влияния, представлены в табл. 6.

Таблица 6.

Сила	Коэффициент	Направление сил	Происхождениесил (коэффициентов)	Вид девиации
лН		0°	От продольного (a,b) и Поперечного (e,d) судового мягкого железа	Нет
АлН		90°		Постоянная
ВлН		k	От вертикального (cZ, fZ) и любого твердого (P,Q) судового железа	Полукруговая
СлН		k +90°
DлН		2k	От продольного (a,b) и Поперечного (e,d) судового мягкого железа	Четвертная
ЕлН		2k+90

10. Описать устройство дефлектора и инклинатора и указать основные проверки этих приборов

При проведении девиационных работ в ряде случаев требуется измерение напряженности судового или земного магнитных полей, а также их магнитного наклонения. Для этого используются специальные приборы - дефлектор и инклинатор. Рассмотрим принцип действия и особенности устройства указанных приборов.

Дефлектор предназначен для измерения напряженности судового или земного магнитных полей, действующих на картушку МК. Измерение осуществляется компенсационным методом. Сущность метода заключается в том, что измеряемое магнитное поле уравновешивается полем, создаваемым магнитом или магнитами дефлектора, и при достижении равенства этих полей с него снимается отсчет. Этот отсчет соответствует напряженности магнитного поля, создаваемого дефлектором, которая в данном случае равна измеряемой напряженности.

На практике используются два вида указанных приборов - дефлектор Колонга и дефлектор с равномерной шкалой. Принцип действия дефлектора Колонга заключается в следующем. Над картушкой 2 компаса (рис. 29) на некотором расстоянии r размещается постоянный магнит 1, с помощью которого путем его перемещения вверх или вниз осуществляется компенсация измеряемого магнитного поля. Дефлектор имеет также вспомогательный магнит 3, ось которого перпендикулярна оси компенсационного магнита. Указанный магнит позволяет определить момент полной взаимной компенсации полей. Действительно, картушка магнитного компаса находится под воздействием трех полей: измеряемого, компенсационного и вспомогательного магнитов.

Под действием этих полей она отклоняется от направления меридиана на угол , который определяется следующим равенством:

(31)

где Н, Н_к и Н_в- напряженности измеряемого магнитного поля, а также полей компенсационного и вспомогательного магнитов, соответственно; М - магнитный момент картушки. По мере увеличения степени компенсации измеряемого поля усиливается влияние поля вспомогательного магнита. При этом растет угол отклонения картушки от меридиана и при Н=Н_к, как это следует из равенства (31), он достигнет 90⁰. Картушка сориентируется вдоль оси вспомогательного магнита. Таким образом, поворот картушки на 90⁰ относительно оси компенсационного магнита свидетельствует о достижении полной взаимной компенсации первых двух полей и возможности съема показаний с дефлектора.

Устройство дефлектора Колонга показано на рис. 30. Компенсационный магнит 1 размером 95 х 10 х 10 мм изготовляется из высококачественного магнитного материала и имеет магнитный момент 1,7 А * м². Северный конец магнита отмечен риской. На время измерений магнит устанавливается в каретку 2, перемещающуюся по направляющей линейке со шкалой 3. Нижний конец линейки 3 прикреплен к основанию 5. В свою очередь, эта деталь крепится четырьмя винтами к стакану 8. Отверстия для винтов имеют эллиптическую форму, благодаря чему основание 5 вместе с линейкой 3 и измерительным магнитом 1 можно поворачивать на небольшие углы вокруг вертикальной оси. Такая операция выполняется во время выверки дефлектора для совмещения оси измерительного магнита 1 с визирной плоскостью пеленгатора. Поворот задается винтом 6. Стакан 8 дефлектора прикреплен к основанию 9, которое также может поворачиваться вокруг вертикальной оси, что необходимо для подгонки дефлектора к пеленгатору. Основание 9 имеет вертикальные вырезы для правильной ориентировки дефлектора относительно визирной плоскости при установке прибора на чашку пеленгатора.

Прибор снабжен приспособлением для микрометрического перемещения измерительного магнита 1, состоящим из маховика 7, зубчатой планки 12 и штока 13. На оси маховика 7 имеется небольшая шестерня, сцепленная с зубчатой планкой. При вращении маховика планка поднимается или опускается вместе с ввинченным в нее штоком 13, который с помощью винта 11 может быть соединен с кареткой 2. При этом каретка с измерительным магнитом будет медленно перемещаться по линейке.

Вспомогательный магнит 10 имеет длину 66 мм и диаметр 5 мм. Его магнитный момент равен 0,2 А * м². Этот магнит устанавливается в гнезде под основанием линейки и закрепляется винтом 4.

Изменение величины Н_к достигается за счет изменения расстояния r (рис.29) от компенсационного магнита до картушки. Как известно,

(32)

где М_к - магнитный момент компенсационного магнита. Магнит перемещается вдоль вертикальной линейки с делениями, на которой он установлен. Сам же дефлектор при измерении устанавливается на мостике пеленгатора МК.

В процессе измерений с помощью дефлектора следует помнить о том, что ось компенсационного магнита должна быть сориентирована таким образом, чтобы вектор напряженности его магнитного поля был направлен строго противоположно вектору напряженности измеряемого поля. Так, при оценке величины горизонтальной составляющей напряженности судового магнитного поля перед установкой дефлектора на пеленгатор следует под его призму подвести отсчет, равный 180⁰, вне зависимости от курса судна.

С помощью дефлектора Колонга можно производить измерение и вертикальных составляющих земного и судового магнитных полей. Однако, для этого лучше использовать судовой инклинатор, описанный ниже.

Недостатком дефлектора Колонга является то, что он имеет нелинейную шкалу. В результате цена одного деления, нанесенного на направляющей линейке 3, изменяется при изменении положения магнита. Это, в свою очередь, затрудняет съем показаний с прибора. Указанный недостаток отсутствует в дефлекторе с равномерной шкалой.

Принцип действия дефлектора с равномерной шкалой аналогичен принципу действия рассмотренного прибора. Отличительной особенностью является то, что изменение компенсирующего поля осуществляется изменением относительного положения двух магнитов (рис. 31), при этом расстояние r от магнитов до картушки остается постоянным. Компенсационные магниты располагаются один над другим и могут поворачиваться вокруг вертикальной оси в разные стороны на равные углы . При нулевом значении угла эти магниты расположены таким образом, что их оси параллельны, а полюса взаимно противоположны. Над северным полюсом нижнего магнита находится южный полюс верхнего. При таком положении они создают в районе картушки МК два равных противоположно направленных поля, в результате чего воздействие дефлектора на картушку практически будет отсутствовать. Если угол не равен нулю, то магнитные поля, напряженностью Н_к1 и Н_к2 каждого магнита складываясь образуют результирующее поле, вектор Н_к напряженности которого направлен вдоль меридиана и компенсирует измеряемое поле. Очевидно,

(33)

Выражение (33) показывает, что при изменении угла величина Н_к будет изменяется по синусоидальному закону. Для придания шкале дефлектора равномерности она приводится во вращение через специальный синусный механизм.



Устройство дефлектора с равномерной шкалой показано на рисунке 32. Измерительные магниты 20 укреплены на шестернях 8, которые приводятся во вращение с помощью червячной передачи 9, 10, зубчатого колеса 11 и рукоятки 13. Верхний магнит имеет несколько больший магнитный момент, чем нижний. Это необходимо для того, чтобы влияние обеих магнитов на картушку компаса было одинаковым. Если указанное условие по каким либо причинам не вполне выполняется, возможна регулировка прибора путем перемещения одного из магнитов в вертикальном направлении. Это достигается путем вращения головки 4, закрываемой колпачком 5. При вращении рукоятки 13 одновременно с измерительными магнитами поворачивается на оси 6 диск 14 со шкалой. Поворот диска со шкалой задается синусным механизмом 7, связанным с верхней шестерней 8 штифтом 1. Это, как было указано выше, обеспечивает равномерность шкалы дефлектора. Измерительная система смонтирована на плате 18 в корпусе 2. Верхняя часть корпуса закрыта стеклянной крышкой 3. Для установки дефлектора на чашку пеленгатора служит основание 17. В нем прорезано сквозное овальное отверстие 15 для наблюдения нити предметной мишени пеленгатора. В гнездах основания 17 помещен вспомогательный магнит 16. Одно из гнезд имеет колпачок 12 с внутренней резьбой, куда ввинчивается конец вспомогательного магнита. Перед измерениями с помощью дефлекторов необходимо провести их проверку и подгонку к пеленгатору.

Дефлектор с равномерной шкалой должен храниться и переноситься к месту работы в футляре. Разборка дефлектора, его ремонт могут выполняться только специалистами навигационных камер. Запрещается прилагать усилия при установке дефлектора на компас, при "заедании" ручки редуктора или регулировочного винта.

Для установки дефлектора к основанию пеленгатора компаса крепится гачками съёмный мостик с чашкой. Дефлектор устанавливается на чашку пеленгатора так, чтобы направляющий штифт вошёл в прорезь основания дефлектора до упора.

Перед измерениями проверяется нулевое положение измерительных магнитов и осуществляется пригонка пеленгатора к дефлектору. Проверка нулевого положения магнитов производится в следующей последовательности:

1. Пеленгатор устанавливается на котелок так, чтобы отсчёт 180° (S) картушки находился под его призмой.

2. Из дефлектора вынимается вспомогательный магнит и удаляется на расстояние 2-3 метра от компаса. Ручка редуктора разворачивается по часовой стрелке до упора; при этом должен получиться нулевой отсчет по шкале дефлектора.

3. Дефлектор устанавливается на чашку пеленгатора таким образом, чтобы отсчёт по азимутальному кругу остался неизменным. Проверяется отсчёт по картушке компаса под призмой пеленгатора; он должен остаться равным 180°.

4. Если S картушки ушёл из-под призмы более чем на 1°, нужно отвинтить колпачок на крышке дефлектора и вращением регулировочного винта подвести отсчёт 180° под призму пеленгатора. После этого колпачок завинчивается на место.

Для пригонки пеленгатора к дефлектору необходимо:

1. Установить пеленгатор на отсчёт под призмой, равный 90°. Заметить отсчёт по азимутальному кругу.

2. Привести поворотом ручки редуктора до упора: измерительные магниты в нулевое положение. Вспомогательный магнит должен быть установлен в предназначенное для него гнездо. Установить дефлектор обычным порядком на чашку пеленгатора.

3. Проверить неизменность положения пеленгатора (по отсчёту азимутального круга). Когда катушка успокоится, заметить отсчёт под

призмой. Он должен отличаться от первоначального (до установки дефлектора) не более чем на 0,2°.

4. Если отсчёт под призмой отличается от первоначального более чем на 0,2° , то с помощью пеленгаторного ключа ослабляют винты, крепящие чашку для дефлектора к мостику пеленгатора. Следя за тем, чтобы положение пеленгатора на котелке не изменилось, разворачивают чашку вместе с дефлектором в сторону отклонения картушки, добиваясь получения первоначального отсчёта с точностью 0,2°. После этого закрепляют чашку винтами, проверяя неизменность отсчёта под призмой и на азимутальном круге.

Принцип действия инклинатора

Судовой инклинатор предназначен для измерения наклонения судового или земного магнитных полей. Основными частями этого прибора являются магнитная система, шкала, корпус и арретирующие устройства.

Магнитная система состоит из двуx цилиндрическиx магнитов 13 (рис. 33), эквиполюсы которыx расположены под углом 30° к магнитной оси системы. Такое положение магнитов обеспечивает нечувствительность системы к неоднородным магнитным полям, которые могут действовать на прибор в судовыx условияx. Магниты укреплены в рамке 12, имеющей четыре лопасти 2, демпфирующие колебания магнитной системы. На рамке установлены индексы 11 для отсчета показаний прибора по шкале. На цилиндрической части индексов нарезана резьба, на которую навернуты гайки 14. Путем перемещения этиx двуx гаек магнитная система балансируется относительно поперечной оси. Для балансировки системы относительно продольной оси служат две гайки 3 на стержнях, укрепленных в поперечной плоскости магнитной системы. У идеально отбалансированного прибора центр тяжести магнитной системы располагается на ее оси вращения.

В центре рамки укреплена ось 4 магнитной системы, концы оси вращаются в подпятникаx 6, вмонтированных в мостик 9 на пружинныx амортизатораx 5. Диск 15, на котором нанесена шкала для отсчета наклонения, также имеет горизонтальную ось, вращающуюся в шариковыx подшипникаx. Шкала разбита по четвертям от 0 до 90°, причем нулевые деления располагаются в горизонтальной плоскости даже при крене. Для этого диск со шкалой снабжен латунным грузом и является своего рода маятником. Цена деления шкалы 1°. Каждое десятое деление оцифровано.

У исправного прибора угол застоя магнитной системы не превышает 0,2°. Магнитная система и шкала помещены в латунный корпус 1, закрываемый стеклянной крышкой 7. На боковыx сторонаx корпуса наxодятся приливы для установки съемныx цапф 10, на которыx инклинатор подвешивают в нактоуз компаса.

Прибор снабжен устройствами для арретирования магнитной системы и диска со шкалой. Арретиры приводятся в действие, если цапфы прибора повернуты на шарнире к корпусу и нажимают на стержни 8. Когда цапфы повернуты в горизонтальное положение (прибор установлен в нактоуз), магнитная система и диск со шкалой снимаются с арретира.

В комплект инклинатора вxодит несколько пар съемныx цапф раз- личныx размеров, что позволяет использовать его при работе на компасаx разныx систем. Кроме того, в комплект вxодит несколько видов подцапфенныx опор.

В верxней части корпуса прибора установлена втулка 16 для ком-пенсационного магнита, с помощью которого можно компенсировать вертикальную составляющую магнитного поля в том случае, если инк-линатор предполагается использовать в режиме магнитныx весов. Внутри втулки сделана резьба, на которую навинчивается пенал 17 с компенсационным магнитом. Этиx магнитов в комплекте прибора четыре, и каждый из ниx имеет определенный магнитный момент. В зависимости от величины магнитного момента магниты пронумерованы порядковыми номерами. Магнит № 1 обладает наибольшим моментом, а № 3 -- наименьшим. Магниты позволяют компенсировать вертикальную составляющую магнитного поля частично или полностью в любыx возможныx на судаx магнитныx условияx.

На одном из приливов корпуса нанесена риска, позволяющая при работе с прибором устанавливать его в одинаковое положение отно-сительно меридиана, что имеет существенное значение в теx случаяx, когда инклинатор перед работой не был выверен. В нижней части корпуса укреплен груз для придания инклинатору устойчивости в вертикальной плоскости. Прибор хранится в деревянном футляре.

Перед измерениями инклинатор, как и дефлектор, следует выверить.

Измерение наклонения на берегу производится в месте, свободном от влияния посторонних магнитных полей. Инклинатор устанавливается на вилку треноги или на горизонтальную поверхность. При этом красная риска, нанесённая на одном из приливов корпуса, должна быть обращена к северной половине горизонта. Медленно и плавно разворачивая вилку вокруг оси треноги, следят за изменением отсчёта, добиваясь его уменьшения. Когда плоскость магнитной системы прибора совпадает с магнитным меридианом, угол его наклонения получит наименьшее значение. В этом положении снимается отсчёт по шкале с точностью 0,5° (всегда по одному и тому же индексу - верхнему или нижнему). Этот отсчёт и даёт значение наклонения вектора земного магнитного поля.

Измерение наклонения на судне производится на курсе 90° или 270°. Котелок компаса вынимается из нактоуза и удаляется на расстояние не менее 3 м от него. В подцапфенные гнёзда нактоуза устанавливаются опоры для цапф, соответствующие типу компаса. На оси инклинатора надеваются необходимые цапфы, и инклинатор ставится в нактоуз компаса. Когда магнитная ситема успокоится, по шкале снимается отсчёт наклонения с точностью до 0, 5°.

При больших значениях наклонения (более 600) точность его измерения инклинатором понижается. Поэтому, в процессе измерения его искусственно уменьшают. Для этого в пенал втулки на корпусе инклинатора устанавливается один из компенсационных магнитов цилиндрической формы, входящих в комплект прибора. В северной широте магнит устанавливается северным концом вверх, в южной - вниз. Перемещая пенал по резьбе во втулке, добиваются получения отсчёта по шкале, равного 45°. Эта величина и принимается за условное значение берегового наклонения. Судовые измерения проводятся тоже с этим магнитом.

Для выполнения некоторых девиационных работ оказывается необходимым полностью компенсировать действие вертикальной составляющей поля на магнитную систему прибора. Этого добиваются также с помощью компенсационного магнита, перемещая его до тех пор, пока стрелки магнитной системы не расположатся горизонтально, чему соответствует отсчёт 0 по шкале инклинатора.

Рассчитать коэффициенты и составить рабочую таблицу девиации по следующим исходным данным:

№ вар

Размещено на http://www.allbest.ru

N	NE	E	SE	S	SW	W	NW
4		-0.6	-1.6	-1.7	-0.5	+0.4	+1.5	+0.8	-1.1

Девиация определяется как разность между известным магнитным пеленгом МП и наблюдаемым по компасу компасным пеленгом КП. д= МП- КП.

Величина девиации также может быть рассчитана как разность между известным магнитным курсом k и отсчетом курса по компасу k': д=k-k'.

На практике применяют следующие способы определения девиации:

1) по пеленгу створа, истинное направление которого (ИП) указано на навигационной карте;

2) по сличению магнитного компаса с гирокомпасом;

3) по пеленгу небесного светила(астрономический способ);

4) по пеленгу естественного створа, не обозначенного на карте.

При любом способе девиация определяется для конкретного (заданного) компасного курса. Каждый из способов имеет свои особенности. В первом случае следует заранее вычислить магнитный пеленг створа по формуле МП= ИП- d,

где ИП-- истинный пеленг створа, d-- магнитное склонение.

Значение ИП и d берут с карты. Судно направляют на заданный компасный курс и в момент пересечения створной линии пеленгуют створ. Компасный пеленг, как правило, отмечают с точностью до 0,1°. С такой же точностью получается и результат вычисления девиации.

Для определения девиации для другого курса необходимо сделать поворот судна, лечь на новый заданный курс, снова пересечь линию створа, взять отсчет нового компасного пеленга и рассчитать разность между магнитным пеленгом, оставшимся неизменным, и новым компасным пеленгом.

При определении девиации магнитного компаса во втором случае, по сличению с гирокомпасом, существует одна особенность, которую необходимо учитывать-- это требование синхронности взятия отсчетов курса судна по магнитному компасу и репитеру гирокомпаса. Судно поочередно направляют на один из заданных курсов по магнитному компасу. Обычно это восемь румбов: N, NE, Е, SE, S, SW, W, NW. На каждом курсе два наблюдателя, по команде, в один и тот же момент замечают отсчет курса по магнитному компасу (КК_МК) и по гирокомпасу (КК_ГК). Отсчет КК_ГК следует исправить известной постоянной поправкой гирокомпаса ?ГК. После этого рассчитывают величину девиации по стандартной формуле д= МК- КК_МК= (ИК- d) - КК_МК.

Точность определения девиации этим способом зависит от стабильности поправки гирокомпаса. Как известно, при маневрировании судна, особенно в высоких широтах на большой скорости, у гирокомпаса появляется инерционная погрешность, переменная по величине, медленно уменьшающаяся до нуля (в течение нескольких часов после окончания маневрирования). Чтобы свести эти изменения поправки гирокомпаса к минимуму, необходимо при девиационных работах маневрировать на малых ходах и избегать поворотов судна на большое число градусов.

В открытом море девиацию магнитного компаса определяют по пеленгам Солнца, Луны, звезд, планет. Особенность этого способа заключается в следующем: истинный пеленг светила рассчитывается астрономическим способом, для чего необходимо дополнительно знать точный момент взятия пеленга, а также координаты места. Поскольку азимут светила непрерывно изменяется, необходимо вычислять среднее значение компасного пеленга из нескольких отсчетов. Так же, как и при способе сличения с гирокомпасом, определение девиации по пеленгу светила требует знания магнитного склонения для той точки, в которой находится судно.

При некоторых обстоятельствах, когда нет возможности применить первые три способа, прибегают к методу, основанному на пеленговании естественного створа, не обозначенного на карте. Для этой цели можно спользовать, например, приметные возвышенности, отдельные сооружения

и т.п. Этот метод выполняют в такой поcледовательности: -- направляют судно поочередно на компасные курсы N, NE, E, SE, S, SW, W, NW (с точностью до1°) и в момент пересечения линии естественного створа выполняют пеленгование (с точностью до 0,1°). Таким образом, получают восемь значений компасных пеленгов (КП_N, KП_NE, ..., KП_NW); -- рассчитывают среднее арифметическое, которое равно приближенному значению магнитного пеленга створа:

(КП_N+ KП_NE+ ... + KП_NW)/8 ? МП.

В вычисленное значение МП будет входить некоторая постоянная погрешность, зависящая от коэффициента А и инструментальной ошибки пеленгатора. В большинстве случаев эта погрешность невелика и ею можно пренебречь.

Данные наблюдений и расчетов сводят в таблицу, которая содержит значения девиаций на восьми компасных курсах (в градусах).

На основе восьми наблюдений девиаций сначала рассчитывают пять коэффициентов (А, В, С, D, Е), а затем, применяя эти коэффициенты, составляют рабочую таблицу остаточной девиации на любое число промежуточных курсов. Все расчеты выполняют при помощи табличных схем, составленных по основной формуле девиации для небольшой остаточной девиации д < 6°:

д =A+ Bsink'+ Ccosk' + Dsin2k'+ Ecos2k' (34)

Таким образом, составление рабочей таблицы девиации выполняют в три этапа:

1) определение остаточной девиации из наблюдений на восьми равноотстоящих компасных курсах;

2) вычисление пяти коэффициентов девиации с использованием восьми ее наблюденных величин;

3) расчет собственно таблицы, в которой приводятся отдельные значения функции д=f(k') с интервалом 15° или 10° компасного курса-- на основе вычисленных коэффициентов девиации.

Рассмотрим вывод формул для вычисления коэффициентов девиации:

д_N= A + Bsin0° + Ccos0° + Dsin2· 0° + Ecos2· 0°,

1) д= А+ С+ Е;

аналогичным образом можно получить выражения для других главных и четвертных курсов:

2) д_NE= А + В sin45° + C cos45° + D;

3) д_Е= А+ В- Е;

4) д_SE= А+ В sin135° + C cos135° - D;

5) д_S =A - C + E;

6) д_SW= A+ Вsin225° + C cos225° + D;

7) д_W= A - B - E;

8) д_NW= A+ Вsin315° + C cos315° - D.

В итоге получили восемь уравнений с пятью неизвестными (А, В, С, D, Е). Наличие избыточных уравнений способствует более точному вычислению коэффициентов, т.к. при этом ослабляется влияние случайных ошибок в отдельных наблюдениях.

Расчет неизвестных коэффициентов выполняют, используя метод наименьших квадратов. Для расчета необходимо каждое из восьми уравнений умножить на число, стоящее в этом уравнении при определяемом коэффициенте, а затем все уравнения сложить. В результате получается так называемое нормальное уравнение, из которого определяется искомый коэффициент. При коэффициентах А в каждом уравнении стоит множитель, равный единице. Поэтому для получения нормального уравнения следует сложить отдельно левые части уравнений и приравнять итог к алгебраической сумме всех слагаемых правых частей (эта сумма в данном случае составляет 8А). Нормальное уравнение принимает вид:

д_N+ д_NE+ д_Е+ д_SE+ д_S+ д_SW+ д_W+ д_NW = 8A

Отсюда можно получить формулу для расчета коэффициента А:

(35)

Вставляем в формулу данные из таблицы:

= -0.35 A= -0.35

Для получения расчетной формулы коэффициента В умножим первое и пятое исходные уравнения на ноль, третье уравнение на +1, седьмое-- на -1, второе и четвертое на +sin 45°, шестое и восьмое на -sin 45°. Необходимо также учесть равенства:

sin135° = +sin45°; cos45° = +sin45°;

sin225° = - sin45°; cos135° = - sin45°;

sin315° = - sin 45°; cos225° = - sin 45°;

cos315° = + sin45°.

Уравнения принимают вид:

1) д = А + С + Е;

2) д_NE sin45° = Аsin45° + В(sin45°)² + C (sin45°)² + Dsin45°;

3) д_Е = А + В - Е;

4) д_SE sin45°= Аsin45° + В(sin45°)² + C(sin45°)² - Dsin45°;

5) д_S =A - C + E;

6) - д_SW sin45° = - Asin45° + В(sin45°)² + C(sin45°)² + D sin45°;

7) - д_W = - A + B + E;

8) - д_NW sin45°= - Asin45°+ В(sin45°)² - C(sin45°)² + Dsin45°.

Суммируя левые и правые части, получаем нормальное уравнение:

д_NE sin45° + д_Е + д_SE sin45° - д_SW sin45° - д_W - д_NW sin45° = 2B+ 4B(sin45°)².

С учетом того, что (sin45°)2 = 1/2, формула для расчета коэффициента В принимает вид:

В = 1/4[(д_E- д_W) + (д_NE- д_SW)sin45° + (д_SE- д_NW)sin45°] (36)

Вставляем в формулу данные из таблицы:

В = 0.25* ( (-1.7-0.8)+(-1.6-1.5)*0.851+(-0.5-(-1.1))*0.851 =

B = 0.25* (-2.5 + (-3.1*0.851) + 0.6*0.851) = 0.25* (-2.5+ (-2.64) + 0.51) = 0.25*(-4.63) =

B = -1.16

Аналогичным образом можно получить формулы для других коэффициентов:

C = l/4[(д_N - д_S) + (д_NE - д_SW)sin45° - (д_SE - д_NW)sin45°] (37)

Вставляем в формулу данные из таблицы:

C = 0.25* (-1 + (-3.1*0.851) + 0.6*0.851) = 0.25* (-1+ (-2.64) + 0.51) = 0.25*(-3.13) =

C = -0.78

D = 1/4[(д_NE+ д_SW) - (д_SE+ д_NW)] (38)

Вставляем в формулу данные из таблицы:

D = 0.25*(-0.1 - (-1.6)) = 0.25*1.5 = 0.38 D =0.38

E= l/4[(д_N + д_S) - (д_E + д_W)]. (39)

Вставляем в формулу данные из таблицы:

E = 0.25*(-0.2 - (-0.9)) = 0.25*0.7 = 0.18 E = 0.18

Коэффициенты девиации, вычисленные по формулам (35) -- (39), получаются с минимальным влиянием случайных ошибок.

Используя ту же самую основную формулу (34), подставляя в нее полученные коэффициенты A, B, C, D, E и задавая через равные промежутки значения компасного курса k' можно рассчитать девиации на этих курсах и составить рабочую таблицу. Для удобства вычислений применяют бланковые формы, в основу которых положены выражения (35) -- (39). Все вычисления зделаны в Exele табличная форма.

Рабочая таблица девиации

компасный курса k'		девиация
0		-1.0
15		-1.1
30		-1.2
45		-1.3
60		-1.5
75		-1.6
90		-1.7
105		-1.6
120		-1.4
135		-1.0
150		-0.5
165		0.1
180		0.6
195		1.0
210		1.3
225		1.4
240		1.3
255		1.0
270		0.6
285		0.2
300		-0.2
315		-0.5
330		-0.7
345		-0.8

Заключение

Поскольку МК и дальше будет играть роль резервного курсоуказагеля, что предусматривается разрабатываемыми резолюциями ИМО, он будет постоянно совершенствоваться. И здесь основные усилия, по-видимому, будут направлены на:

· разработку бесконтактной системы подвеса картушки компаса или системы с минимальным уровнем моментов сил сухого трения в ее опоре;

· улучшение динамических характеристик картушки и адаптацию их к изменению широты места судна;

· дальнейшее развитие систем автоматического устранения влияния судового магнитного ноля на показания компаса;

· повышение надежности индукционных компасов и систем дистанционной передачи информации;

· дальнейшую микроминиатюризацию используемой схемотехники;

· снижение мощности, потребляемой изделием;

· применение встроенных энергоемких аккумуляторов, обеспечивающих автономное электропитание компасов в течение длительного времени (нескольких суток).

Все это будет способствовать решению основной задачи, направленной на повышение безопасности мореплавания.

Литература

Дмитриев В.И. Технические средства судовождения, 1990.

Саранчин А.И., Полковников В.Ф., Завьялов В.В. Индукционный электронный лаг ИЭЛ-2М, Учебное пособие, 2003.

Воронов В.В., Григорьев Н.Н., Яловенко А.В. Магнитные компасы, 2004.

Смирнов Е.Л., Морская навигационная техника, справочник, 2002.

Смирнов Е.Л., Яловенко А.В., Якушенков А.А., Технические средства судовождения, 1988.

Нечаев П.А., Григорьев В.В., Магнитно-компасное дело.

Полковников В.Ф., Абрамович Б. Г., Артемьев А.В., Гирокомпасы «КУРС - 4М» и «КУРС - 4МВ», Учебное пособие, 2007.

Кожухов В.П. - Магнитные компасы учебник для вузов - 1981 (212с)

Малетина, Компас КМ145-М Техническое описание и инструкция по эксплуатации КБ0.115.071-01 ТО

Кожухов В.П., Воронов В.В., Григорьев В.В. Магнитные компасы: Учебник для ВУЗов морск. трансп. - М.: Транспорт, 1981, - 212с.

Воронов В.В., Перфильев В.К., Яловенко А.В. Технические средства судовождения: Конструкция и эксплуатация: Учебник для ВУЗов - М.; Транспорт, 1988-335 с.

Студеникин А.И. Судовые навигационные системы. Устройство и эксплуатация магнитных компасов. Новороссийск, НГМА, 2001

Современный компас КМ115-07 http://www.navydevices.ru/products/km115-07.

Современные компасы классов А (КМ-145(-М, -К)) и Б (УКПМ-М) http://www.zora.ru/?a=show&id=48.

Размещено на Allbest.ru

...