Тема: Понятия о курсоуказателях
Лекция 4.
1. Основные элементы земного магнетизма.
2. Магнитный компас.
3. Девиация и поправка магнитного компаса.
4. Гироскопический компас. Гироазимут. Поправка гирокомпаса.
- Основные элементы земного магнетизма.
Одним из типов курсоуказателей на судне является магнитный компас, работа которого основана на использовании магнитного поля Земли.
Магнитное поле Земли в любой точке можно описать вектором его напряженности (единица напряженности эрстед). Его можно представить в виде следующих элементов: собственно вектора напряженности Т, его горизонтальной H и вертикальной Z составляющих, магнитного склонения d и магнитного наклонения I(рис.1).
|
Вертикальная плоскость, содержащая векторы T, H, Z, называется плоскостью магнитного меридиана(magnetic meridian plane), а след ее пересечения с плоскостью истинного горизонта есть линия магнитного меридиана. Именно в этой плоскости и устанавливается картушка магнитного компаса с системой магнитных стрелок.
Горизонтальная составляющая Н определяет направление магнитного меридиана в конкретной точке поверхности Земли и удерживает чувствительный элемент магнитного компаса в его плоскости.
Магнитное склонение d(magnetic variation)- ‘это угол в плоскости истинного горизонта между географическим (истинным) и магнитным меридианами.
|
В различный районах Земли магнитный меридиан может быть отклонении к E или к W от истинного, соответственно склонение может иметь знак «+» или «–» в расчетных формулах.
Магнитным наклонением I называется угол между горизонтальной плоскостью и направлением вектора напряженности магнитного поля.
Существуют следующие соотношения: на магнитных полюсах Z=T, H=0, на магнитном экваторе H=T, Z=0.
Магнитное склонение Земли непостоянно по времени. Вариации среднегодовых значений его характеристик называют вековыми вариациями. Для судовождения наибольшее значение имеют вековые вариации магнитного склонения. Прогноз изменения магнитного склонения указывается на морских навигационных картах в градусах и минутах в год. Приводя склонение к году плавания (к определенной эпохе), следует иметь ввиду, что годовое изменение на картах Δd относится к абсолютной величине d.
Пример: плавание в 2008г. На МНК d2000 =4,0ºЕ ; год. увел. 0,05º; Определить d2008 =?
Решение: За 8 лет ∆ d = 8 ×0,05º=0,4º ; d2008 =4,0º +0,4º =4,4ºЕ;
Изменение магнитного склонения на Земном шаре открыл Колумб в своем первом плавании в Америку в 1492 году. Оно изменяется в широких приделах от -180о до +180 о
- Магнитный компас.
Как уже говорилось, одним из приборов курсоуказания служит магнитный компас (magnetic compass).
Магнитный компас (МК) – это прибор, принцип устройства которого основан на использовании свободно подвешенной магнитной стрелки устанавливаться по направлению магнитных силовых линий внешнего магнитного поля. МК предназначен для непрерывного указания компасного курса судна и для определения компасных направлений или курсов углов на различные ориентиры и небесные светила.
Свойство намагниченного железа указывать на N магнитный использовалось китайцами много тысяч лет назад. Но настоящий компас в Европе появился в начале XIII века, изобрел его итальянец Флавио Джойя. Он приспособил к стрелке картушку.
Магнитный компас прост, малогабаритен, независим от источников питания, всегда готов к действию. Но его показания необходимо исправлять поправкой, величина и знак которой изменяются в зависимости от курса судна, местоположения на земной поверхности и других причин. В высоких широтах точность показаний МК уменьшается, а районах магнитного и географического полюсов он вообще перестает работать.
Рис. 3
1 ― защитный колпак; 2. ― котелок с картушкой; 3 ― пеленгатор; 4 ― ноктоуз;
5 ― девиационный прибор.
Нактоуз (binnacle) – предназначен для установки котелка и представляет собой силуминовый шкаф с дверцей. Его основные части: корпус, верхнее и нижнее основание, амортизирующий подвес, девиационный прибор и защитный колпак.
Девиационный прибор помещается внутри нактоуза и представляет собой латунную трубу с двумя подвижными каретками для установки магнитов уничтожителей. Комплект магнитов для уничтожения полукруговой девиации придается к компасу.
Рис.4
1 ― основная камера; 2 ― колонка картушки; 3 ― шпилька; 4 ― курсовая черта; 5 ― дополнительная камера; 6 ― диафрагмы; 7 ― стекло; 8 ― лампочки; 9 ― стеклянная крышка; 10 ― азимутальный круг; 11 ― свинцовый груз; 12 ― козырек.
Котелок (chamber) (рис. 4) представляет собой латунный цилиндрический резервуар, разделенный на две камеры, сообщающиеся между собой. В верхней камере (float chamber) помещена картушка компаса, а нижняя (fluid chamber) служит для компенсации изменения объема компасной жидкости при колебаниях температуры окружающего воздуха.
В качестве компасной жидкости употребляют раствор этилового спирта (43%) в дистиллированной воде, замерзающий при температуре -26оС. Для уменьшения колебаний котелка во время качки к нижней ее части обычно прикрепляют латунную чашку со свинцовым грузом 3.
Котелок снабжен кардановым кольцом, которое позволяет сохранить в горизонтальном положении азимутальное кольцо котелка.
Азимутальный круг (azimuth circle) – медное кольцо по окружности котелка, разбитое от 0 до 180 градусов от носа вправо и влево.
Рис.5
1― диск со шкалой; 2― поплавок; 3― агатовая топка; 4― винт; 5― система магнитных стрелок
Картушка (compass cart))(рис.5) – главная часть компаса. Она состоит из системы магнитных стрелок (6 штук), поплавка, агатовой топки, винта для крепления топки, кронштейнов, поддерживающих слюдяной диск, на котором наклеивается бумажный диск, разделенный на румбы и градусы.
Пеленгатор (direction finder)(рис. 6) - специальное приспособление для определения направлений на видимые предметы и небесные тела. Он состоит из основания, предметной и глазной мишени и чашки для дефлектора.
Рис. 6
1 ― основание; 2― предметная мишень; 3― чашка; 4― светофильтр; 5― глазная мишень
Из-за несовпадение географических и магнитных полюсов приводит к определенным ограничениям и неточностям в использовании магнитного компаса как курсоуказателя.
Таким образом, магнитный компас показывает не на истинный норд, а на магнитный. Соответственно, мы снимаем с него не ИК и ИП, а магнитный курс МК и магнитный пеленг.
Магнитный курс (МК)(magnetic course) - угол между северной частью магнитного меридиана и ДП судна.
Магнитный пеленг (МП()(magnetic bearing))- угол между северной частью магнитного меридиана и направлением на предмет (рис.6).
|
Алгебраические формулы связи между истинными и магнитными направлениями имеют вид:
| ИК = МК + d | (4.1) | |
| ИП = МП + d | (4.2) | |
| МК = ИК - d | (4.3) | |
| МП = ИП - d | (4.4) |
Кроме воздействия земного магнетизма, на компас воздействуют магнитные силы судового железа и электромагнитные силы от различных приборов и устройств, имеющихся на судне. Под действием этих сил компасная стрелка отклоняется от магнитного меридиана на некоторый угол d (рис.6),называемый девиацией магнитного компаса (deviation magnetic compass), и располагается вдоль компасного меридиана (compass meridian).
Девиация изменяется с курсом судна. Если компасный меридиан отклонен к Е от магнитного, то девиация восточная (остовая), а если к W , тог девиация западная ( вестовая).девиация имеет соответствующие знаки «+» для остовой и «–» для вестовой в расчетных формулах. Следует сказать, что девиация относится к конкретному компасу в конкретном месте судна.
Таким образом, у нас есть еще один меридиан, относительно которого определяются направления в море.
|
Компасным курсом (КК) (compass course) (рис.7) – называется угол между северной частью компасного меридиана и направлением и ДП судна.
Компасным пеленгом (КП) (compass bearing) - называется угол между северной частью компасного меридиана и направлением на предмет.
Формулы связи между компасными, магнитными и истинными направлениями следующие:
| МК = КК +δ | (4.5) | |
| МП = КП + δ | (4.6) | |
| ИК = КК + d + δ | (4.7) | |
| ИП = КП + d + δ | (4.8) |
Алгебраическая сумма склонения d и девиации dназывается общей поправкой магнитного компаса (ΔМК)( compass correction):
| ΔМК = d + δ | (4.9) |
Формулы (4.7) и (4.8) перепишем с учетом (4.9):
| ИК = КК + ΔМК | (4.10) | |
| ИП = КП + ΔМК | (4.11) |
В навигации есть следующие типы задач, которые решаются по вышеприведенным формулам, с которыми постоянно приходится иметь дело штурману.
Исправление румбов (прямая задача) т.е. переход от компасных к магнитным и истинным направлениям. Её решают, тогда, когда необходимо проложить курс, которым следует судно на карте или при определении места судна, когда снятые с компаса отсчеты пеленгов надо проложить на карте.
| ИК = КК + ΔМК | ||
| ИП = КП + ΔМК | ||
| ИК = МК + d | (4.12) | |
| ИП = МП + d | ||
| МК = КК + δ | ||
| МП = КП + δ |
Перевод румбов (обратная задача) – это переход от истинных направлений к компасным и магнитным. Такую задачу, например, решают, когда необходимо задать КК рулевому после того, как ИК проложен на карте или при выходе в точку поворота по КП, который рассчитан по снятому с карты ИП ориентира.
| КК = ИК - ΔМК | ||
| КП = ИП - ΔМК | ||
| МК = ИК- d | (4.13) | |
| МП = ИП - d | ||
| КК = МК - δ | ||
| КП = МП - δ |
Вспомогательные задачи
| ΔМК = ИК - КК | ||
| ΔМК = ИП - КП | ||
| d = ИК - МК | ||
| d = ИП - МП | (4.14) | |
| δ = МК- КК | ||
| δ = МП - КП |