ЭНП Конспект короткий

напряженности Н магнитного поля Земли.

Силы B′λH, и C′λH вызваны действием главным образом твердого железа и лишь частично – мягкого. Их изменение происходит в зависимости от изменения вертикальной составляющей магнитного поля Земли Z.

Определим, по каким направлениям действует каждая из судовых магнитных сил.

Сила λH. Сила λH является направляющей, стремящейся установить картушку компаса по магнитному меридиану всегда в сторону Nm, и непосредственно девиацию не создает.

Сила A′λH. Эта сила всегда направлена перпендикулярно магнитному меридиану. т.е. непосредственно сама вызывает девиацию, но мала по своему значению.

Сила B′λH. Равнодействующая силы B′λH действует относительно магнитного меридиана под углом, равным магнитному курсу К судна, т.е. направлена по диаметральной плоскости судна. Создается в основном твердым железом, подлежит уничтожению.

Сила C′λH. Сила C′λH всегда перпендикулярна диаметральной плоскости судна (силе B′λH) и составляет с магнитным меридианом угол, равный (К + 90о)

– сила действует в борт. Порождается в основном твердым железом, подлежит уничтожению.

Сила D′λH. Равнодействующая силы D′λH с магнитным меридианом образует угол 2К, равный удвоенному магнитному курсу судна. Возникает от действия мягкого железа, относительно велика.

Сила E′λH. Сила E′λH сдвинута относительно силы D′λH на 90о, т.е. направлена к магнитному меридиану под углом, равным (2К + 90о). Возникает от действия мягкого железа, не велика.

Рис. 4.6. Многоугольник судовых магнитных сил

52

Основная формула девиации. Характер девиаций. Преобразование уравнений Пуассона дает возможность получить точную формулу тангенса девиации или формулу Арчибальда Смита [11] в зависимости от точных значений коэффициентов девиации (4.2) и магнитных курсов. Однако применение ее на практике нецелесообразно, так как уничтожение девиации производится регулярно и оценивают остаточную девиацию, величина которой незначительна. Поэтому при выполнении девиационных работ пользуются приближенной формулой. При значении девиации до 6о с достаточной для практики точностью формула девиации после упрощений имеет вид:

Упрощения достигнуты в результате учета того, что магнитные и компасные курсы связаны равенством К′ = К – δ и допущений: синус и тангенс малого угла численно равны самому углу.

В результате точные коэффициенты девиации A′, B′, C′, D′ и E′ заменены значениями A, B, C, D и E, именуемыми приближенными коэффициентами девиации, которые можно определить по наблюдениям при оценке остаточной девиации. Полученная формула получила название основной формулы девиации в функции от компасного курса.

На рис. 4.7 показан характер изменения девиации в зависимости от курса, вызванных силами: постоянной – A′λH; полукруговыми – B′λH и C′λH; четверт-

ными – D′λH и Е′λH.

Рис. 4.7. Графики остаточных девиаций:

а) – постоянной; б) – полукруговой; в) – четвертной; г) – результирующей

53

Таким образом, изменение девиации δ в зависимости от компасного курса определяется алгебраической суммой постоянной, полукруговой и четвертной девиаций в виде результирующей, типичный график которой показан на рис. 4.7, г. Этот график строится с использованием основной формулы девиации (4.3) и характеризует остаточную девиацию компаса после выполнения девиационных работ.

4.4. Уничтожение девиаций магнитного компаса

Определение девиации. Девиация является переменной величиной, значение которой зависит как от курса судна, так и от магнитной широты. Она также зависит от места установки компаса на судне. Наконец, существенное влияние оказывает характер перевозимого груза в его магнитном отношении. Совокупность этих факторов может создать весьма значительную девиацию. В этих условиях действие магнитного компаса становится ненадежным и пользоваться им затруднительно. Неизбежно становится вопрос об уничтожении девиации и составлении новой таблицы остаточной девиации.

Девиационные работы выполняются, как правило, не реже одного раза в год. Остаточная девиация у главного магнитного компаса не должна превышать 3о, а у путевого – 5о [10]. Капитан может продлить действие таблицы девиации, если значения девиации при контрольных определениях отличаются от табличных не более чем на 2о. Так или иначе, определение девиации магнитного компаса является составной частью текущей работы судоводителя и общего комплекса девиационных работ.

Рис. 4.8. Определение девиации по показаниям гирокомпаса

Точность определения девиации этим способом зависит от стабильности поправки гирокомпаса. Как известно, при маневрировании судна, особенно в

54

высоких широтах на большой скорости, у гирокомпаса появляется инерционная погрешность, переменная по величине, медленно уменьшающаяся (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.

Уничтожение полукруговой девиации. Для уничтожения полукруговой девиации применяют способ Эри, названный по имени английского астронома Д. Б. Эри (1801 – 1892). Способ является наиболее распространенным и точным, выполняется без каких-либо вспомогательных приборов и позволяет одновременно уничтожить полукруговую девиацию на всех компасах, установленных на судне.

Методика выполнения способа требует последовательной ориентации судна на главных магнитных курсах Nm, Em, Sm и Wm. Приведение судна на нужный магнитный курс может быть выполнено, например, по показаниям гирокомпаса. Судно стабилизируют на таком курсе по гирокомпасу, который соответствует заданному магнитному. Величину ГКК вычисляют по формуле ГКК = МК + d – ГК, где магнитный курс МК принимает фиксированные зна-

чения 0, 90, 180 и 270о.

Полукруговая девиация, создаваемая силами В′λН и С′λН, определяется преобладающим действием постоянных составляющих Р и Q от твердого судового железа. Поэтому уничтожение полукруговой девиации осуществляется постоянными магнитами-уничтожителями выполненными из твердого железа. Они устанавливаются в девиационном приборе под котелком компаса. Для компенсации силы В′λН используют пару магнитов-уничтожителей, расположенных продольно (вдоль ДП судна), а для компенсации силы С′λН – пару магнитов, расположенных поперечно.

Рассмотрим суть способа Эри, начиная с уничтожения полукруговой девиации, создаваемой силой С′λН. Для удобства выпишем отдельно направления судовых магнитных сил по отношению к магнитному меридиану Nm, считая, что коэффициенты девиации имеют положительное значение:

λН – Nm; А′λН – 90о; В′λН – К; С′λН – (К + 90о); D′λН – 2К; Е′λН – (2К + 90о).

Судно ложится на Nm. Построим многоугольник сил на этом курсе (рис. 4.9, а). Силы λН, В′λН и D′λН действуют по направлению магнитного меридиана, а силы А′λН, Е′λН и С′λН перпендикулярно ему. Результирующий вектор Н′ даст направление компасного меридиана Nк, определяя суммарную девиацию δN, которая наблюдается по картушке компаса.

С помощью рукоятки в девиационном приборе механически разворачивают пару поперечных магнитов-уничтожителей так, чтобы девиация δN была доведена до нуля. Это значит, что магниты-уничтожители создали поперечную противоположно направленную силу F = – (А′λН + Е′λН + С′λН).

Следует отметить, что устройство девиационного прибора в зависимости от типа магнитного компаса может быть разным. Например, в качестве магни-

55

тов-уничтожителей могут применяться несколько отдельных стержневых магнитов, которые в данном случае необходимо будет установить поперечно по назначению.

После этого судно ложится на магнитный курс Sm (рис. 4.9, б). Здесь направления сил С′λН и F, а также сила В′λН относительно меридиана изменяются на 180о. Представим, что сила F равна сумме двух сил: F = f1 + f2. Причем, сила f1 = | А′λН + Е′λН |, а сила f2 = | С′λН |. Тогда сила f2 будет полностью компенсировать силу С′λН и девиация на данном курсе будет определяться суммой сил: δS = f1 + (А′λН + Е′λН). Так как эти силы равны, то перемещением тех же поперечных магнитов девиацию уменьшают наполовину. Обычно девиация от суммы сил (А′λН + Е′λН) мала, а значит, мала и от силы f1. Поэтому погрешность от замены биссектрисы медианой в треугольнике сил будет незначительной. В итоге, магниты будут действовать на компас только разностью сил (F – f1), компенсирующей силу С′λН на всех курсах.

Рис. 4.9. Уничтожение полукруговой девиации от поперечной силы СλН а) – судно следует курсом Nm; б) – судно следует курсом Sm

Компенсация продольной силы В′λН осуществляется подобным же образом, но уже оперируют продольными магнитами-уничтожителями. На магнитном курсе Em девиацию δЕ доводят до нуля, а на магнитном курсе Wm доводят замеченную девиацию δW до ее половинного значения.

Тем не менее, полностью полукруговая девиация не будет уничтожена, поскольку силы от мягкого судового железа не компенсировались. В дальнейшем точные коэффициенты девиации A′, B′, C′, D′ и E′ будут заменены приближенными значениями A, B, C, D и E, которые определятся по наблюдениям остаточной девиации.

56

Уничтожение четвертной девиации. Четвертная девиация создается силами D′λН и Е′λН и определяется действием только мягкого судового желе-

за. Значит и компенсация этих сил должна обеспечиваться уничтожителями, изготовленными из мягкого ферромагнитного материала. Условие компенсации можно выразить через соответствующие коэффициенты четвертной девиации D′, Е′ мягкого судового железа и Dк, Ек от мягкого железа компенсатора: D′ = −

Dк и Е′ = − Ек.

В качестве компенсаторов используют продольные бруски круглого или прямоугольного сечения либо шары, устанавливаемые в верхней части нактоуза, снаружи, симметрично на уровне картушки компаса. Шары закрепляют симметрично на определенном расстоянии от котелка компаса, которое определяется при проведении девиационных работ (см. рис.

Современные магнитные компасы снабжаются безындукционными [3] компенсаторами четвертной девиации в виде комплекта из 16 пластин, которые устанавливаются в двух пеналах по 8 пластин с каждой стороны котелка компа-

са (рис. 4.10).

Каждая пластина создает коэффициент Dк величиной 0,5о. При установке всех 16 пластин суммарный компенсационный коэффициент Dк

достигает значения 8о. С помощью такого набо-

ра можно обеспечить уничтожение четвертной

девиации с остаточным коэффициентом D не

более 0,25о.

В большинстве случаев уничтожение четвертной девиации ограничивается компенсацией силы D′λН, так как сила Е′λН очень мала.

Рис. 4.10. Магнитный компас с комплектом пластин-компенсаторов

Креновая девиация и ее уничтожение. Если судно подвергается качке,

попеременно переваливаясь с одного борта на другой, то картушка компаса начинает «ходить» вправо и влево так, что становится затруднительным снятие отсчета курса. Это связано с влиянием вертикальной составляющей суммарного магнитного поля.

Вертикальная составляющая Z магнитного поля Земли намагничивает все вертикальные бруски судового железа и судно можно представить в виде вертикального магнита: северный полюс – в районе киля, а южный – в районе палубы. Результирующую силу такого магнита можно определить в виде вектора Fв. Тогда, при крене судна, в горизонтальной плоскости картушки появляется поперечная составляющая F′в = Fв sinθ, что и вызывает девиацию (рис. 4.11, а). В результате картушка выходит из компасного меридиана, определяемого вектором Н′, на угол δкр, называемый креновой девиацией.

57

Отклонение картушки особенно заметно проявляется на компасных курсах N и S, так как в этих случаях поперечная составляющая действует перпендикулярно ДП судна подобно действию поперечной силы СλН (рис. 4.11, б). На двух же других главных румбах – E и W – поперечная составляющая совпадает с магнитной осью картушки (рис. 4.11, в) и поэтому отклоняющего действия на стрелки компаса не оказывает. Становится ясным, что δкр носит полукруговой характер, достигая максимального значения на курсах 0 и 180о и нуля – на кур-

сах 90 и 270о.

Чтобы устранить это явление, нужно создать у компаса такие магнитные условия, при которых поперечная составляющая Y′ при крене судна не изменялась бы. Это означает, что если будет скомпенсирована сила Fв, то и периодически появляющаяся дополнительная поперечная составляющая F′в, будет отсутствовать. Тогда для этой цели можно использовать вертикальный компенса-

ционный магнит.

Вертикальный (креновой) магнит необходимо установить так, чтобы его сила компенсировала вертикальную составляющую R, создаваемую твердым судовым железом.

Условием уничтожения креновой девиации является равенство магнитного наклонения I′, измеренного в центре котелка компаса, магнитному наклонению I, измеренному на Земле.

Практически креновую девиацию уничтожают с помощью специального прибора – судового инклинатора [2, 11], представляющего собой высокочувствительную магнитную систему. Для этого необходимо (при уничтоженной силе С′λН): лечь на магнитный курс E или W; вынуть котелок из компаса и на его место установить инклинатор; измерить судовое магнитное наклонение I′E,W и сравнить его с магнитным наклонением Земли I, которое можно взять с магнитной карты. Далее, перемещением вертикального кренового магнита вверх или вниз довести значение I′E,W до значения величины I – креновая девиация будет уничтожена.

58

Составление таблицы девиации. Как правило, во время плавания изменяется полукруговая девиация, поэтому периодически возникает необходимость в ее уничтожении и составлении новой таблицы девиации. Порядок выполнения такого рода девиационных работ состоит из нескольких этапов.

1. Принятие решения о необходимости уничтожения полукруговой девиации. Как уже отмечалось выше, в соответствии с требованиями РШСУ – 90 [10], наблюдаемая девиация не должна отличаться от табличных значений бо-

лее чем на 2о. Девиация же главного магнитного компаса не должна превышать 3о, а путевого – 5о.

2.Уничтожение полукруговой девиации (способ Эри). Девиация уничтожается на главных магнитных курсах. Здесь особое внимание должно быть уделено контролю за положением судна на этих курсах.

3. Определение остаточной девиации на главных и четвертных компасных курсах. Результатом измерений являются значения остаточной девиации

δN, δNE, δE, δSE, δS, δSW, δW и δNW.

4.Расчет приближенных коэффициентов остаточной девиации A, B, C, D

иE по формулам:

1

A 8 1 2 3 4 5 6 7 8 ;

B1 3 7 0,71 2 4 6 8 ; 4

С1 1 5 0,71 2 4 6 8 ; 4

где δ1, δ2,…, δ8 – значения остаточной девиации соответственно для курсов N, NE,…, NW.

5. Вычисление девиации. По полученным приближенным коэффициентам девиации A, B, C, D и E, используя общую формулу девиации (6.3), вычисляют девиацию, подставляя в формулу значения коэффициентов и компасного курса:

Таблицу девиации составляют для 24 равноотстоящих (через каждые 15о) или 36 (через каждые 10о) компасных курсов.

При тщательно выполненных девиационных работах остаточная девиация не превышает обычно 1 – 2о.

Таблица остаточной девиации является официальным документом, который составляется на бланке и подписывается девиатором или капитаном судна. При перевозке ферромагнитных грузов допускается использование временной таблицы девиации.

Во время плавания следят за изменением девиации и при необходимости можно в действующую таблицу девиации внести корректировки. Так как в наибольшей степени изменяется полукруговая девиация, то, наблюдая девиацию на четырех главных магнитных курсах, рассчитывают новые значения по-

59

лукруговых коэффициентов по формулам:

По новым значениям коэффициентов В и С и прежним значениям коэффициентов А, D и Е составляют более точную новую таблицу девиации.

Повышение точности магнитного компаса. Чтобы силы полукруговой девиации B′λH = cZ + P и C′λH = fZ + Q сохраняли свою стабильность при переходе судна из одного района в другой необходимо компенсацию каждой силы выполнять не одним компенсатором, а двумя: силы cZ и fZ вертикальными брусками мягкого железа, а силы P и Q – продольными и поперечными магнитами.

Для этой цели применяют два одинаковых вертикальных стержня, установленных во взаимно перпендикулярных плоскостях на нактоузе симметрично: вправо и влево от диаметральной плоскости под углом 45о. Конструкция называется широтным компенсатором или флиндерсбаром – она показана на рис. 4.12 в компасе КМ-145 (Россия) и в магнитном компасе Reflecta -1 (Германия) в виде одного стержня (рис. 4.13) [4].

Передача показаний курса может осуществляться как с помощью оптической перископической системы, так и электрически дистанционно, используя ферромагнитный зонд, для предоставления данных в общесудовую информационную систему.

60