Магнитные компасы. Теория, конструкция и девиационные работы: Учебное пособие - Воронов В.В., Григорьев Н.Н., Яловенко А.В.

Author: Воронов В.В. Григорьев Н.Н. Яловенко А.В.

Tags: водный транспорт учебное пособие навигация судовождение магнитная девиация

ISBN: 5-7399-0105-7

Year: 2004

Similar

Морская навигация: Учебное пособие

Азбука судовождения

Судовождение в морях с приливами

Судовые электромеханические приборы и системы. Учебное пособие

Text

В.В. Воронов, II Л. Григорьев, А.В. Яловенко
МАГНИТНЫЕ
КОМПАСЫ
Элмор
2004
1/ (г
В.В. Воронов, Н.Н. Григорьев, А.В. Яловенко
МАГНИТНЫЕ КОМПАСЫ
ТЕОРИЯ. КОНСТРУКЦИЯ.
ДЕВИАЦИОННЫЕ РАБОТЫ
Рекомендовано учебно-методическим объединением
по образованию в области эксплуатации
водного транспорта в качестве
учебного пособия для обучения
студентов (курсантов) по специальности 240200
“Судовождение ” в вузах водного транспорта
Санкт-Петербург,
“Элмор”
2004
ББК 39.471-5
В 75
Рецензенты: к.т.н., ст. научн. сотрудник
ОАО “Штурманские приборы”
Л. А. Кардашинекий-Брауде
К.Т.Н., профессор ГМА им. адм. С.О. Макарова
Н.В. Авербах
В 75 Воронов В.В., Григорьев Н.Н., Яловенко А.В.
Магнитные компасы. Теория, конструкция и деви-
ационные работы. Учебное пособие. — СПб.: “Эл-
мор”, 2004. — 192 с.
ISBN 5-7399-0105-7
Имеющее практическую направленность, учебное пособие
содержит краткое изложение теории девиации, обоснование
способов ее уничтожения, а также сведения относительно конст-
рукции современных магнитных компасов. Приведены между-
народные и национальные требования к морским компасам.
Книга предназначена для специалистов-девиаторов и кур-
сантов судоводительской и гидрографической специальностей
морских учебных заведений.
ISBN 5-7399-0105-7
ББК 39.471-5
© В.В. Воронов, Н.Н. Григорьев,
А.В. Яловенко, 2004
© Издательство “Элмор”, 2004
Введение
Безотказность магнитного компаса как его важнейшее
свойство находит отражение в ряде международных нор-
мативных документов (ИМО, ИСО), в которых установле-
но, что магнитный компас является главным курсоуказа-
телем на судне. Соответственно, ни одно судно не может
выйти в море, если не имеет на борту магнитного компаса.
При пользовании магнитным компасом для перехода
от компасного курса к истинному необходимо учитывать
две поправочные величины — девиацию и склонение.
Таблица девиации периодически обновляется, а информа-
ция о магнитном склонении имеется на навигационных
картах.
Известные способы уничтожения девиации позволя-
ют снизить ее до приемлемых величин. Именно вопросам
компенсации девиации магнитных компасов посвящено
предлагамое учебное пособие.
В первом разделе (главы 1—8) изложена теория маг-
нитного компаса и дано обоснование способов компенса-
ции девиации. Во втором разделе (главы 9—11) рассмат-
ривается конструкция магнитных компасов, а также (гла-
вы 12—19) приведены практические способы уничтоже-
ния полукруговой, четвертной, широтной и креновой де-
виации. Кроме того, рассмотрен вопрос о сроках действия
таблицы остаточной девиации. Даны рекомендации, по-
зволяющие поддерживать точностные характеристики
магнитного компаса на должном уровне, достаточном для
обеспечения безопасности мореплавания. В раздел “При-
ложения” включены выдержки из международных и нацио-
3
нальных нормативных документов, в которых изложены
требования к магнитному компасу. Кроме того, в Приложе-
нии приведены полностью два основных документа: Резо-
люция ИМО А.382 (10) и глава 5.2 “Магнитные компасы”
из Правил Российского морского регистра судоходства.
Авторы считают своим долгом выразить искреннюю
благодарность следующим организациям и их руководи-
телям, оказавшим содействие в подготовке материалов и
финансовую поддержку этого издания:
Государственная морская академия им. адм. С.О. Ма-
карова — начальник академии профессор И. И. Костылев;
Морское собрание Санкт-Петербурга — Председатель
собрания Н.В. Орлов;
Российский морской регистр судоходства — генера-
льный директор Н.А. Решетов;
ОАО “Канонерский судоремонтный завод” — генера-
льный директор Н.М. Вихров;
ЗАО “Си-Мэп” — генеральный директор С.С. Губер-
наторов;
ЗАО “Енекс” — генеральный директор А.А. Жилкин;
ЗАО “Транзас-Евразия” — генеральный директор
Н.В. Мужиков;
ЗАО “Морские компьютерные системы” — генераль-
ный директор В.Г. Яковлев.
Авторы с благодарностью примут любые замечания и
пожелания по содержанию учебного пособия, которые
могли бы улучшить его качество при переиздании. Откли-
ки просьба направлять в адрес издательства “Элмор”:
199026, Санкт-Петербург, В-026, а/я 868.
4
Раздел 1.
ТЕОРИЯ МАГНИТНОГО КОМПАСА
Глава 1. Основные сведения
о магнетизме
1.1. Характеристики магнитного поля
Магнитное поле — особая форма материи — создает-
ся упорядоченным движением электронов. Магнитное
поле обнаруживается по его действию на проводники с то-
ком (движущиеся заряды) или на тела, обладающие намаг-
ниченностью.
Основной характеристикой магнитного поля является
векторная величина В, которая называется магнитной ин-
дукцией. Направление вектора магнитной индукции совпа-
дает с направлением силы, действующей на северный по-
люс магнитной стрелки, помещенной в данную точку маг-
нитного поля. Для определения величины магнитной ин-
дукции обычно используют закон Ампера
F =В i/sina. (1)
Механическая сила F (рис. 1), действующая на отре-
зок проводника с током, пропорциональна силе тока i,
длине проводника I и индукции магнитного поля В. Сила F
S
также зависит от угла а между
вектором В и направлением тока I.
Следует отметить, что сила F все-
гда действует перпендикулярно
вектору В.
Исходя из выражения (1),
можно установить единицу маг-
нитной индукции:
Рис. 1
ампер-метр А • м
Тесла — крупная единица магнитной индукции. Для
измерения слабых магнитных полей применяют мелкую
дольную единицу — микротеслу (мкТл): 1мкТл = 10 чл.
Для примера следует отметить, что полный вектор маг-
нитного поля Земли составляет примерно 50 мкТл. Для
графического представления магнитного поля применяют
линии магнитной индукции. Касательные в каждой точке
этих линий совпадают с направлением вектора магнитной
индукции. Магнитные силовые линии всегда замкнуты.
Свободная магнитная стрелка устанавливается вдоль си-
ловой линии.
Наряду с магнитной индукцией В используется другая
векторная величина — напряженность магнитного поля
Н, которая связана с магнитной индукцией соотношением
Я=Щ1ОЯ’
(2)
где ц — магнитная проницаемость среды (вещества); ц0
— магнитная проницаемость вакуума (магнитная постоян-
ная), ц0 =4л х10-7Гн/м(Н/ А2).
6
[Я]= А
Магнитная проницаемость среды ц — безразмерная
величина, показывающая, во сколько раз магнитная ин-
дукция в данной среде больше, чем магнитная индукция в
вакууме. Для ферромагнитных веществ величина ц всегда
больше единицы и для некоторых материалов доходит до
сотен и тысяч единиц. Для воздуха ц = 1; В = ц0Я.
Из выражения (2) можно определить размерность на-
пряженности магнитного поля:
НА2 _ А
А -м Н м
Следует иметь в виду, что напряженность Н и индук-
ция В являются силовыми характеристиками, т.к. они
определяют реальную механическую силу, которая дейст-
вует на отдельный полюс магнита (единичный магнитный
заряд) в рассматриваемой точке поля. Поэтому в практи-
ческих вопросах допускается применение термина “маг-
нитная сила” вместо напряженности магнитного поля или
магнитной индукции.
Характеристикой магнитного поля служит еще одна
величина — магнитный поток Ф:
Ф = BS cos у, (3)
где S — площадь контура, через который проходит маг-
нитный поток; у — угол между вектором В и нормалью к
поверхности контура.
Единицей магнитного потока является вебер (Вб). 1
вебер — это такой магнитный поток, который создается
магнитным полем с индукцией 1 Тл через нормальное се-
чение площадью 1 м2:
7
1Вб=1Тлх1м2
А
Источником магнитного поля могут быть:
ферромагнитное тело из мягкого в магнитном отно-
шении материала, находящееся в некотором внешнем (на-
магничивающем) поле и под его влиянием обладающее
индуктивной (временной) намагниченностью;
ферромагнитное тело из твердого материала, облада-
ющее постоянным магнетизмом, не зависящим от внешне-
го поля;
проводник, контур или обмотка с электрическим то-
ком.
На рис. 2 показан мягкий ферромагнетик, помещен-
ный в магнитное поле с индуктивностью Во. Под влиянием
этого внешнего поля внутри элемента возникает (индуци-
руется) внутреннее поле, индукция которого Bi пропорци-
ональна величине Bq.
(4)
В^ =3sBQ.
Рис. 2
Коэффициент ае, за-
висящий от вида и каче-
ства ферромагнитного
вещества, называется
магнитной восприимчи-
востью. Вектор Bi сов-
падает с направлением
вектора Во и определяет
полярность намагниченного таким образом тела. Намаг-
ниченный элемент, имеющий два полюса, N и S, становит-
ся источником собственного магнитного поля, пронизыва-
8
ющего стержень внутри и распространяющегося во внеш-
нем пространстве. Величина характеризует интенсив-
ность намагниченности (в Тл). Интенсивность намагниче-
ния (намагниченность), обозначаемая через J, также мо-
жет быть выражена в амперах на метр (А/м). Численное
значение намагниченности в этом случае определяется
формулой
Главной характеристикой любого намагниченного
тела (магнита) является магнитный момент М, равный
произведению намагниченности / и объема тела Г:
м(6)
Но
Формула (6) определяет единицу измерения (размер-
ность) магнитного момента:
А -м3
[M] = [JT]=^- = A-m2.
м
Для примера отметим, что магнитный момент морско-
го магнитного компаса равен 2А -м2.
Простейший магнит (рис. 3) имеет два полюса N и S.
Полюс магнита — это часть его поверхности Sa, через ко-
торую проходит полный магнитный поток Фп, создавае-
мый магнитом. Вне магнита силовые линии охватывают
неограниченное пространство, но величина потока Фп ко-
нечна и определяется выражением Фп = BiSn- Величина
9
Фп, выраженная в веберах, служит дополнительной ха-
рактеристикой магнита. Ее называют количеством магне-
тизма (или величиной магнитного полюса) и обычно обо-
значают через т.
Сила взаимодействия F (притяжения или отталкива-
ния) двух магнитных полюсов двух разных магнитов с
количеством магнетизма т и mi определяется законом
Кулона:
тт^
4лц0г
(7)
где г—расстяние между взаимодействующими полюсами
(рис. 4).
Величина магнитного полюса т лежит в основе поня-
тия “напряженность магнитного поля” Н — силовой ха-
рактеристики, определяемой как сила F, действующая на
единичный магнитный полюс (магнитный заряд) пц:
10
Рис. 4
(8)
Совмещая формулы (7) и (8), получаем
2
4лц0г
(9)
Это выражение характеризует напряженность магнит-
ного поля в точке на расстоянии г от отдельного (одиноч-
ного) полюса, как источника магнитного поля. Формула
(9) имеет практическое применение при расчете и анализе
магнитного поля от одного или нескольких реальных маг-
нитов, т. е. системы из четного числа полюсов
(+Wj -mp+w2 -w2ht. д.).
На рис. 5 показана схема расположения векторов на-
пряженности в некоторой произвольной точке А магнит-
ного поля, источником которого является двухполюсный
магнит (+т, -т). ~т +»»
Согласно выраже-
нию (9), значения
векторов напряжен-
ности можно рас-
считать по форму-
лам:
Рис. 5
11
Н^=+ТГ-2 ’ HS=~T^4’ (10)
4nn0rN 4ng0rs
где rN и rs — кратчайшие расстояния от полюсов до вы-
бранной точки.
В этих формулах величины TfN и Н$ получаются в ам-
перах на метр (А/м). Если требуется выразить величины
HN и Hs в теслах, т.е. в единицах магнитной индукции,
следует применить зависимость В=ц077. Формулы при-
нимают вид:
5n=+A; в$=~г (")
В заключение обзора стоит отметить еще одну прак-
тическую формулу, определяющую магнитный момент М
прямолинейного магнита. Его рассчитывают по формуле
(6):
BH,V
---L_.
Но
Для прямолинейного магнита (см. рис. 3), имеющего
длину I и площадь сечения полюса Sn, можно записать:
K=SnZ;
Но
Учитывая, что B\Sa = m, получаем
. (12)
Но
12
1.2. Поле прямолинейного магнита
Прямолинейный магнит (рис. 6) имеет два полюса (+т
и -т) с расстоянием I между ними. Найдем формулу для
расчета индукции магнитного поля В\ в некоторой точке
А ] на продолжении оси магнита.
rN = r-l/2
в\ ~BH~BS
Исходными являются выражения (11). Индукцию В\
можно представить в виде разности
После преобразований получаем
13
,, ml ,,, „ 4
Учитывая, что — = M (магнитный момент), получаем
Но
(вТл)
(13)
Для случаев, когда точка Ai достаточно удалена от
магнита (г> 1/2), формула принимает более простой вид:
О _Мо2Л/
(14)
Для точки А2, расположенной на перпендикуляре,
проведенном из середины магнита, индукция В2 находится
путем векторного суммирования:
+5S’
где |Вът I= —~~— =------------= 1-5 с I-
I N' л 2 л г 2 , /о\21 I SI
4лг^ 4л[г +(//2) ]
Из подобия двух треугольников (см. рис. 6) можно за-
писать соотношение
14
в2 _ I
5N rN
откуда получаем
& 1 _ ml _ m I
2 N rN 4лг^ [r2 +(//
Mp ml l Цр M
4л цЛ Гг2 4-/7/?л213/2 4л г3
213/2
213/2 ’
(15)
Для достаточно удаленной точки Л2 расчет можно вы-
полнять по приближенной формуле (в Тл)
В -Ц° М
2 4л г3
Формулы (14) и (16) можно также применять для рас-
чета индукции в любой произвольной точке Л3 (рис. 7):
(16)
15
В3=фз1+в1,
„ 2Мcosw Цп „ М smw Цп
где В, =----- т u ; В2 =-----г-5-"?2-; V ~ Угол между
г3 4л г3 4л
векторами Л/и г.
Выполнив преобразования, получаем:
В-t =^° Jl+3cos2 у
4л г3
(17)
Угол а, определяющий направление вектора Вз, мож-
но найти по формуле
tga =В2/Bt = l/2tgy. (18)
1.3. Магнитное поле Земли
Магнитное поле Земли характеризуется следующими
основными элементами (рис. 8):
полный вектор магнитной индукции в теслах (или на-
пряженности магнитного поля в амперах на метр) Т\
горизонтальная Н и вертикальная Z составляющие
полного вектора (в теслах или амперах на метр);
магнитное наклонение 7;
магнитное склонение d — угол между истинным Уи и
магнитным 7VM меридианами.
Очевидны следующие соотношения:
Т2=Я2+72; Н = ТсозЦ
Направление вектора Т показывает свободно подве-
шенная магнитная стрелка. Угол магнитного наклонения I
16
лежит в вертикаль-
ной плоскости и из-
меряется от гори-
зонтальной линии
(магнитного мери-
диана) до вектора
Т.
Для района
Финского залива магнитное наклонение 1= 72°.
Магнитное склонение d — это горизонтальный угол
между географическим (истинным) и магнитным мериди-
анами. Величину и знак магнитного склонения d указыва-
ют на навигационных картах и судоводитель учитывает их
при пользовании магнитным компасом.
По аналогии с географическими терминами существу-
ют такие понятия как магнитный экватор (линия, соединя-
ющая точки, в которых I = 0), магнитная широта /, магнит-
ный полюс (точка на поверхности Земли, где I = 90°). Ра-
боту магнитного компаса определяет горизонтальная со-
ставляющая Н. От нее зависит величина направляющего
момента компаса. В районе магнитного полюса значение
Н стремится к нулю, магнитный компас перестает там ра-
ботать и не может использоваться как курсоуказатель.
Географические полюсы не совпадают с геомагнит-
ными. Северный магнитный полюс находится в Канад-
ском арктическом архипелаге. Его приближенные коорди-
наты: ср =72°N,X =96° W. Южный магнитный полюс на-
ходится в Антарктиде (ф - 70° S, Л =150° Е).
Существуют специальные магнитные карты, на кото-
рых изолиниями показаны точки равных значений состав-
ляющих Н и Z. Эти линии — изодинамы — дают нагляд-
2 Зак. 3037
17
ное графическое представление геомагнитного поля на
земной поверхности. Имеются также карты магнитного
наклонения, на которых плавные линии (изоклины) соеди-
няют точки равных значений Z, и карты, где представлены
изолинии магнитного склонения d (изогоны). Следует
иметь в виду, что все параметры магнитного поля Земли
подвержены изменениям во времени, которые называются
магнитными вариациями. Поэтому любая магнитная карта
должна быть отнесена к определенному году, называемому
эпохой карты.
Магнитные вариации имеют различную периодич-
ность (ход вариации) — суточную, годовую, вековую.
Кроме того, есть кратковременные изменения магнитного
поля Земли — магнитные возмущения. Наиболее сильные
из них называются магнитными бурями. Сведения об эле-
ментах магнитного поля Земли непрерывно пополняются
и уточняются, благодаря исследованиям, которые прово-
дятся институтами земного магнетизма в нашей стране и
за рубежом.
1.4. Направляющий момент
магнитного компаса
Стрелка компаса в магнитном поле Земли подвержена
влиянию направляющего (вращающего) момента (рис. 9):
Z = Fl sin а, (19)
где F — сила, действующая на каждый полюс магнитной
стрелки; I — расстояние между полюсами стрелки; а —
угол отклонения стрелки от вектора напряженности маг-
18
нитного поля (Н) — горизонтальной составляющей полно-
го вектора Т; I sina — действующее плечо пары сил.
Согласно формуле (8), сила F равна произведению ве-
личин от и Я:
F = mH.
(20)
Сила F выражается в нью-
тонах, величина магнитного
полюса т — в веберах, напря-
женость поля Н— в амперах на
метр.С внедрением междуна-
родной системы СИ вместо на-
пряженности Н для характери-
стики магнитного поля чаще
применяют магнитную индук-
цию В, численное значение ко-
торой в ц0 раз больше, чем ве-
личина Н:
Рис. 9
В = Ц0Н.
С учетом (21) формула (8) может быть записана в виде
« тВ
(21)
Но
а выражение (19) — следующим образом:
L-—5 sin а = м 5 sin а.
Но
(22)
(23)
19
Здесь учтено уже известное нам обозначение магнит-
ного момента двухполюсного магнита (в данном случае —
магнитной стрелки) М
Но
Величину магнитной индукции горизонтальной со-
ставляющей земного поля вместо В обычно обозначают
через Я, подразумевая ее выражение в теслах, и формула
(23) для направляющего момента принимает следующий
стандартный вид:
L = M Hsma. (24)
Единицей направляющего момента L является нью-
тон • метр (Н м).
Вращающий момент L всегда воздействует на стрелку
в сторону уменьшения угла а. Под влиянием этого момен-
та стрелка стремится ориентироваться вдоль вектора маг-
нитного поля Н. При повороте стрелки в ее опоре возни-
кает момент сил сухого трения Q. Он имеет некоторую по-
стоянную величину и всегда направлен встречно по отно-
шению к моменту L. С уменьшением угла а величина вра-
щающего момента L становится все меньше и меньше.
Когда величина L делается равной Q, стрелка останавлива-
ется. При этом остается некоторый угол аст (статическая
погрешность компаса). Согласно формуле (24), величина
статической погрешности определяется формулой
sin a =-S_. (25)
ст МН
Угол аст (см. рис. 9) характеризует зону нечувствите-
льности (застоя) магнитного компаса. По международным
20
нормам угол застоя не должен превышать 0,2° для средних
магнитных широт (т.е. для Н = 15 мкТл), что соответству-
ет зоне Балтийского моря и Северной Атлантики.
Пример. Рассчитать величину предельно допустимого мо-
мента сил сухого трения в опоре картушки магнитного компаса
0, при которой статическая погрешность не превышает до-
пускаемой величины (0,2°) — при Н- 15 мкТл; М = 2 А • м2.
Находим:
Q = M/fsinciCT = 2 15 •sin0,2°=0,1 мкН.
Для того чтобы обеспечить такой незначительный
момент сил трения, магнитный чувствительный элемент
снабжают поплавком и размещают его в жидкости, за
счет чего вес картушки почти полностью компенсирует-
ся, и сила трения в опоре становится минимальной. В
процессе эксплуатации компаса предусматривается (при
необходимости) замена элементов подвеса (шпильки и
топки), от качества которых зависит сила трения и вели-
чина момента Q.
Вращающий момент L, таким образом, является по-
лезным, определяющим, воздействием. Благодаря ему
картушка устанавливается по направлению магнитного
меридиана, преодолевая сопротивление сил трения в
опоре.
Анализируя формулу (25), необходимо отметить, что
при плавании судна статическая погрешность компаса не
остается постоянной. По мере уменьшения величины Н
погрешность аст увеличивается. Так, при переходе судна
из района экватора (Я~ 40 мкТл) в арктические воды (Я =
4 мкТл), величина аст возрастает в 10 раз. В прилегающих
21
к магнитным полюсам районах (Н < 1 мкТл) вращающий
момент L становится настолько малым, что он не может
преодолеть силы трения в опоре, и компас перестает дей-
ствовать.
Глава 2. Магнитное поле судна
2.1. Уравнения Пуассона
Как уже отмечалось (см. рис. 8), магнитное поле Зем-
ли характеризуется полным вектором магнитной индук-
ции Т или его составляющими — горизонтальной Н и вер-
тикальной Z. Горизонтальный вектор Н, определяющий
направление магнитного меридиана NM (рис. 10), в свою
очередь, можно разложить на две составляющие (относи-
тельно корпуса судна) — горизонтальную X = Н cask и
вертикальную Y = Н sin£. Через к обозначаем магнитный
курс судна.
На рис. 11 представлено
судно в магнитном поле Земли.
Судовое железо в магнитном
отношении можно разделить на
две категории — мягкое и твер-
дое. Мягкое железо в поле Зем-
ли приобретает индуктивный
(временный) магнетизм. При
изменении курса судна элемен-
ты из мягкого материала пере-
магничиваются, а при отсутст-
вии внешнего (намагничиваю-
22
щего) поля теряют свой магнетизм. Твердое железо имеет
постоянную намагниченность, которая возникает в про-
цессе постройки судна под влиянием сильных намагничи-
вающих полей. Постоянный магнетизм в дальнейшем, при
плавании судна, не зависит от курса судна и стабильно со-
храняется в течение длительного времени.
23
Рассмотрим сначала индуктивный магнетизм судна, т.
е. намагничивание мягких судовых элементов. Поле Xна-
магничивает все продольные части судна. Суммарная про-
дольная намагниченность судна характеризуется магнит-
ным моментом Мх = п\ X, пропорциональным индукции
внешнего поля X. Аналогично поле У создает поперечную
намагниченность — магнитный момент Му = n2Y, а поле Z
— вертикальный магнитный момент Mz = Z. В этих вы-
ражениях п\, пъ «з — постоянные коэффициенты, завися-
щие от размеров и формы элементов судна, а также от маг-
нитной восприимчивости мягкого судового железа. Поми-
мо трех векторов Мх, Му, М2, характеризующих индуктив-
ное намагничивание, можно также представить некоторый
вектор — магнитный момент от постоянного магнетиз-
ма твердого судового железа. Направление вектора Мп в
общем случае не совпадает, ни с одной из осей (х, у, z).
Вектор Мп не зависит ни от курса судна, ни от магнитной
широты.
Магнитный компас находится в точке О. Поле в этой
точке создается как бы большими магнитами, имеющими
магнитные моменты Мх, Му, Mz и Мп. В точке О есть также
магнитное поле Земли (X, У, Z).
Каждый из четырех магнитов (Мх, Му, Mz, Мп) в точке
О создает по три составляющих индукции магнитного
поля, причем каждая составляющая будет пропорциональ-
на соответствующему магнитному моменту источника
поля. Например, магнитный момент Мх в точке О образует
три составляющих: ао Мх (по оси х), do Мх (по оси у), go Мх
(по оси z). Коэффициенты яо. do, go зависят от места уста-
новки компаса: чем дальше он находится от судового же-
24
леза, тем меньше значения этих коэффициентов. Учиты-
вая выражение Мх = п i X, можно записать:
По Мх — п \ Х\ d$ Мх — do гц Х‘, go Мх — g$n \ X.
Обозначив «о «1 -a,dQn\=d,gQn\= g, получим три со-
ставляющих от влияния продольной индуктивной намаг-
ниченности судна Мл: продольную аХ, поперечную dX и
вертикальную gX. Аналогично рассуждая, можно выра-
зить три силы в точке О от вляния поперечной индуктив-
ности намагниченности судна Myi bY (по оси х), eY (по оси
у), hY (по оси z), а также от влияния вертикальной индук-
тивной намагниченности Mz‘. cZ (по оси x),fZ (по оси у), kZ
(по оси z).
Постоянный судовой магнетизм Мп в точке О создает
три составляющих — продольную Р, поперечную Q и вер-
тикальную R. Их величины от магнитного поля Земли не
зависят.
Суммируя составляющие в точке О по трем осям, по-
лучаем уравнения Пуассона, наглядно характеризующие и
направление, и происхождение магнитных сил, действую-
щих на компас:
по осих... Х'= X + аХ + bY + cZ + Р
поосиу... У'= У + dX + eY + fZ + Q> (26)
no ochz... Z = Z + gX + hY + kZ + R
магнитное мягкое судовое твердое
поле Земли железо (индуктивный судовое
(составляющие магнетизм) железо (постоян-
вектора 7) ный магнетизм)
25
Коэффициенты пропорциональности а, Ь,к называ-
ются параметрами Пуассона. Их значения зависят от маг-
нитной восприимчивости мягкого судового железа, разме-
ров и формы элементов судна, а также от расположения
точки О по отношению к судовому железу, т. е. от места
установки компаса на судне. Параметры Пуассона явля-
ются постоянными величинами и сохраняются неизмен-
ными в течение длительного времени эксплуатации судна.
26
Силы Л"' и У' при геометрическом сложении образуют
горизонтальную составляющую Н' индукции магнитного
поля судна в точке О. Вектор Н' определяет направление
компасного меридиана. Угол между магнитным Ум и ком-
пасным меридианами есть девиация 5 магнитного ком-
паса (рис. 12).
При изменении курса судна значение девиации меня-
ется. Курс судна можно отсчитывать как от линии магнит-
ного, так и от линии компасного меридиана. В первом слу-
чае будем иметь магнитный курс судна к, а во втором —
компасный курс к', причем очевидно, что к = к' + б.
Следует отметить, что все силы, входящие в третье
уравнение (Z'), при прямом положении судна, без крена и
дифферента, девиации на создают.
2.2. Анализ уравнений Пуассона
Рассмотрим некоторые силы и параметры, входящие в
уравнения Пуассона. На рис. 13 показано намагничивание
корпуса судна продольной составляющей X магнитного
поля Земли. При этом судно становится как бы большим
+А"
27
магнитом с полюсами N (в носовой части) и S (в корме).
Магнитное поле судна в точке О характеризуется продоль-
ным вектором индукции -аХ. Знак “минус” означает, что
вектор силы аХ направлен к корме. Вектор индукции на-
магничивающего поля +ЛГ имеет знак “плюс”, т.к. он на-
правлен от кормы к носу судна. Анализируя выражение
отрицательной силы -аХ при положительном значении
+JT, приходим к выводу, что параметр а в данной ситуа-
ции должен иметь знак “минус”. Поскольку на рис. 13
представлена типичная схема расположения магнитного
компаса на судне, можно сделать вывод: судовой пара-
метр а всегда отрицательный (-«).
Величина параметра а, так же как и других парамет-
ров Пуассона, зависит от места установки компаса, его
удаленности от железных масс судна. Некоторые парамет-
ры Пуассона (я, с, е, к) имеют величину на уровне неско-
льких десятых или сотых долей единицы. Их можно счи-
тать множителями 1-го или 2-го порядка малости. Другие
параметры (Z>, tZ,/ g, h) являются множителями 3-го поряд-
ка малости, т.к. их величины исчисляются тысячными до-
лями. В некоторых случаях параметрами 3-го порядка ма-
лости можно пренебречь. Имеется мнемоническая схема
для запоминания тех параметров и сил в уравнениях Пуас-
сона, которые могут быть исключены ввиду их незначите-
льности.
(27)
28
Параметры и силы (bY, dX,JZ, hY), стоящие в верши-
нах своеобразного ромба, и дополнительно сила gX, как
правило, очень малы и ими можно пренебрегать. Наиболь-
шие по величине параметры а, е, к располагаются по диа-
гонали.
Рис. 13 показывает, что судовой параметр а создается
под влиянием очень большого количества судового желе-
за. Это — бортовая обшивка корпуса судна, палуба, киль,
различные продольные элементы. Поэтому на судах пара-
метр а имеет большую величину (сотые и десятые доли).
На рис. 14 показано возник-
новение продольной силы bY от
влияния двух поперечных эле-
ментов 1 и 2, намагниченных по-
перечным полем +У. Знак “плюс”
означает, что вектор У земного
магнитного поля направлен от
левого борта судна к правому.
Из-за несимметричного располо-
жения поперечных элементов 1 и
2 в точке О от их влияния возни-
кает отрицательная продольная Рис. 14
сила -bY. Она направлена в сто-
рону кормы. На судне такого несимметричного железа
очень мало, практически нет, поэтому величина параметра
b близка к нулю, и силой bY можно пренебрегать.
Рассмотрим еще несколько примеров. На рис. 15
представлен один из вариантов образования параметра с,
т. е. горизонтальной силы cZ.
Один вертикальный элемент судна — дымовая труба
— намагничивается вертикальным полем Земли +Z. Знак
29
I I I I I I I I +z
Рис. 15
“плюс” означает направле-
ние вертикального вектора
индукции вниз, к днищу
судна. Дымовая труба ста-
новится вертикальным маг-
нитом с полюсами N и S.
Этот магнит в точке О обра-
зует продольную горизонта-
льную проекцию -cZ. Знак “минус” показывает, что сила
cZ направлена к корме. Из-за большой массы железа и
близкого расположения компаса величина параметра с,
как правило, существенна, и силу cZ необходимо учиты-
вать.
На рис. 16 показана схема, поясняющая возникнове-
ние силы eY.
Попереч-
ные элемен-
ты судна, на-
магниченные
поперечным
полем +У, об-
разуют попе-
речную на-
магничен-
ность с полю-
сами N и S. В
точке О со-
здается отрицательная поперечная магнитная сила -еУ, на-
правленная к левому борту. Необходимо за помнить пра-
вило знаков для судовых поперечных сил: знак “плюс”
имеет сила, направленная от левого к правому борту (на-
30
пример, сила +У); знак “минус”имеет сила, направленная
от правого борта к левому (в данном примере — сила еУ).
Анализируя отрицательное произведение -eY при положи-
тельном значении Y, приходим к выводу, что параметр е
имеет знак “минус”. И такая ситуация складывается прак-
тически на всех судах, т.к. на рис. 16 представлена типич-
ная картина, характерная для большинства судов. Величи-
на параметра е весьма велика, причем она больше, чем у
параметра а:
И >14
Рассмотренные примеры поясняют общий принцип
анализа параметров и сил, действующих на компас. Урав-
нения Пуассона дают наглядное представление о влиянии
судового железа на магнитный компас и могут быть испо-
льзованы при различных теоретических исследованиях.
Однако для решения практических задач магнитные силы
уравнений Пуассона недостаточно удобны. Неудобство
состоит в том, что величины большинства сил, входящих в
уравнения Пуассона, зависят от курса судна. Действитель-
но, силы X Y, аХ, bY, dX, eY, gX, hYявляются или продоль-
ными, или поперечными составляющими, например:
Х=Нcos&; Y=H sinA;
аХ= аН cask; bY = ЬН sink.
При изменении курса судна к величина всех отмечен-
ных сил меняется. На одних курсах эти силы становятся
равными нулю, на других достигают максимального зна-
чения.
31
Для практического пользования удобнее иметь и рас-
сматривать те магнитные силы, модули которых являются
постоянными величинами, не зависящими от курса судна.
Такие силы можно получить путем математического
преобразования уравнений Пуассона.
2.3. Преобразование уравнений Пуассона
Цель преобразования уравнений Пуассона состоит в
получении таких магнитных сил, величина которых не за-
висела бы от курса судна. Преобразованию подвергаются
только первые два уравнения, характеризующие горизон-
тальные силы при прямом положении судна, без крена и
дифферента.
Выразим параметры Пуассона a, b, с, d, е, в виде полу-
сумм и полуразностей:
а + е а-е а + е а—е
а -----н-----; е -----------;
2 2 2 2
. d +b d -b , d + b d -Ь
d=-----+-----; b=-----------.
2 2 2 2
Подставим эти выражения в уравнения (26):
а + е v а-е v d+b v d - b
X +--X +----X + ——Y------Y + a
2 2 2 2
” d+b „ + ^^Y ~^~^Y +JZ
2 2 2 J
2
(28)
32
Произведя геометрическое сложение сил с одинако-
выми коэффициентами попарно (одна сила из 1-го уравне-
ния, вторая — из 2-го), получаем четыре новые силы:
(29)
Из уравнений (28) остались еще две силы:
F5=cZ+P; Fi=fZ+Q. (30)
Модули векторов F\, F2, F3, F4 можно найти, применяя
теорему Пифагора:
|f,| =fi+Y2
а+е
|f2|=—-Н\ \f.\=^-h-, |f4|=—-н.
I 21 2 1 31 2 1 4! 2
Здесь учтено равенство >lx2 + Y2 = Н. Далее, введя
обозначение
а +е
3 Зак. 3037
(31)
33
первую силу можно записать в виде
(32)
Принимая силу F\ за своеобразный эталон, выразим
вновь полученные силы в долях X /7, т.е. в отвлеченной
мере, и обозначим их через коэффициенты:
= ^2 _а~е-D. F3 _d+b _Е'
кН ’ кН 2Х ’ кН 2Х ’ (33)
- cZ+p-b- F(> -^+Q-c
кН 2к ’ кН 2к ’ кН 2к
С учетом этих обозначений представим силы в следу-
ющем виде:
Fj = кН; F2 = DkH; F3 =ЕкН;
F4 =АкН; F5. = ВкН\ F6 =СкН.
(34)
Значения полученных сил постоянны, они не зависят
от курса судна.
2.4. Судовые магнитные силы
Рассмотрим каждую силу в отдельности, определим
направления сил (в зависимости от курса судна) и виды
девиаций, создаваемых этими силами.
Сила к Н. Вектор силы к Н (рис. 17) представляет со-
бой сумму двух векторов, имеющих одно и то же направ-
ление — по магнитному меридиану jVm:
34
2 < 2
На рис. 17 через к обозначен магнитный курс судна, а
через «1 — его дополнение до 360°; а\ = 360° - к.
Множитель X — это
безразмерный коэффици-
ент, показывающий, на-
сколько направляющая
сила X Н (на судне) умень-
шена влиянием судового
железа по сравнению с
аналогичной силой Н вне
судна.
Поскольку судовые
параметры а и е всегда от-
рицательны (см. рис. 13 и
16), коэффициент X на су-
дах всегда меньше едини-
цы:
Рис. 17
(-а) +(-е) а _ е
2 2 ~2
Следует отметить, что на верхнем мостике судна ве-
личина X примерно равна 0,8...0,9, а в рулевой рубке X =
0,5...0,7. В румпельном отделении судовое железо еще си-
льнее экранирует естественное магнитное поле Земли, там
35
коэффициент 1 = 0,5...0,3, и магнитный компас работает
менее надежно, чем на открытой палубе.
Сила D7.H. Векторное представление этой силы по-
казано на рис. 18.
Вектор F2 = D X
Н образуется гео-
метрическим сложе-
нием положитель-
ного продольного
вектора
направленного к
носу судна, и отри-
цательного попереч-
ного вектора
а-е v
---— Y, имеющего
направление к лево-
му борту. Вектор F2
Рис. 18
относительно диа-
метральной плоско-
сти направлен под углом а2, причем
Знак “минус”показывает, что а2 отсчитывается от
диаметральной плоскости в противоположную сторону по
36
сравнению с углом ci]. Численные значения этих углов
равны: а 2 =а}. Можно найти угол у, характеризующий
направление силы DX Н относительно магнитного мери-
диана. По рис. 18, с учетом того, что |а 2| =|а i|, находим:
y=360°-2aj =360°-2(360о-£)=2Л:.
Следовательно, направление силы D). Н зависит от
магнитного курса судна к и определяется его удвоенным
значением 2к.
На рис. 19 показаны направления силы D X Н на кур-
сах 0 °, 45° и 90°.
Анализируя эти рисунки, можно сделать вывод: деви-
ация от силы D X Н на главных румбах (N, Е, S, W) равна
нулю, а на промежуточных (четвертных) курсах (NE, SE,
SW, NW) равна некоторому максимальному значению
37
5max- Зависимость девиации от курса судна можно пред-
ставить в виде графика (рис. 20), на котором есть четыре
максимальных значения девиации и четыре нулевых. Та-
кая девиация называется четвертной. Следует отметить,
что максимальное значение четвертной девиации 5тах
равно коэффициенту четвертной девиации D. Его можно
выражать или в градусах, или в отвлеченной мере — в ра-
дианах.
Сила Е X Н. Векторное представление силы Е 1 Н
можно видеть на рис. 21. Вектор Fy = EKH образуется гео-
„ d + b v
метрическим суммированием продольной силы-Y и
2
поперечной силы~у”Направление силы ЕКНможно
характеризовать углом а 3 относительно поперечной судо-
вой оси у. На рис. 21, кроме силы Е X Н, также показана
сила D'K Н, направление которой, как уже нам известно,
определяется углом а 2 относительно продольной судовой
оси х. Из соотношений
38
d + b у
tga’=zh7
2
Y
— = tgaj =tga2
видно, что угол a 3 равен углу a 2. Но так как углы a Зи
a 2отсчитываются от взаимно перпендикулярных осей у и
х, то очевидно, что сила £ X Н всегда перпендикулярна си
ле D 1 Н. Следовательно, от носительно магнитного мери-
диана сила Е'кН имеет направление 2к + 90°.
Рис. 21
Рассматривая действие силы Е X Н совместно с на-
правляющей силой к Яна различных курсах судна, можно
убедиться, что на четвертных магнитных курсах (NE, SE,
SW, NW) эта сила не вызывает девиации, а на главных
курсах (N, Е, S, W), наоборот, создает максимальную де-
39
виацию. Девиация от силы ЕХН, так же как и от силы DX
Н, носит четвертной характер. Следует отметить, что на
транспортных судах величина коэффициента Е очень
мала, и девиация от силы ЕX //составляет доли градуса.
Сила А X Н. Эта сила представляет собой геометриче-
скую сумму двух векторов — отрицательного продольно-
d — b „ d — Ь „ ,
го-----—Y и положительного поперечного —-—X (рис.
22). Направление силы АХ Н можно характеризовать уг-
лом а 4, отсчитываемого от оси у, причем а 4 = а р так как
d-by
|tga4| = TTi----Y = l®all'
~2~Х
Рис. 22
40
Углы а । и а 4, равные между собой, отсчитываются
от взаимноперпендикулярных осей х и у, поэтому угол 0,
определяющий направление силы А 1Н в навигационном
варианте, т. е. относительно магнитного меридиана, все-
гда равен 90°, независимо от курса судна. Это наглядно
показано на рис. 22. Таким образом, сила А1Н всегда пер-
пендикулярна магнитному меридиану. Она создает неко-
торую постоянную девиацию, одинаковую на всех курсах
судна. Величина девиации от силы АкН, как правило, не
превышает одного градуса. Эту девиацию не уничтожают,
а учитывают как часть общей поправки компаса.
Сила В кН. Эта сила образована как алгебраическая
сумма двух продольных составляющих: cZ и Р (рис. 23).
Значит, сила В к Н — продольная, действует всегда по
продольной оси х, а направление силы В к Н совпадает с
линией курса и характеризуется углом к. На двух курсах N
и S действие силы В к Н совпадает с направлением маг-
41
нитного меридиана,
и, следовательно, на
этих курсах девиа-
ция от силы В X Н
равна нулю (рис.
24). На курсах Е и W
величина девиации
от силы В'кН макси-
мальна (рис. 25). Де-
виация, меняющая
два раза знак за пол-
ный цикл измене-
Рис. 25 ния курса судна
(360°), называется
полукруговой девиацией. График полукруговой девиации
от силы В к Н в зависимости от курса судна показан на
На примере силы В к Н удобно рассматривать сущ-
ность коэффициентов девиации.
На рис. 27 показана ситуация, когда сила Вк Н создает
максимальную девиацию Зтах. В этом случае максималь-
42
ная девиация 5max наблюдается не на магнитном курсе к =
90°, а на компасном курсе к' =к -5тах =90°. Результиру-
ющий вектор Н’-КН+ВКН определяет направление
компасного меридиана NK и величину девиации Smax- Из
прямоугольного треугольника следует:
* Я _ ЕКН _ D
Sin$max
т.е. коэффициент полукру-
говой девиации есть отвле-
ченное число, равное сину-
су максимальной девиации
от силы В КН, наблюдаемой
на компасном курсе к = 90°.
При малых (остаточных) де-
виациях (5тах < 5°), т.е. ког-
да судовая сила В К Н ком-
пенсирована магнитами-
уничтожителями, вместо
выражения (35) можно при-
менять приближенную фор-
мулу
Рис. 27
О
° max
(36)
В этом случае коэффициент В можно выражать или
отвлеченно, в радианах, или в градусах. Именно в этом со-
стоит сущность коэффициента полукруговой девиации В,
а также любого другого коэффициента (Z>, Е, A, Q, вели-
чина которого численно равна максимальной девиации (от
соответствующей силы), выраженной в градусах или ра-
дианах.
43
Рис. 28
Основные сведения о
Сила СкН. Эта сила по-
лучается в результате алгеб-
раического суммирования
двух поперечных составляю-
щих: CkH =fZ + Q (рис. 28).
Следовательно, сила С X Н
— поперечная, действует
всегда по судовой оси у, а на-
правление силы СкН харак-
теризуется углом к + 90°.
Сила С КН, так же как и сила
В кН, создает полукруговую
девиацию с двумя максиму-
мами (на курсах N и S) и дву-
мя нулевыми значениями (на
курсах Е и W).
пах, действующих на компас,
и девиациях, возникающих от их влияния, представлены в
табл. 1.
Глава 3. Девиация магнитного компаса
3.1. Многоугольник сил.
Основная формула девиации
Суммарное действие сил А.Н, AkH, ВкН, СкН, DkH,
ЕкН на магнитный компас находят при помощи многоуго-
льника, который можно построить по данным табл. 1. По-
строение многоугольника сил (при известных коэффици-
44
Таблица 1.
Сила Коэффици- ент Направле- ние сил Происхождение сил (коэффициентов) Вид девиации
кН . , а + е Х = 1+ 2 0° От продольного (а, Ь) и попереч- ного (e,tZ) судо- вого мягкого железа Нет
АкН л d~b А= 2Х 90° Постоянная
ВкН кН к От вертикально- го (cZ и fZ) и лю- бого твердого (Р, Q) судового железа Полукруговая
СкН кН к + 90°
DkH D=^l 2к 2к От продольного (а, Ь) и попереч- ного (e,d) судо- вого мягкого железа Четвертная
ЕкН „ d + b Е = 2к 2£+90°
ентах) представляет собой графическое решение задачи по
определению девиации для заданного курса судна.
Сначала проводят линию магнитного меридиана NM
(рис. 29) и в установленном масштабе отмечают направля-
ющую силу кН. В том же масштабе вычерчивают одну за
другой остальные силы, придавая им направления, указан-
ные в табл. 1. Результирующий вектор Нравный геомет-
рической сумме сил, является замыкающим в многоуголь-
нике. Он проводится из начала 1-го вектора к Н в конец
45
Рис. 29
последнего ЕX Я. Вектор Я' определяет направление ком-
пасного меридиана Як и дает возможность измерить вели-
чину девиации б как угол между двумя меридианами (Лм и
Як). По рис. 29 можно видеть соотношение между магнит-
ным к и компасным к' курсами судна: к -к' +8. Следует
иметь в виду, что с изменением курса судна фигура много-
угольника сил принимает другую форму (рис. 30).
Для аналитического решения задач применяют основ-
ную формулу девиации, которая выводится с помощью
многоугольника сил. Для этого через вершину вектора X Н
проводят линию тп (см. рис. 29), перпендикулярную ком-
46
паевому меридиану Як,
и на эту линию прое-
цируют векторы всех
сил, действующих на
компас. Пять проекций
(от сил А к Н, Вл. Н, С
к H,DkH,EkH) дей-
ствуют на магнитную
стрелку вправо, а одна
проекция (от силы X Н)
— влево. Алгебраиче-
ская сумма всех шести
сил равна нулю, т.к.
стрелка компаса (маг-
нитная система) при-
нимает устойчивое по-
ложение по направле-
нию результирующего вектора Н', перпендикулярного ли-
нии тп. Проекция каждой силы на направление тп опре-
деляется косинусом угла между линией тп и вектором со-
ответствующей силы. По рисунку находим (см. рис. 29):
Сила ХЯ ЛХЯ 5ХЯ СХЯ DXH ЕХЯ
Угол 90°-8 8 90°-*' к’ 2Е’+8-90° 2к'+д
Поясним, используя дополнительные рисунки, как
определяются углы для сил В X Н и D X Н. На рис. 31 пока-
зана сила В л. Н, направление которой всегда совпадает с
линией курса судна и определяется углом к (от магнитного
меридиана) или углом kf (от компасного меридиана).
47
Рис. 31 наглядно
показывает, что угол
между силой В X Н и
линией тп равен 90° -
к' (на рис. 31 линия тп
смещена и проходит
через точку О, где на-
ходится стрелка компа-
са).
На рис. 32 пред-
ставлена сила D X Я,
направление которой
определяется углом 2к
относительно магнит-
ного меридиана. По
этому рисунку можно наити выражение для угла кото-
рый определяет искомую проекцию:
V =2*-8-90°;
к = к'+&,
V = 2к' +28 -8 -90° = 2£' +8 -90°.
Суммируя проекции сил, получаем следующее урав-
ненеие, которое характеризует положение равновесия маг-
нитной системы компаса:
ХЯ cos(90° -8) = АкН cos8 + ВХНcos(90° - к') +
+СкН cos к' + DUJ ык(2к' +8 - 90°) + EXHcos(2&' + 8).
48
После сокращения на X Н, учитывая известные триго-
номеорические соотношения, получаем точную формулу:
sin5=^cos8 +Bsink' + C cosk' + ^7)
+D sin(k' + 5) + Е cos(2£' + 5).
В случае небольшой остаточной девиации (8<6°) это
выражение имеет более простой вид:
3 =А + Bsink'+ С cask'+ Dsin2k'+ Ecos2k'. (38)
Выражение (38) называется основной формулой деви-
ации магнитного компаса, которая представляет собой не
что иное, как ряд Фурье, ограниченный пятью членами.
Поскольку основная фор-
мула является приближен-
ной, она дает достаточно
точные результаты вычис-
ления (0,1°) при условии,
если девиация невелика.
Основная формула
(38) применяется для рас-
чета коэффициентов деви-
ации A,B,C,D,E по резу-
льтатам наблюдений, а
также используется для
составления рабочей таб-
лицы остаточной девиа-
ции (после ее уничтоже-
ния).
4 Зак. 3037
Рис. 32
49
3.2. Вычисление коэффицентов
и составление таблицы девиации
Девиация определяется как разность между извест-
ным магнитным пеленгом МП и наблюдаемым по компасу
компасным пеленгом КП
5 = МП-КП.
Величина девиации также может быть рассчитана как
разность между известным магнитным курсом к и отсче-
том курса по компасу к' (см. рис. 32): 5 = к - к'.
На практике применяют следующие способы опреде-
ления 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 конк-
ретного (заданного) компасного курса. Каждый из спосо-
бов имеет свои особенности. В первом случае следует за-
ранее вычислить магнитный пеленг створа по формуле
МП = ИП-б/,
где ИП — истинный пеленг створа, d — магнитное скло-
нение.
Значение ИП и d берут с карты. Судно направляют на
заданный компасный курс и в момент пересечения створ-
ной линии пеленгуют створ. Компасный пеленг, как пра-
50
вило, отмечают с точностью до 0,1°. С такой же точностью
получается и результат вычисления девиации.
Для определения девиации для другого курса необхо-
димо сделать поворот судна, лечь на новый заданный
курс, снова пересечь линию створа, взять отсчет нового
компасного пеленга и рассчитать разность между магнит-
ным пеленгом, оставшимся неизменным, и новым компас-
ным 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 поо-
чередно направляют на один из заданных курсов по маг-
нитному 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 (ККмк) и по гирокомпасу (ККге). От-
счет ККпс следует исправить известной постояннной по-
правкой гирокомпаса ДПС После этого рассчитывают ве-
личину девиации по стандартной формуле
5 = MK-KKmk = (HK-J)-KKmk.
Точность определения девиации этим способом зави-
сит от стабильности поправки гирокомпаса. Как известно,
при маневрировании судна, особенно в высоких широтах
на большой скорости, у гирокомпаса появляется инерци-
онная погрешность, переменная по величине, медленно
уменьшающаяся до нуля (в течение нескольких часов по-
сле окончания маневрирования). Чтобы свести эти изме-
нения поправки гирокомпаса к минимуму, необходимо
St
при девиационных работах маневрировать на малых ходах
и избегать поворотов судна на большое число градусов.
В открытом море девиацию магнитного компаса опре-
деляют по пеленгам Солнца, Луны, звезд, планет. Особен-
ность этого способа заключается в следующем: истинный
пеленг светила рассчитывается астрономическим спосо-
бом, для чего необходимо дополнительно знать точный
момент взятия пеленга, а также координаты места. Поско-
льку азимут светила непрерывно изменяется, необходимо
вычислять среднее значение компасного пеленга из неско-
льких отсчетов. Так же, как и при способе сличения с ги-
рокомпасом, определение девиации по пеленгу светила
требует знания магнитного склонения для той точки, в ко-
торой находится судно.
При некоторых обстоятельствах, когда нет возможно-
сти применить первые три способа, прибегают к методу,
основанному на пеленговании естественного створа, не
обозначенного на карте. Для этой цели можно использо-
вать, например, приметные возвышенности, отдельные со-
оружения и т.п. Этот метод выполняют в такой поледова-
тельности:
— направляют судно поочередно на компасные курсы
N, NE, Е, SE, S, SW, W, NW (с точностью до 1 °) и в момент
пересечения линии естественного створа выполняют пе-
ленгование (с точностью до 0,1°). Таким образом получа-
ют восемь значений компасных пеленгов (KnN, KnNE,
...,KnNW);
— рассчитывают среднее арифметическое, которое
равно приближенному значению магнитного пеленга
створа:
52
(KTIn + Kne + ... + KI1nW)/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 прене-
бречь.
Данные наблюдений и расчетов сводят в табл. 2, кото-
рая содержит значения девиаций на восьми компасных
курсах (в градусах).
Таблица 2.
кк КП 5=МП* -КП КК КП 5 = МП-КП
NO 51,7 -1,5 S 180 48,4 + 1,8
45 51,0 -0,8 225 49,5 + 0,7
Е 90 49,6 + 0,6 W270 50,4 -0,2
135 48,8 + 1,4 315 51,4 -1,2
* Примечание: МП = 50,2°.
После уничтожения девиации, т.е. после того, как пу-
тем применения компенсаторов она будет доведена до ми-
нимальных значений, определяют остаточную девиацию
одним из способов, приведенных выше в этом параграфе.
Как правило, остаточную девиацию находят из наблюде-
ний на восьми равноотстоящих компасных курсах (см.
табл. 2). Но таблица, в которой есть только 8 значений де-
виации, неудобна для практического применения, т.к. в
ней большие интервалы (45°) между значениями, а также
присутствуют случайные погрешности в отдельных на-
53
блюдениях. Для получения более “плотной” таблицы
остаточной девиации с интервалами 15 или 10° необходи-
мо в несколько раз увеличить число наблюдений (провес-
ти 24 или 36 вместо восьми). Увеличение числа отдельных
наблюдении само по себе не снижает влияния случайных
ошибок в наблюденных девиациях. Кроме того, определе-
ние девиации на 24 или 36 компасных курсах значительно
увеличивает затраты времени на выполнение девиацион-
ных работ. Поэтому для составления рабочей таблицы де-
виации применяют специальный метод. Используя этот
метод, на основе восьми наблюдений девиаций сначала
рассчитывают пять коэффициентов (А, В, С, D, Е), а затем,
применяя эти коэффициенты, составляют рабочую табли-
цу остаточной девиации на любое число промежуточных
курсов. Все расчеты выполняют при помощи табличных
схем, составленных по основной формуле девиации (38).
Таким образом, составление рабочей таблицы девиа-
ции выполняют в три этапа:
1) определение остаточной девиации из наблюдений
на восьми равноотстоящих компасных курсах;
2) вычисление пяти коэффициентов девиации с испо-
льзованием восьми ее наблюденных величин;
3) расчет собственно таблицы, в которой приводятся
отдельные значения функции 5= f(k') с интервалом 15
или 10° компасного курса — на основе вычисленных ко-
эффициентов девиации.
Рассмотрим вывод формул для вычисления коэффи-
циентов девиации. Запишем основную формулу (38) для
компасного курса N (к' = 0°):
=А 4-2?sin004-Ccos004-Z)sin2-004-Ecos2-00,
54
1)5n = A+C+E;
аналогичным образом можно получить выражения для
других главных и четвертных курсов:
2)5ne =А + В sin 45° + С cos 45° + D;
3)5е = А+В-Е;
4)5se =Л+Bsinl35° + Ccosl35°-D;
5)5s=/4~C+£;
6)5$w =Л +-5sin225° + Ccos225° + D;
7)5w=z4-B-£’;
8)SNW =Я+Bsin315° + Ccos315°”D.
В итоге получили восемь уравнений с пятью неизвест-
ными (А, В, С, D, Е). Наличие избыточных уравнений спо-
собствует более точному вычислению коэффициентов,
т.к. при этом ослабляется влияние случайных ршибок в от-
дельных наблюдениях.
Расчет неизвестных коэффициентов выполняют, ис-
пользуя метод наименьших квадратов. Для расчета необ-
ходимо каждое из восьми уравнений умножить на число,
стоящее в этом уравнении при определяемом коэффици-
енте, а затем Все уравнения сложить. В результате получа-
ется 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 час-
55
тей (эта сумма в данном случае составляет 8Л). Нормаль-
ное уравнение принимает вид:
+ ^NE + ^Е +^SE +5S +^SW +^W +^NW =^'
Отсюда можно получить формулу для расчета коэф-
фициента Л:
А -§N +§NE + ,, +SNW (3
Для получения расчетной формулы коэффициента В
умножим первое и пятое исходные уравнения на ноль,
третье уравнение на +1, седьмое — на -1, второе и четвер-
тое на +sin 45°, шестое и восьмое на -sin 45°. Необходимо
также учесть равенства:
sinl35° = +sin45°; cos45° = +sin45°;
sin 225° =-sin 45°; cos 135° =-sin 45°;
sin 315° = -sin 45°; cos 225° = -sin 45°;
cos315° =+sin 45°.
Уравнения принимают вид:
2)6NE sin 450=?lsin450 + 2?(sin 45° )2 +C(sin 45° )2 +
+£>sin45°;
3)6E =A+B-E’,
4)8se sin 45°=Лsin 45° + B(sin450)2 -C(sin450)2 -
-Osin 45°;
56
6) - 5sw s*n 45° = -Asin 45° + B(sin 45° )2 +
+C(sin450)2 -D sin 45°;
7)-8w=-^ + B + £’;
8)-§nw sin450 = -^sin45° + B(sin450)2 -
-C(sin450)2 +Dsin45°.
Суммируя левые и правые части, получаем нормаль-
ное уравнение:
3NE sin45° + 8E +3SE sin45°-3sw sin45°-8w -
-8 w sin 45° =2B + 4B(sin 45° )2.
С учетом того, что (sin 45° )2 =1/2, формула для рас-
чета коэффициента В принимает вид:
#=~[(Зе -5W) + (8NE _8sw)sin45° + (До)
Аналогичным образом можно получить формулы для
других коэффициентов:
C=1/4[(8n ~8s) + (8ne -8sw)sin45°- (41)
*~(^se — ^Nw)sin450];
D =1/4{(8ne +8sw)-(3se + 8^)]; (42)
£’=1/4[(8n+8s)-(8e+8w)]. (43)
57
Коэффициенты девиации, вычисленные по формулам
(39) — (43), получаются с минимальным влиянием слу-
чайных ошибок.
Используя ту же самую основную формулу (38), под-
ставляя в нее полученные коэффициенты А, В, C,D,En за-
давая через равные промежутки значения компасного кур-
са к’, можно рассчитать девиации на этих курсах и соста-
вить рабочую таблицу. Для удобства вычислений приме-
няют бланковые формы, в основу которых положены вы-
ражения (38)—(43). Кроме того, существуют специальные
программы для выполнения всех расчетов на компьютере.
3.3. Общие принципы уничтожения
девиации
На морских судах необходимо принимать меры для
уменьшения влияния судового железа на магнитный ком-
пас, т.е. уничтожать девиацию, применяя различные ком-
пенсаторы для нейтрализации “вредных” магнитных сил
(ЛАЯ, ВАЯ, САЯ, РАЯ, £АЯ).
Если силы, создающие девиацию, соизмеримы с на-
правляющим вектором индукции АЯ, девиация имеет бо-
льшую величину (десятки градусов). Пользоваться компа-
сом при этом затруднительно или даже совсем невозмож-
но: на одних курсах картушка будет поворачиваться вмес-
те с судном из-за одинакового приращения углов курса и
девиации, на других направлениях чувствительный эле-
мент будет увлекаться трением в опоре вследствие чрез-
мерного уменьшения направляющей силы. Этими причи-
нами вызвана необходимость уменьшения девиации, т.е.
компенсации сил, которые ее вызывают.
58
Из всех сил самая малая — АУЛ. Она создает девиа-
цию, не превышающую, как правило, 1 °.
Вследствие незначительности силу АУЛ не компенси-
руют. Девиация от силы АУЛ входит составной частью в
общую поправку компаса и, следовательно, учитывается
при решении навигационных задач.
Силы БУЛ и ЕУЛ возникают под влиянием только
мягкого горизонтального судового железа и создают чет-
вертную девиацию. Силы БУЛ и ЕУЛ доводят до минима-
льных значений с помощью компенсаторов четвертной де-
виации — брусков, пластин или шаров из мягкого ферро-
магнитного материала, устанавливаемых снаружи нактоу-
за, в его верхней части.
Силы ВУЛ и СУЛ создаются под влиянием всего твер-
дого и вертикального мягкого судового железа и вызыва-
ют полукруговую девиацию. Эти силы компенсируются
при помощи продольных и поперечных магнитов-уничто-
жителей, устанавливаемых внутри нактоуза.
Для того чтобы скомпенсировать ту или иную магнит-
ную силу, необходимо приложить к картушке компаса
противоположно направленное воздействие. Это достига-
ется применением соответствующих компенсаторов. При
уничтожении девиации руководствуются следующим
правилом: силы, происходящие от твердого судового же-
леза, нужно компенсировать с помощью постоянных маг-
нитов, а силы от индуктивного магнетизма мягкого судо-
вого железа — с помощью элементов из мягкого ферро-
магнитного материала.
Правильная установка компенсаторов — это и есть
задача, которую требуется решать для уничтожения де-
виации.
59
Следует отметить, что четвертная девиация более ста-
бильна, чем полукруговая. Поэтому уничтожение четверт-
ной девиации выполняют, как правило, один раз — сразу
после постройки судна.
В дальнейшем остаточная четвертная девиация прак-
тически не претерпевает заметных изменений, и коэффи-
циенты D и Е, доведенные до минимальных значений, со-
храняют свои величины, близкие к нулю, в течение мно-
гих лет.
Совершенно иначе обстоит дело с полукруговой деви-
ацией. Каждая из сил, вызывающих полукруговую девиа-
цию, представляет собой сумму двух составляющих:
MH = cZ + P; CkH=JZ + Q,
где силы Р и Q происходят от твердого судового железа и
имеют постоянную величину, а силы cZ и fZ возникают
вследствие влияния мягкого судового железа, и их величи-
на изменяется с переменой магнитной широты. Но силы
cZ и/Z от курса судна не зависят и действуют подобно по-
стоянным силам Р и Q. Поэтому силы ВкН и СкН можно
компенсировать при помощи постоянных магнитов-унич-
тожителей.
В процессе эксплуатации составляющие Р и Q в неко-
торой степени меняются по величине. Это происходит под
влиянием внешних воздействий: удары корпуса при швар-
товке, аварийные ситуации (касание грунта, пожар) и т.п.
Вследствие этого требуется периодически контролировать
величины полукруговых коэффициентов В и С и, при не-
обходимости, повторно уничтожать полукруговую девиа-
цию и составлять новую таблицу остаточной девиации.
60
Действующими правилами эти девиационные работы
предписывается выполнять не реже одного раза в год.
Помимо четвертной и полукруговой девиаций, при
наклонах корпуса судна, т.е, при крене, дифференте или
во время качки, возникает дополнительная погрешность
магнитного компаса — креновая девиация. Для ее уничто-
жения внутри нактоуза предусмотрен специальный ком-
пенсатор — креновый магнит. Он установлен вертикаль-
но, под котелком компаса. Разработана методика уничто-
жения креновой девиации с применением измерительного
прибора — судового инклинатора,
При переходе судна из одной магнитной широты в
другую, т.е. с переменой составляющих Н и Z поля Земли,
наблюдается изменение полукруговых коэффициентов В и
С, зависящих от этих параметров:
^cZ+P. C_JZ + Q
КН ’ КН '
Чтобы предотвратить нестабильность полукруговой
девиации из-за перемены магнитной широты при плава-
нии судна, компас снабжают еще одним устройством —
широтным компенсатором. Это вертикальный стержень из
мягкого ферромагнитного материала, устанавливаемый
снаружи нактоуза. Он ликвидирует переменную (широт-
ную) часть полукруговой девиации.
Установка всех компенсаторов для уничтожения чет-
вертной, полукруговой, креновой и широтной девиации
выполняется в соответствии с требованиями ИМО (Меж-
дународной морской организации) по вопросам судовож-
дения (Резолюция А. 382 (10) от 14 ноября 1977 г.).
61
Глава 4. Уничтожение
полукруговой девиации
4.1. Общие сведения
Как было отмечено, уничтожение полукруговой деви-
ации заключается в компенсации судовых сил ВХН и СкН
при помощи продольных и поперечных магнитов-уничто-
жителей. Известно много методических приемов уничто-
жения полукруговой девиации, но наиболее широкое рас-
пространение получили два основных способа: способ
Эри и способ Колонга. Автор первого способа — англий-
ский астроном Джордж Эри (1801—1892). Эри был ино-
странным членом-корреспондентом Петербургской акаде-
мии наук и известен трудами по теоретической астроно-
мии. Второй способ разработал русский ученый, член-кор-
респондент Петербургской академии наук Иван Петрович
Колонг (1839—1901). Эти два способа имеют и достоинст-
ва, и недостатки, и как бы дополняют один другой. При
выполнении обоих способов задача заключается в том,
чтобы свести к минимуму влияние судовых сил ВХН и
СХ.Н. Оба способа требуют последовательно направлять
судно на 4 курса — N, S, Е, W.
Способ Эри основан на наблюдении девиации как раз-
ности между магнитным (заданным) и компасным (наблю-
даемым по картушке) курсами судна. В основу способа
Колонга положено измерение магнитных сил, действую-
щих на компас. Для этого необходимо иметь специальный
магнитометр — дефлектор, позволяющий измерять индук-
цию магнитного поля в центре картушки компаса.
62
Далее рассмотрено теоретическое обоснование основ-
ных способов уничтожения полукруговой девиации.
4.2. Способ Эри
Способ Эри выполняется на четырех главных магнит-
ных курсах N, S, Е, W. Задача состоит в том, чтобы в резу-
льтате наблюдений найти такое положение для магни-
тов-уничтожителей, при котором продольные магниты
компенсируют силу ВкН, а поперечные — СЕН. При этом
другие силы (AkH, DkH, EkH) должны оставаться неиска-
женными, с их первоначальными значениями. Сущность
способа Эри можно пояснить при помощи многоугольни-
ка сил. На рис. 33 показаны силы, действующие на компас,
когда судно идет магнитным курсом N(0°).
Силы лЯ, DkH, ВКН на-
правлены по магнитному мери-
диану NM и девиации не создают.
Силы АНН, ЕЕН и СкН, направ-
ленные поперек меридиана, об-
разуют девиациюSN. Силу СКН
нужно скомпенсировать попе-
речными магнитами-уничтожи-
телями, а силы АкН и ЕкН при
этом должны оставаться нетро-
нутыми. Иначе говоря, необхо-
димо наблюдаемую девиацию
SN ликвидировать не полно-
стью, а только уменьшить ее на
величину oN, которая создается
63
силой CkH. Однако величина 5 неизвестна, по картушке
виден полный угол девиации 5^. Поэтому поступают сле-
дующим образом: поперечными магнитами-уничтожите-
лями создают силу , которая полностью компенсирует
сумму сил (АХН + EXH + СХН); при этом наблюдаемая по
картушке девиация 5 N доводится до нуля. Компенсирую-
щую силу Fn представляют в виде двух частей:
Fn = Д + f2, причем 1/]| = СШ, |/2| = А\Н + ЕХН.
Силы АЕН иЕш компенсации не подлежат, но оказа-
лись скомпенсированными, поэтому их необходимо вос-
становить. Для этого судно направляют на магнитный
курс S (180°). Многоугольник сил для этого курса пред-
ставлен на рис. 34.
СилаСХЯ остается скомпенсированной частью /р но
другая часть — /2 на курсе направлена в ту же сторону,
что и силы А\Н и ЕкН.
Это означает, что наблюда-
емая девиация 5 s образует-
ся суммой сил АХИ +
+Е'Ш + /2. Поскольку
|/2| =А\Н +ЕХН, можно
считать, что девиация 5S
создается как бы удвоен-
ной суммой сил 2(ЯХ77 +
ЕХН). Поэтому уменьше-
ние девиации 5 s в два раза,
т.е. доведение наблюдае-
мой на курсе S девиации
5S до величины 1 / 25 s пу-
тем перемещения попереч-
64
них магнитов-уничтожителей, будет означать ликвида-
цию “лишней” части /2. При этом сила СкН окажется
скомпенсированной за счет действия и эта компенса-
ция будет оставаться на любом курсе судна.
Итак, для того чтобы скомпенсировать силу СКН, не-
обходимо:
1) лечь на магнитный курс N(0°) и при помощи попе-
речных магнитов-уничтожителей довести наблюдаемую
на этом курсе девиацию SN до нуля;
2) лечь на магнитный курс S (180°) и при помощи тех
же поперечных магнитов-уничтожителей довести появив-
шуюся на этом курсе девиацию 5 s до половинного значе-
ния 1/28 s.
Сила СкН окажется скомпенсированной.
Для компенсации силы ВКН следует выполнить ана-
логичные действия на двух других магнитных курсах:
1) лечь на магнитный курс Е (90°) и при помощи про-
дольных магнитов-уничтожителей довести наблюдаемую
на этом курсе девиацию 5Е до нуля;
2) лечь на магнитный курс W (270°) и при помощи
тех же продольных магнитов-уничтожителей довести поя-
вившуюся на этом курсе девиацию 5W до значения
l/28w.
Сила ВКН окажется скомпенсированной. В итоге по-
лукруговая девиация уничтожена.
Главное достоинство способа Эри — простота выпол-
нения. Не требуется никаких дополнительных приборов.
Единственная трудность этого способа — приведение суд-
на на заданные магнитные курсы N, S, Е, W. Непосредст-
венно по картушке магнгитного компаса сделать это не-
возможно. Можно применять метод приведения судна на
5 Зак. 3037
65
заданный магнитный курс по курсовому углу створа (или
отдаленного предмета), магнитное направленое которого
По рис. 35 видно, что при пересечении створной ли-
нии на заданном магнитном курсе МК угол КУ должен
иметь вполне определенное значение:
КУ = МП-МК. (44)
Рассмотрим конкретный пример.
Допустим, требуется лечь на МК = 45° (рис. 35). Име-
ется створ с известным магнитным направлением, напри-
мер, МП = 64,5°. Рассчитаем значение курсового угла для
этого случая:
КУ = МП - МК = 64,5 - 45 = 19,5°.
Следовательно, чтобы лечь на заданный курс МК =
45°, нужно заранее установить пеленгатор по азимуталь-
ному кругу на отсчет КУ = 19,5°. Затем необходимо изме-
нять курс судна и удерживать его так, чтобы в момент пе-
66
ресечения створа визирная плоскость пеленгатора оказа-
лась совмещенной со створной линией, т.е. в этот момент
наблюдатель должен видеть створные знаки через визир-
ное приспособление пеленгатора. При этом пеленгатор
поворачивать нельзя, он должен оставаться на отсчете
КУ = 19,5°.
Следует иметь в виду, что курсовой угол при расчете
по формуле (44) должен всегда быть положительным в
пределах от 0 до 360 °. Например, если задан МК = 135°,
то при МП = 64,5° расчет по формуле (44) нужно выпол-
нять с добавлением 360°, т.е.:
КУ = МП - МК = (64,5 + 360°) - 135 - 289,5°.
С появлением гирокомпаса выполнение способа Эри
упростилось: приводить судно на заданные магнитные
курсы можно без использования береговых предметов и
курсовых углов. Необходимо только взять с навигацион-
ной карты магнитное склонение d и учесть его при назна-
чении гирокомпасного курса ГК, который соответствует
заданному магнитному курсу. Расчет выполняют по изве-
стной формуле:
ГК = МК + й?-ДГК,
где ДГК — поправка гирокомпаса.
Поскольку ДГК практически всегда близка к нулю,
можно пользоваться более простой формулой:
ГК = МК + <У. (45)
Например, если d = +10,5°, для приведения судна на
магнитные курсы N, S, Е, W, что необходимо для выпол-
67
нения способа Эри, нужно пользоваться следующей таб-
лицей:
мк N(0°) S (180°) Е (90°) W (270°)
ГК 10,5° 190,5° 100,5° 280,5°
При выполнении способа Эри с применением гиро-
компаса необходимо учитывать одно обстоятельство: при
маневрировании судна у гирокомпаса возникает инерци-
онная погрешность, которая имеет переменный (периоди-
ческий), медленно затухающий характер. Величина этой
погрешности в высоких широтах может достигать неско-
льких градусов.
Для уменьшения инерционных погрешностей реко-
мендуется выполнять способ Эри на малых ходах.
В широтах выше 70° применение способа Эри по по-
казаниям гирокомпаса дает существенные ошибки, поэто-
му более предпочтительно использовать метод курсовых
углов.
4.3. Способ Колонга
Способ Колонга, как и способ Эри, предусматривает
компенсацию сил В'к.Н и СХН, т.е. уничтожение полукру-
говой девиации. Способ Колонга основан на измерении
результирующих магнитных сил HN, Н§, на че-
тырех главных компасных курсах и доведении этих сил
продольными и поперечными магнитами до таких вели-
чин, которые наблюдались бы при отсутствии сил ВХН и
СКН. Способ Колонга менее точен (по сравнению со спо-
собом Эри). Ошибки возникают из-за влияния судовых
68
сил АкН и ЕкН. При теоретическом обосновании способа
Колонга силы АУЛ и ЕУЛ принимают равными нулю, что
вполне допустимо по отношению к магнитному компасу,
установленному на верхнем мостике.
Сущность способа Колонга можно понять при рас-
смотрении многоугольника сил. На рис. 36 показаны
силы, действующие на компас, когда судно идет компас-
ным курсом N (0°). Силы АУЛ и ЕУЛ не учитываются.
Рис. 36 показывает, что если результирующий вектор
НN действием продольных магнитов-уничтожителей уме-
ньшить и довести до величины то при этом сила ВУЛ
окажется скомпенсированной. (Предполагаемая компен-
сационная сила f отмечена штриховой линией). Однако
выполнить такую компенсацию пока нельзя, т.к. неизвест-
на величина силы ВУЛ. Поэтому на компасном курсе N
выполняют только одно действие — измеряют величину
результирующего вектора при помощи специального
магнитометра. Этот измерительный прибор, предложен-
ный в свое время Колонгом, позволяет определить индук-
цию магнитного поля в центре картушки компаса в услов-
ных дефлекторных единицах (д.е.). Итак, на компасном
курсе N измеряют силу , а затем, сняв дефлектор с ком-
паса, направляют судно на компасный курс S (180°).
На рис. 37 представлен многоугольник сил при
к' = 180°. При условии А УЛ = 0, ЕкН = 0 девиация 5 s равна
SN по величине, но обратна по знаку. Фигуры многоуголь-
ников зеркально симметричны.
Равенство SN - 5S = 5 можно доказать с помощью
основной формулы (38). На рис. 37 показано: для компен-
69
Рис. 36 Рис. 37
сации силы ВХН на курсе S подходит та же компенсацион-
ная сила/(см. рис. 36). Если бы она существовала, то резу-
льтирующий вектор Hs имел бы величину Н<?. Анализи-
руя рис. 36, 37, можно записать:
= X#cos5+DMfcos8+5Mf = + ВХН;
Hs cosS + DXHcos§ -ВХН -ВМЦ
= Н% = XH(1+D)cos8 =Н°.
Величина Я0 — это некоторое значение результиру-
ющего вектора, свободное от судовой силы В кН, одина-
70
ковое и для компасного курса N, и для компасного курса
S. Из рассмотренных выражений можно найти искомую
величину:
= (46)
Следовательно, для компенсации силы В\Н необхо-
димо:
1) направить судно на компасный курс N (непосредст-
венно по картушке компаса) и измерить дефлектором ре-
зультирующую силу
2) направить судно на компасный курс S, измерить
’ 0 Я
силу Н$ и рассчитать среднее значение Н\ -—
2
затем установить продольные магниты-уничтожители в
нактоузе таким образом, чтобы измеряемая дефлектором
индукция Hs стала равной величине Яр. При этом судо-
вая сила ВХН окажется скомпенсированной.
Аналогичным образом можно доказать, что среднее
zj-0 НЕ + ^W
значение , рассчитанное по двум измерен-
ным дефлектором величинам НЕ и не зависит от су-
довой поперечной силы С кН. Следовательно, для компен-
сации этой силы требуется:
1) направить судно на компасный курс Е и измерить
дефлектором силу НЕ;
71
2) направить судно на компасный курс W, измерить
' I
1 и о IIЕ +HW
силу Нщ и рассчитать среднее значение =— -------—;
2
затем установить поперечные магниты-уничтожители в
нактоузе так, чтобы измеряемая дефлектором индукция
стала равной величине Н^. При этом судовая сила
СкН окажется скомпенсированной.
Способ Колонга автономен, поскольку при его выпол-
нении не требуются береговые или небесные ориентиры.
Его можно также применять в тех случаях, когда неиспра-
вен гирокомпас. В этом состоит преимущество способа
Колонга перед способом Эри. К недостаткам способа Ко-
лонга можно отнести его меньшую, по сравнению со спо-
собом Эри, точность, а также необходимость применения
дополнительного прибора — дефлектора.
4.4. Измерение магнитных сил
дефлектором
Уничтожение полукруговой девиации способом Ко-
лонга основано на измерении горизонтальных магнитных
сил при помощи дефлектора. В настоящее время применя-
ются два типа этого прибора — дефлектор Колонга и деф-
лектор с равномерной шкалой.
Рассмотрим принцип действия дефлектор Колонга
(рис. 38).
Картушка компаса 4 располагается осью NS по на-
правлению вектора индукции магнитного поля Земли или
вектора Н' магнитного поля судна. Если визирную плос-
кость пеленгатора совместить с линией действия измеряе-
72
мой силы Н(Н' ), то под призмой 5 пеленгатора будет на-
блюдаться отсчет 180°, т.е. S картушки. В дефлекторе есть
два магнита — измерительный 1 и вспомогательный 3.
При выполнении измерений дефлектор устанавливают на
пеленгаторе так, чтобы измерительный магнит распола-
гался вдоль вектора измеряемой силы Северный
полюс магнита N, отмеченный риской 2, должен быть об-
ращен в сторону румба N картушки. Измерительный маг-
нит 1 в точке О (центр картушки) создает компенсирую-
щее магнитное поле с вектором индукции Н{. Расстояние
г, т.е. возвышение измерительного магнита над картуш-
кой, можно регулировать специальным механизмом. Ве-
Рис. 38
73
личина компенсирующего поля (в микротеслах) определя-
ется в соответствии с формулой (15):
Цо М
1
4л
(47)
где М — магнитный момент измерительного магнита,
А-м2; г — расстояние между картушкой и магнитом, м; I
— длина измерительного магнита, м.
При некотором расстоянии г значение компенси-
рующего поля становится равным значению Н измеряемо-
го поля, и картушка 4 при этом устанавливается линией
NS по направлению вектора создаваемого вспомога-
тельным магнитом 3. Ось j вспомогательного магнита
перпендикулярна линии NS измерительного магнита. Та-
ким образом, признаком выполнения условия =Н яв-
ляется поворот картушки компаса на 90° по отношению к
первоначальному положению. Если до начала измерения
под призмой пеленгатора наблюдался отсчет 180° (S кар-
тушки), то в конце измерения через призму пеленгатора
должен быть виден отсчет 270° (W картушки). Мерой ве-
личины Н(Н') служит расстояние г. На вертикальной
планке дефлектора расположена шкала 6, проградуиро-
ванная в соответствии с формулой (47). Отсчет величины
Н(Н') в условных (дефлекторных) единицах считывается
с помощью индекса 7, жестко связанного с измеритель-
ным магнитом 1. Поскольку измеряемая величина обратно
74
пропорциональна кубу расстояния г, шкала дефлектора
Колонга неравномерна.
Разновидность дефлектора Колонга — более порта-
тивный прибор с равномерной круговой шкалой. Его от-
личие от дефлектора Колонга состоит в том, что вместо
одного измерительного магнита, перемещаемого по верти-
кали, используется система из двух магнитов, складываю-
щихся наподобие ножниц. Для оценки измеряемой маг-
нитной силы служит угол раздвижки измерительных маг-
нитов. Благодаря синусному механизму, шкала дефлекто-
ра имеет равномерные деления.
Глава 5. Четвертная девация
и ее уничтожение
5.1. Принцип уничтожения
четвертной девиации
Уничтожение четвертной девиации заключается в
компенсации судовых сил DkH и ЕкН, происходящих от
мягкого железа. В качестве компенсаторов четвертной де-
виации применяют горизонтальные элементы из мягкого
ферромагнитного материала, устанавливаемые в верхней
части нактоуза, снаружи, на уровне картушки компаса.
Условие уничтожения четвертной девиации можно
выразить равенствами:
D=DC+DK = 0; (48)
Е = Ес+Ек=0, (49)
75
где D, Е — суммарные коэффициенты, обусловленные со-
вместным действием судового железа и компенсаторов
(остаточные коэффициенты четвертной девиации); E)Q,EC
и DK ,ЕК — коэффициенты от мягкого судового железа и
от компенсаторов, соответственно.
Рассмотрим принцип компенсации судовой силы
DCML Коэффициент Dc характеризуется выражением:
Судовые параметры aQ и ес, как это было доказано в
п. 2.2, всегда имеют отрицательный знак, причем по абсо-
лютной величине параметр ес всегда больше параметра
а. Следовательно, имеют место зависимости:
и
Ы>К|; яс>0. (50)
Отсюда можно сделать вывод, что судовой коэффи-
циент Dc — всегда положительный. Значит, для компен-
сации судовой силы D^H необходимо иметь компенса-
торы, создающие отрицательный коэффициент D*. Он
будет отрицательным, если разность (ак - ек)— отрица-
тельное число.
В качестве компенсатора четвертной девиации можно
взять элемент из мягкого ферромагнетика и расположить
его вблизи компаса на уровне картушки. Этот элемент
(компенсатор) может иметь форму стержня, пластины,
шара и т.п. На рис. 39 показан компенсатор в виде продо-
льного горизонтального стержня, который находится в
76
магнитном поле Земли, т.е. намагничивается проекциями:
продольной и поперечной +К В точке О (центр кар-
тушки) такой компенсатор, как источник собственного
поля) создает силы -акХ и +екУ, т.е. формирует отрица-
тельный параметр -а и положительный +ек. При этом
образуется отрицательный компенсационный коэффици-
ент —D,.:
Л
Это значит, что элемент из мягкого ферромагнетика
произвольной формы, установленный сбоку от компаса,
может стать компенсато-
ром четвертной девиации,
если выполняется условие
K|=N
Наиболее распростра-
ненным видом компенса-
тора до недавнего времени
были горизонтальные
стержни круглого сече-
ния, устанавливаемые
продольно в верхней час-
ти нактоуза, по одному с
каждой стороны. Длину
стержней подбирали так,
чтобы выполнялось усло-
вие (48). В последнее
время получили распро-
странение компенсаторы
77
Рис. 40
четвертной девиации, имеющие
форму пластин. Они обладают ря-
дом достоинств, о чем будет сказа-
но в последующих параграфах.
Для компенсации судовой
силы Е^Л не требуется отдель-
ных компенсаторов. Сила ЕУЛ
может быть скомпенсирована од-
новременно с силой DKH теми же
самыми элементами. Для этого их
необходимо развернуть в горизон-
тальной плоскости на некоторый угол а относительно
продольной оси (рис. 40).
Величина угла а рассчитывается по формуле
a=0,5arctg£c/£>c. (51)
Поворот компенсаторов по часовой стрелке создает
отрицательный коэффициент £к, против часовой стрелки
— положительный Ек.
5.2. Девиация от индукции
На рис. 41 представлен компенсатор четвертной деви-
ации в виде прямоугольного элемента из мягкого ферро-
магнитного материала. Он установлен на некотором рас-
стоянии г от центра Oj системы компаса. Размеры компен-
сатора подобраны таким образом, что отрицательный ко-
эффициент элемента -D полностью компенсирует поло-
жительную величину судового коэффициента четвертной
девиации +DC. При этом выполняется условие уничтоже-
ния четвертной девиации (48).
78
Но существует одно обстоятельство, которое делает
схему компенсации четвертной девиации более сложной.
Дело в том, что компенсаторы устанавливаются на накто-
узе в непосредственной близости к магнитной системе
компаса. Вследствие этого компенсаторы помимо основ-
ной намагниченности от поля Земли, приобретают допол-
нительный магнетизм от влияния (индукции) магнитной
системы компаса. Эта дополнительная намагниченность
79
вызывает отклонение магнитной стрелки (картушки), ко-
торое называется девиацией от индукции.
Представим магнитный момент стрелки компаса в
виде двух составляющих — продольной Мх и поперечной
М у (см. рис. 41).
Величины Мх и М у зависят от курса судна к\
Mx=Mcosk’, My=Msink. (52)
Следует заметить, что если у компаса девиации нет, то
магнитный к и компасный к' курсы одинаковы. На рисунке
показан компенсатор в виде прямоугольного элемента. Он
находится на расстоянии г от центра магнитной стрелки,
действие которой характеризуется двумя моментами Мх и
М . В соответствии с формулами (14) и (16), в точке О2
(центр компенсатора) образуется магнитное поле, магнит-
ную индукцию которого можно представить двумя векто-
рами:
h ^0 • h ~ у
*"4л ’ У~4п г3 ‘
(53)
Компенсатор приобретает индуктивную намагничен-
ность
h V '
продольную с магнитным моментом: Мj =&х ;
hyV
поперечную с магнитным моментом: м2 =& ——.
Но
(54)
80
где аех, аеу — магнитная восприимчивость компенсатора
по осям хну; К — объем компенсатора.
Индуктивно намагниченный (от компасной стрелки)
компенсатор становится источником собственного (до-
полнительного) магнитного поля. В точке О\ (центр кар-
тушки) это дополнительное поле характеризуется двумя
векторами магнитной индукции:
_Но
1 4л г3
_ Ир
2 4л
- продольный вектор;
►
- поперечный вектор.
(55)
С учетом выражений (52), (53) и (54) получаем:
h} =——О— cask; h2 =—-— sin к. (56)
1 (4п)2г6 2 (4я)2/
Введем обозначение постоянного коэффициента:
W=—^5—. (57)
(4Л)2гб
Выражения составляющих индукции приобретают
вид:
h}=&xNMcosk; h2=4x yNM sink. (58)
Общий вектор индукции /гинд =y[h^ + h2 и направля-
ющая сила кН в геометрической сумме кН + /гннд = Н' ха-
рактеризуют величину результирующего вектора Н' и
б Зак. 3037
81
определяют направление компасного меридиана ЛГ , по
которому устанавливается картушка (рис. 42).
Угол отклонения 8 инд магнитной стрелки (картушки)
от первоначального направления NM и есть девиация от
индукции.
Найдем проекции сил ХН, и на направление тп,
перпендикулярное компасному меридиану NK:
82
влево от компасного
меридиана.................)Л 5т8инд + h2 cos А:';
вправо от компасного
меридиана................sin к'.
Составим уравнение равновесия действующих на кар-
тушку магнитных сил:
Л,Т/8т§инд =&! sinA4-/^ cosA:'. (59)
Отсюда можно найти выражение для девиации индук-
ционного вида:
~ /ь sin£’-/i7 cos А4
smSnm ^8инд ° - -----
Подставим в это выражение значения и h2 из фор-
мул (58), в которых вместо магнитного курса к теперь не-
обходимо учитывать компасный курс к\ т.е. угол между
направлением компасной стрелки и диаметральной плос-
костью судна. После подстановки получаем
N(ae -Фе )М
5и„п =--------------sin A4 cos А4
иид ХН
или
N(&r -Фе
б =--------f----У---sin 2к'. (60)
инд 2ХН
Анализируя выражение (60), можно сделать следую-
щие выводы:
1. Девиация от индукции имеет четвертной характер.
83
2. Коэффициент четвертной девиации от индукции,
т.е. максимальное значение девиации, наблюдаемое на
четвертных курсах, выражается формулой
N(ae -4ае )М
(61)
где N = —— постоянный конструктивный коэффици-
4л2г6
ент, зависящий от объема компенсатора V и обратно про-
порциональный шестой степени расстояния г; аех,ае^ —
магнитные восприимчивости по продольной и поперечной
осям, зависящие от качества материала и формы компен-
сатора.
3. Коэффициент индукционной девиации D иид изме-
няется с переменой горизонтальной составляющей маг-
нитного поля Н, т.е. при переходе судна из одного района
плавания в другой. Наглядное представление о нестаби-
льности индукционной девиации дает табл. 3.
Таблица 3.
Район плавания Н, мкТл D ° ИНД’ Величина девиации
Индийский океан 40 1 Допустимая
Средиземное море 20 2
Сев. Атлантика 10 4 Большая
Карское море 4 10 Недопустимая
84
Как видно, диапазон изменения девиации от индук-
ции весьма большой: если в средних широтах девиация
составляет 1...2°, то при переходе в высокие широты она
может увеличиваться до 10°, что недопустимо. Поэтому
необходимо добиваться уменьшения индукционной деви-
ации, чтобы в средних широтах она не превышала 0,2°,
тогда и высоких широтах она не выйдет за пределы 1°, что
отвечает навигационным требованиям.
5.3. Безындукционные компенсаторы
четвертной девиации
Формула (61) показывает, что при аех =4аг коэффи-
циент четвертной девиации от индукции становится рав-
ным нулю (£>инд =0) и остается на нулевом уровне в лю-
бом районе плавания судна. Раскроем равенство аех = 4аг^
как условие безындукционности компенсаторов четверт-
ной девиации. Действующие (реальные) магнитные вос-
приимчивости зех,ЗЁу зависят от магнитной восприимчи-
вости материалам и коэффициентов размагничивания Тх и
Ту, которые, в свою очередь, определяются формой эле-
мента и выбранным
направлением. Для
прямоугольной пла-
стины, имеющей
длину I и ширину b
(рис. 43), коэффици-
енты Тх и Ту являют-
ся некоторыми фун-
кциями относитель-
Рис. 43
85
ной длины пластины Л = / / Ь. При Л = 1 коэффициенты
одинаковы: Тх =Т . С увеличением Л коэффициент Тх
уменьшается и стремится к нулю, а коэффициент Т , нао-
борот, увеличивается и достигает некоторых больших зна-
чений.
Зависимость действующих магнитных восприимчиво-
стей от коэффициентов размагничивания выражается фор-
мулами:
ге ае
ге =---------: ае =-----------.
х 1+геГ у 1+жТ
* У
(62)
Формулы показывают, что при Тх 0 аех —> ае, т.е.
очень узкая пластина, имеющая 1>Ь, Тх =0, обладает реа-
льной восприимчивостью аех = ае (ае — магнитная воспри-
имчивость материала, аех — магнитная восприимчивость
формы). Это значит, что по продольной оси х при I > b эле-
мент намагничивается сильнее, чем по поперечной оси у.
На рис. 44 показаны графики функциональной зависи-
мости аех = /1(Л) и аеу = /2(Л). Расчеты показывают, экс-
перименты подтверждают, что при Л = 3,2 для прямоуго-
льной пластины имеет место равенство
агх=4аег (63)
которое можно считать условием безындукционности
компенсаторов четвертной девиации.
В настоящее время фирмы разных стран, выпускаю-
щие магнитные компасы, отказались от производства ком-
пенсаторов в виде круглых стержней, шаров и т.п., и пере-
шли на снабжение морских компасов безындукционными
компенсаторами четвертной девиации в форме тонких
86
прямоугольных пла-
стин, имеющих
Л = // Ь = Теоре-
тическая разработка,
экспериментальное
исследование и пер-
вый выпуск опытной
партии безындукци-
онных компенсато-
ров были осуществ-
лены в Государст-
венной морской ака-
демии им. адм. С.О.
Макарова (Санкт-Петербург).
Отечественный магнитный компас КМ-145 снабжа-
ется безындукционным компенсатором четвертной деви-
ации в виде комплекта из 16 пластин, которые устанавли-
ваются в двух пеналах, по 8 пластин с каждой стороны
нактоуза (рис. 45).
Каждая пластина создает коэффициент величиной
0,5°. При установке всех 16 пластин суммарный компен-
сационный ко-
эффициент DK
достигает значе-
ния 8°. С помо-
щью такого на-
бора можно обе
спечивать унич-
тожение четверт-
ной девиации с
87
остаточным коэффициентом D, не превышающим 0,25°.
При этом, благодаря безындукционное™, сохраняется
высокая стабильность девиации при плавании в различ-
ных широтах.
Глава 6. Кремовая девиация
6.1. Теория креновой девиации
При наклоне судна, т.е. при наличии крена, дифферен-
та или при качке судна его намагниченность меняется, в
результате появляется погрешность компаса, называемая
креновой девиацией.
Силы, действующие на компас при прямом положе-
нии судна, характеризуются уравнениями Пуассона (26).
Параметры Пуассона неодинаковы по значению. Для рас-
смотрения влияния наклона судна можно оставить только
самые существенные из них — а, с, е, к, а остальные, име-
ющие более высокий порядок малости, отбросить.
Тогда уравнения Пуассона принимают более простой
вид:
=X + aX+cZ+P-'
Y'=Y + eY+Q; I (64)
Z — Z + KZ + 2?.
Рассмотрим, каким образом изменяется судовой маг-
нетизм при появлении некоторого угла крена 0 (рис. 46).
Вместо составляющих X, Y, Z магнитного поля Земли при
88
X
крене судна его корпус будет намагничиваться силами
%к> Ук, ZK, которые представляют собой проекции со-
ставляющих X, Y, Z на наклонные оси х ।, у j, z ।:
%к - %;
Yv = Y cos 0 + Zsin 0; >
Zw = Zcos 0 - Y sin 0.
К
(65)
С учетом этих обозначений уравнения (64) приобрета-
ют новый вид:
89
% — X + 61^ + cZ +
л. л. к к
i'k +<*„ +2;
ZK = ZK + kZ^ + R,
(66)
Магнитные силы X ,Кк ,ZK действуют на компас по
наклонным осямх j, , Z| (рис. 47). Картушка компаса при
наклоне судна остается в горизонтальной плоскости. Поэ-
тому, чтобы определить результат влияния сил Xк ,УК ,ZK
на компас, необходимо эти силы привести к плоскости
картушки, т.е. нужно найти проекции сил %к, XK,ZK на
оси X, у, Z.
90
Рис. 47
Обозначив новые силы, действующие по прямым
осям, нерезв, У, Z, и используя рис. 47, получаем:
У" = У' cos 0 - Z' sin 0;
К к
Z" = Z„ cos 0 + У„ sin 0.
К к
(67)
Силу Z' можно не рассматривать, т.к. она направлена
перпендикулярно к плоскости картушки и отклоняющего
действия на компас не оказывает. Остальные две силы,
действующие в плоскости картушки, с учетом выражений
(66) принимают вид:
Xй — Х^ + аХк + cZK +Р;
У" =(УК +еУк +0)cos0-(ZK +kZK +P)sin0,
Подставив в эти выражения значения А'к, Ук, ZK из
уравнений (65), можно записать:
X” — X + аХ + c(Zcos0-y’sin0)+P;
У" =[ycos0 + Zsin0+e(ycos0 + Zsin0) + 0]cos0-
- [Zcos 0 - У sin 0 + £(Zcos 0 - У sin 0) + R ]sin 0.
При ограниченных углах крена, когда
sin 0=0, cos 0^1, эти выражения имеют вид
Х" = Х + aX + cZ-c@Y +Р;
Y" = Y + eY +Q+eQZ + k®2Y-k®Z-RG).
91
Отбрасывая в каждом уравнении слагаемые самого
высокого порядка малости, окончательно получаем:
X" = X+aX + cZ + P', 1
(68)
Г' = Y + eY + Q + [(е - k)Z - /?]01
Сравнивая уравнения (68) с исходными выражениями
(64), легко прийти к выводу, что при крене судна в плоско-
сти картушки (по оси у) возникает добавочная сила

(69)
которая служит причиной появления креновой девиации.
При качке судна FK^ имеет периодический характер: с
частотой качки она действует попеременно, то к левому,
то к правому борту. Под влиянием этой силы картушка от-
клоняется, у компаса наблюдается динамическая знакопе-
ременная погрешность. Значение этой погрешности может
быть весьма существенным (5... 10 °). Как показывает фор-
мула (69), сила
F^ и, следова-
тельно, величина
креновой девиа-
ции, зависят от
угла крена 0.
На рис. 48
показано дейст-
вие силы F,} на
курсах N и Е.
Можно сде-
лать вывод: при
поперечном на-
92
клоне (крене) судна на курсах N и S креновая девиация 8 к
максимальна, а на курсах Е и W она равна нулю. Это озна-
чает, что креновая девиация имеет полукруговой харак-
тер.
6.2. Принцип уничтожения креновой
девиации
Для уничтожения креновой девиации необходимо
ликвидировать силу F^ у т.е. требуется сделать так, что-
бы величина FK, ч была равна нулю при наличии угла кре-
на 0. Формула (69) показывает, что сила FK^ не возника-
ет при условии
[(е -k)Z =
На рис. 49 показаны
две вертикальные судовые
силы: (e-k)Z и R. Их про-
екции на горизонтальную
ось y(e-k)Z@ и RQ непо-
средственно воздействуют
на картушку. При выполне-
нии условия (70) силы
уравновешивают одна дру-
гую, и, соответственно,
креновая девиация не воз-
никает. Для выполнения
условия (70), т.е. для унич-
тожения креновой девиа-
ции, применяют вертикаль-
93
ный (креновой) магнит, устанавливаемый внутри нактоуза
(см. рис. 49).
Он создает дополнительную вертикальную силу RM,
проекция которой /?м0 обеспечивает равенство сил, дей-
ствующих на картушку влево и вправо по оси у. С учетом
дополнительной силы /?м условие уничтожения креновой
девиации принимает вид:
[(е-fc)Z-(/?+/?м)]=0, (71)
при
(R+RU) = R„
Символом R* здесь обозначена вертикальная сила R
судового магнетизма, откорректированная креновым маг-
нитом, создающим добавочное действие RM. Для практи-
ческого осуществления равенства (71) используется судо-
вой инклинатор — прибор, с помощью которого измеряет-
ся магнитное наклонение Г в точке, где располагается
центр картушки компаса. Величина Г характеризуется вы-
ражением tgZ* -ZE / Ye, где ZE и Ye — судовые магнит-
ные силы, определяемые уравнениями Пуассона (64) для
магнитного курса Е (или W). Если предположить, что по-
лукруговая девиация предварительно уничожена, т.е. по-
перечная сила Q скомпенсирована магнитами-уничтожи-
телями (Q = 0), и, учитывая, что для магнитного курса Е
(или W) составляющая Y по величине равна Н, тангенс
магнитного наклонения определит выражение
tgz£ Л + + (72)
Е (1 + е)У
94
Подставляя в выражение (72) вместо R величину К* из
уравнения (71), находим:
tai' + + _(l + e)Z .
(1 + е)Г (1 + е)У (73)
где I—магнитное наклонение в данном районе (вне судна).
Значение / можно взять с магнитной карты.
Уничтожение креновой девиации с применением су-
дового инклинатора может быть выполнено в море во
время рейса. Для этого необходимо:
— судно, не имеющее ни крена, ни дифферента, на-
править на магнитный курс Е (или W);
— вместо котелка компаса установить судовой инкли-
натор;
— действуя креновым магнитом, добиться, чтобы от-
счет по инклинатору стал равным значению /, снятому
с магнитной карты для данного района плавания.
Глава 7. Повышение точности
магнитного компаса
7.1. Широтный компенсатор
Одно из основных требований, предъявляемых к маг-
нитному компасу, — стабильность коэффициентов девиа-
ции во время плавания. Однако на большинстве судов при
95
переходе судна из одного района в другой наблюдаемая
девиация отличается от значений, взятых из рабочей таб-
лицы начального порта. Наибольшие изменения претерпе-
вает полукруговая девиация. Это происходит из-за того,
что при компенсации сил В)Л ~cZ + Р и CkH =fZ + Q
применяют постоянные магниты-уничтожители. Однако
каждая из этих сил состоит из двух разных по происхож-
дению компонентов: один из них возникает под влиянием
мягкого судового железа, приобретающего индуктивный
магнетизм от вертикальной составляющей Z земного поля,
а второй — под влиянием твердого судового железа, обла-
дающего постоянным магнетизмом.
Чтобы силы ВУЛ и ОЛ сохраняли стабильность, не-
обходимо компенсацию каждой силы выполнять не одним
компенсатором, а двумя: силы cZnfZ — вертикальными
брусками мягкого железа, а силы Р и Q — продольными и
поперечными магнитами.
Вертикальный брусок из ферромагнитного материала,
предназначенный для компенсации переменной части по-
лукруговой девиации, называется широтным компенса-
тором (ШК).
Широтный компенсатор 2, уравновешивающий судо-
вую силу CqZ, устанавливают в продольной плоскости
компаса, как это показано на рис. 50. Судовая продольная
сила CqZ компенсируется силой c^Z, создаваемой при по-
мощи ШК, который крепят вертикально к нактоузу. Внут-
ри нактоуза размещают магниты-уничтожители 1 для ком-
пенсации судовой силы Р^. Поскольку судовая сила /0Z
обычно невелика, ШК в поперечной плоскости компаса не
устанавливают.
96
Чтобы прави-
льно подобрать раз-
меры ШК, необхо-
димо знать значе- }
ние судового пара- -
метра cq. Этого до-
стигают опытным
путем, проводя со-
ответствующие из-
мерения на судне в
двух различных
точках Земли.
Запишем выра-
жение коэффициен-
та В полукруговой [
девиации для двух
точек земной повер-
хности:
z
Рис. 50
CaZi + Р(\
1 точка (Яр^) Вх = 01 Q
Cf\Z^ + Bn
2-я точка (/f9,Z9) Я9 = ° 2-------
2 2 2 ХН2
После преобразований получим выражение для расче-
та судового параметра с0:
В^-В,#,
С л — л,------
и 7—7
z2 Z1
(74)
7 Зак. 3037
97
Для вычисления параметра с0 значения Н\,Н2 и
Zj ,Z2 снимают с магнитных карт или измеряют непосред-
ственно, а коэффициенты Bj ,В2 и А, определяют из наблю-
дений. По значению с0 подбирают необходимый размер
ШК, чтобы обеспечить равенство c0Z = -CjZ
Расчет параметра Cj = -Cq и установка ШК возможны
только после того, как судно совершит плавание из одного
района Земли в другой, и при этом будут выполнены необ-
ходимые наблюдения.
ШК, как и всякий помещенный близко к компасу эле-
мент из мягкого железа, создает четвертную девиацию от
индукции. В настоящее время разработана конструкция
сдвоенного ШК, установка которого не вызывает девиа-
ции от индукции.
Сдвоенный безындукционный компенсатор состоит
из двух одинаковых вертикальных стержней, устанавлива-
емых во взаимно перпендикулярных плоскостях. Для ком-
пенсации продольной судовой силы cZ необходимо иметь
два вертикальных стержня, которые устанавливают на на-
ктоузе симметрично: вправо и влево от диаметральной
плоскости под углом 45°. Каждый стержень в отдельности
создает параметры т^ит2, равные между собой. Суммар-
ный параметр сдвоенного ШК
I 22 Г~
m = Jml +т2 = т1у/2 = с0.
Установка ШК повышает точность показаний магнит-
ного компаса при плавании судна в различных широтах.
98
7.2. Исправление таблицы девиации
во время плавания
Если наблюдаемая девиация отличается от табличной
более чем на 2°, тО, в соответствии с требованиями прак-
тики, следует внести исправления в таблицу девиации или
составить ее заново. Как правило, во время плавания изме-
няется полукруговая девиация. Поэтому сличают показа-
ния магнитного компаса и гирокомпаса (или определяют
девиацию каким-либо иным способом) на четырех глав-
ных магнитных курсах (0; 90; 180; 270 °) и рассчитывают
новые значения полукруговых коэффициентов по форму-
лам:
St Sxj —
В=-^-----W C=_N-------S /75ч
2 2
Для вычисления девиации в случае сличения показа-
ний магнитного компаса и гирокомпаса служат выражения:
5n =CJIn + ДГК-tZ; 5s =CJIs + ДГК-</;
Sp — СЛр + ДГК — d', Syy + ДГК — d,
где CJIN =K^K -0°; СЛ§ =К^К -180°; СЛЕ =К^к -90°;
С Л w =К W -270° — это сличения показаний гирокомпа-
са и магнитного компаса в те моменты когда по магнитно-
му компасу наблюдаются отсчеты курса 0; 180; 90; 270 °;
ДГК — известная поправка гирокомпаса; d — значение
магнитного склонения, взятое с карты.
По новым значениям коэффициентов В и Си прежним
значениям коэффициентов A, D, Е составляют более точ-
99
ную новую таблицу девиации, применяя табличный метод
расчета или выполняя непосредственные расчеты девиа-
ции на микрокалькуляторе по основной формуле (38).
Если известно, что, помимо коэффициентов В и С, из-
менению подвержен коэффициент D (например, при пере-
возке железных грузов), то для обновления таблицы деви-
ации рекомендуется определять девиацию на четырех чет-
вертных компасных курсах — NE, SE, SW, NW. В этом
случае для расчета новых значений коэффициентов В, С,
D, служат формулы:
5=-(CJIne +CJIse -CJIsw -CJInw);
C=-(CJIne -OISE -CJIsw +СЛо-);
D =-(CJINE -CJISE +CJISW -CJI^).
(76)
Г
Особенность этих формул заключается в том, что в
них не входят ни ошибка гирокомпаса, ни магнитное скло-
нение. Это позволяет исправлять таблицу девиации при
неизвестных значениях упомянутых величин.
7.3. Уничтожение электромагнитной
девиации
Причиной девиации магнитного компаса может быть
не только магнит, но и проводник с постоянным электри-
ческим током. На современных судах предусмотрены спе-
циальные обмотки, предназначенные для защиты судов от
магнитных мин. Эти обмотки, охватывающие корпус суд-
100
на или его отдельные части, подключаются к источнику
постоянного тока. Производится размагничивание судна,
т.е. компенсация его собственного магнитного поля на
глубине защиты, под днищем, и вероятность срабатыва-
ния магнитных мин уменьшается.
При включенных размагничивающих обмотках про-
исходит искажение поля в той точке, где располагается
магнитный компас, т.е. возникает электромагнитная деви-
ация.
Под влиянием трех составляющих магнитного поля
Земли корпус судна приобретает индуктивную намагни-
ченность, которую можно представить тремя векторами:
МХ,Му,Мz (рис. 51), причем:
Л/ =п^Х = п^Н cos
Му = n2Y = rc2//sm£; -
(77)
= n-iZ,
где ,п2,п^ — ко-
эффициенты, зави-
сящие от материала
и размеров корпуса,
соответственно.
Помимо индук-
тивного намагничи-
вания, судно обла-
дает также постоян-
ным магнитным мо-
ментом, который
можно выразить та
101
ким же образом — тремя векторами NX,Ny,Nz, не зави-
сящими ни от курса, ни от широты.
Для компенсации судового магнетизма применяют
систему обмоток, которые, охватывая корпус судна, обра-
зуют как бы три больших соленоида по трем судовым
осям: z,y,x. Обмотки, показанные на рис. 51, называются:
основная 1, батоксная 2 и шпангоутная 5. Они компенси-
руют намагниченность по соответствующим осям (z, у,
х). Каждая обмотка имеет несколько секций, в которых
сила тока регулируется в зависимости от изменения кур-
са и широты в соответствии с формулами (77).
В табл. 4 приведены основные данные для соответст-
вующих обмоток размагничивания.
Таблица 4.
Обмотки раз- магничивания Секции в обмотке Магнитный мо- мент, компенси- руемый обмоткой Закон регулирования тока в обмотке
Основная Широтная N s: II *5 =nZ
Постоянная N = const - const
Батоксная Курсовая синусная Му = n2//sin к = *osin*
Постоянная N у = const ц = const
Шпангоутная Курсовая косинусная Mz =n\Hcos к -/q cos к
Постоянная N х = const f2 = const
102
Характер электромагнитной девиации от стационар-
ных обмоток размагничивания определяется законом, по
которому регулируется сила тока в обмотках.
Постоянные и широтные секции обмоток, ток в кото-
рых не зависит от курса судна, в точке, где находится ком-
пас, создают три постоянные силы Рэ, Q3, Ry Происходит
изменение коэффициентов полукруговой девиации.
При включенных курсовых секциях изменяются коэф-
фициенты постоянной и четвертной девиации.
Для уничтожения электромагнитной девиации приме-
няют компенсирующее устройство (КУС), в которое вхо-
дят электромагнитный компенсатор и регулировочные по-
тенциометры. Электромагнитный компенсатор представ-
ляет собой систему из трех взаимно перпендикулярных
соленоидов (х, у, z). В каждом соленоиде есть независи-
мые секции витков: постоянная, широтная, курсовая си-
нусная и курсовая косинусная. Компенсатор устанавлива-
ют в верхней части нактоуза под котелком компаса. Сек-
ции соленоидов КУС подключают параллельно соответст-
вующим секциям обмоток размагничивания.
Силу тока в каждой секции подбирают при начальной
регулировке с помощью отдельных потенциометров та-
ким образом, чтобы обеспечить компенсацию в центре
компаса сил, обусловленных действием обмоток размаг-
ничивания.
Процесс начальной регулировки тока в обмотках КУС
с одновременным изменением проекций магнитных сил в
точке, где находится центр картушки компаса, называется
уничтожением электромагнитной девиации. Эту работу
выполняют на стоянке на произвольном курсе, близком к
четвертному. Уничтожение электромагнитной девиации
103
предусматривает последовательную компенсацию сил, ко-
торые приведены в табл. 5.
Таблица 5.
Силы — зависи- мость от курса и широты Направление действия сил
продольное поперечное вертикальное
Силы, не зависящие от курса судна, но зависящие от маг- нитной широты. Возникают при вклю- чении широтной сек- ции основной обмот- ки размагничивания Q3=m2Z u - и 2 u» N
Силы, не зависящие ни от курса, ни от широты. Возникают при включении по- стоянных секций всех обмоток размаг- ничивания еэ
Силы, пропорциона- льные косинусу кур- са. Возникают при включении косинус- ных секций шпанго- утных обмоток = Х^ cask Kj = Kj cos k Zj = Zj cos к
Силы, пропорциона- льные синусу курса. Возникают при вклю- чении синусных сек- ций батоксных обмо- ток aY 2 = aV2 sin £ K2 = T2 sin к Z^ - zi sin
104
Уничтожение электромагнитной девиации выполня-
ется в три этапа.
Первый этап — это компенсация вертикальных сил
R3, Лэ, Z], Z2. Котелок компаса заменяют судовым инкли-
натором, работающим в режиме магнитных весов. Верти-
кальным вспомогательным магнитом устанавливают
стрелку инклинатора в горизонтальное положение. Затем,
не снимая инклинатора, включают постоянные секции
всех обмоток размагничивания. При этом появляются три
силы:Рэ, Q3, R3.
Горизонтальные силы Р3 и Q3 не оказывают влияния
на инклинатор, а вертикальная составляющая R3 выведет
стрелку инклинатора из горизонтального положения. Ре-
гулировкой тока в постоянной секции z-соленоида КУС
добиваются, чтобы стрелка инклинатора снова вернулась
в горизонтальное положение. Сила R3 оказывается ском-
пенсированной.
После этого, не снимая инклинатора и оставляя под
током постоянные секции обмоток размагничивания,
включают широтную секцию КУС (основной обмотки).
Появляется вертикальная сила R3 = m^Z, которая отклоня-
ет стрелку инклинатора. Регулировкой тока в широтной
секции вертикального соленоида КУС добиваются, чтобы
стрелка инклинатора снова заняла горизонтальное поло-
жение. Сила Л э оказывается скомпенсированной.
Аналогичным образом компенсируют силы Z] и Z2.
Второй этап — компенсация продольных сил Р3, Р3,
— выполняется с использованием дефлектора,
105
подготовленного для измерения проекций горизонталь-
ных сил (без вспомогательного магнита). Измеряют деф-
лектором продольную проекцию Р. Затем включают по-
стоянные секции обмоток размагничивания. Сила Р изме-
няется на значение Ру Регулировкой тока в постоянной
секции х-соленоида КУС добиваются восстановления пер-
воначального значения силы Р, т.е. компенсируют состав-
ляющую Р Аналогичным образом, последовательно по-
давая ток в другие секции обмоток размагничивания, ком-
пенсируют возникающие при этом силы Р , иХ2.
Третий этап — компенсация поперечных сил Q3, Q3,
Ур У2. Эту операцию выполняют также с использованием
дефлектора и соответствующих потенциометров КУС.
После уничтожения электромагнитной девиации
определяют остаточную девиацию и составляют две рабо-
чие таблицы девиации: одну для включенных и другую
для выключенных обмоток размагничивания.
На многих судах нет стационарных обмоток размаг-
ничивания. Такие суда подвергают периодическому раз-
магничиванию с помощью временных обмоток, сооружае-
мых из переносного кабеля. Такой способ размагничива-
ния снимает только постоянный магнетизм от твердого су-
дового железа.
Глава 8. Бесстрелочный
(индукционный) магнитный компас
В соответствии с международными требованиями, на
всех судах, независимо от их размера, должен находиться
106
магнитный компас — автономный курсоуказатель, не тре-
бующий электропитания.
В 1998 г. была принята Резолюция Комитета по безо-
пасности на море MSC.86(70), в соответствии с которой в
качестве дополнительного курсоуказателя разрешается
применять электромагнитный компас, не имеющий маг-
нитной стрелки. Иначе говоря, это бесстрелочный (индук-
ционный) компас, чувствительным элементом которого
служит феррозонд (флаксгейт). В таких магнитных компа-
сах используются электронные устройства, автоматически
компенсирующие девиацию после выполнения одной пол-
ной циркуляции судна.
8.1. Принцип действия феррозонда
Феррозонд (рис. 52) имеет два пермаллоевых сердеч-
ника и две обмотки.
Одна из обмоток подключена к источнику переменно-
го тока (напряжение U |) и служит для подмагничивания
сердечников. Эта обмотка наложена на каждый из сердеч-
ки
(78)
ников и образует цепь, по которой проходит переменный
ток . Вторая обмотка, охватывающая оба сердечника, яв-
ляется сигнальной. В ней возникает сигнальное напряже-
ние U2, которое определяется законом электромагнитной
индукции
б/Ф„
и2^~Г^
dt
где Фс — поток магнитной индукции (поток полезного
сигнала), зависящий от вектора Н магнитной индукции
поля Земли.
Величина Фс характеризуется выражением
Фс =т[1Н cask, (79)
где т — конструктивный коэффициент; ц — магнитная
проницаемость сердечника; Н— магнитная индукция поля
Земли; к — угол ориентации сердечника (курс судна).
Выражение (78) с учетом формулы (79) дает возмож-
ность определить напряжение полезного сигнала:
Тт тт и do ,
U 9 = U. ------ = -mH—cos к.
2 с dt dt
Полезный сигнал Uc возникает только при наличии
некоторого процесса изменения магнитной проницаемо-
сти ц сердечника. Цикличное изменение величины ц обес-
печивается за счет питания подмагничивающей обмотки
зонда переменным током z'p
Переменные магнитные потоки Ф! и Ф2 в сердечни-
ках, пропорциональные току подмагничивания z^, в любой
полупериод противоположны один другому. Следователь-
(80)
108
но, суммарный поток Ф = Ф^ +Ф2 всегда равен нулю. Од-
нако по отдельности в каждом сердечнике потоки Ф1 и Ф2
служат для подмагничивания материала сердечников по
закону гармонических колебаний, с частотой f = 400 Гц,
причем в середине каждого полупериода наблюдается
магнитное насыщение Фт. В момент насыщения проница-
емость р, резко уменьшается до нуля, а в промежутках —
возрастает до некоторого максимального значения р0. Та-
ким образом, сигнальную обмотку пронизывает пульсиру-
ющий магнитный поток с амплитудным значением, про-
порциональным максимальной величине Ц=Ц0, а также
зависящим от угла ориентации зонда к.
Сигнал U с имеет вид переменного, несколько иска-
женного напряжения, частота которого в два раза больше
частоты опорного напряжения U р т.е. 800 Гц, а амплитуда
— пропорциональна величине вектора Н.
Для того чтобы исключить из выходного сигнала
квадратурные помехи, применяют синхронное детектиро-
вание, поэтому окончательный сигнал, на основе которого
работает индикатор курса, представляет собой напряже-
ние постоянного тока, пропорциональное курсу судна к.
В реальной схеме индукционного компаса присутст-
вует не один феррозонд, а два, и их комплексный узел но-
сит название тесламетр.
8.2. Индукционный компас на основе
двухосевого тесламетр а
В современном индукционном компасе в качестве
чувствительного элемента применяется двухосевой тесла-
метр (рис. 53).
109
Рис. 53
Носителем полезной информации (курс судна к) в та-
ком компасе служит отношение двух напряжений (U j и
Uснятых с двух ортогональных феррозондов. Один
феррозонд ориентирован по диаметральной плоскости
судна, второй — в плоскости шпангоутов.
Сигналы переменного тока U j и U 2 с феррозондов по-
даются на фазочувствительный детектор ФЧД, который
преобразует их в напряжения постоянного тока U j и U 2 и
подает на аналого-цифровой преобразователь АЦП. Затем
величины U1 и U 2 в цифровом виде (t । и т 2) поступают на
микропроцессор МП, в котором производится вычисление
курса судна к. Компараторы и А2 служат для определе-
ния рабочего сектора (всего секторов шесть). Компаратор
сравнивает сигналы U t и U 2 (после прохождения ФЧД)
и выдает значение “1” или “0”, в зависимости от соотно-
шения t/j и£/2:
ПО
при |tZ £ |< |С721на выходе значение “1”;
при |С7 j] > |С721на выходе значение “О”.
Компаратор А2 сравнивает сигнал U 2 с нулевым по-
тенциалом и выдает, соответственно, следующие значения:
при (72 <0на выходе Л2 значение “1”;
при U2 > 0 на выходе А2 значение “О”.
Порядок работы компараторов и микропроцессора по-
казан в табл. 6. На рис. 54 показаны угловые диаграммы
Рис. 54
111
Таблица 6.
Включаемый сектор Код Алгоритм микропроцессора МП
А\ А2
£ = Q..45° 0 0 СЛ arctg-^-=5 и2 если 5 < 0, к = 5 +180° если S >0, к = S + 360°
А-= 45...135° 1 0 СЛ arctg = 5
>1 = 135...180° 0 0 и\ arctg —=5 и2
к = 180...225° 0 1 СЛ arctg -к =5 и2 если 5 <0, к = 5 + 360° если 5 >0, к = 5 +180°
А-= 225...315° 1 1 СЛ arctg — = S
к = 315...360° 0 1 СЛ arctg -к= S и2
В микропроцессоре МП осуществляется решение за-
дачи по определению квадранта и вычисление курса к. Од-
новременно вычисляется модуль суммарного магнитного
поля Н. В реальных условиях, на стальном судне, индук-
ционный компас (так же, как и стрелочный) определяет
направление компасного меридиана Н
112
Для навигационных целей девиацию магнитного ком-
паса необходимо уменьшить (довести до минимума). В не-
которых индукционных компасах (например, в компасе
“Аврал”, ЦНИИ “Электроприбор”) предусмотрен девиа-
ционный прибор, как в обычных магнитных компасах. В
других курсоуказателях (например, ДС-83 (“Горизонт”),
Чебоксарский приборостроительный завод “Элара”) нет
компенсационных элементов для уничтожения полукруго-
вой и четвертной девиаций, т.к. подобные компасы рас-
считаны на применение на таких судах, где девиация неве-
лика. В таком компасе предусмотрено специальное элект-
ронное устройство для автоматического учета, т.е. исклю-
чения девиации из отсчетов курса (по репитеру).
8.3. Метод автоматического определения
и учета остаточной девиации
индукционного компаса
Этот метод реализован в бесстрелочных (индукцион-
ных) магнитных компасах, например, в упомянутом выше
ДС-83 (“Горизонт”), выпускаемом Чебоксарским заводом
“Элара”.
Сущность метода можно пояснить с использованием
уравнений Пуассона:
X' = X+aX+bY +CZ + P-,
У =Y+dX + eY+JZ + Q.
Принимая А" =Н cos к, Y -Hsink, получаем
8 Зак. 3037
ИЗ
X' = H(\ + a)cosk + bH sin к +cZ+ P;
У = 7/(l + e)sin£ + dHcos к+/Z + Q,
или
Х’ + У = 7/(1 +a + d)cosk + 7/(l + e + b)sin£ +
+(cZ + P)+(./Z + e).
Выражение (81) геометрически интерпретируется как
уравнение эллипса. Действительно, эллипс можно задать
уравнениями в параметрической форме:
х -mcost + г;
у =п sin / +5,
где t — параметр эллипса; т,п — полуоси эллипса; r,s —
координаты центра эллипса.
На основании этого можно записать:
х +у = mcost + nsin/ + r + s. (82)
Сравнивая выражения (81) и (82), можно представить
параметры эллипса, который соответствует уравнению
(81):
полуоси эллипса: т = 7/(1 + а + d)
п = 7/(1 + е + Ь)
смещение центра
эллипса по оси X' r = cZ + P\
по оси У s-JZ + Q.
Эллипс показан на рис. 55
Следует отметить, что большая ось эллипса наклонена
на угол а относительно оси ОХ. Эллипс можно рассматри-
114
Рис. 55
вать как годограф суммарного вектора индукции маг-
нитных полей судна и Земли при циркуляции судна.
Каноническое уравнение эллипса имеет вид:
X2 Y2 ,
Преобразование уравнения эллипса в систему коорди-
нат X' О' Y' путем последовательного переноса центра эл-
липса на величины r = cZ + Pus=JZ + Q, а затем его пово-
рот на угол а приводит к выражению:
[(Ar' + cZ + P)cosa + (К’ +yZ + £?)sina]
w2 (83)
[(r+yZ + e)cosa+(X' + cZ + P)sina]_1
+ п2
Пять пар значений и Г в режиме “калибровка” ав-
томатически измеряются тесламетрами при выполнении
115
контрольной циркуляции судна. При этом на пяти равно-
удаленных значениях компасного курса вычислитель рас-
считывает и фиксирует пять значений магнитной индук-
ции:
Я7 = 7(;О2 +?У)2-
В итоге находится решение системы из пяти уравне-
ний (83) и отыскиваются пять неизвестных величин:
(cZ+P), (JZ+Q),m, п, а.
Полученные значения тип используются для опреде-
ления горизонтальной составляющей магнитной индук-
ции поля Земли Я0:
Яо-ylmn. (84)
Формула (84) получается из сравнения площади эл-
липса, равной птп, с площадью эквивалентного круга,
определяемой произведением тгТ?2. Исходя из равенства
7пии=лЛ2, получают выражение (84), в котором вектор
Яо характеризуется радиусом окружности R.
После того как в процессе контрольной циркуляции
судна оказываются определенными и зафиксированными
в блоке памяти параметры (г,5,Я0), схема компаса пере-
водится в рабочий режим. В вычислителе формируются
текущие значения поправок AZ' и ДУ:
ДГ=^ + Р)+(Х’-Я0);
дг=с/г+е)+(г-я0).
Поправочные величины AZ' и ДУ добавляются к не-
прерывно измеряемым тесламетрами сигналам X' и У при
116
основном (эксплуатационном) режиме работы компаса.
На выходе вычислителя формируется магнитный курс
судна:
, Г+ДГ
к = arctg----.
6 Х' + ЛХ'
При вводе магнитного склонения d компас показывает
истинный курс судна (ИК = к + d).
Раздел 2.
КОНСТРУКЦИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ
МОРСКИХ МАГНИТНЫХ ПРИБОРОВ
Глава 9. Магнитные компасы
9.1. Общие сведения
о магнитных компасах
В соответствии с правилами по конвенционному обо-
рудованию, все суда должны быть снабжены магнитным
компасом, независимо от наличия на них других навига-
ционных приборов.
На судах морского флота установлены магнитные
компасы, у которых чувствительный элемент представля-
ет собой систему магнитных стрелок. В последнее время
также находят все более широкое применение магнитные
компасы с индукционным (бесстрелочным) чувствитель-
ным элементом.
В соответствии с международными и национальными
требованиями, конструкция магнитного компаса должна,
во-первых, обеспечивать необходимую точность указания
курса и, во-вторых, иметь устройства для компенсации по-
лукруговой, четвертной, креновой и широтной девиации.
Эти требования изложены в Резолюции ИМО А.382 (10)
118
от 14 ноября 1977 г., в Резолюции MSC. 116 (73) от 01 де-
кабря 2000 г., а также в документах Российского морского
регистра судоходства.
Морские магнитные компасы постепенно совершен-
ствуются в соответствии с требованиями ИМО. Некото-
рые современные магнитные компасы могут обеспечивать
дистанционную передачу данных с электронным цифро-
вым отсчетом курса.
В этой главе рассмотрены отечественные магнитные
компасы КМ-145, КМ-115, УКП-М, КМО-Т и электромаг-
нитный компас “Горизонт”, а также приведены общие све-
дения о зарубежных магнитных компасах, которые наибо-
лее часто встречаются на судах морского флота.
Все современные магнитные компасы соответству-
ют международным требованиям и обеспечивают на-
дежное курсоуказание во всех магнитных широтах ми-
рового океана.
9.2. Магнитный компас КМ-145
Основная модель магнитного компаса для морских
судов — компас КМ-145, выпускаемый Приборостроите-
льным заводом (г. Катав-Ивановск Челябинской обл.).
Магнитный компас КМ-145 имеет несколько вариан-
тов комплектации, в том числе с электрической дистанци-
онной передачей курса на репитеры гирокомпасного типа.
Этот компас предназначен для установки на судах морско-
го флота. Он имеет восемь модификаций:
КМ-145-1 — магнитный компас без дистанционной
передачи;
119
KM-145-3 — магнитный компас с электрической дис-
танционной передачей курса на репитеры гирокомпас ного
типа;
КМ-145-5 — магнитный компас с оптической дистан-
ционной передачей курса;
КМ-145-7 — магнитный компас, имеющий обе дис-
танционные передачи курса.
Модификации КМ-145-2, КМ-145-4, КМ-145-6 и
КМ-145-8 аналогичны указанным выше четырем вариан-
там соответственно, но дополнительно снабжены компен-
саторами электромагнитной девиации.
Предусмотрены следующие варианты определения
курса судна: отсчет курса непосредственно по картушке
основного прибора; отсчет курса с экрана оптического ре-
питера, связанного с основным прибором при помощи
стекловолоконного гибкого жгута; считывание курса суд-
на со шкалы репитера, связанного с основным прибором
дистанционной электрической передачей на сельсинах.
Основные технические характеристики компаса
диаметр картушки........................145 мм;
цена деления..............................1°;
магнитный момент датчика курса...........2 А м2;
максимальная погрешность измерения компасного
курса (инструментальная погрешность):
на неподвижном судне..................±0,5°;
на движущемся судне (при качке до 10°) . . . ±2°;
пределы компенсации основных видов девиации:
полукруговой...........................до ±70°;
четвертной.............................до ±8°;
креновой..................до ±6°на градус крена;
широтной...............................до ±40°;
скорость отработки следящей системы . . . . 6 %.
120
Дистанционная электрическая передача обеспечивает
подключение трех репитеров гирокомпасного типа. На оп-
тическом репитере изображается сектор картушки, рав-
ный 30°. Длина стекловолоконного жгута, соединяющего
приборы 52 и 54 (см. ниже), равна 2 м.
Электрическая схема компаса рассчитана на подклю-
чение к судовой сети 220 В 50 Гц. Существует аварийный
режим питания постоянным токов (27 В), при этом обеспе-
чена только подсветка картушки датчика курса и работа
оптического репитера.
Датчик курса магнитного компаса КМ-145 заполнен
жидкостью, которая обеспечивает нормальную работу
прибора при значениях температуры от -55 до +65 °.
Состав комплекта компаса КМ-145
В комплект компаса КМ-145 входят следующие при-
боры (рис. 56):
— основной прибор (прибор 52): служит для определе-
ния курса судна и выработки сигнала дистанционной пе-
редачи. Он состоит из датчика курса и компенсаторов де-
виации. Его устанавливают на верхнем мостике судна;
— центральный прибор (прибор 50): обеспечивает
усиление и преобразование сигнала дистанционной пере-
дачи, поступающего от датчика курса. Его устанавливают
в ходовой рубке;
— регулировочное устройство (прибор 3): предназна-
чено для регулировки силы тока в обмотках компенсатора
электромагнитной девиации. Его также устанавливают в
ходовой рубке;
121
Рис. 56
— приборы пи-
тания (прибор ЗА,
прибор ЗБ): обеспе-
чивают выработку
напряжений, необ-
ходимых для пита-
ния электрической
схемы. Их устанав-
ливают в ходовой
рубке;
— оптический
репитер (прибор
54): служит для
дублирования пока-
заний датчика курса
на оптическом экране, установленном в ходовой рубке.
Считывание курса с экрана оптического репитера возмож-
но одновременно несколькими лицами;
— репитеры гирокомпасного типа (прибор 8Н): мо-
гут быть в количестве до 3 штук. Предназначены для ви-
зуального считывания курса судна. Их устанавливают в
ходовой, штурманской рубках или других помещениях
судна.
На рис. 57 показан прибор 52 (основной прибор).
Прибор 52 представляет собой нактоуз 7, сверху за-
крываемый колпаком 5 с вентиляционным грибком 10. В
верхней части 14 нактоуза расположены: датчик курса 12,
компенсатор электромагнитной девиации 13 и осветитель
9. При пеленговании винты 8 отворачивают, фиксатор 11
оттягивают и осветитель 9 с кронштейном сдвигают в сто-
рону на угол 10°.
122
В средней части нактоу-
за расположены: девиацион-
ный прибор 15 для компен-
сации полукруговой и крено-
вой девиации, а также допол-
нительные вертикальные
креновые магниты 18. Вдоль
всего нактоуза проходит вер-
тикальная труба 16 оптиче-
ской передачи, в которой на-
ходится объектив 19. В ниж-
нем отверстии трубы закреп-
лен входной торец светопро-
вода. Патрон с силикагелем
Рис. 57
123
20 поглощает влагу и предотвращает запотевание объек-
тива и световода.
В нактоузе есть окно, закрытое крышкой 17. В девиа-
ционном приборе находятся три пары поворотных магни-
тов, складывающихся в виде ножниц: продольные для
компенсации силы ВкН, поперечные для компенсации
силы СкН и вертикальные — для компенсации вертикаль-
ной силы Z, создающей креновую девиацию. Ручки управ-
ления (В, С и Z), с помощью которых осуществляют раз-
движку магнитов, выведены в сторону окна. На рис. 57
они отмечены позицией 6.
Снаружи нактоуза, в его верхней части, закреплены
безындукционные компенсаторы четвертной девиации 4.
Они представляют собой набор пластин из мягкого желе-
за, расположенных в пеналах.
Кронштейн с компенсаторами 4 может быть развер-
нут вокруг вертикальной оси в пределах ±15°. Угол пово-
рота фиксируют по шкале 5.
На нактоузе закреплен широтный компенсатор (флин-
дерсбар), состоящий из двух вертикальных стержней 2.
Потенциометр 7, расположенный на корпусе прибора,
служит для регулировки освещенности чувствительного
элемента.
Главным узлом основного прибора (прибор 52) явля-
ется датчик курса, изображенный на рис. 58.
Этот датчик представляет собой герметичный корпус
77, заполненный жидкостью и закрытый сверху и снизу
стеклами 9 и 2. Груз 72 позволяет сохранить отвесное по-
ложение корпуса датчика при качке. На грузе закреплен
индукционный (феррозондовый) датчик 7, вырабатываю-
щий электрический сигнал для дистанционной передачи
124
курса на репите-
ры. На верхнем
стекле 9 располо-
жен узел подсвет-
ки 7, предназна-
ченный для осве-
щения картушки
при пеленговании
в ночное время.
Внутри корпу-
са есть круговой
экран 5, за кото-
рым расположен
Рис. 58
эластичный (воздушный) компенсатор 4, обеспечиваю-
щий компенсацию изменения объема компасной жидко-
сти при изменении температуры. В нижней части корпуса
закреплена опора с подпятником 10, на которую опирает-
ся шпилька 8 магнитного чувствительного элемента
(МЧЭ) 6.
Основу МЧЭ составляет магнитная система, которая
состоит из шести горизонтальных постоянных магнитов
(стрелок) 3. Они закреплены в нижней части поплавка,
частично компенсирующего вес МЧЭ в компасной жид-
кости.
9.3. Магнитный компас КМ-115
Этот компас разработан акционерным обществом
“Штурманские приборы** (Санкт-Петербург), н предназна-
чен для морских и речных судов, соответствует требова-
125
ниям резолюции ИМО А.382 (10) и “Правилам конвенци-
онного оборудования морских судов” Российского мор-
ского регистра судоходства.
Особенность компаса состоит в конструкции магнит-
ного чувствительного элемента (МЧЭ), который выполнен
в виде кольцевого магнита. Это обеспечивает автоматиче-
скую компенсацию девиаций высшего порядка с большей
результативностью, чем при шестистрелочной конструк-
ции МЧЭ. Кольцевой магнит вмонтирован в поплавок,
снабженный круговой шкалой курса (картушкой).
Основные технические характеристики компаса
магнитный момент МЧЭ..................1,9 А-м2;
диаметр картушки......................115 мм;
погрешность от трения (при Н = 15 мкТл). . . ±0,5°;
период колебаний МЧЭ (при Н = 15 мкТл) . 20± 2с;
пределы компенсации девиации:
полукруговой...........................±25°;
четвертной..............................-5°;
пределы компенсации вертикального поля . ±10мкл;
масса компаса...........................23 кг;
масса котелка...........................3,3 кг.
Состав комплекта компаса КМ-115
Общий вид компаса КМ-115 представлен на рис. 59.
На рис. 59 показаны: нактоуз 1; тумблер 2 для включе-
ния подсветки картушки; компенсаторы 3 для уничтоже-
ния четвертной девиации; крышка 4, закрывающая девиа-
ционный прибор, с магнитами для уничтожения полукру-
говой и креновой девиации; верхняя часть нактоуза 5, где
расположен котелок с магнитным чувствительным эле-
ментом.
126
Девиационный прибор имеет три
группы поворотных магнитов — про-
дольных, поперечных и вертикальных.
На лицевую панель прибора выведены
три валика, обозначенных буквами В, С
и Z. Вращением валиков можно регули-
ровать положение магнитов, предназ-
наченных для компенсации полукруго-
вой (В, Q и креновой (Z) девиации.
Магнитный компас КМ-115-07
Магнитный компас КМ-115 имеет "
несколько модификаций. Последняя 7
модель компаса — КМ-115-07 пред- / 'х.
ставляет собой магнитный компас с ди- £ д
станционной электрической передачей £ fon
курса на цифровые и аналоговые репи-
теры.
Компас КМ-115-07 обеспечивает Рис. 59
решение следующих задач:
— измерение текущего значения компасного курса
(КК) судна и его визуальное наблюдение на картушке ко-
телка компаса;
— автоматическое считывание этого значения, его
аналоговое преобразование и цифровую обработку с уче-
том остаточной девиации и магнитного склонения;
— индикация значений магнитного, истинного и за-
данного судоводителем курсов в цифровой форме и инди-
кация курса судна с заданным значением рассогласования
в пределах ±10°, с выдачей соответствующего звукового
сигнала;
127
— трансляция текущего значения магнитного или ис-
тинного курсов для потребителей в цифровой форме в
стандарте NMEA 0183, в интерфейсах RS 422 или RS 232;
— ввод девиационных поправок и данных тарировки
датчика компаса;
— ввод, отображение и учет значений магнитного
склонения;
— осреднение значений курса для учета качки судна;
— контроль работы, тестирование и обеспечение ре-
жима диалога оператора с вычислителем магнитного ком-
паса.
Наличие интерфейсов, отвечающих международным
стантартам, позволяет включать компас в интегрирован-
ную навигационную систему корабля (судна).
Работа оператора организована на принципе диалога с
вычислительной системой компаса, что позволяет макси-
мально упростить обслуживание и эксплуатацию изделия.
Состав комплекта компаса КМ-115-07
На рис. 60 представлена функциональная схема ком-
паса КМ-И 5-07.
Снаружи котелка компаса, на уровне МЧЭ 2, установ-
лены два феррозондовых датчика 1 и 3. Эти датчики выра-
батывают сигналы переменного тока ut и и2» пропорцио-
нальные синусу и косинусу компасного курса (КК):
Wj =wosinKK;
м2 =мо CoS^!
128
где Uq — напряжение возбуждения феррозондов, подавае-
мое с генератора 4 (см. рис. 60).
Сигналы и у и и2 поступают на фазочувствительный
выпрямитель 5, затем передаются в аналого-цифровой
преобразователь 6. В нем они приобретают форму соот-
ветствующих прямоугольных импульсов:
Т| =muy -WgsinKK;
X 2 = ww2 = м0 COSKK.
На основе сигна-
лов х । и т2 микропро-
цессор 7 производит
вычисление компас-
ного курса КК, значе-
ние которого высве-
чивается на цифровом
индикаторе 8.
В комплект ком-
паса КМ-115-07 также
входят аналоговые ре-
питеры 9, которые
считывают курс судна
обычным способом----
с помощью круговой
шкалы, разделенной
на 360°.
Помимо основного прибора (прибор КМИ), представ-
ленного на рис. 59, в комплект компаса КМ-115-07 входят
периферийные приборы, показанные на рис. 61, а, б и в:
аналого-цифровой преобразователь (прибор ПАЦ); анало-
9 Зак 3037
129
Рис. 61
го-цифровой репитер (прибор РК-А); цифровой репитер
(прибор РК-Ц).
9.4. Магнитные компасы
УКП-М и КМО-Т
Производство компасов УКП-М и КМО-Т к настоя-
щему времени прекращено, однако они все еще установле-
ны на многих судах морского флота. Чувствительный эле-
мент в этих компасах представляет собой магнитную сис-
тему из шести магнитных стрелок.
Компас УКП-М. Масса картушки компаса УКП-М —
105 г. После погружения картушки в поддерживающую
жидкость ее остаточный вес составляет несколько грам-
мов. Благодаря этому существенно снижается момент сил
трения в опоре.
В верхней части нактоуза расположены два горизон-
тальных бруска (круглого сечения), предназначенные для
компенсации четвертной девиации. Бруски изготовлены
из мягкого ферромагнитного материала. В некоторых слу-
130
чаях вместо брусков круглого сечения могут быть уста-
новлены прямоугольные стержни или шары, которые кре-
пятся на кронштейнах справа и слева в верхней части на-
ктоуза.
Для компенсации девиации от индукции могут быть
применены небольшие поперечные пластинки, которые
крепятся под котелком компаса.
Внутри средней части нактоуза находится девиацион-
ный прибор, выполненный в виде полой латунной трубы.
К трубе прикреплены две каретки, в которых зафиксиро-
ваны продольные и поперечные магниты-уничтожители,
предназначенные для компенсации пол у круговой девиа-
ции. Внутри трубы на тросике подвешен вертикальный
магнит, служащий для уничтожения креновой девиации.
Вращением валика можно изменять положение магнита
по высоте.
В процессе уничтожения девиации возможно изме-
нять полярность магнитов-уничтожителей.
Компас КМО-Т. Магнитный компас КМО-Т является
одновременно и путевым, и главным курсоуказателем, по-
скольку снабжен оптическим устройством, при помощи
которого шкала картушки проецируется на зеркальный от-
ражатель, расположенный непосредственно перед руле-
вым.
Внутри нактоуза расположен девиационный прибор с
вертикальным магнитом для уничтожения креновой деви-
ации и двумя парами магнитов для уничтожения полукру-
говой девиации.
В верхней части нактоуза установлены бруски из мяг-
кого железа для уничтожения четвертной девиации.
131
9.5. Магнитный индукционный
компас ДС-83
Магнитный индукционный компас ДС-83 (“Гори-
зонт”) разработан и выпускается Чебоксарским приборо-
строительным заводом “Элара”. Прибор ДС-83 представ-
ляет собой цифровой магнитный компас с индукционным
(бесстрелочным) чувствительным элементом. Предназна-
чен для установки на морских судах.
В блоке управления и индикации этого компаса нахо-
дится микропроцессор, который вычисляет компасный
курс и углы качки. Компенсация девиации (калибровка)
осуществляется автоматически в процессе одной замкну-
той циркуляции судна. С учетом вводимого магнитного
склонения можно получить истинный курс судна. Кроме
того, вычисляются и высвечиваются значения угла крена и
угла дифферента судна.
Основные технические характеристики компаса
масса блока датчиков......................4,6 кг;
масса блока управления и индикации . . . . 1,7 кг;
диапазоны измерений:
магнитного курса.................... 0...3600;
угла крена......................от -45 до +45 °;
угла дифферента.................от -45 до +45 °;
пределы вводимого
магнитного склонения.............от -180 до +180 °;
погрешность измерения:
— курса:
при углах качки 0°......................+1,0°;
при углах качки 22,5°...................±5,0°;
132
— крена и дифферента:
в диапазоне 0± 10°.....................±0,8°;
в диапазоне 10± 22,5°..................±2,0°;
в диапазоне 22,5 ± 45°..................±7,0°
Состав комплекта компаса ДС-83
В комплект компаса ДС-83 входят (рис. 62):
— измерительный прибор (блок датчиков) 1;
— блок управления и индикации 2;
— указатель курса 3;
— указатель крена и дифферента судна 4.
3 4
Рис. 62
133
В измерительном приборе установлены:
— трехосевой блок феррозондовых датчиков (тесла-
метров), который измеряет проекции вектора магнитной
индукции поля Земли;
— три ортогональных акселерометра, которые изме-
ряют проекции вектора ускорения силы тяжести и опреде-
ляют (после пересчета) значения углов бортовой и киле-
вой качки судна.
9.6. Зарубежные магнитные компасы
Магнитные компасы фирмы “Plath” (Германия)
Немецкая фирма “Plath”, выпускающая гирокомпа-
сы, известна также тем, что уже на протяжении 150 лет
занимается производством магнитных компасов. Ниже
рассмотрены основные характеристики компасов этой
фирмы.
Магнитный компас “Юпитер” (“Jupiter”). Этот
компас выпускают в нескольких модификациях — для пе-
ленгования, путевой, с оптической дистанционной переда-
чей. Предназначен он для установки на крупнотоннажных
морских судах, соответствует требованиям международ-
ных стандартов, одобрен морскими службами многих
стран (Германии, Англии, Франции, Италии, Дании, Нор-
вегии, Польши).
Основные параметры компаса:
диаметр картушки...........................180 мм;
точность индикации курса...................0,5°;
вес котелка.............................. 8,7 кг.
134
Котелок компаса устанавли-
вают в нактоузах фирмы “Navipol”
(рис. 63).
На рис. 63 показаны: нактоуз
4, компенсаторы четвертной деви-
ации 2, компенсатор широтной де-
виации (флиндерсбар) 3, оптиче-
ская система передачи отсчета
курса 5, дополнительная оптиче-
ская система 1.
Внутри нактоуза установлены
магниты для компенсации полу-
круговой и креновой девиации.
Магнитный компас “Юпитер”
снабжают (по заказу потребителя)
датчиком магнитного курса, обес-
печивающим работу дистанцион-
ной электрической передачи. Бла-
годаря этому датчику, который
монтируют сверху, на стекле ко-
телка, магнитный компас подклю-
чается к системе сигнализации рис. 63
(“Naviwam”) об отклонении судна
с заданного курса, а также к системам “Navipilot” и “Navit-
rans”.
Система “Navipilot” обеспечивает автоматическое
управление рулем, удерживая судно на заданном курсе, а
“Navitrans” — это репитерная система курсоуказания.
135
Магнитный компас “Нептун” (“Neptun”). Этот маг-
Рис. 64
нитный компас предназна-
чен для среднетоннажных и
малых судов, в том числе для
спасательных шлюпок.
Диаметр картушки ком-
паса — 100 мм. Компас обо-
рудован девиационным уст-
ройством для компенсации
полукруговой и креновой де-
виации.
Для удобства использо-
вания в качестве путевого
компас снабжен увеличите-
льной линзой (рис. 64).
Магнитный компас “Venus”. Компас представляет
собой малогабаритный курсоуказатель, предназначенный
для морских яхт. Имеет сферический чувствительный эле-
мент в кардановом подвесе с неограниченным углом на-
клона по любой оси.
Основные параметры компаса:
диаметр картушки.........................150 мм;
цена деления....................5°(“Venus NC”)
1° (“Venus NC”)
период колебаний ЧЭ.........................9,4 с;
инструментальная погрешность................2°;
диапазон температур..............от-30 до+60 °C;
вес котелка..............................3,1кг;
высота (с нактоузом)......................195 мм.
136
Система “Naviwarn”. Система “Naviwam” (фирма
“Plath”) вырабатывает световой и звуковой сигналы, пре-
дупреждающие судоводителя об отклонениях судна от за-
данного курса.
Курсовой монитор системы “Naviwam” изображен на
рис. 65.
Монитор подключен к
магнитному компасу, снаб-
женному феррозондовым
датчиком курса, и соединен
с системой авторулевого.
Происходит сравнение кур-
са судна по магнитному
компасу с курсом судна по
гирокомпасу. Если разность
между магнитным курсом и
курсом по гирокомпасу пре-
высит установленную вели-
чину, подаются световой и
звуковой сигналы. Звуковой
сигнал может быть сразу же
выключен, а световой сиг-
нал отключается автомати-
Monitor Autopilot-Magnetic
Power
failure
Off
course
Off Course Alarm
COURSE MONITOR
NAVIWARN
Рис. 65
чески — только после того,
как будет ликвидирована неисправность в системе гиро-
компаса. На время ремонта гирокомпаса авторулевой мо-
жет быть переключен на работу от магнитного компаса
или переведен на ручное управление.
Система “Naviwam” работает в комплекте магнитных
компасов “Jupiter”, “Mars”, “Neptun”.
137
Магнитные компасы фирмы “Tokimec” (Япония)
Японская фирма “Tokimec” выпускает серию магнит-
ных компасов:
Модель SH — предназначен, преимущественно, для
крутшотонажных морских судов (рис. 66).
Рис. 66
Такой компас использу-
ют в качестве главного курсо-
указателя, устанавливаемого
на верхнем мостике. Эта мо-
дель оборудована оптической
системой передачи отсчета
курса в ходовую рубку. Ком-
пас снабжен всеми видами де-
виационных элементов, в нем
предусмотрены:
— магниты для уничто-
жения полукруговой девиа-
ции;
— безындукционные (в
виде набора пластин) компен-
саторы четвертной девиации;
— флиндерсбар для ком-
пенсации переменной (ши-
ротной) части полукруговой
девиации;
— магнит для компенса-
ции креновой девиации.
138
Основные параметры:
диаметр картушки........................165 мм;
масса компаса............................78 кг;
высота компаса (до уровня стекла котелка) . 108 см.
Модель KF — для использования в качестве путевого
компаса (отсутствует оптическая передача курса):
Основные параметры:
диаметр картушки.............165 мм и 190 мм;
масса компаса.........................27 кг;
высота компаса........................107 см.
Модель SM — для среднетоннажных судов в качест-
ве путевого компаса (имеет низкий нактоуз).
Основные параметры:
диаметр картушки.............165 мм и 190 мм;
масса компаса...........................27 кг;
высота компаса..........................33 см.
9.7. Основные проверки
магнитного компаса
Периодически проверяют работоспособность МЧЭ
— определяют погрешность от трения в опоре картушки.
Эту проверку выполняют в порту. Берут пеленг отдален-
ного предмета, затем посредством небольшого магнита
отклоняют картушку на 2...30 и, убрав магнит, дают ей
успокоиться. Замечают отсчет пеленга. Операцию повто-
ряют несколько раз, отклоняя картушку в разные сторо-
ны. Полуразность в отсчетах пеленгов (при отклонении
вправо и влево), характеризующая “застой” компаса, не
должна составлять более ±0Д° (при Н «15 мкТл, т.е. для
средних широт).
139
При большом “застое” необходимо заменить шпильку
в датчике курса. Для этого следует отвинтить пробку бо-
кового клапана и слить часть жидкости. Затем снимают
азимутальное кольцо, верхнее стекло и извлекают МЧЭ.
После этого вывинчивают предохранительный винт (в
центре МЧЭ) и шпильку. Новую шпильку, взятую из
ЗИПа, с установленной на нее прокладкой, завинчивают
до упора, затем ставят на место предохранительный винт.
Возвращают на свое место МЧЭ, стекло и азимутальное
кольцо, доливают компасную жидкость и завинчивают
пробку бокового клапана.
Если причиной большого “застоя” послужила тре-
щина в опоре подпятника, то датчик курса подлежит ре-
монту.
Время от времени из основной камеры датчика курса
необходимо удалять небольшие пузырьки воздуха, накло-
няя корпус так, чтобы воздух переместился из основной
камеры за экран через отверстие в нем.
В случае, если диаметр воздушного пузыря превыша-
ет 10 мм, производят замену прокладки или уплотнитель-
ного кольца. При этом предварительно отворачивают
пробку заливного отверстия и сливают жидкость в чистую
емкость. После замены уплотнительных деталей заливают
жидкость в корпус датчика через основное боковое отвер-
стие и завинчивают его пробкой. Затем поворачивают кор-
пус дополнительным отверстием (“Клапан’*) вверх, отво-
рачивают вторую пробку и, с использованием заливочного
устройства (которое входит в комплект ЗИПа), доливают
корпус датчика компасной жидкостью (около 150 см3).
После этого пробку заворачивают до упора.
140
Глава 10. Дефлектор
10.1. Устройство дефлектора
Дефлектор представляет собой разновидность магни-
тометра, специально разработанного для девиационных
операций.
Уничтожение полукруговой девиации способом Ко-
лонга основано на измерении горизонтальных магнитных
сил с использованием дефлектора (см. п.п. 4.3, 4.4, глава
4). В настоящее время применяют два основных типа при-
боров — дефлектор Колонга и дефлектор с равномерной
шкалой.
Дефлектор Колонга (рис. 67)
имеет два магнита, расположен-
ных взаимоперпендикулярно: из-
мерительный магнит 7 и вспомо-
гательный 6. Нордовый конец из-
мерительного магнита отмечен за-
сечкой 3, а вспомогательного маг-
нита — круговой выточкой.
Измерительный магнит уста-
навливается в движок 2 и может
вместе с ним перемещаться с по-
мощью маховичка 4 по направля-
ющей линейке 7. Основание ли-
нейки прикреплено к стакану 5.
На линейке нанесены две шкалы:
левая служит для измерения гори-
зонтальных сил и их проекций,
правая — для измерения вертика-
141
льных магнитных сил. Обе шкалы проградуированы в
дефлекторных (условных единицах).
10.2. Измерение горизонтальных сил
Перед измерением сил дефлектором Колонга необхо-
димо правильно установить в нем измерительный и вспо-
могательный магниты, а также выполнить подгонку деф-
лектора к пеленгатору компаса. Для этого следует:
а) поставить дефлектор на стол, таким образом, чтобы
шкала и маховичок были обращены вправо;
б) измерительный магнит вставить горизонтально в
квадратное гнездо каретки (с ее обратной стороны) так,
чтобы северный конец магнита, отмеченный риской, был
обращен от наблюдателя (риской вверх). Застопорить маг-
нит винтом каретки;
в) вспомогательный магнит установить горизонтально
в гнезде основания дефлектора, северным концом (с рис-
кой) к маховичку, и закрепить его двумя стопорными вин-
тами;
г) собранный дефлектор поставить на пеленгатор, об-
ратив внимание на то, чтобы штифт чашки пеленгатора
вошел до упора в вырез основания дефлектора;
д) проверить ориентацию измерительного магнита,
продольная ось которого должна совпадать с визирной
плоскостью пеленгатора. Для регулировки необходимо
ослабить винты в основании дефлектора и поворотом до-
биться правильной ориентации измерительного магнита.
После этого винты закрепить.
Измерение горизонтальных магнитных сил можно
проводить на любом курсе судна. При выполнении спосо-
142
ба Колонга измеряют силы на главных компасных курсах
N, S, Е, W. Измерение выполняют в такой последователь-
ности (пример для курсов N и S):
а) направляют судно на компасный курс N (непосред-
ственно по компасу). Подготовленный к измерениям деф-
лектор должен находиться вдали от компаса (не ближе 3
метров от него);
б) разворачивают пеленгатор на компасе так, чтобы в
призме можно было видеть отсчет 180° (S картушки). На
пеленгатор устанавливают дефлектор. Измерительный
магнит дефлектора всегда должен быть обращен риской в
сторону измеряемой силы (т.е. N картушки в данном слу-
чае); маховичок дефлектора при этом находится под пра-
вой рукой наблюдателя, который стоит лицом к “норду”.
При установке дефлектора пеленгатор нельзя сдвигать с
первоначально выбранного места;
в) перемещают измерительный магнит дефлектора по
вертикали (сначала от руки, затем, более точно, — при по-
мощи маховичка и зубчатой рейки), добиваясь того, чтобы
картушка компаса развернулась на 90° и под призму пе-
ленгатора подошел отсчет 270° (т.е. W картушки);
г) снимают и записывают отсчет измеренной силы
(по левой шкале дефлектора, используя верхнюю ри-
ску);
д) убирают дефлектор с компаса и направляют судно
на компасный курс S;
е) разворачивают дефлектор на компасе так, чтобы в
призме был виден отсчет 180° (т.е. S картушки). Наблюда-
тель при этом должен быть обращен лицом на север. Он
как бы пеленгует компасный “норд”;
143
ж) на пеленгатор устанавливают дефлектор; измери-
тельный магнит дефлектора, так же, как и в первом случае,
должен быть обращен риской в сторону измеряемой силы,
т.е. к “норду” картушки. Маховичок дефлектора — под
правой рукой наблюдателя;
з) перемещением измерительного магнита подводят
W картушки (отсчет 270°) под призму пеленгатора, снима-
ют и записывают величину измеренной силы Нs.
На компасных курсах Е и W измерения выполняют
аналогичным путем: до установки дефлектора под приз-
мой пеленгатора наблюдается S картушки, а в конце опе-
рации — W картушки. При этом на любом курсе судна на-
блюдатель и риска измерительного магнита обращены в
сторону измеряемой силы, т.е. к “норду”.
Измерение магнитных сил дефлектором с равомерной
шкалой выполняют по такой же схеме, только вместо вер-
тикального перемещения производят раздвижку измери-
тельных магнитов посредством маховичка.
Глава 11. Судовой инклинатор
При уничтожении креновой девиации применяется
специальный измерительный прибор — судовой инклина-
тор.
Судовой инклинатор имеет магнитную систему 1
(рис. 68, а), свободно ориентирующуюся в вертикальной
плоскости относительно маятниковой шкалы 2, Если инк-
линатор расположить в плоскости магнитного меридиана,
стрелка инклинатора под влиянием сил Н (рис. 68, б) и Z
144
Рис. 68
установится по направлению суммарного вектора Т и по-
кажет отсчет магнитного наклонения.
Инклинатор, установленный на судовом компасе
(вместо котелка), дает возможность определить судовое
магнитное наклонение Г =arctg(Z/ZT). Значение величи-
ны Г, измеренное на судне, в общем случае отличается от
значения Д снятого с магнитной карты для данного района
(или от измеренного инклинатором вне судна).
Теория показывает, что уничтожение креновой девиа-
ции может быть осуществлено с помощью судового инк-
линатора. Для этого необходимо:
— предварительно уничтожив полукруговую девиа-
цию, лечь на магнитный курс Е (или W);
— установить вместо котелка компаса судовой инкли-
натор;
— действуя креповым магнитом в нактоузе, добиться
того, чтобы отсчет инклинатора Г стал равен магнитному
10 Зак. 3037
145
наклонению I, взятому с карты изоклин для данного райо-
на плавания.
Следует иметь в виду, что креповая девиация,
скомпенсированная вертикальным магнитом в одном
районе (Z|), снова появится при переходе судна в дру-
гое место (Z2).
Удобство применения судового инклинатора заклю-
чается в том, что с его использованием возникает возмож-
ность контролировать положение крепового магнита. Со-
ответственно, по мере изменения магнитной широты при
плавании судна, можно передвигать креновой магнит в на-
ктоузе, добиваясь соблюдения равенства Г = I.
Глава 12. Определение девиации
магнитного компаса
Самый простой и распространенный способ определе-
ния девиации магнитного компаса — его сличение с гиро-
компасом. В этом случае девиацию магнитного компаса 5
находят по формуле:
5=(ККгк-ККмк) + Дгк-^, (85)
где (ККгк -ККмк) — разность одновременно взятых от-
счетов курса по гироскопическому и магнитному компа-
сам (сличение); А — известная поправка гирокомпаса;
d — известное (взятое с карты) склонение.
Однако бывают обстоятельства, когда гирокомпас
имеет неопределенную поправку ЛрК, или же неизвестно
146
склонение d. В таких случаях девиацию магнитного ком-
паса 5 определяют автономным способом — пеленговани-
ем какого-либо естественного или искусственного створа,
или даже просто отдаленного предмета. Обычно девиа-
цию определяют на восьми компасных курсах. Девиацию
на каждом курсе рассчитывают по формуле:
5= МП-КП, (86)
где МП — известный магнитный пеленг створа (отдален-
ного предмета), не зависящий от курса судна; КП — ком-
пасный пеленг створа (предмета). Величина КП имеет раз-
личные значения на разных курсах судна.
Для определения девиации 5 можно также использо-
вать обратные значения (ОМП и ОКП), отличающиеся от
МП и КП на 180°. Тогда девиацию находят как разность:
8= ОМП-ОКП. (87)
Магнитное направление створа (МП или ОМП) с до-
статочной точностью можно определить путем пеленгова-
ния линии створа (или отдаленного предмета) на восьми
компасных курсах. Курс судна устанавливают непосред-
ственно по магнитному компасу. Последовательность че-
редования курсов может быть любой.
Пример. Сначала, допустим, судно идет курсом N. В мо-
мент пересечения линии створа берут компасный пеленг KnN
этой линии. Затем направляют судно на компасный курс S. Сно-
ва пеленгуют линию створа, находят КП^. Аналогичное пелен-
гование линии створа выполняют на всех последующих галсах.
Найденные значения компасных пеленгов (с точностью до 0,1°)
записывают во второй столбец табл. 7.
147
Таблица 7.
Определение девиации
кк КП или ОКП МП = -У КП 8^ 5 = МП-КП
N 125,8 МП» 119,1 «N = -6,7
NE 122,3 ^NE =-3’2
Е 118,6 3Е =+0,5
SE 114,4 ^SE =+4’7
S 112,7 3g = +6,4
SW 116,5 ^SW =+2,6
W 119,2 5у/ = -0,1
NW 123,1 5nw =~4>°
£КП=953,6°; -£кП = 119,1°.
8
Магнитный пеленг створа (или отдаленного предме-
та) рассчитывают как среднее арифметическое из восьми
компасных пеленгов:
Mn-^N +KnNE + ••• +KnNW
8
(88)
Значение МП (или ОМП) записывают в третьем столб-
це табл. 7. Четвертый столбец табл. 7 служит для вычисле-
ния девиации в соответствии с формулами (86) и (87).
148
Глава 13. Способ Эри
(практическое применение)
Как было показано выше (см. п. 4.2, глава 4), способ
Эри предусматривает компенсацию двух сил — продоль-
ной ВкН и поперечной СкН. Выполняют этот способ на
четырех главных магнитных курсах N, S, Е, W. Задача со-
стоит в том, чтобы в результате наблюдений найти такое
положение для магнитов-уничтожителей, при котором
продольные магниты компенсируют силу ВкН, а попереч-
ные — СКН. При этом все другие судовые силы (ЛХ//,
ЕкН) должны оставаться неискаженными, с их пер-
воначальными значениями.
Ниже рассмотрен самый распространенный вариант
применения способа Эри, при котором приведение судна
на заданный магнитный курс осуществляют с помощью
гирокомпаса. В этом случае рекомендуется описываемая
далее последовательность действий:
1) привести судно на магнитный курс N (0°). Для это-
го нужно лечь по гирокомпасу на курс
К гк =MK + J- Арк*
В данном случае (при МК = 0°) К = d - А рк’
2) выдержав судно на магнитном курсе N (0°) в тече-
ние нескольких минут, заметить отсчет курса К мк судна
по магнитному компасу и вычислить девиацию 5N по
формуле:
SN =МК-Кмк. (89)
14»
Для магнитного курса МК = 0° формула (89) принима-
ет вид:
«N =0°-Кмк (приКмк<180“);
=360° — ^мк (пРиКмк >180°);
3) продолжая лежать на магнитном курсе N (0°) и дей-
ствуя поперечными магнитами-уничтожителями (махови-
чок “С”), добиться, чтобы отсчет курса К судна по кар-
тушке магнитного компаса стал равен 0°, т.е. необходимо
довести значение девиации 5N до нуля;
4) привести судно на магнитный курс S (180°). Для
этого следует лечь по гирокомпасу на курс
Кгк =МК+^-Дгк = 180° + d-A;
5) выдержав судно на этом магнитном курсе в тече-
ние нескольких минут, заметить отсчет курса Кмк суд-
на по магнитному компасу и вычислить девиацию 5 s по
формуле:
8s=180°-KMK.
Действуя поперечными магнитами-уничтожителями
(тот же самый маховичок “С”), добиться, чтобы девиация
8S уменьшилась в два раза. При этом сила СкН будет
скомпенсирована;
6) привести судно на магнитный курс Е (90°). Для это-
го следует лечь по гирокомпасу на курс
Кгк =90° + ^-Дгк.
Спустя несколько минут определить девиацию 3Е
(3Е =90°-Кмк) и, действуя продольными магнита-
150
ми-уничтожителями (маховичок “В“), довести наблюдае-
мую девиацию 5Е до нуля (отсчет курса по картушке маг-
нитного компаса при этом должен стать равным 90°);
7) привести судно на магнитный курс W (270°), т.е.
лечь по гирокомпасу на курс
Кгк =270° + d- Дгк.
Спустя несколько минут определить девиацию 5W
(5W =270°-Кмк) и, действуя продольными магнита-
ми-уничтожителями (тот же самый маховичок “В”), дове-
сти наблюдаемую девиацию 5 w до половинного значения.
При этом сила ВХН будет скомпенсирована.
Таким образом полукруговая девиация уничтожена.
При применении способа Эри без использования ги-
рокомпаса сущность действий остается аналогичной; от-
личие состоит в том, что приведение судна на магнитные
курсы N, S, Е, W осуществляется иным путем, например,
по курсовому углу отдаленного предмета или створа, маг-
нитный пеленг (МП) которого известен. Предварительно
вычисляют значения курсового угла
КУ = МП-МК. (90)
Для магнитных курсов N (0°), Е (90°), S (180°), W
(270°) эта формула принимает вид, соответственно:
KYn =МП-0°; КУе =МП-90°;
КУ5=МП-180о; KYw=Mn-270°. (91)
Следует иметь в виду, что азимутальный круг магнит-
ного компаса, как и картушка, имеет разбивку на 360°, по-
151
этому отсчет КУ должен быть всегда положительным в
пределах от 0 до 360°.
Чтобы лечь на заданный магнитный курс, необходимо
заранее установить пеленгатор компаса по азимутальному
кругу на отсчет курсового угла, рассчитанного по форму-
лам (90). Магнитное направление на отдаленный предмет
должно быть известно. Оно, в частности, может быть
предварительно определено путем пеленгования отдален-
ного объекта (или створа) на восьми компасных курсах
судна и последующим расчетом МП по формуле (88).
Глава 14. Расчет коэффициентов
и составление рабочей
таблицы девиаций
Остаточная девиация определяется на восьми компас-
ных курсах путем пеленгования одного и того же створа
(или удаленного ориентира).
Судно направляют последовательно (непосредствен-
но по картушке компаса) на восемь компасных курсов: 0;
45; 90; 135;...; 315°. Снятые компасные пеленги (ОКП) на
створ (или ориентир), с точностью до 0,1 °, записывают в
таблицу первоначальных наблюдений, имеющую вид
табл. 7 (см. стр. 148).
Находят среднее значение обратных компасных пе-
ленгов ОКПср, которое принимают за обратный магнит-
ный пеленг ориентира
152
ОМП = 1£ОКП,,
о
а далее по формуле
8 -ОМП-ОКПi
рассчитывают значения девиации для каждого курса и за-
писывают их в табл. 7.
Величины остаточной девиации, записанные в табл. 7,
переносят в табл. 8 (столбцы I и И). Табл. 8 составлена в
соответствии с основной формулой девиации:
8 = А + В sin КК + С cos КК + D sin 2КК + £cos 2КК.
Выполняя действия, предписанные таблицей 8, нахо-
дят коэффициенты остаточной девиации: А, В, С, D и Е.
Эти коэффициенты рассчитывают с точностью до десятых
долей градуса.
Следует иметь в виду, что теоретически коэффициент
А должен получаться равным нулю, т.к. при определении
магнитного пеленга створа используется формула МП =
ЕКЩ в которой не исключается постоянная ошибка, рав-
ная коэффициенту А. Однако практически, вследствие
ошибок наблюдения, коэффициент А, полученный в табл.
8, может отличаться от нулевого значения на несколько
десятых долей градуса.
При расчете пяти коэффициентов девиации (Л, В, С, D
и Е) используются данные наблюдений, полученные при
пеленговании створа (или предмета) на восьми компасных
курсах. В результате выполнения нескольких избыточных
наблюдений (восьми вместо пяти) уменьшается влияние
случайных ошибок. Поэтому, делая обратный переход (по
153
Таблица 8.
КК 8 КК 8 1+ II 2 I- II 2 "1
I II III IV
N S ?!=.„ ... 0
NE SW 92=- 0,71
Е W ... ?3 =-• 1
SE NW 94 е- ... 0,71
£=...
ЙО II к>| — £=...
Таблица 9,
D = E = I + II A = В =
m^D w2 1П + Л m3 m^B
I II III IV V
0 1 ... 0 ...
0,5 0,87 0,26
0,87 0,5 0,5
1 0 0,71
0,87 -0,5 0,87
0,5 -0,87 0,96
0 -1 1
-0,5 -0,27 0,96
-0,87 -0,5 0,87
-1 0 0,71
-0,87 0,5 0,5
-0,5 ... 0,87 ... 0,26
Таблица 8. (продолжение
njIV л2 «21V 1+ 11 2 I - II 2
V VI VII VIII IX X
1 ... 91=- 93 = - ... = Е
0,71 ... 92 = 94 =- ... ... =D
0 s=... ...
-0,71 ... II и —1 |<м ... -А
£=...

Таблица 9. (продолжение)
С w4 w4C V+ VI кк IV + VII 8 КК IV- VII 3
1 VI VII VIII IX
N (0 °) S (180 °)
0,96 15 195
0,87 30 210
0,71 45 225
0,5 60 240
0,26 75 255
0 Е (90 °) W (270 °)
-0,26 105 285
-0,5 120 300
-0,71 135 315
-0,87 150 330
-0,96 165 345
основной формуле) от коэффициентов к девиации, можно
получить рабочую таблицу остаточной девиации с более
достоверными значениями, чем те, которые записаны в
таблице первоначальных наблюдений (табл. 7).
Таблица 9 предназначена именно для того, чтобы на
основании найденных в результате наблюдений коэффи-
циентов рассчитать рабочую таблицу девиации магнитно-
го компаса — как функцию компасного курса (с проме-
жутками в 15°). Расчет выполняют с точностью до сотых
долей градуса, а величины остаточной девиации (в столб-
цах VIII и IX табл. 9) округляют до десятых долей.
Четыре крайних правых столбца табл. 9 называются
рабочей таблицей девиации магнитного компаса.
Глава 15. Способ Колонга
(практическое выполнение)
Уничтожение полукруговой девиации способом Ко-
лонга основано на измерении дефлектором горизонталь-
ных магнитных сил на четырех главных компасных кур-
сах. Задача состоит в том, чтобы продольными магнита-
ми-уничтожителями скомпенсировать судовую силу ВкН,
а поперечными — СкН.
Эту работу выполняют в такой последовательности:
1) лечь на компасный курс N (непосредственно по
картушке компаса) и измерить дефлектором результирую-
щую силу Н^, снять дефлектор;
156
2) направить судно на компасный курс S, измерить
дефлектором силу 77s и рассчитать среднее значение
О тл -ь с
/7^ =—2Не снимая дефлектора (судно продолжа-
2
ет лежать на компасном курсе S), передвинуть каретку
дефлектора на отсчет 77N. При этом деление 270° (W кар-
тушки) уйдет из-под призмы пеленгатора. Действуя про-
дольными магнитами-уничтожителями в нактоузе (махо-
вичок “В”), добиться, чтобы под призму пеленгатора сно-
ва подошел отсчет 270°. При этом судовая сила ВкН ока-
жется скомпенсированной.
3) направить судно на компасный курс Е, измерить
дефлектором силу и снять дефлектор;
2) лечь на компасный курс W, измерить силу Hw. Не
снимая дефлектора (судно продолжает лежать на компас-
ном курсе W), рассчитать среднее значение
ЯЕ = —------— и передвинуть каретку дефлектора на от-
2
счет НЕ. Деление 270° (W картушки) уйдет из-под призмы
пеленгатора. Действуя поперечными магнитами-уничто-
жителями в нактоузе (маховичок “С”), добиться, чтобы де-
ление 270° (W картушки) снова подошло под призму пе-
ленгатора. При этом действие судовой силы СкН окажет-
ся скомпенсировано.
Таким образом уничтожение полукруговой девиации
закончено.
157
Остаточную девиацию определяют, как обычно, на
восьми компасных курсах. Результаты наблюдений запи-
сывают в таблицу, подобную рассмотренной ранее (см.
табл. 7, стр. 148).
Значения остаточной девиации из табл. 7 переносят в
табл. 8, с использованием которой выполняют расчет оста-
точных коэффициентов девиации (Л, Ву С, D, Е) с точно-
стью до десятых долей градуса. Коэффициент А должен
быть близок к нулю.
Затем заполняют табл. 9, в которую переносят значе-
ния коэффициентов из табл. 8. Четыре правых столбца
табл. 9 представляют собой рабочую таблицу девиации
магнитного компаса.
Глава 16. Практическое уничтожение
четвертной девиации
(с применением безындукционных пластин)
Четвертная девиация обладает высокой стабильно-
стью, поскольку такие явления как посадки на мель, удары
о причал и/или лед, пожары и т.п. не приводят к ее измене-
нию. Поэтому четвертную девиацию уничтожают, как
правило, одни раз — по окончании постройки судна, пе-
ред выходом в первый рейс.
Практическое уничтожение четвертной девиации от
судовых сил DfXH и выполняют следующим обра-
зом:
158
1) уничтожить полукруговую девиацию (см. гл. 13).
Во время уничтожения полукруговой девиации компенса-
торы четвертной девиации (безындукционные пластины)
должны быть убраны!
2) после уничтожения полукруговой девиации рассчи-
тать коэффициенты Dc и Ес с точностью до 0,1 по форму-
лам (42) и (43). Эти формулы можно записать, используя
компасные пеленги:
_(KnSE +KnNW)-(KTINE +KIISW)
с 4
(KnE+Knw)4KnN+KIIs)
£С=--------------4----------•
В соответствии с полученным значением Dc устанав-
ливают необходимое количество пластин, руководствуясь
следующим расчетом: одна безындукционная пластина
предназначена для уничтожения девиации, равной 0,5°.
Для того чтобы скомпенсировать силу необхо-
димо развернуть кронштейн — вместе с закрепленными
на нем компенсаторами четвертной девиации (безындук-
ционными пластинами) — вокруг вертикальной оси на-
ктоуза на угол а. При этом величина угла а рассчитывает-
ся по формуле:
ЛГ ЕС
a =O^arctg -c .
и с
Поворот кронштейна по часовой стрелке создает ком-
пенсирующее воздействие с коэффициентом, равным
(-£к), а поворот против часовой стрелки — с коэффици-
ентом (+£к).
159
На практике, на большинстве судов сила EJJJ очень
мала, поэтому компенсируют только силу DCXH.
После этого на девиационном полигоне снова опреде-
ляют остаточное значение коэффициента £>с ОсТ . Если
£>сост>1°, необходимо выполнить соответствующую
корректуру.
Глава 17. Компенсация
широтной девиации
Для компенсации широтной девиации применяется
так называемый широтный компенсатор или флиндерсбар
(в иностранной литературе — Flinders’ bar). Используя
его, производят компенсацию переменной составляющей
полукруговой девиации, которая изменяется с изменением
магнитной широты.
Для компенсации широтной девиации требуется по-
добрать соответствующие размеры широтного компенса-
тора; при этом необходимо знать величину судового пара-
метра Со (коэффициент Пуассона). Определить параметр
Со можно опытным путем, проведя соответствующие рас-
четы коэффициента В для двух магнитных широт.
Работы по компенсации широтной девиации прово-
дят в описанной ниже последовательности:
1) любым способом уничтожить полукруговую девиа-
цию, и тем самым выполнить условие Вх =0,
2) совершить переход судна в район другой магнит-
ной широты (на время перехода широтный компенсатор
160
не устанавливается!). В результате перехода изменяются
значения параметров HnZ (для новой магнитной широты
— Н2 и Z2), следовательно, вновь появляется полукруго-
вая девиация, т.к. в новой магнитной широте В2 * 0;
3) снова на восьми компасных курсах определить де-
виацию и найти новое значение коэффициента В2 (напри-
мер, В2 = 12° = (12°/57,3°) рад.);
4) снять с магнитных карт величины параметров Н2
и Z2 ( в новой магнитной широте) и Zx (в начальной ши-
роте); с учетом найденного значения В-), из выражения
Z -Z
52=С0 —------- находят величину судового параметра
2
С0:
_в2\н2
°“z -Z ’
5) учитывая, что должно выполняться условие
|СШ к = |С0|, подобрать широтный компенсатор соответст-
вующего размера. Его устанавливают внутри алюминие-
вого футляра, причем верхний срез широтного компенса-
тора должен находиться на уровне картушки;
6) после установки широтного компенсатора уничто-
жить полукруговую девиацию способом Эри, т.е. реализо-
вать равенство:
В^кН2 ~{cZ2 “CmKZ2)+P ^прод. О'
В результате выполненной работы значение В2 будет
равным нулю во всех широтах, и тем самым окажется
11 Зак. 3037
161
обеспечена стабильность девиации магнитного компаса во
всех районах плавания, независимо от широты.
Глава 18. Компенсация
креновой девиации
Чтобы уничтожить хреновую девиацию, следует уста-
новить в нактоузе вертикальный (креновой) магнит. Как
было сказано выше, при уничтожении креновой девиации
применяют измерительный прибор — судовой инклина-
тор.
Судовой инклинатор имеет магнитную систему 1 (см.
рис. 68, с. 145), свободно ориентирующуюся в вертикаль-
ной плоскости относительно маятниковой шкалы 2. Если
инклинатор расположить в плоскости магнитного мериди-
ана, стрелка инклинатора под влиянием сил HnZустано-
вится по направлению суммарного вектора Т и покажет
отсчет магнитного наклонения I.
Инклинатор, установленный на судовом компасе
(вместо котелка), дает возможность определить судовое
магнитное наклонение Г =arctg(Z/77*)- Значение величи-
ны Г, измеренное на судне, в общем случае отличается от
значения Z, снятого с магнитной карты для данного района
(или от измеренного инклинатором вне судна).
Уничтожение креновой девиации может быть осуще-
ствлено с помощью судового инклинатора. Для этого не-
обходимо, предварительно уничтожив полукруговую де-
виацию, лечь на магнитный курс Е (или W) и установить
162
вместо котелка компаса судовой инклинатор. Затем, дей-
ствуя креновым магнитом в нактоузе, добиться того, что-
бы отсчет инклинатора Г стал равен магнитному наклоне-
нию /, взятому с карты изоклин для данного района плава-
ния.
Следует иметь в виду, что креновая девиация,
скомпенсированная вертикальным магнитом в одном
районе Zp снова появится при переходе судна в другое
место (Z2).
Удобство применения судового инклинатора заклю-
чается в том, что с его использованием возникает возмож-
ность контролировать положение кренового магнита. Со-
ответственно, по мере изменения магнитной широты при
плавании судна, можно передвигать креновой магнит в на-
ктоузе, добиваясь соблюдения равенства Г = I,
Уничтожение креновой девиации выполняют в такой
последовательности:
1) предварительно уничтожив полукруговую девиа-
цию, лечь на магнитный курс Е (90°);
2) вынуть котелок компаса из нактоуза и на его место
устанавливают судовой инклинатор. В комплект инклина-
тора входят несколько цапф; необходимо подобрать цап-
фы, соответствующие данной конструкции магнитного
компаса);
3) перемещая креновой магнит в нактоузе, добиться,
чтобы отсчет по инклинатору значения Г стал равен маг-
нитному наклонению 1, взятому с карты изоклин для дан-
ной точки земной поверхности.
Уничтожение креновой девиации с использованием
судового инклинатора можно выполнять совместно с ком-
пенсацией полукруговой девиации способом Эри.
163
Глава 19. Сроки действия таблицы
остаточной девиации
Сроки действия таблицы девиации не устанавливают-
ся какими-либо нормативами, хотя во всех документах (и
международных, и национальных) содержатся высокие
требования к точности магнитного компаса (см. Приложе-
ния).
Существуют определенные причины эксплуатацион-
ного характера, которые вызывают изменение девиации
магнитного компаса. Учитывая значимость курсоуказате-
ля для обеспечения надежности мореплавания, эти причи-
ны заслуживают особого внимания.
В последнее время наблюдается быстрый рост тонна-
жа судов, перевозящих значительные количества грузов,
в том числе и таких, которые обладают способностью на-
магничиваться. К таким судам относятся контейнерово-
зы, автомобилевозы, суда, перевозящие листовой прокат,
металлолом и т.п.
По мере прохождения процесса погрузки судна про-
исходит изменение его магнитного поля, т.к. к существую-
щему прибавляется влияние твердого и мягкого (в магнит-
ном отношении) железного груза. В результате этого про-
исходит изменение девиации магнитного компаса. Табли-
ца девиации изменяется и оказывается недействительной
на период предстоящего рейса с грузом. А после выгрузки
по окончании рейса девиация может вернуться к прежним
значениям. Соответственно, получается, что объективных
оснований для установления срока действия таблицы де-
виации нет.
164
Иного характера ситуация возникает в случае, когда
погрузка металла (груза) осуществляется электромагнит-
ными кранами. При этом происходит перемагничивание
судового железа и, как следствие, изменение девиации
магнитного компаса — не только за счет свойств принято-
го груза, но и вследствие изменения намагниченности са-
мого судна.
По этим причинам перед выходом судна в рейс капи-
тан обязан принимать надлежащие меры для устранения
девиации магнитного компаса. По окончании рейса, после
выгрузки, необходимо снова осуществить контроль девиа-
ции — до начала следующего рейса.
Следует упомянуть еще один фактор, который спосо-
бен вызывать изменение девиации магнитного компаса.
Это проведение сварочных работ на судне, которые связа-
ны с креплением груза или каким-либо ремонтом. Свароч-
ные работы в существенном объеме, особенно проводи-
мые неподалеку от местонахождения магнитного компаса,
могут повлиять на магнитное состояние судового железа.
Следовательно, необходимо контролировать остаточную
девиацию магнитного компаса перед выходом в рейс по-
сле проведения упомянутых нестандартных грузовых
и/или ремонтных операций.
Также следует отметить особенность использования
магнитного компаса на современных крупных парусных
судах. При следовании судна различными галсами реи пе-
ремещаются из одного положения в другое, что вызывает
изменение девиации магнитного компаса. В подобной си-
туации можно рекомендовать составление таблицы девиа-
ции для различных вариантов расположения реев.
165
Крен на парусных судах может достигать нескольких
десятков градусов, поэтому на таких судах обязательно
следует уничтожать креновую девиацию.
В общем случае, рабочая таблица девиации должна
содержать все основные сведения, при которых произво-
дилось уничтожение девиации. Ниже приведен образец
такой таблицы.
Таблица девиации т/х “Сайма”
Магнитный компас КМ-145 №303
Положение регуляторов
В = 12 С = 5 Z = 9
(положение кранов и судовых стрел по походному)
КК девиация КК девиация
0 -о.з 180 -0,7
15 -0,8 195 -1,3
30 -1,1 210 -1.6
45 -1 225 -1.6
60 -0,7 240 -1,2
75 -0,1 255 -0,6
90 0,5 270 0,1
105 1 285 0,7
120 1,2 300 1,1
135 1,1 315 1.1
150 0,7 330 0,8
165 о 345 0.3
Дата уничтожения девиации “ “ 200_г.
Девиатор
166
ПРИЛОЖЕНИЯ.
Международные и национальные
требования к магнитным компасам
Для обеспечения сотрудничества и взаимодействия
между правительствами разных государств в области су-
доходства принимаются и вводятся в действие норматив-
ные документы — Международной морской организации
(ИМО), Международной организации по стандартизации
(ИСО) и др.
Нормативные документы, разрабатываемые и прини-
маемые этими организациями (Кодексы, Конвенции, резо-
люции и пр.) служат в качестве инструментов, устанавли-
вающих высокие стнадарты в сфере безопасности море-
плавания и обеспечивающих их эффективное применение.
Требования к навигационному оборудованию, уста-
навливаемому на судах, изложены в Международной кон-
венции по охране человеческой жизни на море 1974 г.
(СОЛАС-74), Резолюциях ИМО и ИСО.
В соответствии с требованиями Конвенции
СОЛАС-74, Администрация1 должна требовать, чтобы на
судах устанавливалось навигационное оборудование
одобренного типа. При этом производители оборудования
обязаны действовать в рамках системы качества, прошед-
шей аудиторскую проверку компетентной организацией,
1 Компетентный орган страны, обеспечивающий
выполнение международных требований.
167
которая имеет право на выдачу соответствующего серти-
фиката на одобрение типа судовой аппаратуры.
По поручению Морской Администрации Российской
Федерации вопросами одобрения типа судовой аппарату-
ры и выдачей сертификационных свидетельств занимает-
ся Российский морской регистр судоходства (см. Прило-
жение 4).
Далее приведены международные и национальные
требования, предъявляемые к магнитному компасу.
Приложение 1.
Требования Международной Конвенции
СОЛАС-74
Последняя редакция Главы V Международной Кон-
венции по охране человеческой жизни на море 1974 г.
(СОЛАС-74), утвержденная на заседании Комитета ИМО
по безопасности на море (MSC.72) в мае 2000 г., содержит
требования к оснащению судов навигационными система-
ми и оборудованием, а также требования к ним.
В частности» в отношении магнитного компаса эти
требования выглядят следующим образом:
“2 Судовое оборудование и системы
2.1. Все суда, независимо от размера, должны иметь:
2.1.1. магнитный компас, у которого уничтожена
девиация и определены ее остаточные значения,
или другое средство, независимое от любого ис-
168
точника электроэнергии, чтобы определять курс и
представлять его показания на главный пост
управления рулем;
2.1.2. пелорус или пеленгаторное устройство ком-
паса, или другое средство, независимое от любого
источника электроэнергии, чтобы брать пеленги
по дуге горизонта в 360°;
2.1.3. средства коррекции для получения истин-
ных пеленгов и курса в любое время;
2.2. Все суда валовой вместимостью 150 per. т и
более и пассажирские суда независимо от разме-
ра, дополнительно к требованиям пункта 2.1, дол-
жны иметь;
2.2.1. запасной магнитный компас, взаимозаменя-
емый с магнитным компасом, упомянутым в пун-
кте 2.1.1., или другое средство, обеспечивающее
выполнение предусмотренной пунктом 2.1.1 фун-
кции путем замены или дублирования оборудова-
ния”.
169
Приложение 2.
Требования Международных стандартов
ИСО к магнитному компасу
Стандарт ISO 449:1979 содержит международные
требования к магнитным компасам и нактоузам, а именно
требования: к материалам, из которых они должны изгота-
вилваться; к обеспечению надежной работоспособности в
различных условиях эксплуатации; к удобству и точности
считывания информации; к компенсаторам девиации.
Рекомендации ISO R 694 к размещению магнитных
компасов на борту судна. Суть рекомендаций сводится к
тому, что необходимо минимизировать влияние посторон-
них магнитных полей на магнитную систему компаса —
за счет удаления от него электрического и магнитного су-
дового оборудования.
Стандарт ISO/DIS 11606 касается морских электро-
магнитных компасов, работающих за счет того, что маг-
нитный сенсор (датчик) реагирует на магнитное поле Зем-
ли и обеспечивает выходной сигнал для процессора. В
Стандарте закреплены требования относительно того, что
электромагнитный компас, так же как и традиционный
магнитный, должен иметь устройство для компенсации
девиации.
170
Приложение 3.
Требования ИМО к магнитным компасам
(Резолюция ИМО А.382 (10))
В Резолюции ИМО А.382 (10) (см. Приложение 2)
даны рекомендации Администрациям в отношении осна-
щения судов магнитными компасами — с указанием их
предназначения: главный, путевой, аварийный. Кроме
того, в Резолюции указана необходимость уничтожать де-
виацию и обеспечивать наличие сведений об остаточной
девиации — в табличной или графической форме.
Далее приведен полный официальный текст Резолю-
ции ИМО А.382 (10).
ИМО
РЕЗОЛЮЦИЯ А.382 (10)
Принята 14 ноября 1977 г.
ТЕХНИКО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ
К МАГНИТНЫМ КОМПАСАМ
АССАМБЛЕЯ,
ССЫЛАЯСЬ на статью 16 (/) Конвенции о Междуна-
родной морской организации, касающуюся функций Ас-
самблеи,
ИМЕЯ В ВИДУ положения Правила 12 главы V Меж-
дународной конвенции по охране человеческой жизни на
море 1974 г.,
171
ССЫЛАЯСЬ ТАКЖЕ на Отчет Комитета по безопас-
ности мореплавания на его 32-й сессии, касающейся до-
полнений к положениям Международной конвенции по
охране человеческой жизни на море 1960 г.,
РАССМОТРЕВ Отчет 34-й сессии Комитета по безо-
пасности мореплавания,
ПОСТАНОВЛЯЕТ:
(а) одобрить Рекомендации по оснащению судов маг-
нитными компасами, содержащиеся в приложении I к на-
стоящей Резолюции;
(Ь) одобрить Рекомендации по технико-эксплуатаци-
онным требованиям к магнитным компасам, содержащие-
ся в приложении II к настоящей Резолюции;
(с) рекомендовать Администрациям руководствовать-
ся положениями настоящей Резолюции, а также приложе-
ниями к ней, и после принятия данной Резолюции обеспе-
чивать установку на судах магнитных компасов, соответ-
ствующих технико-эксплуатационным требованиям не
ниже тех, которые указаны в приложении II;
ПРИГЛАШАЕТ Администрации в надлежащее время
дать положения по дополнению Правила 12 Главы V Кон-
венции СОЛАС-74 в соответствии с положениями прило-
жения I.
ПРИЛОЖЕНИЕ!,
РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ОСНАЩЕНИЮ СУДОВ МАГНИТНЫМИ
КОМПАСАМИ
Администрациям рекомендуется обеспечить следую-
щее:
1. На всех судах должны быть установлены:
172
(а) главный магнитный компас, соответствующий тре-
бованиям приложения II;
(Ь) путевой магнитный компас, соответствующий тре-
бованиям приложения II, если с основного поста управле-
ния рулем рулевой не может четко видеть показания глав-
ного магнитного компаса;
(с) соответствующие средства связи между главным
магнитным компасом и постом управления по усмотре-
нию Администраций;
2. Резервный (аварийный) магнитный компас, взаимо-
заменяемый с главным магнитным компасом, если отсут-
ствует путевой магнитный компас, или соответствующий
требованиям п. 1 (Ь), или гирокомпас;
3. У каждого магнитного компаса должна быть ком-
пенсирована девиация. Величины остаточной девиации
должны быть показаны в табличной или графической фор-
ме вблизи компаса. Эти данные должны быть хорошо раз-
личимы в любое время.
Примечание. Администрации имеют право, сообразуясь с усло-
виями плавания данного судна, его назначением илн типом, не требо-
вать установки главного магнитного компаса. Однако при этом остает-
ся обязательной установка на нем путевого компаса.
ПРИЛОЖЕНИЕ IL
РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ТЕХНИКО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМ
ТРЕБОВАНИЯМ
К МАГНИТНЫМ КОМПАСАМ
1. Определения
1.1. Магнитный компас — это мореходный интру-
мент, предназначенный для определения и удержания не-
173
которого азимутального направления, зависящего от маг-
нитного поля Земли.
1.2. Главный магнитный компас — магнитный ком-
пас, используемый в навигационных целях, подвешенный
в соответствующем нактоузе, имеющем устройства для
уничтожения девиации и измерения пеленгов.
1.3. Путевой компас — магнитный компас, предназ-
наченный для целей управления рулем, подвешенный в
соответствующем нактоузе, имеющем устройства для
уничтожения девиации.
Примечание. Если главный магнитный компас имеет устройство
для дистанционной передачи показаний на пост управления рулем, и
изображение картушки в этом устройстве не менее чем по 15° по обе
стороны от курсовой черты ясно видимо при дневном и искусственном
освещении с места рулевого, то главный магнитный компас в этом слу-
чае рассматривается как путевой.
2. Картушка компаса
2.1. Картушка компаса должна быть градуирована на
360°, через каждый градус. Нумерация делений должна
быть через 10°, начиная от 0 (норд) до 360°, по часовой
стрелке. Главные румбы должны быть обозначены заглав-
ными буквами N, Е, S, W. Точка N может быть обозначена
эмблемой.
2.2. Погрешность отсчета из-за неточности градуиров-
ки, эксцентриситета картушки и магнитной системы не
должна превышать 0,5° на любом курсе.
2.3. Картушка путевого компаса должна быть ясно
видима при дневном и искусственном освещении с рас-
стояния 1,4 м. Допускается использование увеличитель-
ной линзы.
174
3. Материалы
3.1. Магниты системы стрелок, а также магниты,
предназначенные для уничтожения полукруговой девиа-
ции, должны иметь коэрцитивный коэффициент не мень-
ше 11,2 кА/м.
3.2. Мягкое железо, предназначенное для уничтоже-
ния четвертной девиации, не должно иметь остаточного
намагничивания.
3.3. Все другие материалы, используемые в магнит-
ном компасе и его нактоузе, должны быть немагнитными,
насколько это практически достижимо. Величина откло-
нения картушки по этой причине не должна превышать
(9/Н)°, где Н — горизонтальная составляющая вектора на-
пряженности магнитного поля в мкТл (микротеслах) в
точке установки компаса.
4. Технико-эксплуатационные требования
Магнитный компас должен нормально работать во
всех условиях эксплуатации судна, на котором он уста-
новлен.
5. Конструктивные погрешности
5.1. При вращении компаса с постоянной угловой ско-
ростью до 1,5° в секунду при температуре компаса
20 ±3 °C отклонение картушки от первоначального на-
правления не должно превышать (36/Н)°, если диаметр
картушки меньше 200 мм. При диаметре 200 мм и более
отклонение картушки не должно превышать (54/Н)°; Н
определяется в соответствии с п. 3.3.
5.2. Погрешность за счет трения (застой картушки) не
должна превышать (3/Н)° при температуре 20 ± 3 °C.
17S
5.3. Если горизонтальная составляющая вектора на-
пряженности магнитного поля равна 18 мкТл, то полупе-
риод колебаний картушки должен быть не менее 12 с, по-
сле начального отклонения на 40° . Время возвращения в
меридиан с точностью ±1° после отклонения на 90° не дол-
жно превышать 60 с. Апериодические компасы должны
соответствовать только последнему требованию.
6. Устройства для уничтожения девиации
6.1. Нактоуз должен иметь устройства для уничтоже-
ния полукруговой и четвертной девиаций, образующихся
из-за воздействия:
(а) горизонтальной составляющей постоянного намаг-
ничивания корпуса судна;
(Ь) погрешностей из-за крена;
(с) горизонтальной составляющей горизонтального
индукционного намагничивания корпуса судна;
(d) горизонтальной составляющей вертикального ин-
дукционного намагничивания корпуса судна.
6.2. Устройства для уничтожения девиации, преду-
смотренные п. 6.1, должны обеспечивать постоянство по-
правок компаса в условиях, предусмотренных п. 4, и осо-
бенно при значительном изменении магнитной широты.
Значениями девиаций порядком больше четвертной сле-
дует пренебречь.
7. Конструкция
7.1. Основное и аварийное освещение должно быть
установлено так, чтобы картушка была хорошо видима в
любое время. Должна быть обеспечена возможность за-
темнения.
176
7.2. Магнитный компас не должен нуждаться в элект-
ропитании за исключением освещения.
7.3. В случае, если для трансляции показаний главно-
го магнитного компаса на пост управления рулем исполь-
зуется электрическая передача, то ее работа должна быть
обеспечена от основного и аварийного источников энер-
гии.
7.4. Оборудование должно быть сконструировано и
установлено таким образом, чтобы была обеспечена воз-
можность свободного доступа к нему для ввода поправок
и регулировок.
7.5. Компасы, нактоузы и пеленгаторы должны иметь
маркировку об одобрении Администрацией.
7.6. Главный магнитный компас должен быть подве-
шен в кардановых кольцах так, чтобы при наклонах накто-
уза до 40° его азимутальный круг сохранял горизонталь-
ное положение при любом направлении наклона.
При любом состоянии погоды и моря компас должен
оставаться в подвесе. Путевой компас, подвешенный в
кардановых кольцах, должен удовлетворять тем же требо-
ваниям. При жесткой установке котелка компаса должна
быть предусмотрена возможность наклона картушки не
менее чем на 30° по любому направлению.
7.7. Материалы, используемые для изготовления маг-
нитных компасов, должны быть достаточно прочными, и
их выбор должен быть одобрен Администрацией.
8. Место установки
8.1. Магнитный компас по возможности должен уста-
навливаться в диаметральной плоскости судна. Главная
12 Зак. 3037
177
курсовая черта должна быть установлена так, чтобы по-
грешность курса не превышала ±0,5°.
8.2. Главный компас должен быть установлен так,
чтобы с него можно было брать пеленги на земные пред-
меты и небесные светила без затемнения. Отсчеты путево-
го компаса должны быть ясно видны с поста управления
рулем.
8.3. Магнитный компас, по возможности, должен
быть удален от магнитных материалов.
Минимальное расстояние главного магнитного ком-
паса от магнитных материалов судовых конструкций
определяется Администрацией. Ориентировочные значе-
ния таких расстояний даны на диаграмме.
Минимально допустимое расстояние
до главного магнитного компаса
------- — протяженные конструкции постоянного намагничивания;
-------— концевые части конструкций, выполненных из материалов,
имеющих постоянное намагничивание, такие как: верхние
части переборок, бимсы, пиллерсы и т.п;
магнитные материалы, которые в море могут изменять поло-
жение, например: стрелы, вентиляторы, стальные двери и т.п.;
большие массы магнитных материалов с переменными маг-
нитными полями, например, трубы.
178
Минимальные расстояния до путевого компаса могут
быть снижены до 65% от величин, указанных на диаграм-
ме, при условии, что эти расстояния не менее 1 м. Если на
судне имеется только путевой компас то минимальное
расстояние до него определяется как для главного компа-
са, т.е., по возможности дальше от магнитных масс.
8.4. Расстояние от магнитных компасов до электриче-
ского или магнитного оборудования должно быть не мень-
ше безопасного, определяемого Администрацией.
Приложение 4.
Эксплуатационно-технические
требования, предъявляемые
к навигационному оборудованию
морских судов
(Российский морской регистр судоходства
“Правила по оборудованию морских судов”)
Глава 5.2. Магнитный компас
5.2.1. Магнитный компас должен обеспечивать указа-
ние курса судна с точностью:
±1° — на ходу при отсутствии качки;
±5° — при качке во всех направлениях до +22,5° с пе-
риодом 6... 15 с;
5.2.2. Картушка главного и путевого компаса должна
обеспечивать возможность снятия отсчета с точностью до
0,5°. Цена деления картушки должна быть не более 1°.
179
5.2.3. Застой картушки магнитного компаса при гори-
зонтальной составляющей индукции магнитного поля Н,
мкТл, в месте установки магнитного компаса и температу-
ре окружающего воздуха 20 ±3 °C не должна превышать
(3/Н)° при отклонении картушки от магнитного меридиа-
на на ±2°.
5.2.4. В магнитном компасе должно быть предусмот-
рено соответствующее амортизирующее устройство, обес-
печивающее устойчивость картушки при судовых вибра-
циях, и устройство, обеспечивающее сохранение нормаль-
ного положения вертикальной оси компасного котелка в
условиях эксплуатации.
5.2.5. Котелок компаса с карданным подвесом должен
сохранять горизонтальное положение при наклоне нактоу-
за до 45° в любом направлении. Картушка должна остава-
ться свободной при наклоне котелка в любом направлении
на угол не менее:
10° — для компасов с карданным подвесом;
30° — для компасов без карданного подвеса.
5.2.6. Магнитный компас должен иметь устройства
для компенсации полукруговой, четвертной, креновой и
широтной девиации.
Каждое устройство должно обеспечивать компенса-
цию соответствующей девиации с точностью до ±0,2°.
5.2.7. Конструкция устройств, предусмотренных п.
5.2.6, должна обеспечивать такую компенсацию девиации,
чтобы значения остаточной девиации не превышали ±3°
для главного компаса и ±5° для путевого компаса.
5.2.8. Магнитный компас должен иметь нактоуз и
электрическое освещение картушки, достаточное для чет-
180
кой видимости делений картушки. Должна быть преду-
смотрена возможность регулировки силы света.
Основное электрическое освещение компаса должно
быть рассчитано на питание переменным током. Помимо
основного освещения, должно быть предусмотрено аварий-
ное автономное освещение от аккумуляторной батареи.
Напряжение питания освещения не должно превы-
шать безопасного.
5.2.9. Высота нактоуза главного компаса должна быть
такой, чтобы вместе с подушкой, на которой он установ-
лен, плоскость стекла котелка компаса находилась на вы-
соте не менее 1300 мм от палубы.
Наибольшая высота установки компасов не регламен-
тируется, но во всех случаях она не должна превышать ве-
личины, обеспечивающей удобство работы с компасом.
5.2.10. Главный компас должен быть снабжен пелен-
гатором, который должен обеспечивать пеленгование ви-
димых с судна предметов и небесных светил с точностью
снятия отсчета ±0Д5°.
Пеленгаторы новой конструкции должны обеспечи-
вать снятие прямого отсчета пеленга.
5.2.11. Должна быть обеспечена возможность четкого
снятия отсчета с картушки путевого компаса на расстоя-
нии не менее 1,4 м, как при дневном, так и при искусствен-
ном освещении. Допускается применение увеличительных
устройств.
5.2.12. Магнитный компас с электрической дистанци-
онной передачей показаний должен удовлетворять всем
требованиям п.п. 5.2.1— 5.2.10 и, кроме того, обеспечи-
вать указание курса на репитерах.
181
5.2.13. В качестве чувствительного элемента магнит-
ного компаса с электрической дистанционной передачей
показаний картушки может быть использована магнитная
система главного магнитного компаса или специальные
магнитные чувствительные элементы.
5.2.14. При использовании магнитной системы глав-
ного магнитного компаса для дистанционной передачи по-
казаний устройство, предназначенное для электрической
передачи показаний на репитеры, должно быть такой кон-
струкции, чтобы его размещение и работа не создавали
помех пеленгованию, снятию отсчетов курса и пеленга с
картушки компаса, а также работам по компенсации деви-
ации.
5.2.15. Специальный чувствительный элемент должен
включать в себя устройство для компенсации девиации в
соответствии с требованиями п.п. 5.2.6 и 5.2.7.
5.2.16. Датчик и вся система дистанционной электри-
ческой передачи показаний магнитного компаса должны
оставаться работоспособными при следующих изменени-
ях движения судна:
. 1. циркуляции при угловой скорости до 6 %;
.2. рыскании с периодом 10...20 с и наибольшим от-
клонением от курса на ±5°.
5.2.17. Расхождение в показаниях репитеров и чувст-
вительного элемента магнитного компаса с дистанцион-
ной передачей показаний не должно превышать 1°.
5.2.18. Выход из строя или отключение отдельных ре-
питеров не должны влиять на точность показаний остав-
шихся репитеров и основного компаса.
5.2.19. Должна быть предусмотрена звуковая сигнали-
зация о выходе из строя следящей системы магнитного
182
компаса с электрической дистанционной передачей пока-
заний картушки. Звуковая сигнализация должна получать
питание от независимого источника.
5.2.20. В комплекте магнитного компаса с электриче-
ской дистанционной передачей показаний должно преду-
сматриваться специальное световое табло с надписью “Ре-
питеры включены от магнитного компаса” (см. 3.7.2.10).
5.2.21. Конструкция магнитного компаса с оптиче-
ской дистанционной передачей показаний должна обеспе-
чивать получение на экране прямого отраженного изобра-
жения сектора шкалы картушки с ясно видимыми градус-
ными делениями на дуге ие менее 30°, а также курсовой
черты, укрепленной в корпусе котелка компаса.
Рекомендуется предусматривать устройство для полу-
чения изображения шкалы картушки с кормовой и носо-
вой сторон перископа.
5.2.22. Длина перископа оптического тракта магнит-
ного компаса с оптической дистанционной передачей по-
казаний должна быть такой, чтобы при установке компаса
на подушке с учетом прохода трубы перископа через ралу-
бу экран мог быть установлен на уровне глаз рулевого.
Должно быть предусмотрено устройство для возмож-
ности регулировки высоты экрана на 100... 150 мм вверх и
вниз от среднего положения.
5.2.23. Экран должен быть снабжен приспособлением,
предохраняющим его от яркого солнечного или другого
света, способного вызывать засвечивание изображения на
экране картушки. Изображение на экране должно быть
ясно видимым в дневное и ночное время.
5.2.24. Конструкция оптического тракта и экрана дол-
жна быть такой, чтобы изображение сектора шкалы кар-
183
тушки оставалось четким и ясным при визуальном пелен-
говании и при закрытом колпаке компаса.
5.2.25. Должно быть предусмотрено устройство регу-
лировки и фиксации положения экрана для удобства сня-
тия показания.
5.2.26. Оптический тракт должен быть водозащищен-
ной конструкции IP 56. Должны быть предусмотрены
меры по предотвращению отпотевания тракта и конденса-
ции в нем влаги, а также обеспечен легкий доступ к оптике
для ее очистки.
5.2.27. Шлюпочный магнитный компас должен отве-
чать следующим требованиям:
. 1. цена деления картушки компаса должна быть 1°, 2°
и не более 5°, в зависимости от диаметра картушки;
.2. застой картушки компаса при условиях, изложен-
ных в п. 5.2.3, не должен превышать (9/Н)°;
.3. должно быть предусмотрено освещение картушки
в соответствии с требованием 6.10.8.1.5 части II “Спасате-
льные средства”;
.4. должно быть предусмотрено устройство для креп-
ления компаса на шлюпке и футляр для хранения;
.5. диаметр картушки должен быть достаточным для
нормального считывания показаний.
184
Приложение 5.
Рекомендации штурманской службы
В действующем наставлении Министерства морского
флота “Рекомендации штурманской службы” (РШС-89) в
отношении магнитного компаса сказано: “Если величина
девиации главного магнитного компаса превысит допус-
тимую величину 3° (у путевого — 5°), может быть исполь-
зована временная таблица девиации”.
Там же: “Капитан может продлить срок действия
штатной таблицы девиации до 3 месяцев, если значение
девиации в результате сличения компасов не отличается
от табличных более чем на 2е”.
185
Приложение 6.
Международные эксплуатационные
требования к морским устройствам
передачи курса
В состав современных навигационных систем входит
ряд потребителей, в которых требуется информация о кур-
се судна (таких как РЛС, авторулевые и т.д.). В случае,
если на судне имеется работающий гирокомпас, требуе-
мая информация поступает от него, разумеется, если гиро-
компас выходит из строя, можно вводить эту информацию
вручную. Однако это отвлекает вахтенного помощника от
выполнения им других должностных обязанностей, поэто-
му желательно, чтобы на судне было устройство для авто-
матической передачи курса всем потребителям. Подобные
устройства выпускаются промышленностью. Они подпа-
дают под разряд конвенционного оборудования, что на-
шло отражение в соответствующих резолюциях ИМО.
Международные эксплуатационные требования к
морским устройствам передачи курса изложены в резолю-
циях Комитета по безопасности на море:
MSC/86 (70), принятой 01 декабря 1998 г. (Приложе-
ние 2);
MSC/116 (73), принятой 01 декабря 2000 г.
Основные эксплуатационные требования этих Резо-
люций должны соблюдаться при плавании в диапазоне
широт от <р = 70° N до ф = 70° S. Требования сводятся к
следующему:
186
— выходные данные устройства передачи курса дол-
жны содержать информацию об истинном курсе;
— устройство передачи курса должно выдавать разде-
льно: информацию о величине девиации магнитного ком-
паса и магнитного склонения для данного района плава-
ния;
— статическая погрешность указания курса судна не
должна превышать значения ±0Д°;
— динамическая погрешность указания курса судна
при качке должна находиться в пределах ±1,5° (дополните-
льно к статистической);
— динамическая погрешность при изменении курса
судна с угловой скоростью от 10 до 20 % должна находи-
ться в пределах ±1,5°, при угловой скорости менее 10 % —
в пределах ±0,5°.
Кроме того, должна быть обеспечена аварийно-преду-
предительная сигнализация при отключении электропита-
ния системы магнитного компаса.
Список литературы
1. Кардашинский-Брауде Л.А. Современные судовые
магнитные компасы. — СПб.: ФГУП “ГНЦ РФ — ЦНИИ
“Электроприбор”, 1999.
2. Смирнов ЕЛ., Яловенко А.В., Воронов В.В. Техниче-
ские средства судовождения. Теория: учебник для вузов.
— СПб.: “Элмор”, 1996.
3. Технические средства судовождения. Том 2. Конст-
рукция и эксплуатация: учебник для вузов. / Е.Л. Смир-
нов, А.В. Яловенко, В.К. Перфильев, В.В. Воронов, В.В.
Сизов. — СПб.: “Элмор”, 2000.
4. Международная конвенция по охране человеческой
жизни на море 1974 г. (с поправками 1988 г.) СОЛАС-74.
— СПб.: ЗАО ЦНИИМФ, 2002.
5. Рекомендации по организации штурманской служ-
бы на судах Минморфлота СССР (РШС-89). — М.: В/О
“Мортехинформреклама”, 1990.
6. Правила по оборудованию морских судов. — СПб.:
“Российский Морской Регистр Судоходства”, 1995.
188
Оглавление
Введение.......................................3
Раздел 1. ТЕОРИЯ МАГНИТНОГО КОМПАСА . . . 5
Глава 1. Основные сведения о магнетизме........—
1.1. Характеристики магнитного поля............—
1.2. Поле прямолинейного магнита..............13
1.3. Магнитное поле Земли.....................16
1.4. Направляющий момент магнитного компаса...18
Глава 2. Магнитное поле судна.................22
2.1. Уравнения Пуассона........................—
2.2. Анализ уравнений Пуассона................27
2.3. Преобразование уравнений Пуассона........32
2.4. Судовые магнитные силы...................34
Глава 3. Девиация магнитного компаса..........44
3.1. Многоугольник сил. Основная формула девиации . . —
3.2. Вычисление коэффициентов и составление
таблицы девиации.............................50
3.3. Общие принципы уничтожения девиации......58
Глава 4. Уничтожение полукруговой девиации .... 62
4.1. Общие сведения............................—
4.2. Способ Эри...............................63
4.3. Способ Колонга...........................68
4.4. Измерение магнитных сил дефлектором......72
Глава 5. Четвертная девиация и ее уничтожение ... 75
5.1. Принцип уничтожения четвертной девиации..—
5.2. Девиация от индукции.....................78
5.3. Безындукционные компенсаторы
четвертной девиации..........................85
Глава 6. Креновая девиация....................88
6.1. Теория креновой девиации..................—
189
6.2. Принцип уничтожения креновой девиации...93
Глава 7. Повышение точности магнитного компаса . 95
7.1. Широтный компенсатор.....................—
7.2. Исправление таблицы девиации во время плавания . 99
7.3. Уничтожение электромагнитной девиации..100
Глава 8. Бесстрелочный (индукционный)
магнитный компас.............................106
8.1, Принцип действия феррозонда............107
8.2. Индукционный компас на основе двухосевого
тесламетра..................................109
8.3. Метод автоматического определения и учета остаточной
девиации индукционного компаса..............113
Раздел 2. КОНСТРУКЦИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ
МОРСКИХ МАГНИТНЫХ ПРИБОРОВ. .118
Глава 9. Магнитные компасы....................—
9.1. Общие сведения о магнитных компасах......—
9.2. Магнитный компас КМ-145................119
9.3. Магнитный компас КМ-115................125
9.4. Магнитные компасы УКП-М и КМО-Т........130
9.5. Магнитный индукционный компас ДС-83....132
9.6. Зарубежные магнитные компасы...........134
9.7. Основные проверки магнитного компаса....139
Глава 10. Дефлектор..........................141
10.1. Устройство дефлектора...................—
10.2. Измерение горизонтальных сил...........142
Глава 11. Судовой инклинатор.................144
Глава 12. Определение девиации магнитного
компаса......................................146
Глава 13. Способ Эри (практическое применение). . 149
Глава 14. Расчет коэффициентов и составление рабочей
таблицы девиации.............................152
190
Глава 15. Способ Колонга
(практическое выполнение)...................156
Глава 16. Практическое уничтожение четвертной
девиации....................................158
Глава 17. Компенсация широтной девиации.....160
Глава 18. Компенсация креновой девиации.....162
Глава 19. Сроки действия таблицы
остаточной девиации.........................164
ПРИЛОЖЕНИЯ. Международные и национальные тре-
бования к магнитным компасам ...............167
Приложение 1. Требования Международной конвенции по
охране человеческой жизни на море 1974 (СОЛАС-74). 168
Приложение 2. Требования Международных стандартов
ИСО к магнитному компасу......................170
Приложение 3. Требования ИМО к магнитным компасам
(Резолюция ИМО А.382 (10))................... 171
Приложение 4, Эксплуатационно-технические требования,
предъявляемые к навигационному оборудованию морских
судов (Российский морской регистр судоходства, “Правила
по оборудованию морских судов”)...............179
Приложение 5. Рекомендации штурманской службы. . 185
Приложение 6. Международные эксплуатационные требо-
вания к морским устройствам передачи курса....186
Список литературы.............................188
Учебное издание
ВЛАДИМИР ВАСИЛЬЕВИЧ ВОРОНОВ,
НИКОЛАЙ НИКОЛАЕВИЧ ГРИГОРЬЕВ,
АЛЕКСАНДР ВАСИЛЬЕВИЧ ЯЛОВЕНКО
Магнитные компасы.
Теория. Конструкция. Девиационные работы
Редактор Ю. В. Халфина
Корректор А.В. Александрова
Рисунки и верстка И. В. Дубровина
Лицензия ЛП № 000034 от 20.11.1998 г.
Сдано в набор 25.06.2003 г. Подписано в печать 10.08.2003 г.
Усл. печ. л. 12. Формат 70x108/32. Тираж 1000 экз. Заказ 3037
ООО “ТехноМедиа’7 Издательство “Элмор”,
199026, С.-Петербург, а/я 868.
Отпечатано с готовых диапозитивов
в Академической типографии “Наука” РАН
199034, Санкт-Петербург, 9 линия, 12