Девиация магнитного компаса. Исправление и перевод румбов, навигационные приборы, основы гидрометеорологии управлять катером, управление лодкой, управление маломерным судном
Современные суда строят в основном из специальных сталей и железа. Занимая во время строительства неизменное положение по отношению к магнитному полю Земли, корпус надстройка и другие части судна постепенно намагничиваются и создают собственные магнитные поля. К ним добавляются магнитные поля, создаваемые судовым электричеством и перевозимым грузом, обладающим магнитными свойствами. Все эти поля образуют судовое магнитное поле, которое
неодинаково в различных местах судна.
Магнитная система картушки компаса, установленного на судне, подвергается совокупному влиянию судового магнитного поля в данном месте судна и магнитного поля Земли в данном районе плавания. В результате этого ее магнитная ось и, следовательно, диаметр картушки 0-180° устанавливаются в определенном направлении, которое в общем случае отличается от направления магнитного меридиана.
Вертикальная плоскость, проходящая через магнитную ось картушки компаса, установленного на судне, называется плоскостью компасного меридиана. След от пересечения плоскости компасного меридиана с плоскостью истинного горизонта называется линией компасного
меридиана, или компасным меридианом, и обозначается Nk-Sk
.
Угол, на который плоскость компасного меридиана отклоняется от плоскости магнитного меридиана, называется девиацией магнитного компаса ? .
Девиация магнитного компаса отсчитывается в плоскости истинного горизонта от нордовой части магнитного меридиана к Е или W до 180°. Если при этом северная часть компасного меридиана отклонена от магнитного меридиана к востоку, то девиацию называют восточной (остовой) и приписывают ей знак «плюс», если к западу, то девиацию называют западной (вестовой) и приписывают ей знак «минус»
Величина девиации зависит от целого ряда факторов, прежде всего от места установки компаса на судне. У компаса, установленного на верхнем мостике и, таким образом, несколько удаленного от основных масс судового железа, девиация будет меньше, чем у путевого, установленного внутри рулевой рубки. Выбор места при установке магнитного компаса имеет важное значение. Обычно его устанавливают в диаметральной плоскости ближе к миделю, чтобы в непосредственной близости от него не было значительных железных масс и особенно подвижного железа {кранов, стрел, шлюпбалок и т. п.).
Все судовое железо в магнитном отношении подразделяется на «твердое» и «мягкое». Твердое обладает сильно выраженной способностью удерживать в себе однажды полученный магнетизм, на который не влияет более слабый по силе земной магнетизм. Мягкое железо не удерживает полученный магнетизм и способно перемагничиваться при изменении даже слабого магнитного поля.
Девиация магнитного компаса будет зависеть и от курса судна. При перемене курса положение судна и всех его железных частей по отношению к магнитному меридиану и магнитной оси картушки изменится. Мягкое судовое железо, заняв новое положение в магнитном поле Земли, перемагнитится
и, кроме того, будет влиять на картушку с иных направлений. Твердое железо, не меняя своего магнетизма, но изменив вместе с судном положение по отношению к картушке, тоже будет действовать на нее с новых направлений. Взаимодействуя с магнитным полем Земли, эти изменившиеся по величине и направлению силы вызовут изменение девиации компаса.
Девиация магнитного компаса будет изменяться также с изменением широты района плавания судна. При перемене широты изменяется напряженность магнитного поля Земли, и в связи с этим мягкое железо перемагничивается. В результате девиация компаса на одном и том же курсе, но в разных широтах будет неодинакова.
Девиация компаса изменяется при погрузке или выгрузке груза, обладающего собственным магнетизмом или способного намагничиваться или перемагничиваться в магнитном поле Земли и судна. Она может зависеть и еще от целого ряда факторов, вызывающих изменения магнитного
состояния судна: от сотрясения корпуса во время шторма, ударов об лед и от других сильных сотрясений, длительного пребывания в одном и том же положении, например при ремонте, при электросварочных работах на судне и т. д.
По характеру возникновения различают полукруговую, четвертную и креновую девиации. Полукруговая создается твердым железом, четвертная - мягким, креновая возникает при качке судна.
Для предотвращения подрыва на магнитных минах во время войны суда подвергаются специальному размагничиванию. С этой целью, чтобы уменьшить до определенных пределов составляющую магнитного поля под килем судна, судовые магнитные поля компенсируют путем наложения на них противоположных электромагнитных полей, создаваемых с помощью различного вида обмоток, устанавливаемых на судне, через которые пропускают электрический ток. Весь комплекс обмоток
и аппаратуры для их эксплуатации называется размагничивающим, или защитным, устройством (РУ или ЗУ).
Магнитные поля обмоток размагничивающего устройства действуют не только под килем судна на глубину защиты, но и в любой точке над палубой. Следовательно, эти поля оказывают определенное воздействие на систему стрелок магнитного компаса, создавая добавочную девиацию положительного или отрицательного знака. В отличие от обычной девиации, вызываемой судовым железом, девиация, производимая магнитными полями обмоток с током, условно называется электромагнитной.
Отдельно наблюдать электромагнитную девиацию нельзя, она наблюдается вместе с магнитной девиацией, увеличивая или уменьшая ее. Электромагнитная девиация появляется при включении обмоток РУ и исчезает при их выключении.
На современном судне девиация магнитного компаса может достигать нескольких десятков градусов. Пользование компасом в таком случае крайне затруднительно, а в некоторых случаях даже невозможно. Силы, производящие столь большую девиацию, на некоторых курсах могут сложиться и направиться так, что уравновесят направляющую силу компаса, которая удерживает магнитную ось картушки в плоскости компасного меридиана. В результате компас на этих курсах просто не будет работать, так как его картушка будет находиться в положении безразличного равновесия и при повороте судна силами трения увлекается в ту же сторону, показывая один и тот же курс. Если
же ослабленная направляющая сила и сможет преодолеть это трение, то ее будет недостаточно для быстрого приведения картушки в компасный меридиан, картушка будет крайне вяло устанавливаться в положении Nk-Sk
.
При большой девиации разница между компасными и магнитными курсами очень велика и пришлось бы иметь две таблицы девиации: одну для компасных, другую для магнитных курсов, что в практической работе доставляло бы большие неудобства.
Наконец, при большой девиации определение ее значений на промежуточные табличные курсы путем простой интерполяции было бы не только сложным, но и неверным, так как изменение девиации не
пропорционально изменению курсов, что сказалось бы на вычислениях в значительной степени.
Таким образом, для обеспечения надежных и точных показаний магнитного компаса необходимо принимать меры по уничтожению девиации. Теоретическое обоснование и практические приемы уничтожения девиации рассматриваются в курсе «Магнитно-компасное дело». Что касается принципа уничтожения девиации, то он заключается в искусственном создании вблизи картушки компаса магнитных полей, равных, но противоположных по знаку полям, образуемым судовым железом. Таким образом происходит компенсация полей и сил, вызывающих девиацию компаса.
Для уничтожения электромагнитной девиации используются специальные устройства, исключающие воздействие электромагнитного поля обмоток ЗУ или РУ на картушку компаса. Весь комплекс обмоток, устанавливаемых под котелком магнитного компаса, и управляющей аппаратуры таких устройств называется компенсирующим устройством (КУС). В зависимости от количества компенсирующих катушек они подразделяются на КУС-3 (три катушки), КУС-6 (шесть катушек),
КУС-9 (девять катушек), КУС-12 (двенадцать катушек).
Работы по уничтожению, девиации производятся на специально оборудованном для этого рейде, в режиме судна по-походному, когда трюмы закрыты, палубный груз закреплен, стрелы уложены, работают силовая установка, вспомогательные механизмы и электрические агрегаты.
Уничтожение девиации согласно правилам технической эксплуатации должно производиться не реже одного раза в год и, кроме того, во всех тех случаях, когда предполагается изменение магнитного состояния судна, т. е. после ремонта или длительной стоянки в порту, по окончании приемки или сдачи груза, обладающего магнитными свойствами при большом изменении магнитной широты в результате перехода из одного пункта в другой и так далее.
Содержание статьи
КОМПАС, прибор для определения горизонтальных направлений на местности. Применяется для определения направления, в котором движется морское, воздушное судно, наземное транспортное средство; направления, в котором идет пешеход; направления на некоторый объект или ориентир. Компасы подразделяются на два основных класса: магнитные компасы типа стрелочных, которыми пользуются топографы и туристы, и немагнитные, такие, как гирокомпас и радиокомпас.
Картушка компаса.
Для определения направлений в компасе имеется картушка (рис. 1) – круговая шкала с 360 делениями (соответствующими одному угловому градусу каждое), размеченными так, что отсчет ведется от нуля по часовой стрелке. Направлению на север (норд, N, или С) обычно соответствует 0° , на восток (ост, O, E, или В) – 90° , на юг (зюйд, S, или Ю) – 180° , на запад (вест, W, или З) – 270° . Это главные компасные румбы (страны света). Между ними расположены «четвертные» румбы: норд-ост, или С-В (45° ), зюйд-ост, или Ю-В (135° ), зюйд-вест, или Ю-З (225° ) и норд-вест, или С-З (315° ). Между главными и четвертными расположены 16 «основных» румбов, таких, как норд-норд-ост и норд-норд-вест (некогда было еще 16 румбов, таких, как «норд-тень-вест», называвшихся просто румбами).
МАГНИТНЫЙ КОМПАС
Принцип действия.
В приборе, указывающем направление, должно быть некое опорное направление, от которого отсчитывались бы все другие. В магнитном компасе таким направлением служит линия, соединяющая Северный и Южный полюса Земли. В этом направлении сам собой устанавливается магнитный стержень, если его подвесить так, чтобы он мог свободно поворачиваться в горизонтальной плоскости. Дело в том, что в магнитном поле Земли на магнитный стержень действует вращающая пара сил, устанавливающая его в направлении магнитного поля. В магнитном компасе роль такого стержня играет намагниченная стрелка, которая при измерении сама устанавливается параллельно магнитному полю Земли.
Стрелочный компас.
Это самый распространенный вид магнитного компаса. Он часто применяется в карманном варианте. В стрелочном компасе (рис. 2) имеется тонкая магнитная стрелка, установленная свободно в своей средней точке на вертикальной оси, что позволяет ей поворачиваться в горизонтальной плоскости. Северный конец стрелки помечен, и соосно с ней закреплена картушка. При измерении компас необходимо держать в руке или установить на штативе так, чтобы плоскость вращения стрелки была строго горизонтальна. Тогда северный конец стрелки будет указывать на северный магнитный полюс Земли. Компас, приспособленный для топографов, представляет собой пеленгаторный прибор, т.е. прибор для измерения азимута. Он обычно снабжен зрительной трубой, которую поворачивают до совмещения с нужным объектом, чтобы затем считать по картушке азимут объекта.
Жидкостный компас.
Жидкостный компас, или компас с плавающей картушкой, – это самый точный и стабильный из всех магнитных компасов. Он часто применяется на морских судах и потому называется судовым. Конструкции такого компаса разнообразны; в типичном варианте он представляет собой наполненный жидкостью «котелок» (рис. 3), в котором на вертикальной оси закреплена алюминиевая картушка. По разные стороны от оси к картушке снизу прикреплены пара или две пары магнитов. В центре картушки имеется полый полусферический выступ – поплавок, ослабляющий нажим на опору оси (когда котелок наполнен компасной жидкостью). Ось картушки, пропущенная через центр поплавка, опирается на каменный подпятник, изготовляемый обычно из синтетического сапфира. Подпятник закреплен на неподвижном диске с «курсовой чертой». В нижней части котелка имеются два отверстия, через которые жидкость может переливаться в расширительную камеру, компенсируя изменения давления и температуры.
Картушка плавает на поверхности компасной жидкости. Жидкость, кроме того, успокаивает колебания картушки, вызываемые качкой. Вода не годится для судового компаса, так как она замерзает. Используется смесь 45% этилового спирта с 55% дистиллированной воды, смесь глицерина с дистиллированной водой либо высокочистый нефтяной дистиллят.
Котелок компаса отлит из бронзы и снабжен стеклянным колпаком с уплотнением, исключающим возможность протечки. В верхней части котелка закреплено азимутное, или пеленгаторное, кольцо. Оно позволяет определять направление на различные объекты относительно курса судна. Котелок компаса закреплен в своем подвесе на внутреннем кольце универсального (карданного) шарнира, в котором он может свободно поворачиваться, сохраняя горизонтальное положение, в условиях качки.
Котелок компаса закрепляется так, что его специальная стрелка или метка, называемая курсовой, либо черная линия, называемая курсовой чертой, указывает на нос судна. При изменении курса судна картушка компаса удерживается на месте магнитами, неизменно сохраняющими свое направление север – юг. По смещению курсовой метки или черты относительно картушки можно контролировать изменения курса.
ПОПРАВКА КОМПАСА
Поправкой компаса называется отклонение его показаний от истинного норда (севера). Ее причины – девиация магнитной стрелки и магнитное склонение.
Девиация.
Компас показывает на т.н. компасный, а не на магнитный норд (северный магнитный полюс), и соответствующая угловая разность направлений называется девиацией. Она обусловлена наличием местных магнитных полей, налагающихся на магнитное поле Земли. Местное магнитное поле могут создавать корпус судна, груз, крупные массы железных руд, расположенные неподалеку от компаса, и другие объекты. Правильное направление получают, учитывая в показаниях компаса поправку на девиацию.
Судовой магнетизм.
Местные магнитные поля, создаваемые корпусом судна и охватываемые понятием судового магнетизма, делятся на переменные и постоянные. Переменный судовой магнетизм наводится в стальном корпусе судна магнитным полем Земли. Напряженность переменного судового магнетизма изменяется в зависимости от курса судна и от географической широты. Постоянный судовой магнетизм наводится в процессе постройки судна, когда под влиянием вибрации, вызываемой, например, операциями клепки, стальная обшивка становится постоянным магнитом. Напряженность и полярность (направление) постоянного судового магнетизма зависят от местоположения (широты) и ориентации корпуса судна в период его сборки. Постоянный магнетизм частично теряется после спуска судна на воду и после того, как оно побывает в бурном море. Кроме того, он несколько изменяется в процессе «старения» корпуса, но его изменения существенно уменьшаются после эксплуатации судна в течение года.
Судовой магнетизм можно разложить на три взаимно перпендикулярные компоненты: продольную (относительно судна), поперечную горизонтальную и поперечную вертикальную. Отклонения магнитной стрелки, обусловленные судовым магнетизмом, корректируют, помещая возле компаса постоянные магниты, параллельные этим компонентам.
Нактоуз.
Судовой компас обычно устанавливается в универсальном шарнире на специальной подставке, называемой нактоузом (рис. 4). Нактоуз жестко и надежно прикрепляется к палубе судна, обычно на средней линии последнего. На нактоузе устанавливаются также магниты, компенсирующие влияние судового магнетизма, и закрепляется защитный колпак для компаса с внутренним осветителем картушки. Ранее нактоуз выполнялся в виде резной фигуры из дерева, но на современных судах это просто цилиндрический стенд.
Магнитное склонение.
Магнитное склонение – это угловая разница между магнитным и истинным нордом, обусловленная тем, что магнитный северный полюс Земли смещен на 2100 км относительно истинного, географического.
Карта склонений.
Магнитное склонение изменяется по времени и от точки к точке на земной поверхности. В результате измерений магнитного поля Земли получены карты склонения, которые дают величину магнитного склонения и скорость его изменения в разных районах. Контуры нулевого магнитного склонения на таких картах, исходящие из северного магнитного полюса, называются агоническими линиями или агонами, а контуры равного магнитного склонения – изогоническими или изогонами.
Учет поправки компаса.
В настоящее время находит применение целый ряд разных способов учета поправки компаса. Все они одинаково хороши, а потому достаточно привести для примера лишь один, принятый в ВМС США. Девиации и магнитные склонения к востоку считаются положительными, а к западу – отрицательными. Вычисления производят по следующим формулам:
Магн. напр. = Комп. напр. + Девиация,
Комп. напр. = Магн. напр. + Склонение.
Вектор Т напряжённости магнитного поля Земли лежит в плоскости магнитного меридиана и составляет с плоскостью горизонта некоторый угол I . Этот угол называется магнитным наклонением и может изменяться в пределах
.
Наряду с указанным, рассматривают проекции Н и Z вектора Т на плоскость горизонта и на местную вертикаль, соответственно. Эти составляющие определяются следующими равенствами:
. (1.1)
На навигационных картах могут наноситься линии равных значений указанных параметров. Изогонами
называют линии равных значений магнитного склонения. Линии равных значений магнитного наклонения получили название изоклин
. Линии равных значений Н
и Z
называются изодинамами
.
Земное магнитное поле претерпевает медленное годовое изменение, а также достаточно быстрые вариации, обусловленные, например, активизацией процессов на Солнце. Кроме того, на равномерность магнитного поля Земли существенное влияние оказывают местные магнитные аномалии.
магнитомягкие материалы намагничиваются компонентами магнитного поля Земли. Будем представлять судовое и земное магнитные поля в виде соответствующих составляющих X¢,Y¢,Z¢
и X,Y,Z
(рис. 4.1) векторов напряженности (или индукции) этих полей по осям системы координат охуz
, жёстко связанной с судном. Особенности намагничивания магнитомягких материалов земным магнитным полем заключается в том, что они будучи намагниченными од
| Важно! |
ставляющие аХ
, dХ
и gХ
, направленные по осям ох
, оу
и oz,
соответственно (Рис. 4.1). Здесь а, d
и g
– коэффициенты пропорциональности, определяющие величину указанных составляющих в долях намагничивающего поля. Аналогично, материал, намагниченный составляющей Y
земного поля, будет создавать собственное поле с компонентами bY, eY
и hY
, а намагниченный составляющей Z
– с компонентами cZ, fZ
и kZ
.
Учитывая сказанное, результирующие напряженности судового магнитного поля вдоль осей, связанных с судном, можно представить в виде следующих равенств (рис. 1.33):
X¢ = X + aX + bY + cZ + P,
Y¢ = Y + dX + eY +fZ + Q, (4.1)
Z¢ = Z + gX + hY + kZ + R,
где H, Q и R – компоненты магнитного поля, порождаемые постоянным судовым магнетизмом. Уравнения (4.1) получили название уравнений Пуассона , а коэффициенты а…к – коэффициентов Пуассона . Полученные уравнения характеризуют структуру судового магнитного поля и являются исходными для проведения различных оценок на практике. Однако для процесса судовождения основной интерес представляет связь параметров судового поля с ошибками МК, т.е. с той девиацией, которая возникает у компаса, установленного в заданном месте на судне. Эта девиация определяется отклонением от плоскости магнитного меридиана горизонтальнойсоставляющей Н¢ (рис. 4.1) судового магнитного поля, образуемой геометрической суммой векторов X¢ и Y¢ , в направлении которой устанавливаются оси магнитов картушки компаса. Найдём соотношения, определяющие указанную связь.
Уравнение девиации
Рассмотрим рис. 4.2, отображающий взаимную ориентацию векторов судового и земного магнитных полей. Как следует из рисунка, девиация магнитного компаса, равная разности магнитного МК
и компасного КК
курсов судна
=МК – КК , (4.2)
может быть определена следующим равенством:
. (4.3)
В свою очередь, из рисунка следует, что
H¢sin =X¢sin MK + Y¢cos MK, а H¢cos =X¢cos MK – Y¢sin MK. (4.4)
Подставляя в полученные равенства значения X ¢ и Y¢ из уравнений Пуассона (4.1), найдём:
H¢sin =[(1+a)X + bY + cZ + P] sin MK + [(1+e)Y + dX + fZ +Q] cos MK,
H¢cos =[(1+a)X + bY + cZ + P] cos MK – [(1 + e)Y +dX + fZ = Q] sin MK.
В последних равенствах учтём, что
Х=Н cosMK, Y= - H sinMK. (4.6) Тогда получим:
(4.7)
Раскрывая квадратные скобки равенств (4.7), найдём:
(4.8)
Группируя члены по гармоникам, будем иметь:
(4.9)
(4.9)
Обозначим 
и поделим левые и правые части равенств (4.9) на . В результате получим:
(4.10)
Введём следующие обозначения:
и подставим их в равенства (4.10). В результате будем иметь:
Поделив первое равенство (4.12) на второе, получим искомое выражение для тангенса девиации магнитного компаса:
Это выражение получило название формулы Арчибальда Смита по имени английского учёного Х1Х века. Оно определяет зависимость девиации МК от параметров А¢…E¢ и магнитных курсов судна. Параметры A¢…E¢ получили название коэффициентов девиации.
На практике чаще представляют девиацию МК в функции компасных курсов судна . Для того чтобы получить указанное выражение умножим равенство (4.13) на его знаменатель. В результате будем иметь:
Раскрывая скобки и перенося все члены кроме первого в правую часть равенства, найдём:
Учитывая, что КК=МК - , а 2МК-δ = 2КК+ , окончательно получим выражение для синуса девиации магнитного компаса как функцию компасных курсов судна:
| Важно! |
Магнитное поле Земли можно обнаружить с помощью магнитной стрелки. Если стрелку подвесить так, чтобы она могла свободно вращаться в горизонтальной и в вертикальной плоскости, то в каждой точке земной поверхности она под воздействием магнитных сил стремится принять вполне определенное положение в пространстве. Магнитное поле Земли существует на поверхности, под землей и в космосе. Магнитное поле земли вызывается процессами внутри её коры и в космическом пространстве и тесным образом связанно с деятельностью Солнца.
Напряженность магнитного поля Земли в среднем равна 40 А/м.
Вообще, магнитное поле Земли является неоднородным, но в ограниченном пространстве судна его можно считать однородным.
Разложим напряженность, как вектор, на отдельные составляющие, получившие название элементов земного магнетизма. К ним относятся (см. рис.) горизонтальная составляющая напряженности магнитного поля Земли H , вертикальная составляющаяZ и магнитное склонениеd – горизонтальный угол, образованный направлением истинного меридианаON и составляющейH , которая лежит в плоскости магнитного меридиана. Кроме этих элементов, в вектор напряженности магнитного поля входит магнитное наклонениеI – вертикальный угол между горизонтальной плоскостью и направлением вектора земного магнетизма.
Из рисунка можно установить следующую связь между элементами земного магнетизма:
Если нужно определить проекции вектора земного магнетизма на направление истинного меридиана или первого вертикала, то можно воспользоваться следующими равенствами
Линии, соединяющие равные значения HиZназываются изодины (линии равной напряженности). Изолинии магнитного склонения – изогоны, изолинии магнитного наклонения – изоклины. Такие линии нанесены на специальной карте земного магнетизма. Изоклины нулевого наклонения образуют магнитный экватор.
Разложим вектор земного магнетизма на судовые оси координат:
Проекции напряженности магнитного поля земли на судовые оси:
Горизонтальная составляющая, которая определяет работу магнитного компаса изменяется в различных местах земного шара от нуля (на магнитных полюсах) до 32 А/м у южной оконечности Азии. Уменьшение этой составляющей происходит от в направлении от экватора к полюсам.
Вертикальная составляющая напряженности магнитного поля Земли изменяется от нуля (на магнитном экваторе) до 56 А/м в полярных районах.
Тема 3 (2 часа) магнитное поле судна. Уравнения пуассона и их анализ.
Корпус судна, его двигатель, судовые механизмы изготовлены из материалов, которые обладают некоторой остаточной намагниченностью. Кроме приобретенной во время постройки остаточной постоянной намагниченности, корпус судна и его механизмы не потеряли способности намагничиваться в магнитном поле Земли, которое постоянно воздействует на судно. Таким образом, в судовом железе можно выделить две составляющие: твердая намагничивается в период постройки и остается постоянной, мягкая составляющая намагничивается в магнитном поле Земли. Постоянный судовой магнетизм и намагничивание мягкого судового железа оказывают влияние на любой магнитный прибор на судне. В этом случае принято говорить, что в пространстве, окружающем судно действует судовое магнитное поле.
Судно со всем его оборудованием является телом весьма сложной формы, поэтому трудно рассчитывать на то, что оно намагничивается однородно. Однако намагничивание судна при постройке и в последующие периоды его плавания происходит в слабом магнитном поле Земли, к тому же магнитная восприимчивость судна, как единого целого невелика. Поэтому неоднородность его намагничивания оказывается незначительной, ею можно пренебречь и исходить из среднего значения намагниченности для всего судна в целом.
Следовательно, можно воспользоваться теоремой Пуассона об однородном намагничивании тел.
Теорема Пуассона формулируется следующим
образом: магнитный потенциал U
однородно намагниченного тела равен
взятому со знаком минус скалярному
произведению вектора намагниченности
тела
на градиент потенциала силы притяжения
,
созданного массой данного тела:
где: -
- составляющие намагниченности судна
по судовым осям
- производные величиныVпо этим осям, пропорциональные потенциалу
притяжения, вызванного массой судна.
Чтобы перейти от потенциала к проекциям напряженности магнитного поля на судовые оси, продифференцируем (16) по переменным x , y , z , гдеJ – величина постоянная:
Вектор намагниченности тела выражается формулой (16). Разложим его на составляющие по судовым осям:
где: X , Y , Z - проекции на эти оси намагничивающего поля – магнитного моля Земли.
Подставим эти значения в предыдущие три уравнения:
Раскроем скобки в каждом из этих уравнений и введем обозначения
|
|
Полбхуясь этими обозначениями, можно записать так:
Эти уравнения выражают собой проекции напряженности магнитного поля судна в точке О (см рис). Если в точке О находится компас, то он покажет не только судовой магнетизм, но и воздействие магнитного поля Земли. Сложим алгебраически проекции напряженностей полей судна и Земли, чтобы выразить совместное действие их:
где со штрихом – проекции на судовые оси суммарного магнитного поля, без штриха – проекции на те же оси магнитного поля Земли, с ноликом – проекции напряженности магнитного поля судна. Отсюда:
|
|
Эти уравнения получили название уравнений Пуассона, так как они были выведены на основании теоремы Пуассона об однородном намагничивании тел.
a , b , c ,… k – параметры Пуассона. Они характеризуют собой мягкое железо: его магнитные качества, форму и размеры, расположение относительно центра компаса.
Слагаемые P , Q , R выражают магнитное поле постоянного судового магнетизма, обусловленного действием жесткого железа.
Все эти величины практически не изменяются для данного компаса и при данном магнитном состоянии судна. Если на судне произвести перемещение больших масс железа относительно компаса или переместить сам компас, то эти величины изменятся.
Курс судна не влияет на эти величины, магнитная широта очень слабо сказывается только на параметры Пуассона. Встряски судна, загрузка судна сказываются на его магнитном состоянии.
Направления в море возможно определять не только относительно истинного меридиана, но также и относительно магнитного.
Изобразим на плоскости истинного горизонта наблюдателя два меридиана: истинный N И и магнитный N M направление ДП, ОК и направление с судна на береговой ориентир ОМ. Тогда на этом рисунке N И OK - истинный курс судна, а угол N И OM - истинный пеленг. По аналогии считают, что угол N M ОК
– магнитный курс (МК), а угол N M OM - магнитный пеленг предмета М. Таким образом, магнитным курсом судна называют угол при центре компаса, отсчитываемый от северной части магнитного меридиана до направления носовой части ДП судна по часовой стрелке от 0 до 360 0 . Точно так же магнитным пеленгом предмета называют угол при центре компаса, отсчитываемый от северной части магнитного меридиана до направления на предмет по часовой стрелке от 0 до 360 0 .
Судовой магнетизм
Стальной набор корпуса судна, обшивка приобретают магнитные свойства с момента постройки. В магнитном поле Земли все продольные, поперечные и вертикальные связи судна намагничиваются неодинаково. Кроме этого, судовое железо в магнитном отношении принято делить на «твердое» и «мягкое». Первое обладает свойствами постоянных магнитов. Постоянный магнетизм, приобретенный судном во время постройки, сохраняется годами. Мягкое в магнитном отношении судовое железо не "задерживает" магнитное состояние надолго; оно обладает индуктивным магнетизмом, зависящим от положения корпуса судна относительно магнитного меридиана. Таким образом, на магнитную стрелку компаса, установленного на судне, оказывают влияние магнитные силы твердого и мягкого в магнитном отношении железа, причем действие их различно. Кроме того, в результате действия магнитных сил, возникающих от магнитного поля, создаваемого различными работающими судовыми агрегатами, контурами с током, стрелка компаса отклоняется от магнитного меридиана.
Вертикальную плоскость, проходящую через полюсы магнитной стрелки компаса на судне, имеющей свободное вращение вокруг вертикальной оси, называют плоскостью компасного меридиана в данной точке судна. Таким образом, компасный меридиан – это воображаемая линия пересечения плоскости истинного горизонта наблюдателя с плоскостью компасного меридиана, проходящего через данную точку на судне. Угол в плоскости истинного горизонта наблюдателя между магнитным и компасным меридианами называют девиацией магнитного компаса. Этот угол отсчитывают от северной части магнитного меридиана к W или к Е от 0 до 180 0 .
Девиацию называют восточной, если северная часть компасного меридиана отклоняется от северной части магнитного меридиана к востоку; если же северная часть компасного меридиана отклоняется от северной части магнитного меридиана к западу, тогда девиацию называют западной. Восточной девиации приписывают знак плюс, западной - знак минус.
Значительная по величине девиация магнитного компаса создает большие неудобства в практической работе. Поэтому на судах уничтожают девиацию путем искусственного создания в центре компаса сил, одинаковых по характеру, равных по величине и противоположных по направлению силам, вызывающим девиацию. Уничтожение девиации магнитного компаса на судне - трудоемкая работа, выполняемая обычно специалистами-девиаторами. После уничтожения девиации у судовых компасов определяют остаточную девиацию, которая обычно не превышает 2-3 0 . Ее находят из наблюдений на восьми равноотстоящих главных и четвертных курсах, а далее по специальным формулам рассчитывают ее значения для компасных курсов через 10 или 15 0 .
Существует много способов определения девиации из наблюдений: по пеленгам небесных светил; по пеленгам отдаленного предмета; по взаимным пеленгам; по створам. Последний способ является наиболее простым и точным. Сущность способа заключается в следующем. Следуя одним из компасных курсов по магнитному компасу, пересекают линию створных знаков, магнитное направление которых известно. В момент пересечения створов отмечают компасный пеленг таковых и, таким образом, получают возможность определить значение девиации для данного компасного курса. Точно так же поступают, пересекая створ на другом компасном курсе. Делая так нужное число раз, значение девиации в каждом случае определяют по формуле:
Δ= МП i - КП i
Физическую сущность того, что девиация имеет различные значения для каждого компасного курса, понять нетрудно, вспомнив тот факт, что магнитное поле судна будет различным в зависимости от расположения его корпуса относительно силовых линий магнитного поля Земли, т. е. от курса судна.
Правилами технической эксплуатации предусмотрено уничтожение девиации и определение остаточной девиации магнитного компаса не реже одного раза в полгода.
Компасные курсы и пеленги
Направления в море возможно определять не только относительно истинного или магнитного меридиана, но также и относительно компасного.
На рисунке выше изображены на плоскости истинного горизонта наблюдателя три меридиана: истинный N и магнитный N M и компасный N к; направление ДП судна ОК и направление с судна на береговой ориентир ОМ. Угол N и OK - истинный курс судна, угол N M OK - магнитный курс судна и угол N K OK - компасный курс судна; угол N и OM - истинный пеленг предмета М, угол N м OM - магнитный пеленг предмета М и угол N K OM - компасный пеленг предмета М. Итак, компасным курсом судна называют угол при центре компаса, отсчитываемый от северной части компасного меридиана до направления носовой части ДП судна по часовой стрелке от 0 до 360 0 . Аналогично компасным пеленгом предмета называют угол при центре компаса, отсчитываемый от северной части компасного меридиана до направления на предмет по часовой стрелке от 0 до 360 0 .
Совместное действие сил земного и судового магнетизма приводит к тому, что магнитная стрелка отклоняется от истинного меридиана на некоторый суммарный угол, называемый поправкой магнитного компаса и обозначаемый ΔМК. По аналогии со склонением и девиацией поправку компаса называют восточной, приписывая ей знак плюс, либо западной (знак минус), в зависимости от того, к востоку или к западу отклонена северная часть компасного меридиана от северной части меридиана истинного.
