羅經(jīng)基礎(chǔ)知識
羅經(jīng)基礎(chǔ)知識
羅經(jīng)是提供方向基準(zhǔn)的儀器，船舶用以確定航向和觀測物標(biāo)方位。那么你對羅經(jīng)了解多少呢?以下是由學(xué)習(xí)啦小編整理關(guān)于羅經(jīng)知識的內(nèi)容，希望大家喜歡!
一、磁羅經(jīng)
發(fā)展歷程
利用自由支持的磁針在地磁作用下穩(wěn)定指北的特性而制成的羅經(jīng)。磁羅經(jīng)由中國的司南、指南針逐步發(fā)展而成。司南為天然磁石制成的勺形物，投轉(zhuǎn)于光滑的地盤上,停止時(shí)勺柄指南。地盤四周刻有八卦和天干地支名稱，用于表示方位(圖1)。已知關(guān)于司南的最早記述見于公元前3世紀(jì)戰(zhàn)國末期的《韓非子·有度》。宋朝初期出現(xiàn)了人工磁化的指南針，有水浮、絲懸、針頂?shù)确椒?，近代磁羅經(jīng)和地磁測量儀器仍沿用這些基本結(jié)構(gòu)。北宋沈括在《夢溪筆談》(1063年)中描述了用磁石磨針鋒制作指南針的方法，并記載了磁差的存在。
指南針是初級階段的磁羅經(jīng)，是中國古代四大發(fā)明之一。唐宋時(shí)期中國海外貿(mào)易非常發(fā)達(dá)，大型商船遠(yuǎn)航到波斯灣、紅海等地，造船和航海技術(shù)均居世界前列。指南針應(yīng)用于航海的最早記載見于北宋朱彧的《萍州可談》(1119年)，書中說：“舟師識地理,夜則觀星,晝則觀日，陰晦觀指南針。”用于航海的指南針又稱羅盤。明代銅制的水羅盤用八干、十二支、四維卦位名稱標(biāo)出二十四個(gè)方位(圖2)。通常認(rèn)為羅盤是由中國傳入阿拉伯，再傳入歐洲，但有爭論。相傳14世紀(jì)初南意大利阿瑪爾菲人F.喬亞首先把紙羅經(jīng)卡(即方向刻度盤)和磁針連接在一起轉(zhuǎn)動。這是磁羅經(jīng)發(fā)展過程中的一次飛躍。從此船舶變向就不必再用手轉(zhuǎn)動羅盤了。16世紀(jì)意大利人卡爾登制成平衡環(huán)，使磁羅經(jīng)在船舶搖晃中也能保持水平。18世紀(jì)初英國人E.哈利制成第一張世界等磁差曲線圖。
鐵船出現(xiàn)后，磁羅經(jīng)產(chǎn)生了自差。在此之前，關(guān)于自差現(xiàn)象的記述已見于明末清初方以智的《物理小識》，書中說到鐵對磁針的干擾和海船不用鐵釘?shù)脑颍?ldquo;海咸爛鐵，且妨磁也。”19世紀(jì)上半葉英國人M.弗林德斯和G.B.艾里先后提出消除自差的方法，法國泊松對自差的數(shù)學(xué)理論作出了貢獻(xiàn)。19世紀(jì)70年代英國物理學(xué)家W.湯姆森制成穩(wěn)定性好的干羅經(jīng)安裝于有類似現(xiàn)代自差校正器的羅經(jīng)柜中，曾被英海軍作為標(biāo)準(zhǔn)裝備。20世紀(jì)初性能更穩(wěn)定、軸針摩擦更小的液體羅經(jīng)制成，現(xiàn)在已為大部分船舶所使用。
結(jié)構(gòu)
磁羅經(jīng)主要由羅經(jīng)柜和羅經(jīng)盆(圖4)兩部分組成。帶有磁針的羅經(jīng)卡(圖5)安裝在羅經(jīng)盆內(nèi)。磁羅經(jīng)按結(jié)構(gòu)可分為干羅經(jīng)和液體羅經(jīng)兩種;按用途可分為標(biāo)準(zhǔn)羅經(jīng)、操舵羅經(jīng)、應(yīng)急羅經(jīng)、艇用羅經(jīng)等?，F(xiàn)代船舶多在駕駛臺頂?shù)穆短旒装迳涎b一能將羅經(jīng)卡讀數(shù)投射到駕駛室內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)羅經(jīng)，可兼作操舵羅經(jīng)。這種羅經(jīng)有反射式和投影式兩種，它們的基本結(jié)構(gòu)同普通羅經(jīng)相似，僅多一套光學(xué)投射系統(tǒng)。
羅經(jīng)差
包括磁差和自差。磁差是由于地磁極與地極不一致而存在于磁北和真北之間的夾角，又稱磁偏角。由于磁極繞地極作緩慢的周期運(yùn)動，所以磁差除因地而異，每年還有變化。地球表面存在磁異常區(qū)，這種地區(qū)的磁差與周圍地區(qū)的磁差明顯不同。海圖上的羅經(jīng)花均標(biāo)注有本地磁差和年變化率，使用磁羅經(jīng)時(shí)可據(jù)以修正讀數(shù)。自差是因船上鋼鐵被地磁磁化而產(chǎn)生的磁性作用于磁羅經(jīng)，使磁針偏離磁北，形成的差角甚至達(dá)數(shù)十度。船磁有來自硬鐵的和軟鐵的區(qū)別。硬鐵如碳鋼、鈷鋼被磁化后具有永久磁性;軟鐵如熟鐵、硅鋼離開磁場后所感應(yīng)磁性很快消失。它們所引起的自差各有其變化規(guī)律。校正自差就是將能產(chǎn)生與船磁相反作用力的校正器放在羅經(jīng)周圍，分別用其中的磁棒和軟鐵抵消永久船磁和感應(yīng)船磁對磁針的影響。校正后的剩余自差，經(jīng)測定制成自差表或自差曲線圖,絕對值應(yīng)不大于3°。自差的主要特點(diǎn)是隨航向變化，不同航向要用相應(yīng)的自差進(jìn)行修正。
二、陀螺羅經(jīng)
又稱電羅經(jīng)，是利用陀螺儀的兩個(gè)基本特性即定軸性和進(jìn)動性，結(jié)合地球自轉(zhuǎn)矢量和重力矢量，借助控制設(shè)備和阻尼設(shè)備而制成的提供真北基準(zhǔn)的一種指向儀器。陀螺羅經(jīng)是根據(jù)法國學(xué)者L.傅科1852年提出的利用陀螺儀作為指向儀器的原理而制造的。德國人安許茨于1908年,美國人E.A.斯佩里于1911年,英國人S.G.布朗于1916年分別制成以他們的姓氏命名的3種不同的陀螺羅經(jīng),布朗羅經(jīng)以后又發(fā)展為阿馬-布朗羅經(jīng)。現(xiàn)在這3種羅經(jīng)都各自形成產(chǎn)品系列。
構(gòu)成
陀螺羅經(jīng)通常由主羅經(jīng)和附屬儀器兩部分組成。附屬儀器包括電源變換器、控制箱或操縱箱和分羅經(jīng)等，是確保主羅經(jīng)正常工作的必需設(shè)備。為了減少陀螺羅經(jīng)的部件數(shù)，電源變換器可與控制箱組裝，也可與主羅經(jīng)組裝成一體。主羅經(jīng)一般可帶8～20個(gè)分羅經(jīng),用以復(fù)示主羅經(jīng)的航向。現(xiàn)代陀螺羅經(jīng)向著尺寸小、重量輕、使用壽命長、維修方便、操作簡便并能適用于大、中、小型船舶的趨勢發(fā)展。例如以逆變器代替變流機(jī)，以固態(tài)元件代替電子管，以無接觸式發(fā)送器代替接觸式發(fā)送器等。新型陀螺羅經(jīng)的靈敏部分一般都制成密封球形，并用特制的液體支承以提高其精度和可靠性。
種類
陀螺羅經(jīng)按照對陀螺施加作用力矩的方式可分為機(jī)械擺式和電磁控制式兩類。
①機(jī)械擺式陀螺羅經(jīng)：按產(chǎn)生擺性力矩的方式可分為兩種。一種是用彈性支承的單轉(zhuǎn)子上重式水銀器羅經(jīng)，或稱液體連通器式羅經(jīng)(圖6)，如斯佩里型陀螺羅經(jīng);另一種是將陀螺儀重心置于支承中心之下,稱為下重式羅經(jīng)(圖7)，如安許茨型用液浮支承的雙轉(zhuǎn)子下重式羅經(jīng)。這兩種方式產(chǎn)生的擺性力矩方向相反，它們的動量矩矢量的方向也相反。液體連通器式羅經(jīng)的動量矩矢量指南，下重式羅經(jīng)的動量矩矢量指北。在擺性力矩的作用下，機(jī)械擺式羅經(jīng)的主軸北端會繞子午面作等幅擺動，其軌跡為一球面上的橢圓。加裝阻尼器的機(jī)械擺式羅經(jīng)，主軸北端則以阻尼擺動形式趨于子午面并相對于子午面穩(wěn)定，從而提供真北基準(zhǔn)。
液體連通器式羅經(jīng)的靈敏部分由陀螺馬達(dá)和托架組成,采用鋼絲懸吊,利用水銀器的負(fù)擺效應(yīng)產(chǎn)生控制力矩。下重式羅經(jīng)的靈敏部分系一密封陀螺球，球內(nèi)裝有兩個(gè)參數(shù)相同的陀螺馬達(dá)、燈形支架和阻尼器等構(gòu)件(圖8)。兩個(gè)陀螺馬達(dá)垂直地支承在燈形支架上,用曲柄連桿和彈簧互相連接，并分別與陀螺球主軸南北線成45°夾角。借助這種裝置，兩個(gè)陀螺馬達(dá)只能同時(shí)繞其垂直軸作相反方向、相同角度的轉(zhuǎn)動，但轉(zhuǎn)角很小。因此，它們合成動量矩矢量始終與陀螺球主軸南北線一致，類似單轉(zhuǎn)子作用，用兩個(gè)陀螺馬達(dá)可以有效地消減搖擺誤差。②電磁控制式陀螺羅經(jīng)：在兩自由度平衡陀螺儀的結(jié)構(gòu)上設(shè)置一套由電磁擺和力矩器組成的電磁控制裝置，通過電信號給陀螺施加控制力矩的陀螺羅經(jīng)(圖9),簡稱電控式羅經(jīng)。因電信號易于控制，故可按需要改變控制力矩的大小而實(shí)現(xiàn)羅經(jīng)快速穩(wěn)定。阿馬-布朗型羅經(jīng)為典型電磁控制式羅經(jīng)。中國造CLP-1型羅經(jīng)是民用船舶使用的電磁控制式陀螺羅經(jīng)(見彩圖)。機(jī)械擺式羅經(jīng)和電控式羅經(jīng)中的陀螺裝置最常見的為滾珠陀螺和液浮陀螺。液浮陀螺出現(xiàn)以后，又發(fā)展出撓性陀螺。它的支承系統(tǒng)不用傳統(tǒng)的陀螺框架軸承而用撓性接頭。撓性陀螺具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小,重量輕,壽命長，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，已在船舶上應(yīng)用。撓性陀螺羅經(jīng)就其原理來說仍然屬于電控式羅經(jīng)。
誤差
陀螺羅經(jīng)存在緯度誤差、速度誤差、沖擊誤差、搖擺誤差和基線誤差等。采用垂直軸阻尼法的陀螺羅經(jīng)都有緯度誤差，這是一種原理誤差。速度誤差同羅經(jīng)結(jié)構(gòu)參數(shù)無關(guān)，而同船舶的航速、航向和所在地緯度有關(guān)。緯度誤差和速度誤差都是有規(guī)律的，可用查表法、移動基線或刻度盤法、力矩補(bǔ)償法等予以修正。船舶機(jī)動航行時(shí)因慣性力對陀螺羅經(jīng)的影響而引起的沖擊誤差，可用切斷阻尼器并使羅經(jīng)的等幅擺動周期等于84.4分鐘或切斷電磁擺的方法予以消除。陀螺羅經(jīng)均有消減因船舶搖擺引起搖擺誤差的裝置，所以這種誤差一般可不予考慮。由于主羅經(jīng)或分羅經(jīng)的基線安裝不善而造成的基線誤差是一種固定誤差，測定后可轉(zhuǎn)動主羅經(jīng)或分羅經(jīng)底座使基線與船首尾線平行來校正。在平靜海面上，船舶恒速恒向航行時(shí)，修正后的陀螺羅經(jīng)的誤差應(yīng)不大于1°。
三、啞羅經(jīng)
引啞羅經(jīng)又叫呆羅經(jīng)，即不會轉(zhuǎn)動的羅經(jīng)，其實(shí)就只是一個(gè)羅經(jīng)刻度盤，沒有指北的磁性羅經(jīng)心。
“啞羅經(jīng)一種標(biāo)有船的航向的固定羅經(jīng)刻度盤”。
啞羅經(jīng)與羅經(jīng)方位儀是可以互為替換的，一般在船上是不用專門配置的，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)羅經(jīng)或操舵羅經(jīng)上均有方位儀，如果采用反射式的標(biāo)準(zhǔn)羅經(jīng)，則因?yàn)闆]有操舵羅經(jīng)而一般沒有羅經(jīng)方位儀，則需要單獨(dú)購買一個(gè)羅經(jīng)方位儀即可，現(xiàn)在基本沒有專門賣啞羅經(jīng)的了。
啞羅經(jīng)也可以采用海圖上的羅經(jīng)花自行做一個(gè)，或自已劃一個(gè)就可以。
其主要作用是：用以測量標(biāo)準(zhǔn)羅經(jīng)因?yàn)榻ㄖ日趽醵鵁o法測量的物標(biāo)的方位，即在有東西擋住標(biāo)準(zhǔn)羅經(jīng)而無法測量物標(biāo)方位時(shí)，用啞羅經(jīng)或羅經(jīng)方位圈，先將其與標(biāo)準(zhǔn)羅經(jīng)的方向轉(zhuǎn)到一致，而水平移到無遮擋的地方來測量物標(biāo)方位，其實(shí)就相當(dāng)于將標(biāo)準(zhǔn)羅經(jīng)水平橫移后進(jìn)行測量而已。
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