1.4.1.3. Девиация компаса
Корпус судна и различного назначения механизмы изготавливаются из ферромагнитных материалов, которые, намагнитившись в магнитном поле Земли, начинают воздействовать определенной силой на чувствительный элемент компаса. При этом картушка компаса, находящаяся под воздействием магнитных полей Земли и судна, установится по их равнодействующей в определенном направлении, называемом компасным меридианом.
Угол, между северными частями магнитного и компасного меридианов является девиацией магнитного компаса и обозначается буквой d. Если северная часть компасного меридиана отклонена к востоку от магнитного меридиана, то девиацию называют восточной и приписывают ей букву (Е) или знак (+), если к западу – западной и обозначают (W) или (-).
Для перевода компасных направлений в истинные на практике объединяют склонение и девиацию в одно понятие – поправку компаса DMK,
DMK = d + d.
Известно, что в зависимости от магнитной проницаемости m все материалы подразделяются на:
§ диамагнитные – при m < 1;
§ парамагнитные – у которых m > 1;
§ ферромагнитные – с m >> 1.
В магнитно-компасном деле рассматривают только ферромагнитные вещества.
Ферромагнитные вещества в зависимости от коэрцитивной силы Нс,, характеризующей меру стойкости намагниченности материала, подразделяются на две группы:
§ магнитомягкие – при Нс > 40 А/м (железо, сплав супермалой);
§ магнитотвердые – у которых Нс >> 400 А/м (сталь, сплав алнико).
Характерной особенностью магнитомягких материалов является их быстрая намагничиваемость при воздействии внешнего магнитного поля, однако при его удалении вещества практически полностью размагничиваются. Из них изготавливают бруски, шары и стержни, служащие для уничтожения четвертной девиации и девиации от индукции.
У магнитотвердых материалов остаточная намагниченность велика и из них изготавливают постоянные магниты (стрелки картушки компаса, магниты для компенсации полукруговой и креновой девиаций). Северный конец постоянных магнитов окрашивают в красный цвет, южный – в черный цвет. На магните наносят величину магнитного момента, заводской номер и год изготовления.
Практическое использование магнитного компаса усложняется тем, что девиация не является постоянной величиной и изменяется в зависимости от курса и магнитной широты. Так, магнитотвердое судовое железо, намагнитившись в магнитном поле Земли, приобретает постоянный магнетизм и воздействует на картушку компаса постоянной относительно судна силой. При изменении курса судна эта сила изменяет свое направление и на различных курсах вызывает разную по величине и знаку девиацию.
Магнитомягкое судовое железо при изменении судном курса перемагничивается, так как оно изменяет свое положение относительно вектора напряженности магнитного поля Земли, и воздействует на картушку компаса переменной по величине и направлению силой.
При переходе судна в другую магнитную широту изменяется напряженность магнитного поля Земли и намагниченность магнитомягкого судового железа, что также влечет за собой изменение девиации.
Величина девиации зависит и от места установки компаса на судне. Если напряженность магнитного поля судна в месте установки компаса равна или близка по величине напряженности магнитного поля Земли, то компас перестает работать и говорят, что он находится в безразличном состоянии. Вот почему магнитные компасы имеют специальное приспособление для компенсации девиации в месте установки компаса. Полностью уничтожить девиацию не удается и, поэтому, для учета величины девиации во время рейса составляют таблицу остаточной девиации (таблицу девиации).
Напряженность магнитного поля судна в любой произвольно выбранной точке сложится из напряженности трех полей:
§ магнитного поля Земли;
§ переменного магнитного поля, вызванного магнитомягким судовым железом;
§ постоянного магнитного поля, величина которого зависит от намагниченности магнитотвердого судового железа.
В теории магнитного компасного дела рассматривают магнитное поле в любой точке как образованное одним большим магнитом, располагающим определенным магнитным моментом
При выполнении девиационных работ [10 – 12] удобно пользоваться магнитными силами, не зависящими от курса судна.
Для простоты изложения все силы представлены положительными и им присущи обозначения, принятые при выполнении девиационных работ (рис. 1.6).
|
Рис. 1.6
Сила AlH действует перпендикулярно магнитному меридиану под углом 90о при ее положительных значениях и под углом 270о – при отрицательных значениях. Она возникает от действия магнитомягкого судового железа и вызывает девиацию порядка +0,2о. У компасов сила не компенсируется и ее называют постоянной силой, а девиацию в результате ее действия - постоянной девиацией.
Коэффициент А является коэффициентом постоянной девиации.
Сила BlH направлена по продольной оси судна и составляет с магнитным меридианом при положительных значениях угол равный компасному курсу K’ , а при отрицательных - угол K’ + 180o. Она возникает в результате суммарного действия магнитотвердого и магнитомягкого судового железа. При изменении курса на 360о девиация имеет нулевое значение и, поэтому, ее называют полукруговой девиацией, коэффициент В – коэффициентом полукруговой девиации, а саму силу – полукруговой силой, девиация от которой может достигать 180о.
Сила ClH действует по поперечной оси судна и составляет с магнитным меридианом угол K’ + 90о при положительных значения и K’ – 90о – при отрицательных значениях. Она возникает в результате суммарного действия магнитотвердого и магнитомягкого судового железа и действует под углом 90о к силе BlH и два раза достигает нулевых значений при изменении курса на 360о. Ее также называют полукруговой силой, коэффициент С – коэффициентом полукруговой девиации, а саму девиацию от этой силы – полукруговой девиацией, которая будет несколько меньшей, чем от силы ClH.
Сила DlH направлена по зеркальному отображению магнитного меридиана в диаметральной плоскости судна и образует с магнитным меридианом угол 2K’ при положительном направлении и 2K’ + 180о – при отрицательном направлении. Причиной возникновения силы является магнитомягкое судовое железо. При изменении курса на 360о девиация от силы четыре раза проходит через нуль и, поэтому, ее называют четвертной девиацией, силу – четвертной силой, а коэффициент D – коэффициентом четвертной девиации. Девиация от силы DlH не превышает 10о.
Сила ElH действует по перпендикуляру к зеркальному изображению магнитного меридиана в диаметральной плоскости судна, составляет с магнитным меридианом угол 2K’ + 90о при положительном направлении и 2K’ – 90о – при отрицательном направлении. Она возникает в результате действия магнитомягкого судового железа. При изменении курса на 360о девиация четыре раза проходит через нуль. Девиацию от этой силы называют четвертной девиацией, коэффициент Е – коэффициентом четвертной девиации, а саму силу – четвертной силой, приводящей к возникновению девиации до 5о.
Если спроецировать графическое изображение сил (рис. 1.6), получившее название многоугольник сил, на направление mn, перпендикулярное компасному меридиану, и учитывая, что K’ = K - d (компасный курс судна), а также сократив на lH, получим:
d = A + BsinK’ + CcosK’ + Dsin2K’ + Ecos2K’. (1.2)
Выражение (1.2) называют основной формулой девиации и применяют для вычисления девиации и составления таблицы остаточной девиации при условии, что наблюдаемая девиация не превышает 8о.
1.4.1.4. Уничтожение полукруговой девиации способом Эри
Директор Гринвичской обсервации, английский астроном Эри Джордж Бидделл (1801 – 1892) разработал и осуществил в 1838 г. очень простой и довольно точный способ уничтожения девиации на четырех главных магнитных курсах (N, E, S, W), который впоследствии был назван его именем.
Суть уничтожения девиации способом Эри состоит в доведении магнитами-уничтожителями девиационного прибора до нуля коэффициентов полукруговой девиации путем искусственного увеличения (уменьшения) коэффициентов A, D и Е.
Для компенсации полукруговой девиации необходимо передвигать те магниты-уничтожители, которые на конкретном главном магнитном курсе перпендикулярны магнитному меридиану.
Практическое выполнение способа Эри заключается в следующем:
§ ложатся на магнитный курс N (рис. 1.7) и поперечными магнитами-уничтожителями доводят наблюдаемую девиацию до нуля;
§ выполняют поворот на обратный курс и на магнитном курсе S уменьшают существующую девиацию в два раза поперечными магнитами-уничтожителями. Сила ClH компенсирована;
§ ложатся на магнитный курс Е и продольными магнитами-уничтожителями доводят наблюдаемую девиацию до нуля;
§
 |
приводят судно на магнитный курс W и теми же продольными магнитами-уничтожителями уменьшают девиацию наполовину. Сила BlH компенсирована.
Рис. 1.7 Рис. 1.8
Можно уничтожать полукруговую девиацию с приведения судна на любой главный магнитный курс (рис. 1.8), ложась поочередно на главные курсы по - или против часовой стрелки и действуя соответствующими магнитами-уничтожителями.
Практически выбор курса начала проведения девиационных работ не имеет никакого значения.
Несмотря на довольную простоту способа Эри, ему присущи следующие основные недостатки:
§ при выполнении данного способа необходимо приводить судно на главные магнитные курсы и на каждом из них определять девиацию магнитного компаса, что возможно только при наличии на берегу створа (веера створов) или отдаленного ориентира, магнитное направление которых известно;
§ при отсутствии навигационных ориентиров или плохой видимости способ Эри может быть выполнен только по сличению с гирокомпасом. Но в этом случае теряется основное свойство способа – его точность, так как у гирокомпаса при маневрировании возникают инерционные погрешности, порой значительные, особенно при плавании в высоких широтах;
§ способ Эри дает плохие результаты при условии, если девиация на любом магнитном курсе более 8о. В этом случае необходимо сначала подуничтожить девиацию на двух взаимно перпендикулярных главных магнитных курсах (выполнить способ пол-Эри), а затем приступить к маневрированию по выполнению способа Эри.
Магнитный пеленг отдаленного ориентира может быть снят с карты, но если его направление не известно, поступают следующим образом:
§ ложатся на восемь равноудаленных компасных курсов (например, 0о, 45о, 90о, …, 315о) и пеленгуют на каждом курсе отдаленный ориентир;
§ вычисляют средний пеленг как сумму всех пеленгов на каждом компасном курсе деленную на восемь. Этот средний пеленг и будет магнитным пеленгом МП (ОМП – обратный магнитный пеленг) отдаленного ориентира.
В магнитно-компасном деле отсчет курсовых углов q ведется от 0 до 360о по часовой стрелке. При этом компас устанавливается таким образом, что оцифровка 0о по его азимутальному кругу направляется в корму судна.
После определения МП (ОМП) вычисляют q на каждом магнитном курсе K по формуле:
q = МП – K.
Для приведения судна на заданный магнитный курс необходимо установить пеленгатор по азимутальному кругу на отсчет курсового угла и развернуть судно так, чтобы ориентир пришел на нить пеленгатора. Разница между вычисленным магнитным пеленгом и пеленгом, на который пришел ориентир, и есть девиация компаса на конкретном магнитном курсе.
Перемещением магнитов-уничтожителей девиационного прибора при уничтожении девиации необходимо под призму пеленгатора привести значение МП (ОМП) или МП (ОМП) + d/2.
1.4.1.5. Компенсация четвертной девиации
и девиации от индукции
Четвертную девиацию создают две силы: DlH и ElH. Как показали проведенные исследования [10 - 12], девиация от силы DlH довольно значительная. В то же время у магнитных компасов, установленных в диаметральной плоскости судна, девиация от силы ElH достигает величины в несколько десятых градусов и ее учитывают совместно с другими девиациями при исправлении курсов и пеленгов. Поэтому в судовых условиях компенсируется девиация только от силы DlH.
Для уничтожения девиации от силы DlH искусственным путем при помощи магнитомягкого железа создают противоположную по величине четвертную силу. Такую силу создают при помощи магнитомягкого железа трех видов:
§ продольных брусков круглого сечения;
§ поперечных брусков прямоугольного сечения;
§ шаров.
Процесс компенсации четвертной девиации довольно сложный, поэтому ее уничтожают специалисты Базовых электронавигационных камер.
Бруски и шары магнитомягкого железа, служащие для уничтожения четвертной девиации, устанавливают в непосредственной близости от картушки компаса, обладающей большим магнитным моментом. Поэтому стрелки картушки намагничивают компенсаторы и последние, намагнитившись, отклоняют картушку компаса от требуемого направления, производя девиацию четвертного характера. Эту дополнительную девиацию называют девиацией от индукции. Для ее компенсации базовыми специалистами под котелком компаса устанавливаются специальные пластины.
1.4.1.6. Уничтожение креновой девиации
Наибольшая по величине креновая девиация возникает у компасов при поперечном крене судна и, когда говорят об уничтожении креновой девиации, подразумевают под этим девиацию от поперечного крена, достигающей ощутимой величины (несколько градусов на каждый градус крена судна).
Установлено, что на картушку компаса при крене судна действует поперечная сила, которая вызывает максимальную девиацию на северных и южных курсах, а на восточных и западных курсах креновая девиация равна нулю.
Креновая девиация будет уничтожена, если искусственным путем с помощью вертикального магнита девиационного прибора, называемого креновым, создать силу, противоположную вызывающей силе креновую девиацию. Это условие достигается определенным расстоянием между магнитом и картушкой компаса.
Девиация компенсируется с применением специальных приборов базовыми специалистами.
1.4.1.7. Таблица девиации и ее корректировка в рейсе
После компенсации всех видов девиаций все же остается часть девиации, которую необходимо учитывать в судовождении. Дабы иметь наглядное представление о величине и характере девиации в зависимости от курса, вычисляют таблицу девиации и по ее результатам строят график девиации.
После того, как уничтожили полукруговую девиацию способом Эри на четырех главных магнитных курсах, направляют судно на восемь курсов (главных и четвертных) и на каждом из них определяют остаточную девиацию. После этого вычисляют коэффициенты девиации по формулам:
A = (dN + dNE + dE + dSE + dS + dSW + dW + dNW)/8;
B = [(dE - dW) + (dNE - dSW)sin45o + (dSE - dNW)sin45o]/4;
C = [(dN - dS) + (dNE - dSW)sin45o - (dSE - dNW)sin45o]/4;
D = [(dNE + dSW) - (dSE + dNW)]/4;
E = [(dN + dS) - (dE + dW)]/4.
После вычисления коэффициентов девиации приступают к составлению таблицы девиации (табл.1.3). Вычисления остаточной девиации выполняют по формуле (1.4). Если коэффициенты девиации имеют значение менее двух градусов, то таблицу девиации вычисляют для компасных курсов через 15о; если коэффициенты девиации более двух градусов – таблицу девиации вычисляют для компасных курсов через 10о; вычисляют с точностью до десятых долей градуса.
Если девиация в рейсе отличается от табличной более чем на два градуса, то необходимо ввести исправления в таблицу девиации или вычислить ее заново. Как правило, во время рейса изменяется только одна полукруговая девиация. Поэтому определяют девиацию на четырех главных магнитных курсах N, E, S, W и вычисляют новые значения коэффициентов В и С по формулам:
B = (dE - dW)/2 ;
C = (dN - dS)/2 .
Получив новые значения коэффициентов В и С и приняв ранее вычисленные коэффициенты A, D и Е без изменения, вычисляют новую таблицу девиации по формуле (1.2).
Согласно требованиям руководящих документов по безопасности мореплавания, а также Правил Морского Регистра, девиация магнитного компаса уничтожается по необходимости, как правило, не реже одного раза в год. Остаточная девиация у главного магнитного компаса не должна превышать 3о, а у путевого – 5о. Капитан может продлить действие таблицы девиации на срок до трех месяцев, если значения девиации при контрольных определениях отличаются от табличных не более чем на 2о.
Однако многие Государства флага не требуют ежегодного определения и компенсации девиации. Девиационные работы выполняют в случае, если наблюдаемая девиация отличается более чем на 50 от табличной. При этом выполнение девиационных работ возложено на судовой персонал.
Таблица 1.3
