羅經(jīng)基礎知識
羅經(jīng)基礎知識
羅經(jīng)是提供方向基準的儀器，船舶用以確定航向和觀測物標方位。那么你對羅經(jīng)了解多少呢?以下是由學習啦小編整理關于羅經(jīng)知識的內容，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，投轉于光滑的地盤上,停止時勺柄指南。地盤四周刻有八卦和天干地支名稱，用于表示方位(圖1)。已知關于司南的最早記述見于公元前3世紀戰(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構。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。唐宋時期中國海外貿易非常發(fā)達，大型商船遠航到波斯灣、紅海等地，造船和航海技術均居世界前列。指南針應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、四維卦位名稱標出二十四個方位(圖2)。通常認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動羅盤了。16世紀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)學理論作出了貢獻。19世紀70年代英國物理學家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，曾被英海軍作為標準裝備。20世紀初性能更穩(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。
結構
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。磁羅經(jīng)按結構可分為干羅經(jīng)和液體羅經(jīng)兩種;按用途可分為標準羅經(jīng)、操舵羅經(jīng)、應急羅經(jīng)、艇用羅經(jīng)等。現(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)投射到駕駛室內的標準羅經(jīng)，可兼作操舵羅經(jīng)。這種羅經(jīng)有反射式和投影式兩種，它們的基本結構同普通羅經(jīng)相似，僅多一套光學投射系統(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)花均標注有本地磁差和年變化率，使用磁羅經(jīng)時可據(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,絕對值應不大于3°。自差的主要特點是隨航向變化，不同航向要用相應的自差進行修正。
二、陀螺羅經(jīng)
又稱電羅經(jīng)，是利用陀螺儀的兩個基本特性即定軸性和進動性，結合地球自轉矢量和重力矢量，借助控制設備和阻尼設備而制成的提供真北基準的一種指向儀器。陀螺羅經(jīng)是根據(jù)法國學者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)?，F(xiàn)在這3種羅經(jīng)都各自形成產(chǎn)品系列。
構成
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個分羅經(jīng),用以復示主羅經(jīng)的航向?，F(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，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械擺式和電磁控制式兩類。
①機械擺式陀螺羅經(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。
液體連通器式羅經(jīng)的靈敏部分由陀螺馬達和托架組成,采用鋼絲懸吊,利用水銀器的負擺效應產(chǎn)生控制力矩。下重式羅經(jīng)的靈敏部分系一密封陀螺球，球內裝有兩個參數(shù)相同的陀螺馬達、燈形支架和阻尼器等構件(圖8)。兩個陀螺馬達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，兩個陀螺馬達只能同時繞其垂直軸作相反方向、相同角度的轉動，但轉角很小。因此，它們合成動量矩矢量始終與陀螺球主軸南北線一致，類似單轉子作用，用兩個陀螺馬達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構上設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。撓性陀螺具有結構簡單，體積小,重量輕,壽命長，可靠性高等優(yōu)點，已在船舶上應用。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)結構參數(shù)無關，而同船舶的航速、航向和所在地緯度有關。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、力矩補償法等予以修正。船舶機動航行時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，修正后的陀螺羅經(jīng)的誤差應不大于1°。
三、啞羅經(jīng)
引啞羅經(jīng)又叫呆羅經(jīng)，即不會轉動的羅經(jīng)，其實就只是一個羅經(jīng)刻度盤，沒有指北的磁性羅經(jīng)心。
“啞羅經(jīng)一種標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，因為標準羅經(jīng)或操舵羅經(jīng)上均有方位儀，如果采用反射式的標準羅經(jīng)，則因為沒有操舵羅經(jīng)而一般沒有羅經(jīng)方位儀，則需要單獨購買一個羅經(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，或自已劃一個就可以。
其主要作用是：用以測量標準羅經(jīng)因為建筑等遮擋而無法測量的物標的方位，即在有東西擋住標準羅經(jīng)而無法測量物標方位時，用啞羅經(jīng)或羅經(jīng)方位圈，先將其與標準羅經(jīng)的方向轉到一致，而水平移到無遮擋的地方來測量物標方位，其實就相當于將標準羅經(jīng)水平橫移后進行測量而已。
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