Вращающий момент картушки. Магнитная стрелка (картушка) компаса в магнитном поле H Земли подвержена влиянию вращающего (направляющего) момента (рис. 1.2):

L = Fl sin α. (1.10)

где F — сила, действующая на каждый полюс стрелки (F=mH);

l—расстояние между полюсами стрелки;

α — угол отклонения стрелки от вектора H

Выражение L = Fl sin α принимает вид

L = mHl sin α = H sin α

Рис.1.2

С учетом того, что ml/ μo = M; μoН=В, получаем

L = BM sin α. (1.11)

Работы по усовершенствованию конструкции магнитных компасов не прекращаются. В последние десятилетия XX века сконструированы дистанционные магнитные компасы, к которым можно подключать репитеры, систему автоматического регулирования курса судна и другие устройства штурманского оборудования.

Все магнитные компасы классифицируются по следующим признакам:

1)  по принципу действия чувствительного элемента;

2)  по наличию дистанционной передачи;

3)  по наличию гироскопической стабилизации показаний компаса.

По принципу действия чувствительного элемента магнитные компасы подразделяются на следующие виды:

а) магнитные стрелочные;

б) индукционные;

в) электронные;

г) электромагнитные;

д) магнитострикционные;

е) магнитомеханические;

ж) магнитоэлектрические;

з) термомагнитные.

2 Магнитное поле судна

2.1. Виды судового железа

Судовое железо в магнитном отношении можно разделить на две категории — мягкое и твердое. Мягкое железо в поле Земли приобретает индуктивный (временный) магнетизм. При изменении курса судна элементы из мягкого материала перемагничиваются, а при отсутствии внешнего (намагничивающего) поля теряют свой магнетизм. Твердое железо имеет постоянную намагниченность, которая возникает в процессе постройки судна под влиянием сильных намагничивающих полей. Постоянный магнетизм в дальнейшем, при плавании судна, не зависит от курса судна и стабильно сохраняется в течение длительного времени.

Полный вектор индукции земного поля можно представить в виде трех составляющих: X (продольной), Y (поперечной), Z (вертикальной). Продольная X и поперечная Y составляющие при геометрическом сложении образуют горизонтальную составляющую Н. Вектор индукции H определяет направление магнитного меридиана, от которого отсчитывается магнитный курс k судна. Составляющие X и Yможно представить в виде

X = Hcos к; Y = Hsin к. (2.1)

На рис. 2.1 представлен корпус судна в магнитном поле Земли. Поле X намагничивает все продольные элементы судна. Суммарная продольная намагниченность судна характеризуется магнитным моментом МХ = n1Х, пропорциональным индукции намагничивающего поля X. Аналогично поперечное поле Y создает поперечную намагниченность — магнитный момент My=n2Y, а поле Z — вертикальный магнитный момент Mz=n3Z. В этих выражениях n1, n2 и n3 — коэффициенты пропорциональности, зависящие от размеров и формы элементов судна, а также от магнитной восприимчивости мягкого судового железа.

Магнитный компас находится в некоторой точке О. В этой точке магнитное поле создается как бы большими магнитами, имеющими магнитные моменты Мх, Му, Мz, Мп. В точке О есть также магнитное поле Земли, характеризуемое тремя векторами индукции: X, Y,Z.

Коэффициенты пропорциональности а0, d0, go зависят от того, где установлен компас: чем более он удален от судового железа, тем меньше значения этих коэффициентов. Суммируя составляющие векторы индукции в точке О по трем направлениям, получаем уравнения Пуассона:

X' =X + aX + bY+cZ + P;

Y' =Y + dX+eY + fZ + Q; (2.2)

Z' = Z+gX + hY +kZ + R.

Коэффициенты пропорциональности а, b, c, d, e, f, g, h, k называются параметрами Пуассона. Их значения зависят от магнитной восприимчивости мягкого судового железа, размеров и формы элементов корпуса судна, а также от расположения точки О по отношению к судовому железу, т. е. от места установки компаса на судне.

Силы от мягкого железа судна, входящие в уравнение (2.2), могут быть представлены происходящими от прямолинейных брусков мягкого железа.

Силы aX, dX и gX получились от продольного намагничивания мягкого железа судна, силы bY, eY и hY – от поперечного и силы cZ, fZ и kZ – от вертикального.

Таким образом, эти силы можно представить происходящими от продольных, поперечных и вертикальных прямолинейных брусков мягкого железа (рис. 2.1).

Эти бруски, согласно гипотезе Пуассона, будет намагничиваться пропорционально магнитящей силе, т. е. пропорционально одной из составляющих сил X, Y и Z земного магнетизма, вследствие чего приобретут полярность, и каждый из них пошлет на стрелку компаса силу, пропорциональную своему намагничиванию.

2.2 Анализ уравнений Пуассона

Для того, чтобы судить о величинах сил рассмотрим более подробно их происхождение. На рис. 2.2 показано расположение брусков мягкого железа, образующих силы aX, dX и gX – от продольного намагничивания этих брусков составляющей силой X земного магнетизма, которую для простоты изложения приняли положительной, т. е. направленной к носу судна (линия X показывает общее направление намагниченности всех брусков). В каждом из рассматриваемых случаев один брусок произведет те же силы, что и два или несколько брусков, но эти силы будут меньшие по абсолютной величине.

Расположение брусков в первых двух случаях, указанных на рис. 2.2, образует отрицательный параметр a. На судне подобным железом является обшивка судна, стрингеры, киль, продольные переборки и т. п.

Расположению брусков, образующих положительный параметр a, соответствуют на судне горизонтальные стрелы или оси штурвалов.

Магнитное поле судна в точке О характеризуется продольным вектором индукции - аХ. Знак "минус" означает, что вектор силы аХ направлен к корме. Вектор индукции намагничивающего поля +Х имеет знак "плюс", т. к. он направлен от кормы к носу судна. Анализируя выражение отрицательной силы - аХ при положительном значении +Х, приходим к выводу, что параметр а в данной ситуации должен иметь знак "минус". Поскольку на рис. 2.1 представлена типичная схема расположения магнитного компаса на судне, можно сделать вывод: судовой параметр а всегда отрицательный (-а). Величина параметра а, так же как и других параметров Пуассона, зависит от места установки компаса, его удаленности от железных масс судна. Некоторые параметры Пуассона (а, с, е, k) имеют величину на уровне нескольких десятых или сотых долей единицы. Их можно считать множителями 1-го или 2-го порядка малости. Другие параметры (b, d, f, g, h) являются множителями 3-го порядка малости, т. к. их величины исчисляются тысячными долями. В некоторых случаях параметрами 3-го порядка малости можно пренебречь. Имеется мнемоническая схема для запоминания тех параметров и сил в уравнениях Пуассона, которые могут быть исключены ввиду их незначительности.

Судового железа, образующего параметр d у компасов, расположенных в ДП судна, мало; поэтому для этих компасов параметр d близок к нулю, а для главных компасов он может быть принят равным нулю.

Брускам, образующим параметр g, соответствуют на судне продольные крепления надстроек.

Аналогичным путем можно рассмотреть (рис. 2.3) расположение брусков мягкого железа, образующих силы bY, eY и hY от поперечного намагничивания этих брусков составляющей силой Y земного магнетизма, которую для простоты приняли положительной, т. е. направленной к правому борту судна (линия Y показывает общее направление намагниченности всех брусков).

Рис. 2.3 Расположение брусков мягкого железа, образующих силы от поперечного намагничивания

Судового железа, образующего параметры b и h у компасов, расположенных в ДП судна, мало; поэтому для этих компасов указанные параметры близки к нулю, а для главных компасов их можно принимать равным нулю.

Брускам, образующим отрицательный параметр e, соответствуют на судне бимсы и поперечные переборки.

Так же рассмотрим (рис. 2.4) расположение брусков мягкого железа, образующих силы cZ, fZ и kZ от вертикального намагничивания этих брусков составляющей силой Z земного магнетизма, которую приняли положительной, т. е. на­правленной к килю судна (линия Z показывает общее направление намагниченности всех брусков).

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12