И составление таблицы девиации
Девиация определяется как разность между известным магнитным пеленгом МП и наблюдаемым по компасу компасным пеленгом КП
δ = МП - КП.
Величина девиации также может быть рассчитана как разность между известным магнитным курсом к и отсчетом курса по компасу к' (см. рис. 32): δ =к -к'.
На практике применяют следующие способы определения девиации:
1) по пеленгу створа, истинное направление которого (ИП) указано на навигационной карте;
2) по сличению магнитного компаса с гирокомпасом;
3) по пеленгу небесного светила (астрономический способ);
4) по пеленгу естественного створа, не обозначенного на карте.
При любом способе девиация определяется для конкретного (заданного) компасного курса. Каждый из способов имеет свои особенности. В первом случае следует за ранее вычислить магнитный пеленг створа по формуле
МП = ИП - d,
где ИП — истинный пеленг створа, d — магнитное склонение.
Значение ИП и d берут с карты. Судно направляют на заданный компасный курс и в момент пересечения створной линии пеленгуют створ. Компасный пеленг, как правило, отмечают с точностью до 0,1°. С такой же точностью получается и результат вычисления девиации.
Для определения девиации для другого курса необходимо сделать поворот судна, лечь на новый заданный курс, снова пересечь линию створа, взять отсчет нового компасного пеленга и рассчитать разность между магнитным пеленгом, оставшимся неизменным, и новым компасным пеленгом.
При определении девиации магнитного компаса во втором случае, по сличению с гирокомпасом, существует одна особенность, которую необходимо учитывать — это требование синхронности взятия отсчетов курса судна по магнитному компасу и репитеру гирокомпаса. Судно поочередно направляют на один из заданных курсов по магнитному компасу. Обычно это восемь румбов: N, NE, Е, SE, S, SW, W, NW. На каждом курсе два наблюдателя, по команде, в один и тот же момент замечают отсчет курса по магнитному компасу (ККМК) и по гирокомпасу (ККГК). От счет ККГК следует исправить известной постояннной поправкой гирокомпаса АГК. После этого рассчитывают величину девиации по стандартной формуле
5 = МК - ККМК = (ИК - d) - ККМК.
Точность определения девиации этим способом зависит от стабильности поправки гирокомпаса. Как известно, при маневрировании судна, особенно в высоких широтах на большой скорости, у гирокомпаса появляется инерционная погрешность, переменная по величине, медленно уменьшающаяся до нуля (в течение нескольких часов после окончания маневрирования). Чтобы свести эти изменения поправки гирокомпаса к минимуму, необходимо
при девиационных работах маневрировать на малых ходах и избегать поворотов судна на большое число градусов.
В открытом море девиацию магнитного компаса определяют по пеленгам Солнца, Луны, звезд, планет. Особенность этого способа заключается в следующем: истинный пеленг светила рассчитывается астрономическим способом, для чего необходимо дополнительно знать точный момент взятия пеленга, а также координаты места. Поскольку азимут светила непрерывно изменяется, необходимо вычислять среднее значение компасного пеленга из нескольких отсчетов. Так же, как и при способе сличения с ги рокомпасом, определение девиации по пеленгу светила требует знания магнитного склонения для той точки, в которой находится судно.
При некоторых обстоятельствах, когда нет возможности применить первые три способа, прибегают к методу, основанному на пеленговании естественного створа, не обозначенного на карте. Для этой цели можно использовать, например, приметные возвышенности, отдельные сооружения и т.п. Этот метод выполняют в такой поледовательности:
— направляют судно поочередно на компасные курсы N, NE, E, SE, S, SW, W, NW (с точностью до 1°) и в момент пересечения линии естественного створа выполняют пеленгование (с точностью до 0,1°). Таким образом получают восемь значений компасных пеленгов (КЩ, KnNE,
...JQInw);
— рассчитывают среднее арифметическое, которое равно приближенному значению магнитного пеленга створа:
(КПЫ + KNE + ... + KnNW)/8 * МП.
В вычисленное значение МП будет входить некоторая постоянная погрешность, зависящая от коэффициента А и инструментальной ошибки пеленгатора. В большинстве случаев эта погрешность невелика и ею можно пренебречь.
Данные наблюдений и расчетов сводят в табл. 2, которая содержит значения девиаций на восьми компасных курсах (в градусах).
| Таблица 2. | |||||
| КК | КП | 5 = МП*-КП | КК | КП | 8 = МП-КП |
| N0 | 51,7 | -1,5 | S 180 | 48,4 | + 1,8 |
| 51,0 | -0,8 | 49,5 | + 0,7 | ||
| Е90 | 49,6 | + 0,6 | W270 | 50,4 | -0,2 |
| 48,8 | + 1,4 | 51,4 | -1,2 |
* Примечание: МП = 50,2°.
После уничтожения девиации, т.е. после того, как путем применения компенсаторов она будет доведена до минимальных значений, определяют остаточную девиацию одним из способов, приведенных выше в этом параграфе. Как правило, остаточную девиацию находят из наблюдений на восьми равноотстоящих компасных курсах (см. табл. 2). Но таблица, в которой есть только 8 значений девиации, неудобна для практического применения, т.к. в ней большие интервалы (45°) между значениями, а также присутствуют случайные погрешности в отдельных наблюдениях. Для получения более "плотной" таблш остаточной девиации с интервалами 15 или 10° необход мо в несколько раз увеличить число наблюдений (прове ти 24 или 36 вместо восьми). Увеличение числа отдельш наблюдений само по себе не снижает влияния случайш ошибок в наблюденных девиациях. Кроме того, определ ние девиации на 24 или 36 компасных курсах значителы увеличивает затраты времени на выполнение девиацио ных работ. Поэтому для составления рабочей таблицы д виации применяют специальный метод. Используя эт метод, на основе восьми наблюдений девиаций снача рассчитывают пять коэффициентов (А, В, С, D, Е), а зате применяя эти коэффициенты, составляют рабочую табл цу остаточной девиации на любое число промежуточнь курсов. Все расчеты выполняют при помощи табличнь схем, составленных по основной формуле девиации (38) Таким образом, составление рабочей таблицы деви ции выполняют в три этапа:
1) определение остаточной девиации из наблюден! на восьми равноотстоящих компасных курсах;
2) вычисление пяти коэффициентов девиации с испльзованием восьми ее наблюденных величин;
3) расчет собственно таблицы, в которой приводят! отдельные значения функции 5-f(k') с интервалом '. или 10° компасного курса — на основе вычисленных к эффициентов девиации.
Рассмотрим вывод формул для вычисления коэфф циентов девиации. Запишем основную формулу (38) до компасного курса N (к' = 0°):
бдг =v4+5sin0o + Ccos0o + Dsin20o + £cos2-0o,
1)8^=А + С+Е;
аналогичным образом можно получить выражения для других главных и четвертных курсов:
2)5NE =^+5sin45° + Ccos45° + D;
3)8Е =А+В-Е;
4)SSE =^+Ssinl35° + Ccosl35°-D;
5)ds=A-C +E;
6)8SW =^+Ssin225° + Ccos225° + D;
7)8W=A-B-E;
8)5NW =^ + 5sin315° + Ccos315°-D.
В итоге получили восемь уравнений с пятью неизвестными (А, В, С, D, Е). Наличие избыточных уравнений способствует более точному вычислению коэффициентов, т.к. при этом ослабляется влияние случайных ршибок в отдельных наблюдениях.
Расчет неизвестных коэффициентов выполняют, ис пользуя метод наименьших квадратов. Для расчета необходимо каждое из восьми уравнений умножить на число, стоящее в этом уравнении при определяемом коэффициенте, а затем все уравнения сложить. В результате получается так называемое нормальное уравнение, из которого определяется искомый коэффициент. При коэффициентах А в каждом уравнении стоит множитель, равный единице. Поэтому для получения нормального уравнения следует сложить отдельно левые части уравнений и приравнять итог к алгебраической сумме всех слагаемых правых час-
тей (эта сумма в данном случае составляет 8А). Нормаль ное уравнение принимает вид:
SN +SNE + 5Е +5SE +5S +5SW +8W +SNW = 8A Отсюда можно получить формулу для расчета коэф фициента^:
j_8N+5NE+- + 5NW ^39)
8 '
Для получения расчетной формулы коэффициента В умножим первое и пятое исходные уравнения на ноль, третье уравнение на +1, седьмое — на -1, второе и четвер тое на +sin 45°, шестое и восьмое на -sin 45°. Необходимо также учесть равенства:
sinl35o = +sin45°; cos45o = +sin45°; sin225° =-sin45°; cosl35o = -sin45°; sin 315° =-sin 45°; cos225° =-sin 45°; cos315° = +sin45°.
Уравнения принимают вид:
2)5NE sin45o=^sin450 + 5(sin45°)2 +C(sin45°)2 + +£>sin45°;
3)5E = A+B-E;
4)8SEsin450=^sin450 + 5(sin45°)2-C(sin450)2--£>sin45°;
6)-5^8т45о = -Л8ш45° + Я(8т45°)2 + +C(sin45°)2-£>sin45°;
T)SW=-A+B+E;
8)-5NWsin45o = -^sin45° + 5(sin45°)2--C(sin45°)2+£>sin45°.
Суммируя левые и правые части, получаем нормаль ное уравнение:
8NE sin45°+5E +5SE sin45°-8sw sin45°-5w --8NW sin 45° =25 +45(sin450)2.
С учетом того, что (sin45°) =1/2, формула для рас чета коэффициента В принимает вид:
5=-[(SE -8W)+(8NE -Ssw)sin45°+ (4Q)
+(5SE -8NW)sin45°].
Аналогичным образом можно получить формулы для тругих коэффициентов:
C=l/4[(SN-8S) + (8NE-Ssw)sin45°- (41)
-(5sE-5Nw)sin45°];
£>=1/4[(8NE +8SW)-(8SE +8NW)]; (42)
£ = l/4t(8N+8s)-(SE+8w)]. (43)
Коэффициенты девиации, вычисленные по формулам (39) — (43), получаются с минимальным влиянием случайных ошибок.
Используя ту же самую основную формулу (38), подставляя в нее полученные коэффициенты A,B,C,D,En задавая через равные промежутки значения компасного кур са к\ можно рассчитать девиации на этих курсах и составить рабочую таблицу. Для удобства вычислений применяют бланковые формы, в основу которых положены выражения (38)—(43). Кроме того, существуют специальные программы для выполнения всех расчетов на компьютере.
Билет № 19
Способ Эри
Способ Эри выполняется на четырех главных магнит ных курсах N, S, E, W. Задача состоит в том, чтобы в резу льтате наблюдений найти такое положение для магни тов-уничтожителей, при котором продольные магниты компенсируют силу ВХН, а поперечные — СХН. При этом другие силы (АХН, DXH, ЕХН) должны оставаться неиска женными, с их первоначальными значениями. Сущность способа Эри можно пояснить при помощи многоугольни ка сил. На рис. 33 показаны силы, действующие на компас, когда судно идет магнитным курсом N(0°).
Силы ХН, DXH, ВХН на правлены по магнитному мери диану Nu и девиации не создают. Силы АХН, ЕХН и СХН, направ ленные поперек меридиана, об разуют девиацию 5N. Силу СХН нужно скомпенсировать попе речными магнитами-уничтожи телями, а силы АХН и ЕХН при этом должны оставаться нетро нутыми. Иначе говоря, необхо димо наблюдаемую девиацию 5N ликвидировать не полно стью, а только уменьшить ее на величину 5N, которая создается
силой СкН. Однако величина 5 N неизвестна, по картушке
виден полный угол девиации 8N. Поэтому поступают сле дующим образом: поперечными магнитами-уничтожите лями создают силу FN, которая полностью компенсирует сумму сил (АкН + ЕкН + СкН); при этом наблюдаемая по картушке девиация 5N доводится до нуля. Компенсирую щую силу FN представляют в виде двух частей: FN =/j +/2, прюшШ = СкН, \f2\=AkH +EKH.
Силы АкН и ЕкН компенсации не подлежат, но оказа лись скомпенсированными, поэтому их необходимо вос становить. Для этого судно направляют на магнитный курс S (180°). Многоугольник сил для этого курса пред ставлен на рис. 34.
Сила СкН остается скомпенсированной частью /j, но другая часть — /2 на курсе направлена в ту же сторону,
что и силы АкН и ЕкН. Это означает, что наблюда емая девиация 5 s образует ся суммой сил АкН + +ЕкН + /2. Поскольку |/21 = АкН + ЕкН, можно считать, что девиация 8§ создается как бы удвоен ной суммой сил 2(АкН + ЕкН). Поэтому уменьше ние девиации 8 § в два раза, т.е. доведение наблюдае мой на курсе S девиации 8§ до величины 1 / 25S пу тем перемещения попереч-
ных магнитов-уничтожителей, будет означать ликвида цию "лишней" части /2. При этом сила СкН окажется скомпенсированной за счет действия /(, и эта компенса ция будет оставаться на любом курсе судна.
Итак, для того чтобы скомпенсировать силу СкН, не обходимо:
1) лечь на магнитный курс N(0° ) и при помощи попе речных магнитов-уничтожителей довести наблюдаемую на этом курсе девиацию 8N до нуля;
2) лечь на магнитный курс S (180°) и при помощи тех же поперечных магнитов-уничтожителей довести появив шуюся на этом курсе девиацию 8 s до половинного значе ния 1/2SS.
Сила СкН окажется скомпенсированной. Для компенсации силы ВкН следует выполнить ана логичные действия на двух других магнитных курсах:
1) лечь на магнитный курс Е (90°) и при помощи про дольных магнитов-уничтожителей довести наблюдаемую на этом курсе девиацию 8 g до нуля;
2) лечь на магнитный курс W (270°) и при помощи тех же продольных магнитов-уничтожителей довести поя вившуюся на этом курсе девиацию 8W до значения 1/28W.
Сила ВкН окажется скомпенсированной. В итоге по лукруговая девиация уничтожена.
Главное достоинство способа Эри — простота выпол нения. Не требуется никаких дополнительных приборов. Единственная трудность этого способа — приведение суд на на заданные магнитные курсы N, S, E, W. Непосредст венно по картушке магнгитного компаса сделать это не возможно. Можно применять метод приведения судна на
5 Зак. 3037 65
заданный магнитный курс по курсовому углу створа (или отдаленного предмета), магнитное направленое которого известно (см. рис. 35).
По рис. 35 видно, что при пересечении створной ли нии на заданном магнитном курсе МК угол КУ должен иметь вполне определенное значение:
КУ = МП-МК. (44)
Рассмотрим конкретный пример.
Допустим, требуется лечь на МК = 45° (рис. 35). Име ется створ с известным магнитным направлением, напри мер, МП = 64,5°. Рассчитаем значение курсового угла для этого случая:
КУ = МП - МК = 64,5 - 45 = 19,5°.
Следовательно, чтобы лечь на заданный курс МК = 45°, нужно заранее установить пеленгатор по азимуталь ному кругу на отсчет КУ = 19,5°. Затем необходимо изме нять курс судна и удерживать его так, чтобы в момент пе-
ресечения створа визирная плоскость пеленгатора оказа лась совмещенной со створной линией, т.е. в этот момент наблюдатель должен видеть створные знаки через визир ное приспособление пеленгатора. При этом пеленгатор поворачивать нельзя, он должен оставаться на отсчете КУ=19,5°.
Следует иметь в виду, что курсовой угол при расчете по формуле (44) должен всегда быть положительным в пределах от 0 до 360 °. Например, если задан МК = 135°, то при МП = 64,5° расчет по формуле (44) нужно выпол нять с добавлением 360°, т.е.:
КУ = МП - МК = (64,5 + 360°) - 135 = 289,5°.
С появлением гирокомпаса выполнение способа Эри упростилось: приводить судно на заданные магнитные курсы можно без использования береговых предметов и курсовых углов. Необходимо только взять с навигацион ной карты магнитное склонение d и учесть его при назна чении гирокомпасного курса ГК, который соответствует заданному магнитному курсу. Расчет выполняют по изве стной формуле:
ГК = МК + ^-ДГК,
где АГК — поправка гирокомпаса.
Поскольку АГК практически всегда близка к нулю, можно пользоваться более простой формулой:
ГК = МК + d. (45)
Например, если d = +10,5°, для приведения судна на магнитные курсы N, S, E, W, что необходимо для выпол-
нения способа Эри, нужно пользоваться следующей таб лицей:
| мк | N(0°) | S (180°) | Е (90°) | W (270°) |
| гк | 10,5° | 190,5° | 100,5° | 280,5° |
При выполнении способа Эри с применением гиро компаса необходимо учитывать одно обстоятельство: при маневрировании судна у гирокомпаса возникает инерци онная погрешность, которая имеет переменный (периоди ческий), медленно затухающий характер. Величина этой погрешности в высоких широтах может достигать неско льких градусов.
Для уменьшения инерционных погрешностей реко мендуется выполнять способ Эри на малых ходах.
В широтах выше 70° применение способа Эри по по казаниям гирокомпаса дает существенные ошибки, поэто му более предпочтительно использовать метод курсовых углов.
Билет № 20
Способ Колонга |/
Способ Колонга, как и способ Эри, предусматривает компенсацию сил ВХН и СХН, т.е. уничтожение полукру говой девиации. Способ Колонга основан на измерении
ill i
результирующих магнитных сил Ян, Я§, ЯЕи #w на че тырех главных компасных курсах и доведении этих сил продольными и поперечными магнитами до таких вели чин, которые наблюдались бы при отсутствии сил ВХН и СХН. Способ Колонга менее точен (по сравнению со спо собом Эри). Ошибки возникают из-за влияния судовых
сил АХН и ЕХН. При теоретическом обосновании способа Колонга силы АХН и ЕХН принимают равными нулю, что вполне допустимо по отношению к магнитному компасу, установленному на верхнем мостике.
Сущность способа Колонга можно понять при рас смотрении многоугольника сил. На рис. 36 показаны силы, действующие на компас, когда судно идет компас ным курсом N(0°). Силы А"КН и ЕХН не учитываются.
Рис. 36 показывает, что если результирующий вектор Н-^ действием продольных магнитов-уничтожителей уме ньшить и довести до величины Н^, то при этом сила ВХН
окажется скомпенсированной. (Предполагаемая компен сационная сила / отмечена штриховой линией). Однако выполнить такую компенсацию пока нельзя, т.к. неизвест на величина силы ВХН. Поэтому на компасном курсе N выполняют только одно действие — измеряют величину результирующего вектора Н^ при помощи специального
магнитометра. Этот измерительный прибор, предложен ный в свое время Колонгом, позволяет определить индук цию магнитного поля в центре картушки компаса в услов ных дефлекторных единицах (д.е.). Итак, на компасном курсе N измеряют силу #N, а затем, сняв дефлектор с ком паса, направляют судно на компасный курс S (180°).
На рис. 37 представлен многоугольник сил при к' = 180°. При условии АХН = 0, ЕХН = 0 девиация 5 s равна 5N по величине, но обратна по знаку. Фигуры многоуголь ников зеркально симметричны.
Равенство SN = 8S =8 можно доказать с помощью основной формулы (38). На рис. 37 показано: для компен-
сации силы ВХН на курсе S подходит та же компенсацион ная сила/(см. рис. 36). Если бы она существовала, то резу льтирующий вектор #s имел бы величину Н$. Анализи руя рис. 36, 37, можно записать:
#^ = XHcos8 + DXHcosS+BXH =#J + BXH; Hs =XHcos8 +DXHcos8 -ВХН =Я§ -ВХН; tfj} =Hl =XH(l + D)cos8=H°.
Величина Я — это некоторое значение результиру ющего вектора, свободное от судовой силы ВХН, одина-
ковое и для компасного курса N, и для компасного курса S. Из рассмотренных выражений можно найти искомую величину:
Н°=Н"+Н*. (46)
Следовательно, для компенсации силы ВХН необхо димо:
1) направить судно на компасный курс N (непосредст венно по картушке компаса) и измерить дефлектором ре-зультирующую силу 7/N;
2) направить судно на компасный курс S, измерить
ТТ | II
силу Я§ и рассчитать среднее значение н\ =——-------;
затем установить продольные магниты-уничтожители в нактоузе таким образом, чтобы измеряемая дефлектором индукция Я§ стала равной величине Я1 . При этом судо вая сила ВХН окажется скомпенсированной.
Аналогичным образом можно доказать, что среднее
ТТ Л. Ц
значение н\ =—--------—, рассчитанное по двум измерен-
ным дефлектором величинам ЯЕ и Я^ не зависит от су довой поперечной силы СкН. Следовательно, для компен сации этой силы требуется:
1) направить судно на компасный курс Е и измерить
дефлектором силу ЯЕ;
2) направить судно на компасный курс W, измерить
Г Q Яг +Hyj
силу #w и рассчитать среднее значение #2 =—=-------—;
затем установить поперечные магниты-уничтожители в нактоузе так, чтобы измеряемая дефлектором индукция //w стала равной величине Н2 ■ При этом судовая сила
СкН окажется скомпенсированной.
Способ Колонга автономен, поскольку при его выпол нении не требуются береговые или небесные ориентиры. Его можно также применять в тех случаях, когда неиспра вен гирокомпас. В этом состоит преимущество способа Колонга перед способом Эри. К недостаткам способа Ко лонга можно отнести его меньшую, по сравнению со спо собом Эри, точность, а также необходимость применения дополнительного прибора — дефлектора.