Глава 2
Ориентирование корабля в море
§ 11. Понятие о магнитном поле Земли
Магнитное поле Земли характеризуется в каждой его точке напряженностью и направлением магнитных силовых линий. Напряженность магнитного поля есть сила, действующая на единицу магнитной массы положительного наименования. Напряженность магнитного поля выражается в эрстедах. Силовые линии магнитного поля Земли направлены от южного магнитного полюса к северному и имеют вид замкнутых кривых. Вследствие этого в разных точках земной поверхности они направлены под разными углами к плоскости истинного горизонта. В точках, называемых магнитными полюсами, они направлены вертикально.
Линия вокруг Земли, проходящая примерно посредине между магнитными полюсами, на которой магнитные силовые линии земного поля горизонтальны, называется магнитным экватором. Положение магнитных полюсов для эпохи 1955 г. определяется следующими приближенными координатами:
северный магнитный полюс φ = 74°N; λ = 100°W;
южный магнитный полюс φ = 69°S; λ = 145°Ost.
Положение магнитных полюсов с течением времени медленно, но непрерывно изменяется.
Напряженность магнитного поля, или полная сила земного магнетизма в данной точке земной поверхности, может быть изображена вектором Т, совпадающим с направлением магнитных силовых линий (смотрите рисунок). Разложив вектор Т на две составляющие—горизонтальную Н и вертикальную Z получим:
H = Т * cos I и Z = Т sin I или Z = H * tg I.
Угол I, составленный вектором Т с плоскостью истинного горизонта, называется магнитным накло-нением. Магнитное наклонение отсчитывается от плоскости истинного горизонта вниз от 0 до 90° и считается положительным, если северный конец магнитной стрелки обращен вниз. На магнитном экваторе I = 0°, на магнитных полюсах I =90°.
Вертикальная плоскость, в которой расположены векторы Т, Н и Z, т. е. плоскость, в которой располагается продольная ось свободно подвешенной магнитной стрелки, носит название плоскости магнитного меридиана. Напомним, что свободно подвешенная в данной точке магнитная стрелка. устанавливается (располагается) по направлению магнитных силовых линий. Таким образом, горизонтальная составляющая, величина которой зависит от полной силу земного магнетизма Т и угла магнитного наклонения I, характеризует ту силу, которая удерживает магнитную стрелку в плоскости магнитного меридиана. Плоскость магнитного меридиана, пересекаясь с горизонтальной плоскостью, образует на последней прямую Nм - Sм, называемую магнитным меридианом.
Вследствие несовпадения магнитных полюсов с географическими плоскость магнитного меридиана в разных местах Земли составляет с плоскостью истинного меридиана разные углы, называемые магнитным склонением. Магнитное склонение d отсчитывается от северной части истинного меридиана к востоку или к западу. Склонение может принимать значения от 0 до 180°. Восточное склонение считается положительным и ему приписывается знак плюс, западное—отрицательным и ему приписывается знак минус. Восточное склонение означает, что магнитный меридиан отклонен от истинного меридиана к востоку. При западном склонении магнитный меридиан отклонен от истинного к западу.
Величины T, H, Z, I и d называются элементами земного магнетизма. Распределение их на поверхности Земли показывается на специальных картах элементов земного магнетизма. На таких картах точки с одинаковым значением того или иного элемента соединены кривыми — изолиниями. Например, на картах магнитного склонения точки с одинаковым его значением соединены изогонами, точки с нулевым склонением — агонами. Через точки с одинаковым наклонением проводятся изоклины, с равным магнитным напряжением — изодины. Для определения направлений с помощью магнитного компаса наибольшее значение из элементов земного магнетизма имеет магнитное склонение. В настоящее время магнитное склонение на поверхности Земли распределяется следующим образом. Две линии нулевого склонения — агоны — делят всю земную поверхность на две области: область с западным склонением, включающую Атлантический океан, Западную Европу, Индийский океан и Африку, и область с восточным склонением, охватывающую Тихий океан, большую часть Северной и Южной Америки и почти всю Азию, кроме небольшой области в Восточной Сибири, где агона делает петлю, внутри которой склонение западное.
Все изогоны—линии равных значений магнитного склонения — сходятся в четырех точках: в двух географических и двух магнитных полюсах. На меридианах, проходящих через магнитные полюсы, магнитное склонение принимает значение 0 или 180°. Магнитное склонение, как и другие элементы земного магнетизма, не остается неизменным, а постоянно меняется. Изменения магнитного склонения могут быть как периодическими, так и непериодическими. Последние называются часто магнитными возмущениями. К числу периодических изменений магнитного склонения относятся суточные (т. е. колебания склонения за период в несколько суток), годовые с периодом в несколько лет и вековые вариации с периодом в несколько столетий. Суточные и годовые вариации склонения по своей величине очень малы и в кораблевождении не учитываются. Вековые вариации, представляющие собой разности между среднегодовыми значениями склонения для длительного периода времени, могут достигать существенных величин. Величина векового хода изменения склонения в различных точках поверхности Земли колеблется в пределах от 0 до 0,2° в год.
На морских картах и в пособиях для плавания, где показываются величина и знак магнитного склонения, Обязательно указывается, к какому году это склонение приведено. При этом обязательно указывается и величина годового изменения склонения. Принимая изменение склонения за несколько лет происходящим равномерно, можно рассчитать величину и знак магнитного склонения для года, в котором совершается плавание.
Пример 1. Пусть склонение, показанное на карте, отнесено к 1955 г. и равно 4,5° Оst, годовое уменьшение склонения 0,12°. Требуется рассчитать величину и знак склонения в 1969 г.
Решение. Общая величина изменения склонения за промежуток времени от 1955 до 1969 г. рассчитывается так:
1969— 1955 = 14 лет.
0,12° X 14 ≈ 1,7°.
Приводя склонение к году плавания, нужно помнить, что склонение есть угол между плоскостями истинного и магнитного меридианов, а следовательно, уменьшение или увеличение его относится к самому углу (т. е. к абсолютной величине склонения, а не к его знаку). Зная склонение в 1955 г. и общее изменение его за весь промежуток времени, прошедший от 1955 г. до года плавания, легко найти и склонение в 1969 г.; 4,5°—1,7°= 2,8°. Поскольку склонение в 1955 г. было восточным, то и уменьшенной его величине ставим знак плюс: d69 = 2,8°0st.
Пример 2. Магнитное склонение, показанное на карте, равно 0,6° W и отнесено к 1955 г. Годовое уменьшение 9'. Рассчитать магнитное склонение в 1968 г.
Решение. Общее уменьшение склонения за 13 лет равно 9' x 13 = 117' = 1,95° ≈ 2°. Уменьшение угла, равного 0,6°, на 2° можно осуществить только с переходом через 0. Следовательно, для эпохи 1968 г. магнитное склонение будет равно 1,4°Ost.
На морских навигационных картах склонение приводится, как правило, для отдельных точек района, охватываемого картой. Для нахождения склонения в заданной точке нужно произвести интерполяцию на глаз между ближайшими точками, для которых склонение показано на карте.
К непериодическим колебаниям магнитного склонения относятся магнитные бури. Магнитные бури продолжаются от нескольких часов до нескольких суток и имеют связь с солнечной активностью. Во время магнитных бурь магнитное склонение может колебаться в довольно широких пределах; амплитуда суточных изменений склонения может достигать в приполюсных областях даже нескольких десятков градусов. Учесть в штурманской практике такие колебания, как правило, не удается.
В некоторых районах земной поверхности можно наблюдать резкое отклонение величины и знака магнитного склонения от значений в близлежащих точках. Такие районы называются районами магнитных аномалий. Магнитные аномалии вызываются залежами магнитных руд в земной коре. На морских картах районы аномалий обводятся сплошной жирной линией.
§ 12. Магнитные направления
Магнитными направлениями принято называть направления, измеряемые относительно вертикальной плоскости, в которой располагается свободно подвешенная магнитная стрелка, находящаяся под действием только магнитного поля Земли. Как было указано в предыдущем параграфе, плоскость, в которой расположится магнитная стрелка, испытывающая на себе воздействие только магнитных силовых линий земного поля, называется плоскостью магнитного меридиана.
Следовательно, магнитные направления есть направления, измеряемые относительно плоскости магнитного меридиана. К таким направлениям относятся магнитные курсы и пеленги.
Магнитным курсом (МК) называется угол в плоскости истинного горизонта между плоскостью магнитного меридиана и носовой частью диаметральной плоскости корабля (рисунок). Магнитный курс отсчитывается от северной части магнитного меридиана по часовой стрелке и может иметь значения от 0 до 360°.
Магнитным пеленгом (МП) называется угол в плоскости истинного горизонта между северной частью магнитного меридиана и направлением на наблюдаемый ориентир. Магнитный пеленг отсчитывается от северной части магнитного меридиана и может принимать значения от 0 до 360°. Как видно из рисунка, магнитные направления (курсы и пеленги) отличаются от истинных на величину магнитного склонения:
ИК = МК + d
ИП = МП + d
МК = ИК - d
МП = ИП - d
Это 21 формула.
В формулах (21) магнитное склонение d принимается со своим знаком, т. е. восточное—со знаком плюс, западное—со знаком минус. Таким образом, измерив в данном месте земной поверхности с помощью компаса магнитное направление, зная величину и знак склонения, всегда можно рассчитать истинные курс и пеленг. Магнитные направления, как и истинные, могут быть прямыми и обратными. Направление, противоположное магнитному направлению на предмет, является обратным магнитным пеленгом (ОМП). Обратный магнитный пеленг отличается от прямого магнитного пеленга на 180°. Как видно из рисунка, магнитный курс и магнитный пеленг (аналогично истинным направлениям) связаны между собой формулой
МП = МК + КУ (22)
где КУ принимается со знаком плюс, когда наблюдаемый предмет расположен по правому борту, и со знаком минус, если предмет наблюдается с левого борта. Если КУ выражен в круговом счете, то в формуле (22) он всегда принимается со знаком плюс.
Пример 1. ИК= 27,0°, d = — 3,0°. Рассчитать МК.
Решение. МК = ИК — d = 27,0° — (—3,0°) = 30,0°.
Пример 2. МП = 324,0°, d = + 5,0°. Рассчитать ИП.
Решение. ИП = МП + 4 = 324,0° + (+5,0°) = 329,0°.
§ 13. Понятие о магнитном поле корабля. Девиация магнитного компаса
Корпуса кораблей, мачты, надстройки, вооружение и механизмы изготовляются из стали, железа, чугуна и других металлов, обладающих свойствами намагничиваться в магнитном поле Земли и создавать в окружающем их пространстве свое магнитное поле. Вследствие намагничивания в магнитном поле Земли сам корабль становится как бы большим магнитом, магнитное поле которого накладывается на магнитное поле Земли. В результате система стрелок магнитного компаса, установленного на корабле, оказывается одновременно под воздействием сил земного магнитного поля и магнитного поля корабля. Следствием этого является отклонение системы магнитных стрелок компаса от направления магнитного меридиана. Это отклонение в зависимости от направления равнодействующей всех сил, которые действуют на стрелку компаса, может произойти к востоку или к западу от магнитного меридиана.
Вертикальная плоскость, в которой расположится стрелка компаса, установленного на корабле, называется плоскостью компасного меридиана. Явление отклонения стрелки компаса от плоскости магнитного меридиана под влиянием магнитных полей корабля и его устройств получило название девиации магнитного компаса. Девиация магнитного компаса измеряется углом между плоскостью магнитного меридиана и плоскостью компасного меридиана. Девиация обозначается греческой буквой δ (дельта). Если плоскость компасного меридиана расположена правее плоскости магнитного меридиана, девиация будет восточной (Оst) и тогда ей приписывается знак плюс, если плоскость компасного меридиана расположена левее плоскости магнитного меридиана, девиация будет западной (W) и ей приписывается знак минус. Девиация магнитного компаса может принимать значения от 0 до 180° в зависимости от магнитного состояния корабельного железа и его расположения относительно стрелки компаса.
Кроме магнитных полей корабельного железа, на кораблях имеется много источников электромагнитных полей: электропроводка, генераторы, электромоторы и др.
Девиация магнитного компаса, появляющаяся под действием магнитных полей проводников, находящихся под током, генераторов, электромоторов и различного электрооборудования корабля, называется электромагнитной девиацией.
Для уменьшения влияния на компас корабельного железа все части компаса делаются из немагнитных материалов, сам компас устанавливается на корабле по возможности дальше от его металлических частей, а близкие к компасу устройства стремятся сделать из немагнитных материалов. При установке компаса на корабле принимаются меры и к тому, чтобы поблизости не было источников электромагнитных полей.
Девиация магнитного компаса периодически уменьшается (компенсируется). Для этого в непосредственной близости от стрелок компаса помещаются специальные магниты и мягкое железо в виде шаров, брусков, пластин, которые создают магнитные поля, равные полям от корабельного железа, но по направлению им противоположные. В результате компенсации девиации стрелка компаса должна возвратиться в плоскость магнитного меридиана, но обычно полностью скомпенсировать магнитные поля не удается; значит, не удается и полностью уничтожить девиацию. У компаса после компенсации остается девиация, называемая остаточной, которая тщательно определяется по величине и знаку и затем учитывается при обработке направлений, измеряемых с помощью магнитного компаса.
Электромагнитная девиация компенсируется путем регулировки силы тока в специальных компенсационных катушках, располагаемых внутри нактоуза компаса под его котелком. Способы компенсации девиации магнитного компаса и определения остаточной девиации подробно излагаются в курсе «Девиация магнитного компаса».
Девиация магнитного компаса не остается постоянной, а изменяется от ряда причин: изменения кораблем магнитной широты, изменения магнитного состояния корабля, т. е. степени его намагниченности, и от положения корабля относительно направления магнитных силовых линий (от курса корабля).
По результатам, определения остаточной девиации, которая у правильно установленных компасов не превышает, как правда, 2—5°, составляются для всех корабельных магнитных компасов таблицы и графики девиации. Образец такой таблицы приводится ниже.
Таблица девиации главного магнитного компаса
| δ | Компасные курсы | δ | |
| +2,3° | 0° | 360° | + 2,3° |
| +1,7 | + 2,5 | ||
| +1,3 | + 2,7 | ||
| + 1,0 | + 3,0 | ||
| + 0,5 | + 3,5 | ||
| 0,0 | + 3,7 | ||
| - 0,7 | + 4,0 | ||
| - 1,5 | + 4,3 | ||
| - 2,0 | + 4,5 | ||
| - 2,7 | + 4,5 | ||
| - 3,3 | + 4,3 | ||
| - 3,7 | + 4,0 | ||
| - 4,0 | + 3,5 | ||
| - 4,3 | + 2,7 | ||
| - 4,0 | + 2,0 | ||
| - 3,7 | + 1,3 | ||
| - 3,3 | + 0,3 | ||
| - 2,5 | - 0,7 | ||
| - 1,7 | - 1,7 |
В таблицах величины девиации магнитного компаса приводятся на компасные курсы. Для различных состояний корабля (с выключенным СУ, включенным СУ) рассчитываются отдельные таблицы девиации.
Необходимо .отметить, что как бы хорошо ни была определена девиация и как бы тщательно ни была определена остаточная девиация магнитного компаса, она по указанным ранее причинам с течением времени изменяется. Поэтому, кроме периодических определений остаточной девиации и составления рабочей таблицы, необходимо использовать всякую возможность для уточнения девиации, чтобы получить уверенность в правильности табличных данных или ее отдельных значений.
§ 14. Компасные направления.
В результате суммарного воздействия магнитных полей Земли, корабельного железа и электрических устройств стрелка магнитного компаса устанавливается в плоскости компасного меридиана. Направления относительно плоскости компасного меридиана называются компасными направлениями. К ним относятся компасные курсы и компасные пеленги. Компасным курсом (КК) называется угол, заключенный между плоскостью компасного меридиана и носовой частью диаметральной плоскости корабля. Компасный курс отсчитывается от северной части компасного меридиана по направлению движения часовой Стрелки от 0 до 360°. Компасным пеленгом (КП) называется угол, заключенный между северной частью компасного меридиана и направлением на наблюдаемый ориентир. Компасный пеленг отсчитывается от северной части компасного меридиана по движению часовой стрелки от 0 до 360°.
На основании изложенного выше об истинных, магнитных и компасных направлениях следует заключить, что наблюдатель при пользовании магнитным компасом на корабле имеет дело с тремя меридианами: истинным (географическим), магнитным и компасным (смотрите рисунок). В зависимости от того, какой меридиан принят за начало отсчета направлений, наблюдатель будет получать истинные, магнитные или компасные направления.
Связь компасных направлений с магнитными выражена формулами;
МК = КК + δ
МП = КП + δ
КК = МК - δ
КП = МП - δ 
В формулах (23) девиация магнитного компаса принимается со своим знаком плюс или минус. Компасные направления, так же как и магнитные, могут быть и прямыми и обратными. Направление, отличающееся от компасного пеленга на 180°, называется обратным компасным пеленгом (ОКП).
Зависимость компасного пеленга, компасного курса и курсового угла выражается формулой
КП = КК + КУ, (24)
где КУ принимается в зависимости от наименования борта со знаком плюс или минус.
На морских навигационных картах нанесены географические меридианы и параллели. Поэтому линии курсов и пеленгов на картах всегда проводятся относительно географического, т. е. истинного меридиана. Удержание же корабля на заданном курсе и измерения направлений с помощью компаса производятся относительно компасного меридиана.
Поэтому важно твердо знать связь между истинными и компасными направлениями. Эта связь, которую легко можно проследить на рисунке, выражается следующими формулами:
ИК = КК + δ + d
ИП = КП + δ + d (25)
В случае необходимости перехода от верных (истинных) направлений к неверным (компасным) следует использовать формулы:
КК = ИК = d - δ
КП = ИП - d - δ (26)
На основании формул (20), (22), (24) можно написать
КУ = ИП - ИК = МП - МК = КП - КК (27)
Пример 1. КК = 48,0°, δ = +2,0°. Определить МК.
Решение. МК = КК + δ = 48,0° + (+2,0°) = 50,0°.
Пример 2. КК = 226,0°, δ = — 2,0°, d = + 5,2°. Определить ИК.
Решение. ИК = КК + δ + d = 226?0° + (- 2,0°) + (+5,2°) = 229,2°.
Дата добавления: 2015-06-22; просмотров: 972;