Пиши Дома Нужные Работы

Обратная связь

Теория магнитного поля земли

ВОЗНИКНОВЕНИЕ ДЕВИАЦИИ И СПОСОБЫ ЕЕ

УНИЧТОЖЕНИЯ

Теория магнитного поля земли

Земля в целом представляет собой огромный шаровой магнит. Человечество начало использовать магнитное поле Земли давно. Уже в начале XII-XIII вв. получает широкое распространение в мореходстве компас. Однако в те времена считалось, что стрелку компаса ориентирует Полярная звезда и её магнетизм. Предположение о существовании магнитного поля Земли впервые высказал в 1600 г. английский естествоиспытатель Гильберт.

В любой точке пространства, окружающего Землю, и на её поверхности обнаруживается действие магнитных сил. Иными словами, в пространстве, окружающем Землю, создаётся магнитное поле, силовые линии которого изображены на рисунке 2.1.

 

Рисунок 2.1 - Магнитные и географические полюса

 

Земли не совпадают друг с другом. Северный магнитный полюс N лежит в южном полушарии, вблизи берегов Антарктиды, а южный магнитный полюс S находится в Северном полушарии, вблизи северного берега острова Виктория (Канада). Ось магнитного поля не проходит через центр Земли, а отстаёт от него на 430км.

Магнитное поле Земли не симметрично. Благодаря тому, что ось магнитного поля проходит под углом в 11.5º к оси вращения планеты, мы можем пользоваться компасом.

Основная часть магнитного поля Земли, по современным воззрениям, имеет внутриземное происхождение. Магнитное поле Земли создаётся её ядром. Внешнее ядро Земли жидкое и металлическое. Металл - проводящее ток вещество, и если бы существовали в жидком ядре постоянные течения, то соответствующий электрический ток создавал бы магнитное поле. Благодаря вращению Земли, такие течения в ядре существуют, т.к. Земля в некотором приближении является магнитным диполем, т.е. своеобразным магнитом с двумя полюсами: южным и северным.



Незначительная часть магнитного поля (около1%) имеет внеземное происхождение. Возникновение этой части приписывают электрическим токам, те­кущим в проводящих слоях ионосферы и поверхности Земли. Эта часть магнитного поля Земли подвержена слабому изменению со време­нем, которое называется вековой вариацией. Причины существования электрических токов в вековой вариации неизвестны.

В идеальном и гипотетическом предположении, в котором Земля была бы одинока в космическом пространстве, силовые линии магнитного поля планеты располагались в виде симметричных дуг, протянувшихся от южного полюса к северному. Плотность линий (напряжённость магнитного поля) падала бы с удалением от планеты. Магнитное поле Земли находится во взаимодействии с магнитными полями Солнца, планет и потоков заряженных частиц, испускаемых в изобилии Солнцем. Если влиянием самого Солнца и тем более планет из-за удалённости можно пренебречь, то с потоками частиц, иначе - солнечным ветром, так не поступишь. Солнечный ветер представляет собой потоки частиц, испускаемых солнечной атмосферой. В моменты солнечных вспышек, а также в периоды образования на Солнце группы больших пятен, резко возрастает число свободных электронов, которые бомбардируют атмосферу Земли. Это приводит к возмущению токов текущих в ионосфере Земли и, благодаря этому, происходит изменение магнитного поля Земли. Возникают магнитные бури. Такие потоки порождают сильное магнитное поле, которое и взаимодействует с полем Земли, сильно деформируя его. Благодаря своему магнитному полю, Земля удерживает в так называемых радиационных поясах захваченные частицы солнечного ветра, не позволяя им проходить в атмосферу Земли и тем более к поверхности. Частицы солнечного ветра были бы очень вредны для всего живого. При взаимодействии упоминавшихся полей образуется граница, по одну сторону которой находится возмущённое (подвергшееся изменениям из-за внешних влияний) магнитное поле частиц солнечного ветра, по другую - возмущённое поле Земли. Эту границу стоит рассматривать как предел околоземного пространства, границу магнитосферы и атмосферы. Вне этой границы преобладает влияние внешних магнитных полей. По направлению к Солнцу магнитосфера Земли сплюснута под натиском солнечного ветра и простирается всего до 10 радиусов планеты. В противоположном направлении имеет место вытянутость до 1000 радиусов Земли.

Основная часть магнитного поля Земли обнаруживает аномалии в различных районах земной поверхности. Эти аномалии, по-видимому, следует приписать присутствию в земной коре ферромагнитных масс или различию магнитных свойств горных пород. Поэтому изучение магнитных аномалий имеет практическое значение при исследовании полезных ископаемых.

Существование магнитного поля в любой точке Земли можно установить с помощью магнитной стрелки.

Судовой магнетизм

Если установить магнитный компас на судне, построенном целиком из немагнитных материалов, картушка компаса установится по линии NS в плоскости магнитного меридиана. Однако корпус и механизмы современного морского судна изготавливается из магнитных материалов, которые обладают свойствами твердого и мягкого в магнитном отношении железа.

Продольная и поперечная проекции горизонтальной составляющей. Зависимость намагниченности судового железа от курса судна.

При рассмотрении намагничивания судна все судно можно представить в виде совокупности продольных, поперечных и вертикальных брусков. Вектор же Т напряженности магнитного поля Земли при рассмотрении судового магнетизма удобнее заменить его составляющими:

продольной X, направленной по диаметральной плоскости судна. Намагниченное в продольном направлении мягкое железо судна будет действовать на компасную стрелку с силой lХ, постоянной по направлению (рисунок 2.2) и пропорциональной по величине намагничивающей силы Х, где l есть коэффициент пропорциональности. Направление силы lХ зависит от места расположения компасной стрелки на судне и в общем случае не будет совпадать с выбранными координатными осями.

Рисунок - 2.2 Направление силы lХ

В зависимости от расположения компасной стрелки поперечной У, направленной по перпендикуляру к диаметральной плоскости судна. Намагниченное в поперечном направлении мягкое железо судна будет действовать на компасную стрелку с силой mY, постоянной по направлению и пропорциональной по величине намагничивающей силы Y, где m есть коэффициент пропорциональности.

Рисунок 2.3 - Направление силы mY в зависимости от расположения

компасной стрелки

Направление силы mY (рисунок 2.3) зависит от места расположения компасной стрелки на судне и в общем случае не будет совпадать с осями координат вертикальной Z, направленной вертикально, перпендикулярно предыдущим двум напряженностям. Намагниченное в вертикальном направлении мягкое железо судна будет действовать на компасную стрелку с силой nZ, постоянной по направлению и пропорционально по величине намагничивающей силы Z, где n есть коэффициент пропорциональности. Направление силы nZ (рисунок 2.4), зависит от места расположение компасной стрелки на судне и в общем случае тоже не будет совпадать с осями координат.

Рисунок 2.4 - Направление силы nZ в зависимости от расположения магнитной стрелки

При постройке судна в северном полушарии (Z направлена вниз) положительный магнетизм появиться в нижних, концах вертикальных брусков, отрицательный - в верхних. Причем геометрическая сумма X и У должна быть равна Н.

Из треугольника АВО на рисунке 2.5:

X = Н • cos МК (2.1)

У = Н • sin MK (2.2)

Рисунок 2.5 - Проекция горизонтальной составляющей

Все бруски, составляющие судно, намагничиваются силами X, Y, Z во время постройки судна, При положении судна, как это указано на рисунках 2.2, 2.3, и 2.4 на носовых концах продольных брусков и левых концах поперечных брусков появиться положительный магнетизм, а в кормовых концах продольных и правых концах поперечных - отрицательный магнетизм.

В процессе эксплуатации судна под влиянием переменного воздействия X и У на различных курсах, от вибрации и от ударов волн намагниченность судового железа будет быстро изменяться и частично исчезнет, и с течением времени устойчивость остаточного магнетизма судового железа увеличивается и у старых судов магнитное состояние становится практически стабильным, меняясь в довольно узких пределах от курса и магнитной широты.

Такая устойчивость судового магнетизма у старых судов объясняется тем, что коэрцитивная сила (т.е. сила напряжённости магнитного поля) судового железа в среднем не может перемагнитить судовое железо в обратном направлении за сравнительно короткий промежуток времени следования судна каким-то постоянным курсом.

 

Девиация магнитного компаса

Основным требованием к качеству решения задачи контроля за движением судна является обеспечение высокой точности и надежности получаемых результатов, где точность определяется величиной обычной для функционирования системы погрешностей, а надежность - вероятностью отсутствия в результатах аномальных погрешностей и сбоев.

Находящиеся в магнитном поле Земли детали набора и другие стальные и железные части судна постепенно намагничиваются и приобретают свойства магнита. В результате этого в окружающем судно пространстве возникает собственное магнитное поле, действие которого складывается с магнитным полем Земли. Магнитные стрелки судового компаса устанавливается по равнодействующей сил обоих полем, вследствие чего отклоняется от направления магнитного меридиана.

Вертикальная плоскость, проходящая через ось свободно подвешенной магнитной стрелки компаса, установленного на судне, называется плоскостью компасного меридиана, а след от пересечения этой плоскости с плоскостью истинного горизонта - компасным меридианом NKSK. Направление компасного меридиана совпадает с диаметром картушки 0-180°.

Горизонтальный угол, на который плоскость компасного меридиана отклоняется от плоскости магнитного меридиана, называется девиацией магнитного компаса (рисунок 2.6).

Девиация отсчитывается от северной части магнитного меридиана NM к Е или W от 0 до 180°. Если северная часть компасного меридиана Nk отклонена от NM к востоку, то девиация имеет наименование Е (восточная) и ей приписывается знак плюс (+), если NK - к западу, то W (западная) со знаком минус (-).

На каждом курсе девиации у судовых компасов различна. Это объясняется тем, что при изменении курса меняется положение судового железа относительно магнитных стрелок компаса.

Рисунок 2.6 - Девиация компаса восточная и западная

Кроме того, после поворота судна судовое железо частично перемагничивается что также приводит к изменению магнитного пола судна.

Девиация судовых компасов изменяется на одном и том же курсе при перемене широты места, что связано с изменением напряженности магнитного поля Земли и, следовательно, изменением намагниченности судового железа, а также при каждой погрузке или выгрузке грузов обладающих магнитными свойствами, при длительной стоянке судна в ремонте, при проведении электросварочных работ вблизи компасов, при сильном сотрясении корпуса судна.

Девиацию судового компаса периодически определяют для различных курсов и заносят в специальную таблицу, откуда ее выбирают при расчетах курсов и пеленгов. Зная значение девиации, можно по замеченным компасным направлениям рассчитывать направления относительно магнитного меридиана.

На современных стальных судах магнитное поле оказывается столь большим, что девиация у компасов может достигать десятков градусов, и при больших значениях девиации угол поворота судна, наблюдаемый по компасу, будет значительно отличаться от действительного изменения курса. Магнитное поле судна может, кроме того, настолько ослабить напряженность магнитного поля Земли, что ее горизонтальная составляющая Н становится неспособной преодолеть трение. Это обстоятельство ведет к застою картушки при поворотах судна.

Чтобы обеспечить надежную роботу компасов, производят уничтожение их девиации. Принцип уничтожения девиации заключается в компенсации магнитного ноля судна в близи. Это возможно сделать следующими способами.

Определение девиации по вееру створов.

Створом называется такое положение двух или нескольких искусственных или естественных предметов, при котором их истинные пеленга равны между собой. Иными словами, когда два или несколько искусственных или естественных предметов находятся в одной и тоже вертикали наблюдателя, то говорят, что эти предметы находятся в створе.

Определение девиации по вееру створов является наиболее надежным, простым и удобным способом, поэтому всегда, когда есть не возможность, необходимо определить девиацию этим способом.

Веер створов охватывает по горизонту некоторый сектор. Корабль идущий каким-либо курсом в этом секторе, непрерывно пересекает то один, то другой сектор и девиация может быть определена для данного сектора несколько раз, т.е. на данном курсе может наблюдать несколько обратных компасных пеленгов в моменты пересечения линий створов. Обычно берут 3 - 5 ОКП на каждом курсе корабля. По каждому взятому ОКП определяется движения, как разность между ОМП и ОКП, а затем рассчитывается среднее, которое принимается на девиацию для данного компасного курса. В этой средней девиации случайные ошибки наблюдений будут значительно уменьшены.

Так как девиация определяется на восьми равностоящих компасных курсов:, то при наличии веера створов кораблю придется полным ходом придется описать восьмиугольник (рисунок 2.6) и лежать на каждом курсе столько времени, сколько потребуется для взятия 3 - 5 пеленгов, причем после поворота на новый курс, перед взятия первого пеленга, нужно выдержать корабль на этом курсе не менее 2 - 3 минут.

 

Рисунок 2.6 - Маневрирование корабля на веере створов

Отсчеты обратных компасных пеленгов ОКП берутся с точностью до 0,1º. Наблюдения ОКП и расчеты девиации удобно вести в записной книжке, в заранее приготовленной схеме.

Определение девиации по пеленгам одного створа.

На тех рейдах или на тех местах, где нет специальных девиационных створом, можно определить девиацию по одному створу.

Корабль последовательно ложиться на восемь равноотстоящих компасных курсов (четыре главных и четыре четверных) и пересекает один и тот же створ. До пересечения створа корабль выдерживают на каждом курсе не менее 2 - 3 минут. В момент пересечения створов ( в тот момент когда оси симметрии створных знаков придут в соответствие), замечают ОКП под призмой пеленгатора. Обратный истинный пеленг этого створа приводится на карте и в лоции или снимается с карты при помощи транспортира и параллельной линейки. ОИП переводиться в ОМП магнитным склонением, приведенным к году плавания, затем рассчитывается девиация.

Недостатком определением девиации по пеленгам одного створа является то, что на каждом курсе мы получаем только одно наблюдение девиации, следовательно, наши наблюдения не будут свободны от случайных ошибок; больше того, сделанный в отсчете пеленга какой-либо промах своевременно не будет обнаружен. Кроме того, пересечение одного створа восемью курсами потребует значительного времени, так как много времени уйдет на повороты (рисунок2.7). В этом случае особенно важно, что бы заранее в зависимости от местных условий наметить, в какой последовательности нужно ложиться на курсы, чтобы не делать лишних поворотов.

Рисунок 2.7 - Маневрирование корабля при определении девиации по одному створу

Надо помнить, что не всякий створ пригоден для определения девиации, так как не по всякому створу можно получить требуемую точность определения девиации. Определять девиацию необходимо по такому створу, который достаточно "чувствителен". Из курса навигации известно, чувствительность створа зависит от расстояния между створными знаками, от формы знаков и расстояния наблюдателя до переднего створного знака. Чем больше расстояние между створными знаками, а сами знаки тоньше, тем створ чувствительнее.

Если девиация определяется для одного какого-либо курса, то расчет удобно производить так, что бы не допустить ошибки в отсчете ОКП, надо вести на задний створный знак нить предметной мишени и, удерживая ее на заднем знаке, следя за изменением ОКП, ждать прихода на нить пеленгатора переднего створного знака. В тот момент, когда передний створный знак придет на нить, быстро заметить отсчет ОКП под призмой пеленгатора.

Определение девиации по пеленгам отдаленного ориентира.

В тех случаях, когда в районе определения девиации нет ни одного пригодного створа, а имеется хорошо видимый отдаленный предмет, то можно определить девиацию по пеленгам этого отдаленного предмета, при условии, что в данном районе отсутствует течение. Предварительно намечают место, свободное от магнитных аномалий, для маневрирования корабля и выбирают на берегу хороший видимый с этого места отдаленный предмет. Затем бросают вешку с грузом или буек в выбранном месте и, ложатся последовательно на восемь равноотстоящих компасных курсов N, NO, O, SO, S, SW, W, и NW и пересекая створ вешки (буйка) с отдельным предметом, берут ОКП этого предметами момент, когда корабль подойдет почти вплотную к вешке(буйку). До взятия пеленга необходимо выдержать корабль на курсе не менее 2 - 3 минут.

Средний из восьми ОКП, взятых на всех восьми равносторонних компасных курсах, есть обратный магнитный пеленг этого определенного предмета.

Сравнивая каждый ОКП с расчетным ОМП, находят наблюденную девиацию для восьми компасных курсов.

В этом случае тоже можно не рассчитывать средний ОКП, а принять за ОМП наибольший из восьми наблюдаемых ОКП и вычислять условные девиации для восьми равноотстоящих компасных курсов. Затем по наблюдаемым или условным девиациям вычисляются коэффициенты девиации.

При определении девиации по пеленгам определенного предмета запись наблюдений ведут в заранее приготовленной схеме.

Малые корабли могут применять этот способ без буйка, для чего, разворачиваются на швартовых, ложатся на восемь равноотстоящих компасных курсов и на каждом курсе берут ОКП одного и того же отдаленного предмета.

Определение девиации по пеленгам небесных светил.

Если поправка компаса определяется по какому-либо небесному светилу, то это задача может быть сформулирована так: для определения поправки компаса по небесному светилу для данного курса корабля надо сличать взятый по компасу пеленг светила с вычисленным для того же момента его азимутом, помня, что азимутом какого-либо светила называется истинным пеленгом этого светила. Определение девиации по пеленгам небесного светила выполняется в следующем порядке.

Корабль последовательно ложиться на главные и четвертные компасные курсы. На каждом курсе выдерживают корабль 2 - 3 минуты, а затем пеленгуют центр Солнца, при этом берут три-пять пеленгов один за другим. Отсчеты компасных пеленгов берут с точностью до 0.1º. При каждом пеленге замечают моменты по часам с точностью до 5 секунд. Для каждого курса рассчитывают средний компасный пеленг и средний момент по часам. По этому моменту рассчитывают часовой угол солнца. Снимают с карты широту и долготу, счислимые для среднего момента определения девиации, и выбирают склонение Солнца (из Морского астрономического ежегодника). Вычисляют или выбирают астрономические азимуты на средние моменты наблюдений и переводят их в истинные пеленги.

Таким образом, будет получено восемь истинных пеленгов Солнца для восьми равноотстоящих компасных курсов корабля. Выбирают с карты магнитное склонение, приведенное к году плавания, и вычитают его алгебраически из каждого истинного пеленга Солнца, получают магнитные пеленги Солнца для восьми равноотстоящих компасных курсов корабля. Сличают наблюденные средние компасные пеленги с магнитными пеленгами Солнца на одних и тех же компасных курсов, в результате чего получают значения наблюденных девиаций для главных и четвертных компасных курсов. По наблюденным девиациям вычисляются коэффициенты девиации, а затем вычисляется таблица девиации через 15º курса. При вычислении производится обычный контроль и строится график девиации для окончательного контроля вычислений.

Определение девиации по солнцу обычно производиться в тихую погоду, когда картушка компаса ведет себя устойчиво, с тем что бы уверенно брать пеленги солнца.

При пеленговании светил необходимо следить за тем, что бы в момент пеленгования плоскость азимутального круга котелка компаса оставалась горизонтальной. В практике замечается, что при наведении нити предметной мишени пеленгатора на светило руками нажимают на пеленгатор и наклоняют кателок компаса. Пеленг, взятый при таком положении котелка компаса, будит обладать ошибкой.

Отсчеты компасных пеленгов по картушке надо производить быстро, в след за наведением нити предметной мишени на пеленгуемое светило. При пеленговании солнца перед глазной мишенью накидывается цветное стекло, через которое следят, что бы в момент взятия пеленга нить предметной мишени делила диск солнца пополам.

Если магнитное склонение в районе, где определяется девиации, точно неизвестно, то поступают так, получив из вычислений восемь истинных пеленгов Солнца для восьми равноотстоящих компасных курсов, сличают с ними наблюденные средние компасные пеленги и получают восемь поправок компаса для восьми равноотстоящих компасных курсов. Таким образом средняя величина поправок компаса, определенных на восьми равноотстоящих компасных курсах равна величине магнитного склонения плюс коэффициент постоянной девиации. Выбирают из компасного журнала коэффициент постоянной девиации А и рассчитывают величину магнитного склонения для места наблюдения.

Коэффициенты девиации B, C, D и Е могут быть вычислены непосредственно по поправкам компаса, которые в этом случае принимают за условные девиации. В результате вычислений получают коэффициенты девиации B, C, D и Е совершенно правильно, а вычисленная величина коэффициента А будет представлять собой сумму действительной величины коэффициента А и магнитного склонения d.

Определение девиации путевого магнитного компаса по показаниям главного магнитного компаса.

Этим способом определяется девиация у путевых компасов и вообще у всех других компасов, с которых пеленгование не возможно. На восемь главных и четвертных курсов ложатся по путевому компасу, а магнитный курс рассчитывают по компасному курсу главного компаса. Сличение показаний компасов производят 3 - 5 раз и выводят среднее значение. Определение девиации по взаимным пеленгам можно выполнять, когда на видимости не имеется створов и отдаленных предметов, а представляется возможность свезти на берег компас и установить его на треноге. Место установки компаса должно обеспечивать взаимную видимость компаса и судна. При определении девиации по какому-нибудь сигналу (спуск обусловленного сигнального флага, команда по радио и т.п.) измеряют одновременно пеленг с берега и судна. Пеленг с берегового компаса представляет собой МП + 180°, поэтому легко рассчитать и величину девиации.

Определение девиации по сравнению с показаниями гирокомпаса.

В соответствии с международными стандартами, точность любого установленного на судне гирокомпаса должна отвечать следующим минимальным требованиям:

- установившаяся погрешность гирокомпаса - это разность отсчетов истинного и установившегося курсов. Установившийся курс - среднее значение из 10 отсчетов, взятых один за другим через 20 мин после того, как гирокомпас пришёл в меридиан. Считается, что гирокомпас пришел в меридиан, если разность между значениями любых двух отсчетов, взятых через 30 мин, не превышает ±0,7°. Установившаяся погрешность на любом курсе в широтах φ≤60° не должна превышать ±0,75° sec φ. Средняя квадратическая погрешность разностей между отдельными отсчетами курса и его средним значением должна быть менее 0,25° sec φ;

- стабильность установившейся погрешности гирокомпаса от пуска к пуску должна быть в пределах 0,25° sec φ. Стабильность установившейся погрешности основного прибора гирокомпаса должна быть в пределах ±1° sec φ в обычных условиях эксплуатации и вариациях магнитного поля, которые может испытывать судно.

Требуется также, чтобы в широтах φ≤60°:

- включенный в соответствии с инструкцией гирокомпас пришел в меридиан за время не более 6 ч при бортовой и килевой качках с периодом колебаний от 6 до 15 с, амплитудой 5° и максимальном горизонтальном ускорении 0,22 м/с2;

- остаточная постоянная погрешность после ввода коррекции за скорость и курс при скорости 20 уз не должна превышать ±0,25° sec φ;

- погрешность, вызванная быстрым изменением скорости, при начальной скорости 20 уз не должна превышать ±2°;

- погрешности, вызванные бортовой и килевой качкой с периодом колебаний от 6 до 15с, амплитудами 20°, 10° и 5° соответственно при максимальном горизонтальном ускорении, не превышающем 1 м/с2, и рысканием судна должны быть не более 1° sec φ.

 

 






ТОП 5 статей:
Экономическая сущность инвестиций - Экономическая сущность инвестиций – долгосрочные вложения экономических ресурсов сроком более 1 года для получения прибыли путем...
Тема: Федеральный закон от 26.07.2006 N 135-ФЗ - На основании изучения ФЗ № 135, дайте максимально короткое определение следующих понятий с указанием статей и пунктов закона...
Сущность, функции и виды управления в телекоммуникациях - Цели достигаются с помощью различных принципов, функций и методов социально-экономического менеджмента...
Схема построения базисных индексов - Индекс (лат. INDEX – указатель, показатель) - относительная величина, показывающая, во сколько раз уровень изучаемого явления...
Тема 11. Международное космическое право - Правовой режим космического пространства и небесных тел. Принципы деятельности государств по исследованию...



©2015- 2017 pdnr.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.