Принцип определения направлений по магнитному компасу

Земля представляет собой огромный магнит и имеет свое магнитное поле, которое в каждой конкретной точке земной поверхности характеризуется направлением магнитных силовых линий и напряженностью магнитного поля.

Напряженность магнитного поля – это сила, действующая на единицу магнитной массы – выражается в эрстедах (ампер/метр) и изображается вектором , касательным к магнитной силовой линии (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Напряженность магнитного поля Земли

Принято, что магнитные силовые линии направлены от южного магнитного полюса (S_M) к северному (N_M) и имеют вид замкнутых кривых.

Положение магнитных полюсов не совпадает с положением географических полюсов и меняется с течением времени.

На 1950 г. положение магнитных полюсов:

N_M – (φ ~ 72°N, λ ~ 96°W) – р-н моря Баффина;

S_M – (φ ~ 70°S, λ ~ 150°E) – р-н моря Д. Юрвиля.

На 1972 г. положение магнитных полюсов:

N_M – (φ = 75°42′N, λ =101°00′W) – р-н о. Батерст;

S_M – (φ = 67°30′S, λ = 139°30′E) – берег Георга V.

В 1983 г. экспедиция на «Беллинсгаузене» уточнила положение Р_МS (φ = 65°10′S, λ = 138°40′E – море Д. Юрвиля – 03.02.83 г.)

Если мы проведем вертикальную плоскость через вектор напряженности магнитного поля перпендикулярно к плоскости истинного горизонта, то такая плоскость будет называться плоскостью магнитного меридиана, а пересечение этих плоскостей (пл. ИГН и пл. магнитного меридиана) даст нам линию магнитного меридиана (N_M – S_M).

Работа магнитного компаса основана на использовании магнитного поля Земли, под действием которого магнитная стрелка (основная часть магнитного компаса → его чувствительный элемент), имеющая практически одну степень свободы вокруг вертикальной оси, установится по направлению горизонтальной составляющей земного магнетизма Н (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Горизонтальная составляющая земного магнетизма

(3.1)

где	– вектор напряженности магнитного поля Земли;
	J – магнитное наклонение.

С приближением к магнитным полюсам значение J увеличивается, а следовательно, уменьшается и показания магнитного компаса становятся менее точными.

3.2. Магнитное склонение. Девиация магнитного компаса

3.2.1. Магнитное склонение. Магнитные направления

Так как магнитные полюсы не совпадают с географическими полюсами, то и направление истинного меридиана не совпадает с направлением магнитного меридиана на какой-то угол.

Угол в плоскости истинного горизонта наблюдателя между северной частью истинного и северной частью магнитного меридианов называется магнитным склонением и обозначается как d (рис. 3.3, 3.4).

Магнитное склонение отсчитывается от N_И к востоку (Е) или западу (W) от 0° до 180°.

Если магнитный меридиан (N_M) отклонен к востоку (к Е) от истинного меридиана (рис. 3.3), то магнитное склонение считается восточным и, при вычислениях, ему приписывается знак «+».

Рис. 3.3. Магнитное склонение (восточное)	Рис. 3.4. Магнитное склонение (западное)

Если магнитный меридиан (N_M) отклонен к западу (к W) от истинного меридиана (рис. 3.4), то магнитное склонение считается западным и, при вычислениях, ему приписывается знак «–».

Из рис. 3.5 следует, что для судов № 1 и № 3 d = 0°, а для судна № 2 – d = 180° (max). Для всех других судов, не находящихся на линии, соединяющей P_Nи и P_Nм, (№ 4), склонение может иметь самое различное значение от 0° до 180°.

Рис. 3.5. Значения магнитного склонения

Наблюдениями установлено, что магнитное поле Земли не остается постоянным. Изменение магнитного поля сопровождается изменением элементов земного магнетизма, а, значит и изменением магнитного склонения.

Величина изменения магнитного склонения за один год называется годовым изменением магнитного склонения и составляет, в среднем, от 0,0° до 0,2°.

Данные о магнитном склонении для целей судовождения (его величина, наименование, годовое изменение, к какому году оно приведено) приводятся на МНК (в ее заголовке и в «картушках» на участках карты).

Если магнитное склонение в различных точках карты разное, то данные о нем приводятся или в «картушках» истинных направлений или на меридианах карты.

Изогона – линия, соединяющая точки с одинаковым склонением.

Агона – линия, соединяющая точки с d = 0.

Магнитная  аномалия  –  точка или район, где магнитное склонение резко отличается от окружающего.    ( 1,2°W или магнитное склонение от 6,0°E до 7,0°W ).

Расчет значения магнитного склонения на день плавания производится по данным МНК (карты).

Для плавания в 2008 г. d_{2008 г.} = +5,7° − (0,1° · 18 лет) = 5,7° − 1,8° = 3,9°E

Если на карте указано «годовое увеличение», то для нашего примера d_{2008 г.} = 7,5°E

Примечание: Независимо от наименования магнитное склонение (d) увеличивается или уменьшается по своей абсолютной величине.

Магнитные направления – это направления, измеряемые относительно магнитного меридиана. К ним относятся:

• магнитный курс (МК);
• магнитный пеленг (МП) – (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Магнитные направления

Магнитный курс судна – направление продольной оси судна, измеряемое горизонтальным углом между северной частью магнитного меридиана и носовой частью продольной оси судна. Обозначается – МК.

Магнитный пеленг – горизонтальный угол между северной частью магнитного меридиана наблюдателя и направлением из точки наблюдения на объект. Обозначается – МП.

Магнитный курс (МК) и магнитный пеленг (МП) измеряются от N_M по часовой стрелке от 0° до 360° (круговая система счета направлений).

Связь магнитных и истинных направлений осуществляется по формулам:

(3.2)

(формулы алгебраические).

Так на судне определяются истинные направления по магнитному компасу если бы он находился под воздействием только одного магнитного поля Земли.

Но на магнитный компас, установленный на судне, кроме магнитного поля Земли, будет воздействовать и общее магнитное поле судна, создаваемое судовым железом, намагниченным силой земного магнетизма, а также работой судовых электроустановок.

Следствием этого является то, что стрелка магнитного компаса отклонится и от направления магнитного меридиана и установится по направлению равнодействующей всех вышеуказанных сил (магнитного и электромагнитного полей судна).

Т.е. далее будем говорить уже не о магнитных, а о компасных направлениях и связывать их и с магнитными и с истинными направлениями.

3.2.2. Девиация магнитного компаса. Компасные направления.

Плоскость компасного меридиана – вертикальная плоскость, проходящая через стрелку магнитного компаса, установленного на судне и перпендикулярная плоскости истинного горизонта наблюдателя.

Компасный меридиан (N_К – S_К) – линия пересечения плоскости компасного меридиана с плоскостью истинного горизонта наблюдателя.

Девиация магнитного компаса – угол в плоскости истинного горизонта наблюдателя между северными частями магнитного и компасного меридианов (обозначается символом – δ - дельта) рис. 3.7.

Рис. 3.7. Девиация магнитного компаса

Девиация магнитного компаса (δ) отсчитывается от северной части магнитного меридиана к Е или к W от 0° до 180°.

При вычислениях восточную (Е) девиацию принято считать положительной («+»), а западную (W) – отрицательной («–»).

Девиация магнитного компаса (δ) зависит от многих причин:

• района плавания;
• курса судна;
• состояния корпуса судна;
• работы электромеханизмов и др.

Направления, измеряемые относительно компасного меридиана называют компасными направлениями. К ним относятся: – компасный курс, компасный пеленг (рис. 3.8).

Рис. 3.8. Компасные (по магнитному компасу) направления

Компасный курс (по магнитному компасу) – направление продольной оси судна, измеряемое горизонтальным углом между северной частью компасного меридиана магнитного компаса и носовой частью продольной оси судна. Обозначается – КК_МК.

Компасный пеленг (по магнитному компасу) – горизонтальный угол между северной частью компасного (по магнитному компасу) меридиана наблюдателя и направлением из точки наблюдения на объект. Обозначается – КП_МК.

Компасные направления по магнитному компасу (КК_МК и КП_МК) измеряются от северной части компасного меридиана магнитного компаса по часовой стрелке от 0° до 360° (круговая система счета направлений). Зависимость между компасными направлениями магнитного компаса и его магнитными направлениями определяется формулами:

(3.3)

(формулы алгебраические).

Для перехода от компасных направлений по магнитному компасу к истинным направлениям и обратно служит общая поправка магнитного компаса (рис. 3.9, 3.10).

Рис. 3.9. Поправка магнитного компаса (положительная)	Рис. 3.10. Поправка магнитного компаса (отрицательная)

Поправка магнитного компаса – это горизонтальный угол в плоскости истинного горизонта наблюдателя между северной частью истинного и северной частью компасного (по магнитному компасу) меридианов.

Обозначается как ΔМК. Пределы ее измерения (изменения) от 0° до 180°.

Если компасный меридиан магнитного компаса (N_Kмк) отклонен к востоку (к Е) от истинного меридиана (N_И), то поправка магнитного компаса (ΔМК) считается положительной (рис. 3.9) и при вычислениях ей придается знак «+».

Если компасный меридиан магнитного компаса (N_Kмк) отклонен к западу (к W) от истинного меридиана (N_И), то поправка магнитного компаса (ΔМК) считается отрицательной (рис. 3.10) и при вычислениях ей придается знак «–».

Теперь ясно, что для перехода от компасных направлений по магнитному компасу (снимаемые с прибора значения КК_МК или КП_МК) к истинным направлениям, которые будем проводить на карте – нам нужно знать значение поправки магнитного компаса (ΔМК).

3.3. Поправка магнитного компаса и ее определение

Магнитное склонение (d) меняется со временем и с изменением координат судна, но его значение на заданный момент (год плавания) и для данного района плавания можно всегда рассчитать по данным морской навигационной карты.

Девиация же магнитного компаса (δ) изменяется не только при изменении координат места, но и с изменением курса судна, от вида и размеров груза, от положения грузовых, поворотных и выдвижных устройств судна и других причин.

Значит определение поправки магнитного компаса – это определение его δ. Значение девиации не должно быть большим.

Как правило 2 раза в год, после ремонта, докования, отстоя и т.д. по специальной методике «уничтожаются» все виды девиации (магнитная, электромагнитная, креновая) после чего определяется остаточная девиация тем или иным способом.

Величина остаточной девиации оформляется в виде таблицы или графика. Определение остаточной девиации производится при определенных положениях грузовых, поворотных и выдвижных устройств судна и дважды → для судов, оборудованных специальным размагничивающим устройством:

1. – при включенном размагничивающем устройстве («РУ включено»);
2. – при выключенном размагничивающем устройстве («РУ выключено»).

Значение девиации мы можем получить, если сравним магнитные направления (МП или МК) с соответствующими им компасными направлениями по магнитному компасу (КП_МК или КК_МК).

Рассмотрим способы определения δ:

I. Определение девиации по створу, магнитное направление которого известно.

В момент пересечения створа (рис. 3.11) на выбранном курсе берется отсчет компасного пеленга (КП). Наблюденная девиация вычисляется по формуле:

Рис. 3.11. Определение девиации магнитного компаса по створу

II. Определение девиации по створу, магнитное направление которого неизвестно.

При этом способе в качестве объекта для пеленгования используется створ любых неподвижных ориентиров.

При пересечении линии створа на каждом из 8 равноотстоящих компасных курсах (0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270°, 315°) снимают значения компасных пеленгов створа (КП).

Рассчитывается значение магнитного пеленга (МП) по формуле:

(3.8)

где А – коэффициент девиации из прежних наблюдений.

δ = МП − КП

III. Определение девиации по пеленгам отдаленного предмета (рис. 3.12).

Рис. 3.12. Определение поправки магнитного компаса
по пеленгам отдаленного ориентира

Если акватория стеснена для маневрирования, то для покладки судна на каждый из 8 компасных курсов используется обеспечивающий буксир.

(3.9)

где ИП и d – с карты.

IV. Определение девиации по пеленгам небесного светила.

На каждом из 8 компасных курсов производится замер компасного пеленга светила, имеющего высоту над горизонтом не > 15°.

По специальной методике с использованием МАЕ, ВАС (ТВА) рассчитываются счислимые азимуты светила (А_с) для каждого замера пеленга.

(3.10)

V. Определение девиации способом «взаимных пеленгов».

На берегу, где известно магнитное склонение d, устанавливается магнитный компас. По сигналу одновременно берут пеленг на береговой компас с судна, и наоборот.

(3.11)

Стрелка компаса на берегу находится в плоскости магнитного меридиана. При необходимости в хорошую погоду этот способ можно использовать и в открытом море, где роль «берегового» компаса может выполнить компас, установленный на деревянной шлюпке.

VI. Определение девиации по сличению показаний двух компасов

Способ используется для определения девиации путевых компасов. На каждом из 8 компасных курсов по сигналу «Ноль» снимаются показания курса и на главном (1-й наблюдатель) и на путевом (2-й наблюдатель) компасах.

Девиация путевого компаса вычисляется по формуле:

Вместо главного магнитного компаса (если его нет) можно использовать гирокомпас, тогда:

(3.13)

Таблица девиации составляется для значений компасных курсов через каждые 10°. Было бы логично и определять ее тем или иным способом тоже через 10°, а это значит, что судно, при определении остаточной девиации для каждого режима («РУ включено» и «РУ выключено») должно ложиться на нужный курс 36 · 2 раз. А если еще учесть и то, что картушка магнитного компаса приходит в меридиан только через 3÷5 мин. после поворота, то время работ по определению остаточной девиации магнитного компаса составит большую величину.

Метод расчета остаточной девиации через каждые 10° по значениям коэффициентов девиации, рассчитанных по данным 8 компасных курсов, значительно сокращает время, экономит ресурсы судна.

Коэффициенты девиации А, В, С, D и Е вычисляются по девиациям, наблюденным только на 8 курсах (0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270°, 315°) по способу наименьших квадратов, по формулам:

	(3.14)
δ = A + B · sin KK + C · cos KK + D · sin 2KK + E · cos 2KK	(3.15)

Расчет по формулам (3.14, 3.15) выполняется по специальным схемам (см. «Книжку девиатора»), а результаты заносятся в специальную таблицу «Рабочих таблиц штурмана» (см. таблицу 3.1.).

Девиация магнитного компаса (учебная)

Таблица 3.1.

3.4. Расчет истинных направлений по магнитному компасу

3.4.1. Перевод и исправление румбов

При расчете истинных направлений по магнитному компасу следует учитывать условия использования этого курсоуказателя.

1. Если магнитный компас находится вне поля действия судового железа и электромагнитного поля судна (на берегу, в шлюпке, антимагнитном судне и пр.), то можно считать, что δ = 0 и ΔМК = d (т.е. магнитный и компасный меридианы совпадают) – тогда, (рис. 3.13):
   

   Рис. 3.13. Расчет истинных направлений по магнитному компасу (при δ = 0)

   (3.16)

2. Если магнитный компас находится на судне и подвержен влиянию его полей, то δ ≠ 0 и ΔМК = d + δ, тогда (рис. 3.14):
   

   Рис. 3.14. Расчет истинных направлений по магнитному компасу (при δ ≠ 0)

   (3.17)

Переход от компасных направлений к истинным (или от компасных к магнитным) получил название – исправление румбов.

(3.18)

Переход от одних направлений (магнитных или истинных) к другим (компасным) получил название – перевод румбов.

(3.19)

3.4.2. Задачи на приведение магнитного склонения (d) к году плавания и расчета поправки магнитного компаса (ΔМК)

(год плавания – 2008 г.; δ − из табл. 3.1)

3.4.3. Задачи на перевод и исправление румбов

(определить значения: 1. δ − из табл. 3.1; 2. ΔМК; 3. ИК; 4. МК; 5. МП; 6. ИП; 7. КУ)

Выводы

1. Работу магнитного компаса определяет магнитное поле Земли. Чем ближе компас к магнитному полюсу, тем неустойчивее его показания.
2. В условиях берега или антимагнитного судна (деревянная шлюпка) магнитный компас показывает направление магнитного меридиана отличающееся от направления истинного меридиана на величину магнитного склонения.
3. Наибольшее значение магнитного склонения 180° (судно находится на линии, соединяющей географический и магнитный полюсы и между ними), а само значение d определяется по карте.
4. В условиях судна магнитный компас показывает направление компасного меридиана отличающееся от направления магнитного меридиана на величину девиации магнитного компаса, а от направления истинного меридиана на величину поправки магнитного компаса.
5. Девиация магнитного компаса периодически уничтожается. Остаточные ее значения определяются, заносятся в «Таблицу девиации магнитного компаса» и учитываются при расчете истинных направлений.
6. Переход от компасных направлений к истинным называется исправлением румбов, а переход от истинных направлений к компасным – переводом румбов.

Примечание: Самоконтроль знаний по теме проводится по тестовым заданиям к главе на базе приложения «Компьютерная система тестирования знаний «OPENTEST».