ЭСБЕ/Девиация компаса

Девиация компаса
Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона

Словник: Давенпорт — Десмин. Источник: т. X (1893): Давенпорт — Десмин, с. 244—247 ( скан · индекс ) • Даты российских событий указаны по юлианскому календарю.

Фиг. 1

Девиация компаса — отклонение его стрелки от направления магнитного меридиана под влиянием судового железа. Так как это железо намагничивается земным магнетизмом различно при различных положениях корабля относительно магнитного меридиана, то и Д. изменяется вместе с курсом корабля; для каждого курса Д. имеет особую величину, которая, однако, не остается постоянной, а при переходе корабля в другие магнитные широты тоже изменяется. Д. для каждого из компасов, находящихся на корабле, определяется из наблюдений, сущность которых состоит в том, что корабль ворочают последовательно на все курсы, отличающиеся друг от друга градусов на 10—15, и замечают на каждом из них по компасу или направление какого-нибудь отдаленного предмета или же азимут солнца и время; сличив затем замеченные направления с действительным направлением на тот же предмет, снятым с карты, или же наблюденные азимуты — с вычисленными, принимая в расчет и склонение компаса, находят величину Д. для сказанных курсов. Чтобы иметь её величину для всех прочих курсов строят следующую диаграмму, называемую Непировой, по имени английского капитана, предложившего ее в 50-х годах. На прямой nn (фиг. 1), представляющем как бы развернутую окружность картушки компаса, нанесены румбы n, nto… и градусы и затем проведены две системы прямых линий, наклоненных к этой прямой под углом в 60°; одна система проводится пунктирами, другая сплошными линиями. Отложив по пунктирным прямым, проведенным через точки прямой nn, соответствующие тем замеченным по компасу курсам, на которых наблюдалась Д., ее величину в градусах, в том масштабе, который принят для nn, получают ряд точек и проводят через них согласную кривую, которая и представит зависимость величины Д. от курса. Курс, замеченный по компасу, называется компасным; компасный курс, исправленный Д., — магнитным. В плавании приходится постоянно находить как магнитный курс, соответствующий данному компасному, так и обратно. Непирова диаграмма отвечает обеим целям — Д., соответствующая данному магнитному курсу, снимается с той же кривой, но только ордината проводится параллельно сплошным линиям. Первый предложивший средство для уничтожения Д. компаса был Барров (см.), помещавший для этого близ компаса железный диск, который, намагничиваясь под влиянием земного магнетизма, противодействовал до известной степени магнитному действию судового железа. Основателем же математической теории Д. признают Пуассона, давшего в 1841 г. в мемуаре «Sur les deviations de la boussole, produites par le fer des vaisseaux» уравнения равномагнитной стрелки, находящейся под влиянием судового железа. Вскоре после появления мемуара Пуассона астроном Эри, основываясь на теории Пуассона, предложил способ уничтожения Д., помещая около компаса магниты и бруски мягкого железа. Способ этот по своей простоте остается в употреблении и доныне. Но Д., уничтоженная в данном месте, появляется вновь, как только корабль перейдет в другую магнитную широту. В конце пятидесятых годов неизвестность Д., изменившейся за время перехода, была причиной целого ряда крушений железных пароходов и по требованию парламента был образован в Англии «компасный комитет», которого члены Арчибальд, Смит и Джон Эванс развили подробно теорию Пуассона и придали ей форму, удобную для непосредственных применений на практике. Составленное ими и изданное комитетом «Руководство по Д. компасов» было переведено на все языки и не утратило и доныне своего значения. Сущность математической теории Д. в следующем. Очевидно, достаточно рассматривать силы, действующие на N-ый конец стрелки компаса, и можно пренебрегать ее длиной сравнительно с расстоянием до ближайших масс судового железа; тогда приняв начало координат в центре компаса и направив положительную ось х-ов параллельно диаметральной плоскости корабля горизонтально к носу корабля, ось у-ков горизонтально к правому борту и ось х-ов вертикально вниз, получим следующие три уравнения Пуассона.

X′ = Х + аХ + bY + cZ + P

Y′ = Y + dX + eY + fZ + Q

Z′ = Z + gX + hY + kZ + R

где X, Y, Z суть составляющие напряжения земного магнетизма в данном месте; a, b, с… k, P, Q, R — некоторые постоянные для данного корабля, Х′, Y′, Z′ — составляющие магнитного напряжения в корабле в центре компаса. При прямом положении корабля достаточно рассмотреть первые два уравнения; пусть ON (фиг. 2) есть направление магнитного меридиана и ON′ направление стрелок, тогда угол С есть магнитный курс и угол NON′ = δ — Δ.; называя через H горизонтальную составляющую земного магнетизма и Н′ — горизонтальную составляющую магнитного напряжения на корабле, легко видеть, что

H′cosδ = X′cosζ — Y′sinζ

H′sinδ = X′sinζ + Y′cosζ;

подставляя вместо X′ и Y′ их величины и замечая, что X = Hcosζ, Y = Hsinζ и Z = HtgΘ есть магнитное наклонение, после простых тригонометрических преобразований получим формулы:

$\left.{\begin{aligned}&{\frac {\mathrm {H} '}{\lambda \mathrm {H} }}\cos \delta =1+{\mathfrak {B}}\cos \zeta -{\mathfrak {C}}\sin \zeta +{\mathfrak {D}}\cos 2\zeta -{\mathfrak {E}}\sin 2\zeta \\&{\frac {\mathrm {H} '}{\lambda \mathrm {H} }}\sin \delta ={\mathfrak {A}}+{\mathfrak {B}}\sin \zeta +{\mathfrak {C}}\sin \zeta +{\mathfrak {D}}\sin 2\zeta +{\mathfrak {E}}\cos 2\zeta \end{aligned}}\right\}$

(1)

где

$\left.{\begin{aligned}\lambda &=1+{\frac {\mathrm {a+e} }{2}}\\{\mathfrak {A}}&={\frac {1}{\lambda }}\cdot {\frac {\mathrm {d-b} }{2}}\\{\mathfrak {B}}&={\frac {1}{\lambda }}\left(\mathrm {c} \operatorname {tg} \theta +\mathrm {\frac {P}{H}} \right)\\{\mathfrak {C}}&={\frac {1}{\lambda }}\left(\mathrm {f} \operatorname {tg} \theta +\mathrm {\frac {Q}{H}} \right)\\{\mathfrak {D}}&={\frac {1}{\lambda }}\cdot {\frac {\mathrm {a-e} }{2}}\\{\mathfrak {E}}&={\frac {1}{\lambda }}\cdot {\frac {\mathrm {d+b} }{2}}\end{aligned}}\right\}$

(2)

Из уравнений (1) тотчас же получаем основную формулу теории Д., показывающую зависимость Д. от курса:

$\operatorname {tg} \delta ={\frac {{\mathfrak {A}}+{\mathfrak {B}}\sin \zeta -{\mathfrak {C}}\cos \zeta +{\mathfrak {D}}\sin 2\zeta +{\mathfrak {E}}\cos 2\zeta }{1+{\mathfrak {B}}\cos \zeta -{\mathfrak {C}}\sin \zeta +{\mathfrak {D}}\cos 2\zeta -{\mathfrak {E}}\sin 2\zeta }}$

(3)

Величины ${\mathfrak {A}},\ {\mathfrak {B}}\dots {\mathfrak {E}}$ называются точными коэффициентами Д. Из формулы (3) можно получить разложение величины самой Д. δ в периодический ряд, и когда δ не превышает 20°, то в этом ряду достаточно удержать только первые пять членов, так что будет

$\mathrm {\delta =A+B\sin \zeta +C\cos \zeta +D\sin 2\zeta +E\cos 2\zeta ,}$

(4)

где А, В, С, D, E суть некоторые функции ${\mathfrak {A}}\dots {\mathfrak {E}}$. Этой приближенной формулой обыкновенно и пользуются в практике; и величины А, В…E называют приближенными коэффициентами Д. Формулы (1) и (2) показывают, что при изменении магнитной широты переменяются только величины ${\mathfrak {B}}$ и ${\mathfrak {C}}$, так как только они зависят от местного магнитного наклонения θ и напряжения Н.

Когда девиация определена из наблюдений на достаточное число курсов, то могут быть вычислены и ее коэффициенты, и таким образом получатся величины ${\mathfrak {A}}$, ${\mathfrak {D}}$ и ${\mathfrak {E}}$ раз и навсегда; чтобы затем в новом месте определить девиацию на все курсы, достаточно только двух наблюдений, по которым можно будет найти новые величины коэффициентов ${\mathfrak {B}}$ и ${\mathfrak {C}}$; вместе с тем, если эти величины были определены для двух линий, значительно отличающихся по магнитным элементам, то можно вычислить величины с, f, P и Q, а тогда уже вперед вычислять девиацию для всякого опыта, если только для него известны θ и Н.

Формулам (1) можно придать следующее наглядное истолкование: на берегу на стрелку компаса действует только сила Н, направленная по магнитному меридиану, на корабле же стрелка компаса находится под действием следующих шести сил:

1) $\lambda \mathrm {H}$ — направленной по магнитному меридиану.

2) $\lambda {\mathfrak {A}}\mathrm {H}$ — направ. по перпендикуляру к магнитному меридиану: вправо, если ${\mathfrak {A}}$ положительное, и влево, если ${\mathfrak {A}}$ отрицательное.

3) $\lambda {\mathfrak {B}}\mathrm {H}$ — направленной по диаметральной плоскости к носу, если ${\mathfrak {B}}>0$, и к корме, если ${\mathfrak {B}}<0.$

4) $\lambda {\mathfrak {C}}\mathrm {H}$, перпендикулярной к диаметральной плоскости корабля: вправо, если ${\mathfrak {C}}>0$, и влево, если ${\mathfrak {C}}<0.$

5) $\lambda {\mathfrak {D}}\mathrm {H}$ — под углом двойного магнитного курса к меридиану, или, как обыкновенно говорят, по направлению зеркального изображения магнитного меридиана в диаметральной плоскости, или по направлению обратному, когда ${\mathfrak {D}}<0.$

6) $\lambda {\mathfrak {E}}\mathrm {H}$, перпендикулярной к зеркальному изображению меридиана в диаметр. плоскости: вправо от него, если ${\mathfrak {E}}>0$, и влево, если ${\mathfrak {E}}<0.$

Фиг. 3

Чтобы построить силу, действующую на стрелку компаса на данном курсе, откладывают по прямой ON (фиг. 3), принимаемой за меридиан, длину ОН, изображающую в произвольном масштабе силу λH (обыкновенно эта длина принимается за 1), и затем

$\mathrm {HA} =\lambda {\mathfrak {A}}\mathrm {H} ,\ \mathrm {AB} =\lambda {\mathfrak {B}}\mathrm {H}$

$\mathrm {BC} =\lambda {\mathfrak {C}}\mathrm {H} ,\ \mathrm {CD} =\lambda {\mathfrak {D}}\mathrm {H}$ и

$\mathrm {DE} =\lambda {\mathfrak {E}}\mathrm {H}$

тогда длина ОЕ представит силу Н′, выраженную в долях λH, и угол NOE = δ будет представлять Д. на данном магнитном курсе ζ. Выполнив это построение для курсов по всей окружности, увидим, что геометрическое место точки E будет некоторая кривая (как нетрудно доказать — улитка Паскаля). Такое графическое построение силы, действующей на стрелку компаса и Д. его, называется дигограммою (dynamo-goniogramma).

Дигограмма может быть построена и иначе, и одно из построений может легко быть выполняемо непрерывно механически, и таким образом построен прибор, показывающий автоматически величину Д. и силы, действующей на стрелку компаса для любого курса (см. Дромоскоп). Для измерения величины силы, действующей на стрелку компаса, служит прибор, называемый дефлектором (см.). Самый совершенный из этих приборов изобретен капитан-лейтенантом (ныне ген.-майором) нашего флота И. П. де-Колонгом; им же подробно разработаны геометрические свойства и разные способы построения дигограммы и показано весьма простое геометрическое построение, которым находятся все пять коэффициентов девиации и величина λ по наблюдениям девиации и силы на трех произвольных курсах корабля; он же довел до совершенства приборы и способы уничтожения Д.; благодаря трудам И. П. де-Колонга наш военный флот имеет самые совершенные компасы (см. Компас).

При выводе основных формул (1) и (3) предполагалась, что корабль находится в прямом положении; поэтому необходимо разобрать и влияние крена корабля на девиацию компаса. Оказывается, что от крена появляется несколько сил, из которых одна может иметь значительное влияние на компас, остальными же можно пренебрегать. Эта сила пропорциональна углу крена и действует перпендикулярно к диаметральной плоскости и выражается таким образом:

$i\left({\frac {\mu }{\lambda }}+{\mathfrak {D}}-\right)\operatorname {tg} \theta \cdot \lambda \mathrm {H} ,$

где $\mu =1+\lambda +{\frac {\mathrm {R} }{\mathrm {H} \operatorname {tg} \theta }}.$

Уничтожение девиации основано на следующем: нетрудно убедиться, что магнит, помещенный под компасом так, чтобы его середина была под центром стрелок и ось была параллельна диаметральной плоскости, производит на стрелки такое же влияние, как и сила $\lambda {\mathfrak {A}}\mathrm {H}$, точно так же магнит, поставленный перпендикулярно к диаметральной плоскости, действует как $\lambda {\mathfrak {C}}\mathrm {H}$, и наконец, брусок мягкого железа, расположенный, как показано на фиг., действует как сила $\lambda {\mathfrak {D}}\mathrm {H}$. Вместе с тем оказывается, что для главных компасов, расположенных в диаметральной плоскости ${\mathfrak {A}}={\mathfrak {E}}=0$, и коэффициент ${\mathfrak {D}}$ всегда положительный.

Поэтому, чтобы уничтожить девиацию, надо расположить магниты и бруски железа так, чтобы производимые ими на компас силы были равны и противоположны возмущающим силам $\lambda {\mathfrak {B}}\mathrm {H} ,\ \lambda {\mathfrak {C}}\mathrm {H}$ и $\lambda {\mathfrak {D}}\mathrm {H}$. Это может быть достигнуто различными способами. Ограничимся указанием на сущность способа Эри. Повернув корабль на магнитный курс N или S, ставят магнит перпендикулярно диаметральной плоскости и приближают его к компасу настолько, чтобы девиация равнялась нулю; в этом положении закрепляют магнит — он уничтожает силу $\lambda {\mathfrak {C}}\mathrm {H}$; повернув затем корабль на курс О или W, ставят другой магнит, параллельный диаметральной плоскости, и приближают его настолько, чтобы девиация равнялась нулю — этот магнит уничтожает силу $\lambda {\mathfrak {B}}\mathrm {H}$, повернув затем корабль на один из курсов NO, SO, SW или NW, ставят бруски железа и приближают их настолько, чтобы довести девиацию на занимаемом кораблем курсе до нуля. В этом положении бруски уничтожают силу $\lambda {\mathfrak {D}}\mathrm {H}$. Таким образом девиация будет уничтожена. Благодаря же дефлектору и приборам полковника де Колонга можно уничтожить девиацию, не ворочая корабля на разные курсы, а на любом курсе. Для подробного ознакомления с теорией Д. компасов и способами ее уничтожении отсылаем к статьям И. П. де-Колонга, помещенным в «Мор. сборнике», и к читаемому им в Никол. мор. акад. курсу по этому предмету. Из писавших о Д. на русском языке можно упомянуть капитана Б. Белавенца.

А. Крылов.