船铁对磁罗经指向的影响

船铁对磁罗经指向的影响

摘要：磁罗经作为海上航行中重要的指向工具，为船舶海上航行提供安全保障，是船艇上必不可少的重要仪器。文章主要围绕船铁对磁罗经指向的影响，船铁力由哪些组成以及通过对这些力的分析，了解磁罗经的受力情况，为我海警部队海上航行安全能够提供更有力的保障。

关键词：磁罗经，磁力，船铁

引言：安装在钢铁船舶上的磁罗经因为产生自差，会影响船舶的安全航行，有时甚至会使磁罗经失去指向的能力。那么自差是如何产生的，是怎么对磁罗经产生影响的？所以通过本文对此进行研究和分析

正文：

我们都知道船磁会对磁罗经的指向产生影响而船磁又是由船铁硬铁力和软铁力共同组成下面就对船铁硬铁力和软铁力进行分析：

船铁硬力对磁罗经指向的影响分析

硬铁概念:

磁性物质按其保留磁性的大小可分为硬铁和软铁两类，需由较强的外磁场磁化。一经磁化，剩磁可保留较长时间不易消失的磁性材料成为硬铁磁性材料，如碳钢、钴钢、钨钢及其合金。

船舶硬铁材料磁性来源

现代船舶主要由大量钢板和许多机电设备组成，船舶在进行建造期间一直停放在船台上，长时间受用一方向地磁场磁化，致使船舶英体弱材料产生较强磁性。

产生原因：船艇长时间受地磁场定向磁化

特点：对于磁罗经而言，在其位置不变、船艇的钢铁结构不变时，硬铁力的大小及方向是不变的。

船硬铁力对磁罗经的影响分析:

将船硬铁磁力对罗经产生的作用力设为F，将力F投影到罗经的纵向、横向和垂直向三个坐标轴上，得P、Q、R三个硬铁力。P、Q、R三个投影力的大小和符号主要取决于船舶建造时船首方向以及罗经在船上安装的位置。

X轴—P—纵力

Y轴—Q—横力

Z轴—R—垂直力

船铁软力对磁罗经指向的影响分析

软铁本身不具有磁性，受地磁场磁化后才获得感应磁性，并对罗经产生了作用力。船上软铁的形状和分布是比较复杂的，为了简化分析，我们将船软铁分解为无数根纵向、横向和垂直向的软铁杆。纵向、横向和垂直向的软铁杆仅能分别被地磁力的投影X、Y、Z力磁化，下面分别讨论三种软铁杆被地磁力磁化后对罗经产生的作用力。

纵向软铁杆对罗经作用力：

罗经在船上安装好后，它与船铁间的相对位置也固定了，纵向软铁杆仅能被地磁水平纵

向分力X 磁化，其对罗经作用力的大小与X 成正比。设船上所有纵向软铁被X 磁化后对罗经产生的总作用力为lX ，其中l 为比例系数，它取决于纵向软铁数量、软铁磁化率以及与罗经的相对位置。罗经位置固定后，洗漱l 固定不变。合力lX 相对于罗经坐标系可能处于任意方向。lX 在Ox 、Oy 、Oz 三轴进行分解得 Ox aX ，被X 力磁化产生的纵向作用力； Oy dX ，被X 力磁化产生的横向作用力； Oz gX ，被X 力磁化产生的垂直作用力。 同样，船上横向软铁杆和垂直软铁杆分别被地磁力Y 和Z 磁化，船上所有的横向软铁和垂直软铁被磁化后对罗经产生的总作用力分别为mY 和nZ ，其中m 和n 为比例系数，讲mY 和nZ 分别投影到Ox 、Oy 、Oz 三轴上，得bY 、eY 、hY 和cZ 、fZ 、kZ 。

软铁在经过地磁场磁化后，软铁自身产生自带的磁场，而自身磁力的大小以及方向，会随着

软铁安放的位置以及外磁场的变化发生改变，而且还有与船体处于的位域有关。这其中大致

可分为磁化所产生的三个作用力：纵向、横向以及垂直作用力

软铁系数分析结论

aX

bY

cZ

①a、e、k很大，a、e＜0，k＞0。

②b、d、f、h很小，正负号不定，有的船舶几乎为零。（非对称性结构的船舶很少的）

③c、g可能大也可能小，g取决于磁罗经安装的位置。

现代船舶主要由大量钢板和许多机电设备组成，船舶在建造期间一直停放在船台上，较长时间受到地磁场在同一方向的磁化，致使船舶硬铁材料产生较强的磁性。

在泊松方程中，船软铁被地磁力X、Y、Z磁化后对罗经共产生九个作用力，获得a~k

九个软铁系数。其中纵向作用力F分别在纵软铁杆、横软铁杆、垂直软铁杆产生Fa、Fb、Fc 力，其软铁系数为a、b、c。

泊松方程

设X ′、Y ′、Z ′分别表示三个坐标轴上罗盘所受到的作用力之和，则有

X ′= X+aX+ bY+ cZ+ P

Y ′= Y+dX+ eY+ fZ+ Q

Z ′= Z+gX+ hY+ kZ+ R

罗盘通常保持水平，罗盘磁针指向x 轴和y 轴上作用力的合力H′方向，H′和地磁水平分量H 之间的夹角——自差δ。

船舶正平时的自差公式

H′?cosδ= X ′?cos MC?Y ′?sin MCH

sin MCH′?sinδ= X ′?sin MC+Y ′?cos MCN m

将X ′、Y ′、X、Y 代入后，整理得

A’,B’.C’D’E’为自差系数

分析可见作用于罗盘平面的九个地磁力、硬铁力和软铁力合并为六个力，分别为：

（1）指北力λH：沿磁子午线作用指向磁北极，不产生自差，是对罗经的有益分量。λ—称罗经系数。越大，罗经的指向性越好。λ值由软铁系数a 和e 确定，即0 <λ<1。一般标准罗经λ= 0.8 ~ 0.9，操舵罗经λ= 0.6 ~ 0.8。如果λ<0.3，罗经不能正常工作。

（2）自差力A′λH：

垂直于磁子午线方向。若A′>0，则A′λH力指磁东向；若A′<0，则A′λH力指磁西向。（3）自差力B′λH：作用于船舶首尾向上。即MC或MC+180°若B′>0，则B′λH力指船首向；若B′<0，则B′λH力指船尾向。

（4）自差力C ′λH：作用于船舶左右舷正横向上。即MC ±90°若C ′>0，则C′λH力指右正

横向；若C ′<0，则C′λH力指左正横向。

（5）自差力D′λH：作用于2 倍船舶磁航向或加减180°上。若D ′>0，则D′λH力指向为2MC；若D ′<0，则D′λH力指向为2MC±180°。一般商船都是D′>0的情况。

（6）自差力E′λH：作用于船舶2 倍磁航向的正横向上。若E ′>0，则E′λH力指向为2MC+90°；若E ′<0，则E′λH力指向为2MC?90°。

各自差力产生的自差

（1）自差力A′λH：设B′λH= C′λH= D′λH= E′λH= 0，A′λH＞0

H ′?cosδ= λH

H ′?sinδ= A′λHN m

(H ′)2 = (λH)2+ (A′λH)2

可见无论什么航向，A′λH方向总是垂直于磁子午面且大小不变。

tgδA= A′λH/λH= A′δA≈A′

因A′=(d?b)/2λ，可见，δA与磁纬度、航向无关。

（2）自差力B′λH：

δB= B′sin CC 因B′=(cZ+P)/λH

可见，δB与磁纬度、罗航向有关。

（3）自差力C′λH：

δC= C′cos CC δC与罗航向成余弦关系，随磁纬度变化。

（4）自差力D′λH：

δD= D ′sin2CC δD 与2倍罗航向成正弦关系，与磁纬度无关。

（5）自差力E ′λH ：

δE= E ′cos2CC δE 与2倍罗航向成余弦关系，与磁纬度无关。

倾斜自差

倾斜自差产生原因：船倾斜时，罗盘仍保持水平，磁化软铁的地磁力投影力发生变化,船软硬铁力相对于罗盘的作用方向也发生变化，罗盘水平面上作用力与正平时相比发生了变化。 倾斜自差公式 △δi ＝δi —δ 横倾自差公式：

△δi ＝－J'icosCC ，其中 纵倾自差公式：

△δi ＝－J''i sinCC ，其中

纵横倾斜自差

当船横倾时，纵向软铁仍被X 力磁化，而横向及垂直软铁则被地磁力Y 和Z 的投影力Yi 和Zi 磁化。

（i －倾斜角，右倾为“＋”左倾为“－”） 若船向右舷倾斜，船上的软硬铁相对于倾斜后的坐标系OXiYiZi 的位置时不变的，软铁系数

()

H

Z

e k R J λ-+='()H

Z a k R J λ-+=

''

和硬铁力与正平时相同，但磁化软铁的力却为Yi 和Zi;对于倾斜后的坐标系OXiYiZi , 泊松方程为：

Xi '＝X ＋aX ＋cZi ＋P Yi ' ＝Yi ＋eYi ＋Q Zi '＝Zi ＋gX ＋kZi ＋R

罗盘平面纵横轴上作用力的变化情况为：

代入Yi '和Zi '得： 与正平时相比，罗盘平面上产生了横向附加力 —[R+(k-e)Z]i ，罗经将产生横倾自差 倾斜自差性质

（1）随航向变化，N ，S 航向，横倾自差最大；E ，W 航向，纵倾自差最大。 （2）随船所在磁纬度变化，因J'和J''中H ，Z 均随磁纬度变化。 （3）与船的倾斜角度i 成正比，通常罗盘均偏向高舷。

因船左右摇摆具有周期性，故倾斜自差不用东或西表示，而用偏向哪一舷来表示。

结束语 经过上述的分析和论证我们知道，船体是由许多硬铁和软铁刚才组成，经过磁场磁化，由硬铁材料形成的永久磁性成为“永久船磁”；由船软铁材料形成的感性磁性成为“软铁船磁”，两者统称为“船磁”。在船铁硬磁力和软铁力共同作用下，船上罗经北极偏离磁北一定角度产生自差。

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参考文献

[1] 关政军.航海仪器.大连:大连海事大学出版社,2009

[2] 钟美达.磁罗经校正系统研究.哈尔滨工程大学硕士学位论文，2008.

[3] 李发.磁罗经为什么要校正.天津航海期刊,1995,第1期

[4] 关政军.船用磁罗经自差变化的原因[J].大连海事大学学报,2001,03，10-13