Магнитное поле судна. Основные характеристики земного и судового магнитных полей. Уравнения Пуассона и А. Смитта. Судовые магнитные силы (СМС). Алфавитный указатель терминов на английском языке

Стальной набор корпуса судна, его обшивка приобретают магнитные свойства с момента постройки. В магнитном поле Земли все продольные, поперечные и вертикальные связи судна намагничиваются неодинаково. Судовое железо в магнитном отношении принято делить на твердое и мягкое.

Твердое судовое железо обладает свойством постоянных магнитов. Постоянный магнетизм, приобретенный судном во время постройки, сохраняется годами. Мягкое в магнитном отношении судовое железо не «задерживает» магнитное состояние надолго Оно обладает индуктивным магнетизмом, зависящим от положения корпуса судна относительно магнитного меридиана.

Рис. 20.


Таким образом, на магнитную стрелку компаса, установленного на судне, оказывают влияние магнитные силы твердого и мягкого в магнитном отношении железа, причем действие их различно. Кроме того, в результате действия магнитных сил, возникающих от магнитного поля, создаваемого различными работающими судовыми агрегатами, контурами с током, стрелка компаса отклоняется от магнитного меридиана. Вертикальную плоскость, проходящую через полюсы подвешенной за центр тяжести магнитной стрелки на судне, имеющей свободное вращение вокруг вертикальной оси, называют плоскостью компасного меридиана в данной точке судна. Компасный меридиан - это воображаемая линия пересечения плоскости истинного горизонта наблюдателя с плоскостью компасного меридиана, проходящей через данную точку на судне.

Угол в плоскости истинного горизонта наблюдателя между магнитным и компасным меридианами называют девиацией магнитного компаса (б). Этот угол отсчитывают от нордовой части магнитного меридиана к O st или W от 0 до 180°. Девиацию называют остовой (восточной), если северная часть компасного меридиана отклоняется от северной части магнитного меридиана к востоку, западной (вестовой), если северная часть компасного меридиана отклоняется от северной части магнитного меридиана к западу. Остовой девиации приписывают знак «плюс», а вестовой - знак «минус» (рис. 20). Величина и знак девиации зависят от влияния, которое оказывает на магнитную стрелку компаса магнитное поле судна совместно с земным магнитным полем.

По характеру возникновения различают полукруговую, четвертную и креновую девиации. Полукруговая создается твердым в магнитном отношении железом, четвертная - мягким, креновая возникает во время качки судна.

Значительная девиация создает большие неудобства при пользовании магнитным компасом. Поэтому на судах уничтожают девиацию путем искусственного создания в центре компаса сил, одинаковых по характеру, равных по величине и противоположных по направлению силам, вызывающим девиацию. Для этого бруски твердого и мягкого железа располагают около компаса в специальных приспособлениях. Компас будет автономным и надежным курсо-указателем в том случае, если силы, вызывающие девиацию, компенсируются.

Уничтожение девиации компаса на судне - трудоемкая работа, обычно выполняемая специалистами-девиаторами, а иногда и судоводителями.

После уничтожения девиации у судовых магнитных компасов определяют остаточную девиацию, которая обычно не превышает 2-3°. Ее находят из наблюдений на восьми равноотстоящих главных и четвертных курсах.

Для определения остаточной девиации компасов существует

Несколько способов. Чаще всего ее определяют по:

Створам;

Пеленгу отдаленного предмета;

Взаимным пеленгам;

Пеленгам небесных светил.

Простой и наиболее точный способ - это определение девиации по створам. Для этого, следуя одним из курсов, пересекают линию створных знаков, магнитное направление которых известно. В момент пересечения створов, по магнитному компасу замечают компасный пеленг створов.

Девиация на данном курсе определится из соотношений:

Б = ОМП - ОКП; б = МП -КП,

Где ОМП - отсчет магнитного пеленга;

ОКП - отсчет компасного пеленга.

Определив остаточную девиацию, по специальным формулам вычисляют таблицу девиации для компасных курсов через 15 или 10° (табл. 1).

Правилами технической эксплуатации предусмотрено уничтожение девиации магнитного компаса не реже раза в шесть месяцев. Если на судне производились ремонтные работы с применением электросварки, а также после погрузки грузов, изменяющих магнитное состояние судна (металлические конструкции, трубы, рельсы и т. п.), необходимо дополнительно уничтожить девиацию. В этих случаях при выдаче капитану плана-задания на рейс следует учитывать время, необходимое для уничтожения и определения девиации компаса. Обычно на девиационные работы требуется 2-4 ч. Судно приводят в походное состояние, трюмы закрывают, грузовые стрелы укладывают по-походному, палубный груз принайтовывают, а затем выходят на рейд, оборудованный специальными створами, и девиатор производит все работы по уничтожению девиации.

Магнитные компасы (МК) являются резервными и контролирующими курсоуказателями. В случае отказа гирокомпаса управление производится по магнитному компасу, а при исправном гирокомпасе надлежит каждый час сличать показания гирокомпаса с магнитным компасом для контроля правильности работы гирокомпаса.

Под действием магнитного поля Земли и магнитного поля судна картушка магнитного компаса устанавливается в плоскости компасного меридиана, положение которого отличается от положения плоскости истинного меридиана на величину поправки магнитного компаса. Эта поправка является суммой девиации МК и магнитного склонения.

Магнитное склонение d - это угол между плоскостями истинного и магнитного меридиана, его можно получить с карты, приводя к году плавания.
Девиация магнитного компаса - это угол между плоскостями магнитного и компасного меридиана.

Причиной появления девиации являются магнитное поле судна, которое искажает магнитное поле Земли. Судовые металлические конструкции по своим магнитным свойствам подразделяются на твердое и мягкое в магнитном отношении железа.

Под твердым судовым железом подразумеваются металлические конструкции судна, которые 1 раз намагнитившись в магнитном поле Земли, больше не перемагничиваются, т.е. их можно рассматривать как постоянные магниты.

Твердое судовое железо создает постоянное магнитное поле судна. Мягкое судовое железо обладает индуктивным магнетизмом, т.е. при изменении его положения относительно магнитного поля Земли происходит перемагничивание мягкого судового железа и это железо создает переменное магнитное поле судна, которое изменяется при изменении курса судна.

Таким образом, твердое и мягкое судовое железо создают девиацию магнитного компаса, которая выражается основной формулой девиации:

Анализ этой формулы показывает, что девиация имеет постоянную составляющую (девиацию), полукруговую девиацию, зависящую от курса судна и четвертную девиацию, которая зависит от удвоенного курса 2K.

Постоянная и четвертная девиации, соответственно с коэффициентами A, D, E возникают из-за мягкого судового железа. А полукруговая девиация с коэффициентами B и C вызывается твердым судовым железом.
Уничтожение постоянной и четвертной девиации производится мягким железом, из которого изготавливаются магнитные компенсаторы в виде шаров или цилиндров. Эти компенсаторы устанавливаются вблизи картушки магнитного компаса и создают переменное магнитное поле, которое компенсирует переменное магнитное поле судна.

Постоянную четвертную девиацию уничтожают по специальной методике девиаторы при установке МК на судне. Так как, четвертная и постоянная девиация мало изменяются, то их повторное уничтожение не производится. Полукруговая девиация возникает из-за твердого судового железа, создающего постоянное магнитное поле судна, поэтому ее уничтожение производится с помощью магнитов-уничтожителей, которые расположены в девиационном приборе магнитного компаса.
Так как полукруговая девиация вызывается продольной магнитной силой и поперечной силой, то имеется 2 пары магнитов-уничтожителей для компенсации данных сил.
Одна пара расположена в диаметральной плоскости судна (продольные магниты-уничтожители(для уничтожения силы)), а вторая пара - перпендикулярно диаметральной плоскости.

Поперечные магниты - уничтожители для уничтожения силы.

Положение магнитов-уничтожителей подбирается так, чтобы они компенсировали постоянное магнитное поле судна, т.е. силы и.

Полукруговая девиация является изменчивой и необходимо регулярное ее уничтожение в случае, если она изменяется больше, чем на 3 градуса. Рекомендуется проверять и уничтожать полукруговую девиацию ежегодно.

Для уничтожения полукруговой девиации применяют способ Эри. Он выполняется на 4 главных курсах.
Для уничтожения поперечной магнитной силы необходимо:
1) Лечь на магнитный курс 0 градусов.

2) Отметить по магнитному компасу девиацию на этом курсе и с помощью поперечных магнитов-уничтожителей довести эту девиацию до нуля.

3) Лечь на магнитный курс 180. Наблюдаемую девиацию по МК с помощью магнитов-уничтожителей девиацию уменьшить на половину. В этом случае магнитная сила уничтожена полностью.

4) Для уничтожения продольной силы необходимо лечь на магнитный курс 90 и с помощью продольных магнитов-уничтожителей довести наблюдаемую девиацию до 0.

5) Необходимо лечь на магнитный курс 270 и с помощью продольных магнитных магнитов-уничтожителей наблюдаемую девиацию уменьшить на половину. В этому случае сила уничтожена полностью.

На главные магнитные курсы можно ложится с помощью гирокомпаса, зная его поправку и магнитное склонение d.

Величина ГКК для заданного магнитного курса МК выбирается по формуле:

После уничтожения полукруговой девиации необходимо лечь на 8 главных и четвертных компасных курсов по магнитному компасу и определить величину остаточной девиации на каждом из курсов. На каждом компасном курсе замечают значение ГКК и значение девиации рассчитывается по формуле:

По полученным значениям девиации на 8 курсах, рассчитывают коэффициенты девиации A, B, C, D, E.

Затем по этим коэффициентам с помощью основной девиации рассчитывается таблица остаточной девиации с интервалом через 10 градусов курса.

Вектор Т напряжённости магнитного поля Земли лежит в плоскости магнитного меридиана и составляет с плоскостью горизонта некоторый угол I . Этот угол называется магнитным наклонением и может изменяться в пределах .

Наряду с указанным, рассматривают проекции Н и Z вектора Т на плоскость горизонта и на местную вертикаль, соответственно. Эти составляющие определяются следующими равенствами:

. (1.1)
На навигационных картах могут наноситься линии равных значений указанных параметров. Изогонами называют линии равных значений магнитного склонения. Линии равных значений магнитного наклонения получили название изоклин . Линии равных значений Н и Z называются изодинамами .

Земное магнитное поле претерпевает медленное годовое изменение, а также достаточно быстрые вариации, обусловленные, например, активизацией процессов на Солнце. Кроме того, на равномерность магнитного поля Земли существенное влияние оказывают местные магнитные аномалии.

магнитомягкие материалы намагничиваются компонентами магнитного поля Земли. Будем представлять судовое и земное магнитные поля в виде соответствующих составляющих X¢,Y¢,Z¢ и X,Y,Z (рис. 4.1) векторов напряженности (или индукции) этих полей по осям системы координат охуz , жёстко связанной с судном. Особенности намагничивания магнитомягких материалов земным магнитным полем заключается в том, что они будучи намагниченными од

Важно!
ной из компонент этого поля, например компонентой Х, создают свое поле, имеющее, общем в случае, все три компоненты, величины которых пропорциональны намагничивающему полю. Таким образом, при намагничивании материала компонентой Х сам намагниченный материал создаёт поле, имеющее со
ставляющие аХ , и , направленные по осям ох , оу и oz, соответственно (Рис. 4.1). Здесь а, d и g – коэффициенты пропорциональности, определяющие величину указанных составляющих в долях намагничивающего поля. Аналогично, материал, намагниченный составляющей Y земного поля, будет создавать собственное поле с компонентами bY, eY и hY , а намагниченный составляющей Z – с компонентами cZ, fZ и kZ .

Учитывая сказанное, результирующие напряженности судового магнитного поля вдоль осей, связанных с судном, можно представить в виде следующих равенств (рис. 1.33):

X¢ = X + aX + bY + cZ + P,

Y¢ = Y + dX + eY +fZ + Q, (4.1)

Z¢ = Z + gX + hY + kZ + R,

где H, Q и R – компоненты магнитного поля, порождаемые постоянным судовым магнетизмом. Уравнения (4.1) получили название уравнений Пуассона , а коэффициенты а…к коэффициентов Пуассона . Полученные уравнения характеризуют структуру судового магнитного поля и являются исходными для проведения различных оценок на практике. Однако для процесса судовождения основной интерес представляет связь параметров судового поля с ошибками МК, т.е. с той девиацией, которая возникает у компаса, установленного в заданном месте на судне. Эта девиация определяется отклонением от плоскости магнитного меридиана горизонтальнойсоставляющей Н¢ (рис. 4.1) судового магнитного поля, образуемой геометрической суммой векторов и , в направлении которой устанавливаются оси магнитов картушки компаса. Найдём соотношения, определяющие указанную связь.

Уравнение девиации

Рассмотрим рис. 4.2, отображающий взаимную ориентацию векторов судового и земного магнитных полей. Как следует из рисунка, девиация магнитного компаса, равная разности магнитного МК и компасного КК курсов судна

=МК – КК , (4.2)

может быть определена следующим равенством:

. (4.3)

В свою очередь, из рисунка следует, что

H¢sin =X¢sin MK + Y¢cos MK, а H¢cos =X¢cos MK – Y¢sin MK. (4.4)

Подставляя в полученные равенства значения X ¢ и Y¢ из уравнений Пуассона (4.1), найдём:

H¢sin =[(1+a)X + bY + cZ + P] sin MK + [(1+e)Y + dX + fZ +Q] cos MK,


H¢cos =[(1+a)X + bY + cZ + P] cos MK – [(1 + e)Y +dX + fZ = Q] sin MK.

В последних равенствах учтём, что

Х=Н cosMK, Y= - H sinMK. (4.6) Тогда получим:

(4.7)

Раскрывая квадратные скобки равенств (4.7), найдём:

(4.8)

Группируя члены по гармоникам, будем иметь:

(4.9)

(4.9)

Обозначим и поделим левые и правые части равенств (4.9) на . В результате получим:

(4.10)

Введём следующие обозначения:

и подставим их в равенства (4.10). В результате будем иметь:

Поделив первое равенство (4.12) на второе, получим искомое выражение для тангенса девиации магнитного компаса:

Это выражение получило название формулы Арчибальда Смита по имени английского учёного Х1Х века. Оно определяет зависимость девиации МК от параметров А¢…E¢ и магнитных курсов судна. Параметры A¢…E¢ получили название коэффициентов девиации.

На практике чаще представляют девиацию МК в функции компасных курсов судна . Для того чтобы получить указанное выражение умножим равенство (4.13) на его знаменатель. В результате будем иметь:

Раскрывая скобки и перенося все члены кроме первого в правую часть равенства, найдём:

Учитывая, что КК=МК - , а 2МК-δ = 2КК+ , окончательно получим выражение для синуса девиации магнитного компаса как функцию компасных курсов судна:

Важно!
Таким образом, определены выражения, характеризующие закон изменения девиации МК и позволяющие дать её численную оценку в различных условиях плавания. Большее распространение для решения указанной задачи получило равенство (4.16). Однако, какое бы равенство не использовалось при выполнении оценок, следует иметь в виду (см. соотношения 4.11), что коэффициенты девиации А¢,D¢ и E¢ практически не зависят от места судна, а коэффициенты B¢ и C¢ изменяются с изменением широты места судна, так как от указанного параметра зависит горизонтальная составляющая Н напряжённости магнитного поля Земли. Из тех же выражений видно, что коэффициенты девиации не зависят от курса судна.

Девиация магнитного компаса. Исправление и перевод румбов

Металлический корпус судна, различные металлические изделия, двигатели являются причиной отклонения магнитной стрелки компаса от магнитного меридиана, т. е. от направления, по которому должна расположиться магнитная стрелка на суше. Магнитные силовые линии земли, пересекая судовое железо, превращают его в магниты. Последние создают собственное магнитное поле, под влиянием которого магнитная стрелка на судне получает дополнительное отклонение от направления магнитного меридиана.

Отклонение стрелки под влиянием магнитных сил судового железа называется девиацией компаса. Угол, заключенный между нордовой частью магнитного меридиана Nm и нордовой частью компасного меридиана Nk , называется девиацией магнитного компаса (бетта) (рис. 44).

Девиация может быть как положительной - восточной, или остовой, так и отрицательной - западной, или вестовой. Девиация - величина переменная и меняется в зависимости от широты и курса судна, так как намагниченность судового железа зависит от его расположения относительно магнитных силовых линий земли.

Для расчета магнитного курса МК необходимо к величине компасного курса КК алгебраически прибавить величину девиации 6 на данном курсе:

Кк+(+-(бетта)) = МК

Или МК-(+ - (бетта))=КК.

Например, компасный курс КК равен 80°, при этом девиация магнитного компаса (бетта) = 20° со знаком плюс. Тогда по формуле находим:

МК = КК + (+-(бетта)) = 80°+ (+ 20°) = 100°.

Если собственное магнитное поле судна большое, то компасом пользоваться трудно, а иногда он вообще перестает работать. Поэтому девиацию необходимо сначала уничтожить при помощи компенсационных магнитов, расположенных в поктоузе компаса, и брусков мягкого железа, устанавливаемых в непосредственной близости от компаса.

После уничтожения девиации приступают к определению остаточной девиации на различных курсах судна. Уничтожение и определение остаточной девиации и составление девиационной таблицы для данного компаса производится специалистом-девиатором на специально оборудованном створными знаками девиационном полигоне. Девиация считается уничтоженной вполне удовлетворительно, если ее величина на всех курсах не превышает +4°.

Рис 44 . Исправление и перевод румбов

Как уже говорилось, на картах необходимо прокладывать истинные курсы и пеленги. Для получения истинных курсов и пеленгов нужно в показания компаса, установленного на судне, внести определенную поправку, так как он показывает компасный курс и компасные пеленги. Поправкой компаса (дельта) к называется угол, заключенный между нордовой частью истинного меридиана N и и нордовой частью компасного меридиана Nк. Поправка компаса (дельта)к равна алгебраической сумме девиации (бетта) и склонения d, т. е.:

(дельа) к = (+-бетта) + (+-d)

Отсюда следует, что для получения истинных величин необходимо к компасным величинам прибавить поправку компаса с ее знаком:

ИК = КК + (+ -(дельта) к)

Или КК = ИК-(+ (дельта)к).

На рис. 43 показан переход от МК к КК через склонение.

На рис. 44 показана взаимосвязь между всеми величинами, от которых зависит правильное определение истинных направлений в море. Углы, образованные линиями NK, Nu, Nn и линиями курса и пеленга, носят следующие наименования:

Компасный курс К К - угол между линией компасного меридиана NK и линией курса.

Компасный пеленг КП - угол между линией компасного меридиана NK и линией пеленга.

Магнитный курс МК - угол между магнитным меридианом NM и линией курса.

Магнитный пеленг МП - угол между линией магнитного меридиана NM и линией пеленга.

Истинный курс И К - угол между линией истинного меридиана Na и линией курса.

Истинный пеленг ИП - угол между линией истинного меридиана и линией пеленга.

Девиация (бетта) - угол между линией компасного меридиана NK и линией магнитного меридиана NM.

Склонение d - угол между линией магнитного меридиана NM и линией истинного меридиана Nu.

Поправка компаса (дельта) к - угол между линией истинного меридиана N" и линией компасного меридиана N K.

Существует мнемоническое правило, которое помогает судоводителю правильно оперировать величинами истинных магнитных и компасных направлений. Для выполнения этого правила необходимо запомнить последовательность: ИК-d- МК-(бетта)- КК. Если из ИК алгебраически вычесть склонение d, то получим рядом стоящую вправо от ИК величину МК; если из МК вычтем алгебраически девиацию (бетта), то получим рядом стоящую вправо от МК величину КК. Если мы из ИК алгебраически вычтем обе стоящие вправо от ИК величины d - склонение (бетта) -девиацию, то получим КК. При условии, что у нас имеется компасный курс и нужно получить МК, производим обратные действия: к компасному курсу КК прибавляем алгебраически стоящую слева от него девиацию 6 и получаем магнитныи курс МК. Если к магнитному курсу алгебраически прибавить склонение d, стоящее слева от магнитного курса, то получим истинный курс ИК. и, наконец, если к компасному курсу алгебраически прибавить девиацию (бетта) и склонение d, представляющие не что иное, как поправку компаса ДК, то получим истинный курс - ИК.

Судоводитель-любитель при расчетах и работе на карте пользуется только истинными значениями курсов, пеленгов и курсовых углов, а магнитные компасы дают только их компасное значение, поэтому ему приходится производить вычисления по приведенным выше формулам. Переход от известных компасных и магнитных величин к неизвестным истинным называется исправлением румбов. Переход от известных истинных величин к неизвестным компасным и магнитным называется переводом румбов.

Вращающий момент картушки . Магнитная стрелка (картушка) компаса в магнитном поле H Земли подвержена влиянию вращающего (направляющего) момента (рис. 1.2):

L = Fl sin α. (1.10)

где F - сила, действующая на каждый полюс стрелки (F=mH);

l-расстояние между полюсами стрелки;

α - угол отклонения стрелки от вектора H

Выражение L = Fl sin α принимает вид

L = mHl sin α = H sin α

С учетом того, что ml/ μo = M; μoН=В, получаем

L = BM sin α. (1.11)

Работы по усовершенствованию конструкции магнитных компасов не прекращаются. В последние десятилетия XX века сконструированы дистанционные магнитные компасы, к которым можно подключать репитеры, систему автоматического регулирования курса судна и другие устройства штурманского оборудования.

Все магнитные компасы классифицируются по следующим признакам:

1) по принципу действия чувствительного элемента;

2) по наличию дистанционной передачи;

По принципу действия чувствительного элемента магнитные компасы подразделяются на следующие виды:

а) магнитные стрелочные;

б) индукционные;

в) электронные;

г) электромагнитные;

д) магнитострикционные;

е) магнитомеханические;

ж) магнитоэлектрические;

з) термомагнитные.

2 Магнитное поле судна

2.1. Виды судового железа

Судовое железо в магнитном отношении можно разделить на две категории - мягкое и твердое. Мягкое железо в поле Земли приобретает индуктивный (временный) магнетизм. При изменении курса судна элементы из мягкого материала перемагничиваются, а при отсутствии внешнего (намагничивающего) поля теряют свой магнетизм. Твердое железо имеет постоянную намагниченность, которая возникает в процессе постройки судна под влиянием сильных намагничивающих полей. Постоянный магнетизм в дальнейшем, при плавании судна, не зависит от курса судна и стабильно сохраняется в течение длительного времени.

Полный вектор индукции земного поля можно представить в виде трех составляющих: X (продольной), Y (поперечной), Z (вертикальной). Продольная X и поперечная Y составляющие при геометрическом сложении образуют горизонтальную составляющую Н. Вектор индукции H определяет направление магнитного меридиана, от которого отсчитывается магнитный курс k судна. Составляющие X и Yможно представить в виде

X = Hcos к; Y = Hsin к. (2.1)

На рис. 2.1 представлен корпус судна в магнитном поле Земли. Поле X намагничивает все продольные элементы судна. Суммарная продольная намагниченность судна характеризуется магнитным моментом МХ = n1Х, пропорциональным индукции намагничивающего поля X. Аналогично поперечное поле Y создает поперечную намагниченность - магнитный момент My=n2Y, а поле Z - вертикальный магнитный момент Mz=n3Z. В этих выражениях n1, n2 и n3 - коэффициенты пропорциональности, зависящие от размеров и формы элементов судна, а также от магнитной восприимчивости мягкого судового железа.

Помимо трех векторов Мх, Му и Mz, характеризующих индуктивное намагничивание, можно также представить вектор Мп- магнитный момент, характеризующий постоянный магнетизм твердого судового железа. Направление вектора Мп в общем случае не совпадает ни с одной из осей (х, у, z). Вектор Мп не зависит ни от курса судна, ни от магнитной широты.

Магнитный компас находится в некоторой точке О. В этой точке магнитное поле создается как бы большими магнитами, имеющими магнитные моменты Мх, Му, Мz, Мп. В точке О есть также магнитное поле Земли, характеризуемое тремя векторами индукции: X, Y,Z.

Коэффициенты пропорциональности а0, d0, go зависят от того, где установлен компас: чем более он удален от судового железа, тем меньше значения этих коэффициентов. Суммируя составляющие векторы индукции в точке О по трем направлениям, получаем уравнения Пуассона:

X" =X + aX + bY+cZ + P;

Y" =Y + dX+eY + fZ + Q; (2.2)

Z" = Z+gX + hY +kZ + R.

Коэффициенты пропорциональности а, b, c, d, e, f, g, h, k называются параметрами Пуассона. Их значения зависят от магнитной восприимчивости мягкого судового железа, размеров и формы элементов корпуса судна, а также от расположения точки О по отношению к судовому железу, т. е. от места установки компаса на судне.

Силы от мягкого железа судна, входящие в уравнение (2.2), могут быть представлены происходящими от прямолинейных брусков мягкого железа.

Силы aX, dX и gX получились от продольного намагничивания мягкого железа судна, силы bY, eY и hY – от поперечного и силы cZ, fZ и kZ – от вертикального.

Таким образом, эти силы можно представить происходящими от продольных, поперечных и вертикальных прямолинейных брусков мягкого железа (рис. 2.1).

Эти бруски, согласно гипотезе Пуассона, будет намагничиваться пропорционально магнитящей силе, т. е. пропорционально одной из составляющих сил X, Y и Z земного магнетизма, вследствие чего приобретут полярность, и каждый из них пошлет на стрелку компаса силу, пропорциональную своему намагничиванию.

Рис. 2.1 Магнитное поле судна

Полагая, что концы брусков удалены от компасной стрелки настолько, что размерами стрелки можно пренебречь, рассматриваем действие данного бруска только на один северный полюс стрелки, предполагая его помещенным в центре компаса. Действие на стрелку обоих концов брусков рассматриваем только в том случае, когда концы бруска находятся на равных расстояниях от центра компаса. В противном случае будем рассматривать действие только ближайшего к стрелке конца бруска, предполагая другой конец удаленным настолько, что он не оказывает влияния на стрелку компаса.

2.2 Анализ уравнений Пуассона

Для того, чтобы судить о величинах сил рассмотрим более подробно их происхождение. На рис. 2.2 показано расположение брусков мягкого железа, образующих силы aX, dX и gX – от продольного намагничивания этих брусков составляющей силой X земного магнетизма, которую для простоты изложения приняли положительной, т. е. направленной к носу судна (линия X показывает общее направление намагниченности всех брусков). В каждом из рассматриваемых случаев один брусок произведет те же силы, что и два или несколько брусков, но эти силы будут меньшие по абсолютной величине.

Рис. 2.2 Расположение брусков мягкого железа, образующих силы от продольного намагничивания

Расположение брусков в первых двух случаях, указанных на рис. 2.2, образует отрицательный параметр a. На судне подобным железом является обшивка судна, стрингеры, киль, продольные переборки и т. п.

Расположению брусков, образующих положительный параметр a, соответствуют на судне горизонтальные стрелы или оси штурвалов.

Магнитное поле судна в точке О характеризуется продольным вектором индукции - аХ. Знак "минус" означает, что вектор силы аХ направлен к корме. Вектор индукции намагничивающего поля +Х имеет знак "плюс", т. к. он направлен от кормы к носу судна. Анализируя выражение отрицательной силы - аХ при положительном значении +Х, приходим к выводу, что параметр а в данной ситуации должен иметь знак "минус". Поскольку на рис. 2.1 представлена типичная схема расположения магнитного компаса на судне, можно сделать вывод: судовой параметр а всегда отрицательный (-а). Величина параметра а, так же как и других параметров Пуассона, зависит от места установки компаса, его удаленности от железных масс судна. Некоторые параметры Пуассона (а, с, е, k) имеют величину на уровне нескольких десятых или сотых долей единицы. Их можно считать множителями 1-го или 2-го порядка малости. Другие параметры (b, d, f, g, h) являются множителями 3-го порядка малости, т. к. их величины исчисляются тысячными долями. В некоторых случаях параметрами 3-го порядка малости можно пренебречь. Имеется мнемоническая схема для запоминания тех параметров и сил в уравнениях Пуассона, которые могут быть исключены ввиду их незначительности.