第二章陀螺罗经误差及其消除.
陀螺罗经的误差
第一类误差的消除
当罗经的等幅摆动周期等于一摆长为
地球半径的数学摆的摆动周期时，不产生 第一类冲击误差。
T 2
H
2
R e
84.4min
0
mglw
g
1
15/25
非周期过度的摆式罗经
❖第一类误差的消除
cos cos vsin K
0
Rw
ee
16/25
第二类冲击误差： （ BII）
S
陀螺罗经的误差
主讲 Ray 导航、制导与控制
目录
1
知识回顾
2 双转子摆式罗经的冲击误差
3
舒拉（Schuler）原理
4 舰船摇摆对陀螺球的指向的影响
5 双转子陀螺球消除摇摆误差的原理
2/25
知识回顾
❖ 自由陀螺仪的视运动
东
西 C
东
东 西
A西 东
B
地球自转
H西
w
东
PN
G
西
西D
东 F
东西 E 东 西
3/25
的控制设备上而引起的罗经的示度误差
21/25
舰船摇摆对陀螺球的指向的影响
❖与罗经的结构参数、罗经的安装位置、 船舶的摇摆姿态、地理纬度和船舶的摇 摆方向等参数有关。
mglh2 w2 4 sin 2K
a
0b
k
4g 2 Hw
1
22/25
双转子陀螺球消除摇摆误差的原理
由于双转子陀螺球绕主轴具有稳定性 减小了x轴偏转角 使摇摆力矩在垂直轴的分量近似为零 从而消除了摇摆误差
6/25
知识回顾 ❖1 下重式罗经的重力控制力矩(安许茨
罗经）
O H
《航海学》船舶定位课件2-6罗经差的测定
卫星定位校正可以通过与已知准确位 置的基准站进行比较，对卫星定位系 统进行校准。
04
CHAPTER
罗经差测定实例分析
磁罗经测定实例
磁罗经是一种利用地球磁场来指示方向的仪器，常用于船 舶导航。在测定罗经差时，磁罗经可以用来测量船舶的磁 航向，并与真航向进行比较，从而计算出罗经差。
磁罗经测定的优点是简单易行，不需要外部参照物，但缺 点是受地球磁场变化和船舶磁性干扰影响较大，精度相对 较低。
陀螺罗经法具有精度高、稳定性好、 不易受磁场干扰等优点，但成本较高 ，且需要定期维护和校准。
陆标法
陆标法是一种利用陆地标志物来测定罗经差的方法，通过观察陆地标志物相对于 磁北的位置变化来计算罗经差。
陆标法需要选择合适的陆地标志物，并注意观察时的气象条件和海况等因素对观 测结果的影响。
卫星定位法
卫星定位法是一种利用全球定位系统（GPS）来测定罗经差 的方法，通过接收GPS信号并利用相关算法计算出船舶的精 确位置和航向。
02
磁罗经是指利用地磁场的磁力来 指示方向的罗经，而陀螺罗经则 是利用陀螺仪来指示方向的罗经 。
罗经差产生的原因
地球自转
地球自转导致地磁场和陀螺仪的旋转 轴产生相对位移，从而产生罗经差。
地球磁场
地球磁场是一个复杂的磁场，其强度 和方向在不同地点和时间都存在变化 ，因此会对磁罗经和陀螺罗经的指示 产生影响，导致罗经差的出现。
磁罗经校正需要使用专业的校 正工具和设备，如磁力计和罗 盘校准器。
陀螺罗经校正
陀螺罗经是一种不受船舶摇摆影响的导航设备，但其也存在误差，需要进行校正。
陀螺罗经的校正包括静态校正和动态校正，静态校正是在船舶静止状态下进行，动 态校正则是在船舶运动中进行。
三 冲击误差
cos VN BI ( 1) Ree cos cos0
当摆式罗经的等幅摆动周期等于84.4分钟时，在船舶机 动持续时间内罗经主轴将由旧的稳定位置非周期地过渡 到新的稳定位置而不产生第一类冲击误差。 高等教育出版社
航海仪器电子教案 物理学（第四版）电子教案 2－3冲击误差 4．特点及补偿法
陀螺罗经的误差及其消除
本节作业或思考题
1.试述第一类和第二类冲击误差的定义及特 点。 2.什么是舒拉条件？
高等教育出版社ຫໍສະໝຸດ 电控式罗经？ 作用在电磁摆
高等教育出版社
航海仪器电子教案 物理学（第四版）电子教案 2－3冲击误差
V
陀螺罗经的误差及其消除
2．速度误差之差 r 及冲击位移 BZ 的概念 ∆rv:速度误差 BZ:冲击位移:P28——进动旋转角 BI:冲击误差
rV rV 2 rV 1
M BZ VN Hg
陀螺罗经的误差及其消除
（1）发生在机动终了时刻
（2）当 0时B 0 0时B 0
约1小时左右自动消失 cos VN （3）B 的变化规律是： BI Ree cos ( cos0 1)
当往北加速时， 当 0时B为西差 0时B为东差； 往南加速时情况与之相反。
(V2 V1 )conC Re e con
BI BZ rv
高等教育出版社
航海仪器电子教案 物理学（第四版）电子教案 2－3冲击误差 以下重式罗经为例讨论BI
陀螺罗经的误差及其消除
•设船北纬、加速、 北航（V2>V1）
b
22 c
BI BI
a
1
•主轴由稳定位置 1向2进动：
rv1
陀螺罗经的误差及其消除
第二章 陀螺罗经误差及其消除
第一章 陀螺罗经误差及其消除陀螺罗经的主轴在方位上偏离地理真北方向的角度称为陀螺罗经误差。
陀螺罗经误差也是船舶真航向与陀螺罗经航向之间的差值或真北与陀螺罗经北之间的差角。
陀螺罗经误差有纬度误差、速度误差、冲击误差、摇摆误差和基线误差。
第一节 纬度误差 (latitude error)一. 纬度误差产生的原因在第一章讨论具有阻尼重物的液体连通器单转子式陀螺罗经时指出,在北纬φ处的静止基座上稳定位置为⎪⎩⎪⎨⎧-=-=M H tg M M r D r 2ωθϕα （2－1） 由(2－1)式可见,位于北纬φ处的具有阻尼重物的水银器式罗经,稳定后罗经主轴并不恰好位于子午面内,而是偏离子午面一个角度αr ,当罗经的结构参数M 、M D 确定后, αr 角仅与地理纬度φ有关,故称为纬度误差。
以具有阻尼重物的液体连通器式罗经为例,分析纬度误差产生的原因消除方法。
当罗经稳定后,罗经主轴指北端自水平面升高θr 角,产生沿水平轴OY 负向的控制力矩M Y =-Mθr ,使主轴产生绕垂直轴OZ 正向的主进动角速度ωPZ ,主轴指北端向西主进动的线速度u 2= Mθr ,与位于北纬φ处因地球自转角速度垂直分量ω2的影响,使主轴指北端东偏的线速度V 2=Hω2等值反向,亦即u 2＝V 2。
于是,罗经主轴相对于子午面获得稳定。
由于罗经主轴指北端自水平面升高θr 角,阻尼重物则产生与θr 角成正比的阻尼力矩M D θr 沿垂直轴OZ 作用,指OZ 轴的正向。
因此,阻尼力矩M Z 将引起罗经主轴绕水平轴OY 的阻尼进动角速度ωPY ＝M D θr /H ,亦即主轴指北端以阻尼进动线速度u 3= M D θr 向下运动,罗经主轴不能在子午面内r 点稳定。
欲使罗经主轴获得相对于水平面的稳定。
只有借助于主轴相对于水平面的升降视运动的线速度V 1=Hω2α与阻尼进动线速度u 3的平衡。
为此,主轴指北端只有自子午面向东偏离适当的方位角αr ,并满足条件:⎩⎨⎧==r D r M H u V θαω131 （2－2） 即阻尼力矩M D θr 使主轴指北端向下进动的线速度u 3与视运动线速度V 1等值反向。
航海仪器课件：陀螺罗经误差及消除
图2－3
三.速度误差的物理实质
航速的北向分量
主轴向西偏离一个 方位角
船舶所在的水平面 的北半部向下偏转
陀螺仪主轴产生 向上的视运动
注:本例为北半球航行 船舶且具有北向分速 度时的情况
四.大小及特性
在上图中根据V1=V3，有
V cosC
(1
VE Re
) rv
VN Re
rv
Re
1
V
sin Re
C
BZ rv
图2－7
3.船舶机动终了时,主轴的进动超过了r2而抵达1处
BZ rv
图2－8
上述第二、三种情况，船舶机动终了主轴不恰好在新稳定位置 上，但此时液体阻尼器处于工作状态将使其作减幅摆动，在较 长时间内具有误差，此误差称第一类冲击误差。
舒拉条件：不产生第一类冲击误差的条件
T0 2
H 2 M1
在惯性力作用下，主轴进动角位移
VN V cosC 称为北速度变化量 △VN为正时，BZ为正，向西进动，新在旧之西。 △VN为负时，BZ为负，向东进动，新在旧之东。
冲击位移与速度误差之差的比较有三种情况
1.当船舶机动终了时,主轴正好进动到新的稳定位置r2
BZ rv
图2－6
2.当船舶机动终了时,尚未由r1转向r2,落后于r2位于1的位置
第二章 误差及消除
陀螺罗经的主轴在方位上偏离地理
真北方向的角度称为陀螺罗经误差。陀
螺罗经误差也是船舶真航向与陀螺罗经
航向之间的差值或真北与陀螺罗经北之
间的差角。
陀螺罗经
误差分两类：
1、原理误差：
纬度误差、速度误差、 冲击误差、摇
摆误差
2、安装误差：基
线误差。
第二章 陀螺罗经误差及其消除
速度误差 α
=VcosC/(Reω ecosφ ) 校正方法： 1）查表法 2）外补偿法 3）内补偿法
，船舶的机 动惯性力作用于罗经，使罗经主轴在船舶 机动过程中和机动终了后的一段时间内偏 离其稳定位置而产生的指向误差。 第一类冲击误差：误差惯性力作用在陀螺 罗经重力控制设备上而产生的冲击误差。 第二类冲击误差：惯性力作用在阻尼设备 上而产生的冲击误差。
4.摇摆误差
船舶在海上航行受风浪的影响而产生摇 摆，安装在船上的陀螺罗经就会受船舶 摇摆产生的惯性力的影响而产生指向误 差。
安许茨系列陀螺罗经将灵敏部分制成双 转子陀螺球 。 斯伯利系列罗经采用在液体连通器内充 入高粘度液体 。 阿玛勃朗系列电控罗经把电磁摆密封 在盛有高粘度硅油的金属容器内。
电罗经组成结构
1.安许茨4型陀螺罗经 德国生产，是安许茨系列罗经的典型型 号。 下重式、水平轴阻尼的双转子摆式罗经 (two-gyro of pendulous gyrocompass)。 具有结构比较简单、使用寿命长、指向 稳定等优点。
安许茨4型罗经主要技术参数 指向精度（直航）： ≤±1° 三相交流电：110V/330Hz（±3%） 单相交流电：50V/ 50Hz或60V/60Hz （±10%） 启动电流： 约3.5A
适用航速为0 ～60kn； 快速启动时，若陀螺球主轴偏北小于 10，约40min可稳定指北（误差小于 0.5）。 一般启动时间不超过6h； 陀螺球寿命约40000h； 最多可以带20个分罗经。
主要技术数据 直航时指向误差小于0.5； 工作电源为115V/400Hz的三相交流电和 70V（或35V）的直流电； 主罗经正常工作环境温度5C ～45C 范围内； 适用航速为0 ～40 kn；
第二章陀螺罗经误差及其消除.
W
E
arv
•因此而产生了一个方位偏 差—速度误差（arv）。
三、速度误差的数学表达式及速度误差的特性
根据V3=V1有： H V CosC/Re = H 1 arv 则：arv=VCosC/Re eCos V3 V3 u3 u2 r V2 u2 r V2 V1 u3 E W
VcosC α rv R e ωe cos
V2
α
E
求得： αr =-MD/M× tan
北纬
四、纬度误差的性质
αr Φ =-MD/M tgΦ
1.采用垂直轴阻尼法的罗经所具有的误差。
2.北纬偏东误差，南纬偏西误差。 3.误差大小随纬度的增大而增大。
（W） （E） r
方位误差
α
南纬
N
五、纬度误差的消除
1.外补偿法：转动罗经基线或刻度盘，使基 线与转动的角度等于误差值， 或罗经刻度盘使其转动的角度 与纬度误差等值反向。 2.内补偿法：对罗经施加补偿力矩，使主
二、单转子摇摆误差的特性：
•与罗经的结构参数、罗经的安装位置、船舶的摇 摆姿态、地理纬度和船舶的摇摆方向等参数有关。
•在象限航向上航行且横摇时，摇摆误差最大。
三、摇摆误差的消除：
下重式（安许茨）罗经： 采用双转子。
液体连通器（斯伯利） 罗经：调整液体的流动周 期。
四、基线误差：
• 因陀螺罗经的基线安装与船首尾线不平 行所引起的读数误差。 •特性：为固定误差，与罗经本身无关。 基线偏左舷，罗方位<真方位，东误差； 基线偏右舷，罗方位>真方位，西误差。
理坐标系各坐标轴上的分量； •设船偏北航行，航速V、
V
N
VN
C O
航向C。 船速V在子午圈和纬度 圈的切线上的分量： VN=VCosC（北分量） VE=V SinC（东分量）
船用陀螺罗经
目录第一篇船用陀螺罗经第一章陀螺罗经指北原理 (1)第一节陀螺仪及其特性 (1)第二节自由陀螺仪在地球上的视运动 (7)第三节变自由陀螺仪为陀螺罗经的方法 (9)第四节摆式罗经等幅摆动和减幅摆动 (14)第五节电磁控制式陀螺罗经 (20)第六节光纤陀螺罗经 (21)第二章陀螺罗经误差及其消除 (24)第一节纬度误差(latitude error) (24)第二节速度误差(speed error) (25)第三节冲击误差(ballistic error) (28)第四节其他误差 (30)第五章磁罗经第一节磁的基本概念 (61)第二节船用磁罗经 (64)第三节磁罗经的检查、保管与安装 (66)第四节船正平时的自差理论 (68)第五节倾斜自差理论 (75)第六节罗经自差校正 (77)第七节自差的测定和自差表计算 (83)第二篇水声导航仪器第六章回声测深仪 (86)第一节水声学基础 (86)第二节回声测深仪原理 (87)第三节回声测深仪误差 (89)第四节IES-10型回声测深仪 (91)第七章船用计程仪 (94)第一节电磁计程仪 (94)第二节多普勒计程仪 (96)第三节声相关计程仪 (99)第一篇 船用陀螺罗经第一章 陀螺罗经指北原理陀螺罗经是船舶上指示方向的航海仪器。
其基本原理是把陀螺仪的特性和地球自转运动联系起来，自动地找北和指北。
描述陀螺罗经指北原理所涉及的内容用式（1－1）表示:陀螺罗经=陀螺仪+地球自转+控制设备+阻尼设备 （1－1）第一节 陀螺仪及其特性一. 陀螺仪的定义与结构凡是能绕回转体的对称轴高速旋转的刚体都可称为陀螺。
所谓回转体是物体相对于对称轴的质量分布有一定的规律,是对称的。
常见的陀螺是一个高速旋转的转子。
回转体的对称轴叫做陀螺转子主轴,或称极轴。
转子绕这个轴的旋转称为陀螺转子的自转。
陀螺转子主轴相当于一个指示方向的指针，如果这个指针能够稳定地指示真北，陀螺仪就成为了陀螺罗经。
航海仪器课后解答
航海仪器课后解答航海仪器课后复习题第一章陀螺罗经1.叙述陀螺仪的定义及其基本特性。
定义：工程上将高速旋转的对称刚体（转子）及其悬挂装置的总称叫做陀螺仪。
基本特性：定轴性进动性2.何谓平衡陀螺仪和自由陀螺仪？平衡陀螺仪：陀螺仪的中心和其几何中心相重合的陀螺仪。
自由陀螺仪：不受任何外力矩作用的平衡陀螺仪。
4.位于地球上的自由陀螺仪的视运动有何规律？如何解释其物理实质？自由陀螺仪在地球上的视运动规律：北纬东偏南纬西偏，（偏转角速度为w2）东升西降南北一样（升降角速度为w1a）物理实质：当地球自转时，在北纬子午面北点N向西偏转，由于陀螺仪的定轴性，主轴空间指向不变，跟地球一起运动的观察者看到主轴北端在不断向东偏转。
同理在南纬，主轴指北端向西偏转。
当陀螺仪主轴指北端偏离子午面以东时，受w1的影响，水平面东半平面下降，陀螺仪主轴的指北端相对水平面产生上升的视运动；当陀螺仪主轴的指北端偏离子午面以西时，由于水平面西半平面上升，陀螺仪主轴则产生下降视运动。
5.影响自由陀螺仪主轴不能稳定指北的主要矛盾是什么？克服该主要矛盾对自由陀螺仪影响的基本原则是什么？W2是影响自由陀螺仪主轴不能指北的主要矛盾。
克服该矛盾对自由陀螺仪影响的基本原则是利用陀螺仪的进动性，对陀螺仪水平轴施加一个外力M，使陀螺仪周周绕OZ轴进动，并满足w’=M/H=w26.叙述变自由陀螺仪为摆式罗经的两种方法。
第一种是重力下移法。
将陀螺仪的重心沿垂直轴下移，时重心不与支架中心O 重合，当主轴不水平时，产生控制力矩。
根据这种方法制成的罗经称为下重式罗经。
第二种是水银器法或液体连通器法。
在平衡陀螺仪上悬挂液体连通器，液体连通器中注入适量的高比重液体（如水银或其他化学溶剂），用以产生控制力矩。
这类罗经一般被称为水银器罗经或称液体连通器罗经。
7.为何双转子摆式罗经与液体连通器罗经二者的动量矩H的指向不同？由于地球自转，双转子摆式罗经主轴指北端偏离水平面后产生的重力控制力矩My使陀螺仪主轴指北端向子午面北端靠拢，自动找北。
陀螺罗经误差及消除
2.外补偿法
转动罗经基线或刻度盘
3.内补偿法
施加垂直轴补偿力矩，产生V1`以抵消V3
冲击误差
一．定义 船舶作机动航行时因为作机动航行旳加速度引起 旳惯性力作用于陀螺罗经上而使主轴偏离其稳定 位置所产生旳误差B。 二．冲击误差旳分类 第一类冲击误差：惯性力作用于控制设备上（BI） 第二类冲击误差：惯性力作用于阻尼设备上 （BII）
Re 84.4 min g
或: φ=φ0 （罗经旳设计纬度）
结论： 当摆式罗经旳等幅摆动周期等于84.4分钟时，
在船舶机动连续时间内罗经主轴将由旧旳稳定位置非 周期地过渡到新旳稳定位置而不产生第一类冲击误差
第一类冲击误差旳特点及补偿法
1.发生在机动终了时刻
2.当 0时B 0
3.当 0时B 0 约1小时左右自动消失
1
V
sin Re
C
V cos C
Ree cos V sin C
rv
V cos C
Ree cos
V cos C 57.3 V cos C
900 cos
5 cos
(度)
速度误差旳特点
1.任何罗经均会产生速度误差。仅取决于航速（V）、 航向（C）、和地理纬度（ ），与罗经构造参数无 关。 2.随船速（V） 、纬度（ ）旳增大而本原因
二.纬度误差旳大小与方向：
由：V1=u3 , V2=u2
有：H1 αr=－MDθr
H 2=－M θr
求得： αr =－MD/M tg
•误差大小与罗经旳构造参数有关，且 随纬度旳增大而增大。 •北纬偏东误差，南纬偏西误差。 •采用短轴阻尼法旳罗经才有旳误差
陀螺罗经误差及消除
转动罗经基线或刻度盘
3.内补偿法
施加垂直轴补偿力矩，产生V1`以抵消V3
冲击误差
一．定义
船舶作机动航行时由于作机动航行的加速度引起 的惯性力作用于陀螺罗经上而使主轴偏离其稳定 位置所产生的误差B。 二．冲击误差的分类 第一类冲击误差：惯性力作用于控制设备上（BI ）
第二类冲击误差：惯性力作用于阻尼设备上（ BII）
H 2=－M θr
求得： αr =－MD/M tg
•误差大小与罗经的结构参数有关，且 随纬度的增大而增大。 •北纬偏东误差，南纬偏西误差。 •采用短轴阻尼法的罗经才有的误差
三.补偿法
•外补偿法：转动罗经基线或刻度盘 •内补偿法：对罗经施加补偿力矩， 使主轴返回子午面 •两种方法下主轴稳定位置的区别？
三、摇摆误差的消除：
➢下重式（安许茨）罗经：采用双转子。
➢液体连通器（斯伯利）罗经：采用高粘性的硅油 。
➢电控式罗经：采用在强阻尼电磁摆内设置高粘性 硅油。
➢总的消除原则:增长陀螺球的摇摆周期
一.定义：
基线误差
罗经的基线与船舶首尾线不平行引起的读数 误差。包括主罗经基线误差、分罗经基线误 差和传向误差。
1.发生在机动终了时刻
2.当
3.当
约1小时左右自动消失
的变化规律是：往北加速时，当航行纬度小于 设计纬度时为西误差；大于设计纬度时为东误 差；往南加速时情况与之相反。
一般不设校正装置
第二类冲击误差
1．定义：（强调是惯性力作用于陀螺罗经的阻尼设 备上引起的）
2．特点:
（1） 在机动终了后四分之一阻尼周期达最大值， 约1小时后自动消失。
（2）对摆式罗经而言， 与纬度无关，往北加速时 为东差；往南加速时为西差
航海仪器期末简答题
1：陀螺仪组成，定义，基本特性？组成：由转子和内环，外环及基座组成的悬挂装置共同构成。
定义：高速旋转的对称刚子及其悬挂装置。
基本特性：1，定轴性2，进动性2：影响主轴不能稳定指北的主要原因？在其他纬度上，地球自转角速度垂直分量W2 是~3：下重式摆式陀螺罗经指北原理：下重式：利用陀螺仪的进动性，施加控制力矩使其克服地球自转角速度的影响，跟踪地理子午面的运动，实现自动找北功能，还需对等幅摆动进行处理，使其实现减幅运动，并最终能稳定于地理子午面内，具有指北功能摆式：在已装置重力控制设备的摆式陀螺罗经上，必须再指一个阻尼设备使其阻尼力矩产生的新的角速度，当主轴向着稳定位置运动则使其速度加快，当主轴偏离稳定位置时，速度减慢，从而使主轴通过减幅摆动能较快的抵达其稳定位置。
4：什么是陀螺罗经的阻尼因数和阻尼周期？阻尼因数：表示主轴在方位角上减幅摆动过程的快慢程度。
阻尼周期：表示罗经作减幅摆动时，主轴阻尼摆动一周所需的时间5：什么是陀螺罗经的纬度误差，如何消除？采用垂直轴阻尼法的陀螺罗经，主轴指北端的稳定位置不在子午面内，其在方位上偏离子午面的角度，称为纬度误差。
消除方法：1 外补偿法2 内补偿法6：什么是陀螺罗经的速度误差？因素有关？如何消除？船舶作恒速恒向运动时，陀螺罗经主轴的稳定位置，与船速为零时主轴稳定位置二者在方位上的夹角有关因素：船舶航向，航速与船舶所在纬度消除方法查表法外补偿内补偿7:简述平衡陀螺仪、自由陀螺仪、摆性陀螺仪的定义，何为陀螺仪的定轴性和进动性？若三自由度陀螺仪的重心G与几何中心O相重合，则称为平衡陀螺仪。
若三自由度陀螺仪的中心G与几何中心O不重合，则称为摆性陀螺仪。
不受外力矩作用的平衡陀螺仪，成为自由陀螺仪。
定轴性：当陀螺仪的转子不断高速旋转时，若转动其基座，与一般刚体没有区别，主轴将随基座一起转动而改变指向。
但当转子绕主轴高速旋转时，若再转动其基座，则主轴OX不再随基座一起转动，而是保持其原有的空间指向不变，表现为定轴性。
第二节 陀螺罗经
随着地球自转，当t = t2时，陀螺球主轴上升了一个角度（≠0），电磁摆输出摆信号，经水平放大器放大后，送给陀螺球水平轴上的力矩器，力矩器工作，向陀螺球水平轴施加电磁控制力矩M：
主要优点：指向精度高；多个复示器，有利于船舶自动化；不受磁干扰影响，指向误差小；安装位置不受限制等。
主要缺点：必须有电源才能工作（可靠性较差）；工作原理、结构复杂。
4．发展趋势
体积小型化；广泛采用先进技术；提高指向可靠性和使用寿命；简化维护保养。
一、陀螺罗经指北原理
1.自由陀螺仪及其特性
1）自由陀螺仪(free gyroscope)定义
2）陀螺罗经获得阻尼力矩的方法
按产生阻尼力矩的原理不同，分为直接阻尼法和间接阻尼法；
按阻尼力矩的性质不同，分为重力阻尼力矩和电磁阻尼力矩；
图2-1-27
按三大系列罗经使用的阻尼设备不同，分为以下三种方式：
（1）安许茨系列罗经获得阻尼力矩的方式
采用液体阻尼器(liquid damping vessel)的直接阻尼法产生阻尼力矩的。
3）自由陀螺仪的特性
（1）定轴性(gyroscopic intertia)
比对实验说明
定轴性：高速旋转的自由陀螺仪，当不受外力矩作用时，其主轴将保持螺转子高速旋转；陀螺仪不受外力矩作用。
定轴性表现特征：主轴指向空间初始方向不变。
（2）进动性(gyroscopic precession)
My=mgsin·a
≈mg a·
=M·
M=mga最大控制力矩
控制力矩的大小与罗经结构参数和主轴高度角有关
航海仪器课程教学大纲-海上专业试验教学中心-集美大学
中文：航海仪器课程名称英文：Navigation Apparatus课程编号 1105300 学分/学时 3.5/60所属教研室航海教研室先修课程 高等数学、大学物理、理论力学、电路与电机、无线电技术等课程类型 专业课 考核方式 考试开课专业 航海技术专业教学目的和要求目的:本课程是航海技术专业的一门主干专业课。
其目的是使学生掌握正确使用航海仪器应具备的基本知识和技能，并通过国家海事局要求的《航海仪器的正确使用》评估项目和《航海学》考试。
要求:1、理解陀螺罗经和磁罗经的指北原理及其结构组成，掌握测定和校正仪器误差的方法，熟练掌握仪器的正确使用方法与保养工作。
2、掌握测深仪和计程仪的基本原理、正确使用方法与维护保养工作。
3、掌握罗兰C系统、GPS/DGPS卫星导航系统的组成、定位原理和定位精度，熟练掌握GPS 卫导仪和罗兰C接收机的正确使用方法。
4、掌握AIS系统的功能、组成与特点，并能正确使用AIS收发机。
5、了解VDR和组合导航系统的主要功能与特点等。
教学内容和基本要求（分章节）绪论第一章 陀螺罗经的指北原理第一节 陀螺仪及其特性第二节 陀螺仪在地球上的视运动第三节 变自由陀螺仪为陀螺罗经的方法第四节 摆式罗经的等幅摆动和减幅摆动第五节 电磁控制式罗经原理第六节 光纤陀螺罗经定向原理基本要求：正确理解陀螺罗经的指北原理。
本章重点：陀螺罗经的指北原理。
本章难点：陀螺罗经的指北原理。
教学内容及基本要求（分章节）第二章 陀螺罗经误差及其消除第一节 纬度误差第二节 速度误差第三节 冲击误差第四节 其它误差基本要求：掌握陀螺罗经的各种误差的定义、特点及其校正方法。
本章重点：陀螺罗经的各种误差的特点及其校正方法。
本章难点：陀螺罗经纬度误差、速度误差的原因分析。
第三章双转子陀螺罗经第一节 安许茨4型罗经概述、主罗经结构组成、使用与保养第二节 安许茨20型罗经第三节 北辰CMZ500型罗经基本要求：掌握安许茨罗经的主罗经结构组成及各主要部件的作用，能熟练使用安许茨4型陀螺罗经。
02陀螺罗经误差
② 基线误差校正 调整陀螺罗经的基线。 误差较大时，需转动罗经底座； 误差较小时，调整基线支架。
思考问题
1. 基本概念 纬度、速度、冲击、摇摆误差；固定（基线）误差 查表法、外补偿法、内补偿法 第一类冲击误差、第二类冲击误差 设计纬度；基线；舒拉条件 2. 陀螺罗经原理误差有哪些？各自产生原因及特点。 如何消除？ 3. 陀螺罗经速度、纬度误差计算公式。 4. 采用内补偿法校正速度、纬度误差后罗经主轴稳定位置。 5. 陀螺罗经固定误差产生的原因及其测定和校正。
2. 第二类冲击误差 作用于阻尼设备上的惯性力产生的惯性力矩使罗经 产生的冲击误差称为第二类冲击误差。 经分析，摆式罗经第二类冲击误差BⅡ特点： ① 当船舶所在纬度低于设计纬度时（ϕ ＜ϕ 0）， 第二类冲击误差和第一类冲击误差的符号相反； ② 当船舶所在纬度高于设计纬度时（ϕ ＞ϕ 0 ）， 第二类冲击误差和第一类冲击误差的符号相同。 船舶机动时，总的冲击误差B = BⅠ+ BⅡ， ① 当ϕ ＜ϕ 0，BⅠ与BⅡ符号相反，总的冲击误差B 减小； ② 当ϕ ＞ϕ 0 ，BⅠ与BⅡ符号相同，总的冲击误差B 增大。 所以在船舶机动时，应关闭阻尼器。
电磁控制式罗经冲击误差规律： 在具有相同的机动条件下，基本不随纬度变化。 北向加速度产生西误差，南向加速度产生东误差； 附加阻尼力矩总是有减小冲击误差的趋势， 最大值发生在机动终了时。 二、误差处理 通常在船舶机动终了时冲击误差最大，然后罗经主轴围绕 新的稳定位置做周期性的减幅摆动，最后抵达新的稳定位 置。一般说来，冲击误差在船舶机动终了后约 1小时左右 即可消失，所以冲击误差一般不作处理，驾驶员在机动过 程和机动终了后1小时内读取罗经航向时应考虑此误差。
ΔVN = ΔV⋅cosC 是机动后船速与机动前船速的差值在南北向的分量。
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W
E
arv
•因此而产生了一个方位偏 差—速度误差（arv）。
三、速度误差的数学表达式及速度误差的特性
根据V3=V1有： H V CosC/Re = H 1 arv 则：arv=VCosC/Re eCos V3 V3 u3 u2 r V2 u2 r V2 V1 u3 E W
VcosC α rv R e ωe cos
w对主轴的影响：
主轴
VN 2 1
e
使水平面北端 不断下沉，而主轴 指北端由于定轴性， 故产生了相对水平 面不断上升的视运 动线速度。
W
W
V3=H
W
=H VCosC/Re
以北纬下重式罗经为例：
V3 V3 u3 u2 r V2 u2 r V2 u3 V1
•V3打破了原有的平衡， 迫使主轴必须偏向子午 面的西侧，利用西降的 视运动（V1）与V3抵消。
电航仪器
大连航运职业技术学院
第二章 陀螺罗经误差及其消除
重点是使学生清晰理解船用陀螺罗经的误差， 了解在航海实践中的消除及补偿方法 • • • • 第一节 纬度误差 第二节 速度误差 第三节 冲击误差 第四节 其他误差
概 述
• 陀螺罗经误差：陀螺罗经的主轴在方位上 偏离地理真北方向的角度。 • 陀螺罗经误差有：纬度误差、速度误差、 冲击误差、摇摆误差、基线误差。
BI在加速终了后经过约3/4个TD （约1小时）自动消失。
rv:速度误差 BZ:冲击位移 BI:冲击误差
不产生第一类冲击误差的舒拉条件：
当罗经的等幅摆动周期等于一摆长为地球半径 的数学摆的摆动周期时，不产生第一类冲击误差。
Re H T0 2 2 84.4 min M e c船偏北航行，航速V、
V
N
VN
C O
航向C。 船速V在子午圈和纬度 圈的切线上的分量： VN=VCosC（北分量） VE=V SinC（东分量）
VE
E
•VN引起的角速度：
e
W
•VE引起的角速度：
Φ e
Re
VE
Re
=VN/Re=VCosC/Re
W
Φ =VE/ReCos Φ相对于 e很小， 可忽略不计
第二章 陀螺罗经误差及其消除
第一节 纬 度 误 差(latitude error)
一、纬度误差的定义： • 采用垂直轴阻尼的罗经，其主轴指北端的稳定 位置不在子午面内，而是偏离子午面一个角度 α γ ，该角度在罗经参数M、MD确定后，将随罗 经所在地理纬度的正切变化而变化 ，故称为纬 度误差。
α = -M /M×tanφ
V2
α
E
求得： αr =-MD/M× tan
北纬
四、纬度误差的性质
αr Φ =-MD/M tgΦ
1.采用垂直轴阻尼法的罗经所具有的误差。
2.北纬偏东误差，南纬偏西误差。 3.误差大小随纬度的增大而增大。
（W） （E） r
方位误差
α
南纬
N
五、纬度误差的消除
1.外补偿法：转动罗经基线或刻度盘，使基 线与转动的角度等于误差值， 或罗经刻度盘使其转动的角度 与纬度误差等值反向。 2.内补偿法：对罗经施加补偿力矩，使主
2.有哪两种消除纬度误差的方法？两种方法下主轴稳定位 置的区别？ 3.液体连通器罗经采用的内补偿法施加的补偿力矩作用在 什么轴上？（水平轴OY上）；稳定位置是什么？
（北纬指北偏上；南纬指北偏下）
4.什么叫速度误差？速度误差产生的原因是什么？ 5.速度误差的表达式是什么？
rv
V cos C Re e cos
第三节
冲 击 误 差(Ballistic error)
一、冲击误差的定义：
船舶在机动航行过程中，由于惯性力对陀螺 罗经的影响而引起的误差。
二、冲击误差的分类：
第一类冲击误差（BI ）： 惯性力作用于重力控制设备上。
第二类冲击误差（BII ）： 惯性力作用于阻尼设备上。
西 向西进动
南 G
北
惯性力
东
arv
rv
V cos C Re e cos
1.速度误差仅与航速（V）、航向（C）、和地理纬度 （ ），与罗经结构参数无关，只要船舶运动，任何 罗经均会产生速度误差。（原理性误差） 2.随船速（V） 、纬度（ ）的增大而增大。 3.航向偏北，αrv>0,西误差； 航向偏南，αrv<0,东误差。 4.东西航向无误差，南北航向误差最大。
四、速度误差的消除
1.查表法：速度误差校正表 u2 W V3 r u3 V2 V1 V3 r u3 V2 V1` 2.外补偿法：移动刻度盘。
u2
3.内补偿法：施加补偿力矩。 E •可施加垂直轴补 偿力矩，产生V1` 以抵消V3。
问题：
1.什么叫纬度误差？纬度误差产生的原因是什么？其符号
如何确定？
0
轴返回子午面。
两种方法下主轴稳定位置的区别？ 外补偿法仅从罗经刻度盘中扣除误差值，并 未改变罗经主轴的稳定位置；内补偿法从根 本上消除了误差。
补偿力矩的施加方案：
V1` V1 A.施加垂直轴
u2
（ W）
r
u3
V2 u2 r
V2
u3 （E）
补偿力矩。
αr Φ
V1 u2 V2` （W）
r
u3
V2 （E）
船舶加速度方向
南容器
北容器
O S N G
惯性力方向 船加速度方向
S （BⅡ ）-J （BⅠ ）-J G
N
O
J
三、第一类冲击误差（BI ）： （以下重式罗经为例）
•设船北纬、加速、 北航（V2>V1）
b
2
a
1
c
BI BI
rv1 ∆rv rv2
•主轴由稳定位置 1向2进动： a:冲击不到，有BI b:冲击过头，有BI c:冲击正好，无BⅠ
γ D
θ γ = -Hω2/M
二、纬度误差产生的原因
M V1
u2
r W
r
u3
V2 u2 r
u3
V2
（方位误差） M`
α
E
垂直轴阻尼法是纬度误差产生的根本原因
三、纬度误差的大小与方向
由：V1=u3 , V2=u2
V1 u2 r r W 方位误差 u3
有：H1 αr=MDθr
H 2=-M θr
r
V2
B.施加水平轴 补偿力矩。
第二章 陀螺罗经误差及其消除
第二节 速 度 误 差(speed error)
一、速度误差的定义 船舶作恒速恒向航行时，陀螺罗经主轴稳定位
置与船静止时稳定位置的方位差角。
速度误差是与船舶速度、航向和地理纬度有关
的指向误差。（不考虑任何加速度）
二、船舶作恒速恒向运动时的旋转角速度及其在地