陀螺罗经误差及消除
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
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、
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
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。
02陀螺罗经误差
M ⋅Δ V − N H⋅ g
Reωe⋅cosϕ
1
⋅ Δ VN
BI = BZ − Δαrv =
M ⋅Δ V − N H⋅ g
Reωe⋅cosϕ
1
⋅ Δ VN
分析： 1. 若BZ = Δαrv ，则BI = 0，即无第一类冲击误差。 此时 1 M ⋅Δ V = ⋅ΔVN N Reωe⋅cosϕ H⋅ g 2π H
当罗经结构参数M、H 为定值时，只有在某一特定纬度ϕ0上 才能满足舒拉条件，这一特定纬度ϕ0称为罗经的设计纬度。
BI = BZ − Δαrv =
M ⋅Δ V − N H⋅ g
Reωe⋅cosϕ
1
⋅ Δ VN
2. 若BZ ＞ Δαrv ，则BI ＞ 0。 说明主轴偏在新稳定位置r2 的西面，机动结束后主轴将作 减幅摆动，最后停在新的稳定位置r2 。 若ΔVN ＞ 0，产生此种情况时的船舶所在纬度小于设计纬度， 即ϕ ＜ϕ 0。 3. 若BZ ＜ Δαrv ，则BI ＜ 0。 说明主轴偏在新稳定位置r2 的东面，机动结束后主轴将作 减幅摆动，最后停在新的稳定位置r2 。 若ΔVN ＞ 0，产生此种情况时的船舶所在纬度大于设计纬度， 即ϕ ＞ϕ 0。
二、误差处理 1. 外补偿法（机械补偿法） 2. 内补偿法（力矩补偿法、电气补偿法） 采用内补偿法的罗经，一般与纬度误差消除同时进行。 消除误差后刻度盘指示船舶航向，陀螺仪主轴也指示 真北方向。（图片） 3. 查表法 按不同的船速V、航向C 和地理纬度ϕ 计算出速度误差 的数值绘制成表格（或图表）。 纬度
2. 误差测定、校正 先校准方位分罗经基线误差，再校准主罗经的基线误差 1）方位分罗经：测定与校正同步进行。 ① 同时测量船首尾线内一目标（如锚灯）， a. 若α1= −α2 ， 下一步。 b. 若α1≠ −α2 ， 则调整分罗经腰部 四个螺钉使之相等。 ② 同时测量距离大于 3 n mile 外一目标， a. 若 α′1= α′2，则说明两基线无误差。 b. 若 α′1≠ α′2，则调整分罗经腰部四个螺钉使之相等。
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）
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。
标准罗经误差记录簿
标准罗经误差记录簿Standard compass error record bookM.V.编号： 1 No.： 1自年月日至年月日FM TO根据《1978年海员培训、发证和值班标准国际公约马尼拉修正案》附件2附则A部分第八章关于值班的标准第34条规定：负责航行值班的高级船员应做定期检查，以确保：.1 舵工或自动舵正操作在正确的航向上；.2 标准罗经误差每班至少测定一次，如可能，在任何大幅度改向后也应测定；标准罗经和陀螺罗经应经常进行核对，罗经复示仪与主罗经同步；.3 自动舵至少每班手动测试一次；.4 航行灯和信号灯及其他航行设备正常工作；.5 无线电设备按照本节第86条规定正常工作；以及.6 无人机舱（UMS）控制装置、报警和指示器工作正常。
According to THE MANILA AMENDMENTS TO STCW CONVENTION ANNEX PART A Chapter VIII paragraph 34:The officer in charge of the navigational watch shall make regular checks to ensure that：．1 the person steering the ship or the automatic pilot is steering the correct course；．2 the standard compass error is determined at least once a watch and，when possible，after any major alteration of course；the standard and gyro compasses are frequently compared and repeaters are synchronized with their master compass；．3 the automatic pilot is tested manually at least once a watch；．4 the navigation and signal lights and other navigational equipment are functioning properly；．5 the radio equipment is functioning properly in accordance with paragraph 86 of this section；And．6 the UMS controls．alarms and indicators are functioning properly．测定罗经差的方法一、利用陆标测定罗经差（Observe a natural or artificial range）TB在海图上量取CB在航行中观测ΔC = TB - CB二、陀螺罗经航向比对法求罗经差（Comparing the ship’s heading while give gyro error）已知陀螺罗经误差的情况下，同时观测陀螺罗经和标准罗经读数，求出磁罗经误差TC = GC + ΔGΔC = GC + ΔG - CC三、利用天体测定罗经差（Celestial methods）罗方位CB——用罗经观测太阳或星体得到；真方位TB——以天体的计算方位A C代替。
第四章电罗经
船舶在海上：除了地心引力、地 球自转外，还有船的左右摇动、 前後俯仰、船舶转向、航速及所 在纬度等。
1.纬度误差(latitude error， )
采用垂直轴阻尼法的陀螺罗经，稳定时 其主轴不是指向子午面，而是偏离子午 面一个方位角。
第四章 陀螺罗经 Gyro compass
教学目的和教学设备、资料
目的：掌握陀螺罗经的基本设计思想， 了解陀螺罗经误差的种类、产生原因、 消除方法 。
教学设备：投影仪
资料：参考《船用陀螺罗经》，任茂东 编
教学内容和时间分配
1、讲授陀螺仪的结构：转子、内环、 外环、基座、三轴、三个自由度
控制力矩的产生方式：
阿玛-勃朗系列罗经的控制设备由电磁摆 和位于陀螺球水平轴上的力矩器组成。
当陀螺球工作，t = t1时，若设陀螺球主 轴水平指东， = 0，电磁摆不输出摆信 号，陀螺球水平轴的力矩器不工作，不 向陀螺球施加控制力矩。
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
重点三：为什么要引入控制力矩？要结 合进动性解释其物理实质。
重点四：等幅运动分析，应结合线速度的 变化规律解释清楚椭圆轨迹的形成，重 点指出稳定位置的概念和实质。
重点五：为什么要对罗经施加阻尼力矩？ 要结合等幅运动的特征解释清楚。
重点六：冲击误差的定义，不产生冲击误 差的舒拉条件
自学内容和作业 自学内容： 《大学物理》转动力学中的相关知识 作业：P22：1、13。P30：2，3，5
等幅摆动
图1－27
这一椭圆运动轨迹的中心位于子午面内， 椭圆的两长半轴相等，两短半轴也相等， 因此椭圆运动轨迹是等幅椭圆。
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
航海学(航海仪器)
陀螺罗经总结1. 陀螺仪定义？陀螺仪：高速旋转的转子及其悬挂装置的总和。
平衡陀螺仪：重心与几何中心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2. 陀螺仪特性？定轴性：在不受外力矩作用时, 自由陀螺仪主轴保持它的空间的初始方向不变。
进动性：在外力矩作用下, 陀螺仪主轴的动量矩H矢端以捷径趋向外力矩M Y矢端。
M3. 动量矩H 大小与外力矩M Y、进动角速度ω P之间关系：ωP= ，H地球自转角速度的垂直分量ω 2 是影响自由陀螺仪不能指北的主要矛盾。
陀螺仪在地球上的视运动规律：“ 北纬东偏、南纬西偏、东升西降、全球一样”4. 在控制力矩作用下陀螺罗经产生等幅摆动，控制力矩使主轴运行轨迹为椭圆；在阻尼力矩后主轴运行轨迹为衰减的螺旋线，分为：1、水平轴阻尼法（液体阻尼器，如安许茨），稳定位置在北半球指北偏上，南半球指北偏下；2、垂直轴阻尼法（西侧加重物、如斯伯利，电磁控制、如阿玛—勃朗），稳定位置在北东上，南西下。
阻尼因数：又称衰减因数,它表示主轴在方位角上减幅摆动过程的快慢程度。
通常阻尼因数f 取2.5 ～4之间,一般为3。
通常罗经约经3个周期的阻尼摆动（约为4小时）才能达到稳定，所以船舶驾驶员一般在开航前4—6小时启动罗经。
4、陀螺罗经误差及其修正：1）纬度误差：产生原因：垂直轴阻尼方式造成（斯伯利、阿玛—勃朗有，安许茨没有）。
修正方法：○1 、外补偿法（不回子午面内），○2 、内补偿法（回子午面内）2）速度误差：产生原因：船舶恒向恒速运动造成。
特征：1、所有陀螺罗经都有速度误差，2、船速越大, 速度误差越大；。
3、纬度增高时, 速度误差增大，4、速度误差随船舶航向而变，航向正北正南时，速度误差最大；航向正东正西时，速度误差为0；修正方法：○ 1、查表法；○2 、外补偿法（安许茨系列）；○ 3 、内补偿法（斯伯利系列、阿玛—勃朗系列）3）冲击误差：产生原因：船舶作机动航行所出现的惯性力对罗经的影响造成。
第一章电罗经
液体连通器：斯伯利系列罗经产生控制力 矩的设备是在陀螺仪主轴两端加装液体容 器，内充一定液体，液体可在两个容器之 间流动。 当陀螺仪工作，t t1时，陀螺仪位于 A1处， 当陀螺仪工作，t = t1时，陀螺仪位于 A1处， 此时主轴水平指东，θ 0，两个容器中的 此时主轴水平指东，θ = 0，两个容器中的 液体数量相等，液体重力mg作用线通过陀 液体数量相等，液体重力mg作用线通过陀 螺仪中心O，重力mg不产生力矩。 螺仪中心O，重力mg不产生力矩。
陀螺仪 陀螺仪 Gyroscope
Vertical Axis Horizontal Axis Spin Axis
三度自由
平衡陀螺仪： 平衡陀螺仪： 重心与几何中心相重合的陀螺仪。 自由陀螺仪： 自由陀螺仪： 不受任何外力矩作用的平衡陀螺仪。
陀螺仪之特性
定轴性 定轴性(gyroscopic inertia) inertia)
第一章 陀螺罗经 陀螺罗经 Gyro compass
教学目的和教学设备、资料 目的：掌握陀螺罗经的基本设计思想，了 解陀螺罗经误差的种类、产生原因、消除 方法 。 教学设备：投影仪 资料：参考《船用陀螺罗经》 资料：参考《船用陀螺罗经》，任茂东编
教学内容和时间分配 1、讲授陀螺仪的结构：转子、内环、外环、 基座、三轴、三个自由度 2、归纳陀螺仪的两个特性：定轴性和进动 性 3、进动公式 4、归纳地球上自由陀螺仪的视运动规律
讲授内容重点和注意事项 重点一：陀螺仪两个特性的阐述，阐述要 准确，物理概念清晰，并要解释其物理实 质。 重点二：陀螺仪的视运动规律分析，要注 意强调是主轴指北端的运动规律，在分析 相对于水平面的运动时，阐述要准确，物 理概念要清晰。
重点三：为什么要引入控制力矩？要结合 进动性解释其物理实质。 重点四：等幅运动分析，应结合线速度的变 重点四：等幅运动分析，应结合线速度的变 化规律解释清楚椭圆轨迹的形成，重点指 出稳定位置的概念和实质。 重点五：为什么要对罗经施加阻尼力矩？要 结合等幅运动的特征解释清楚。 重点六：冲击误差的定义，不产生冲击误差 的舒拉条件
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。
测罗经差
（2）附表：附表主要是“太阳赤纬表”和
“时差表”，它们均按4年中有1闰年的规律排
列的，所以每个附表中又分4个小表。
查表引数是观测时的年、月、日，可查得世界
时12h的太阳赤纬Dec和时差ET。使用附表一般
不用内插。
2.利用《太阳方位表》求罗经差的步骤
（1）观测太阳罗方位CB，同时记下观测时
c 122－50.7 －）m 120－00.0 ___________________________
D +2－50.7 ＝+11m
ZT 15－43 D ＋ 11 ET ＋ 15 ________________
三.观测天体求罗经差的方法
观测低高度太阳方位求罗经差（或观测
低高度行星、恒星方位求罗经差）；
观测太阳真出没方位求罗经差；
观测北极星方位求罗经差。 利用GPS船位求罗经差的新方法。
第二节 观测低高度太阳方位求罗经差
一.观测低高度太阳方位求罗经差的步骤
1.观测低高度太阳（h⊙<30°）罗方位CB，同时记下观测 时间。
能正好与表列T、DecT、LATT相一致，所以在根据 T、DecT 、LATT查得的表列方位AT的基础上，还要 进行三项比例内插才能求得计算方位Ac
（5）求罗经差：将Ac换算成圆周方位之后可求得
罗经差C＝Ac－CB。
例2－5－3：利用太阳方位表求例2－5－2中的太 阳计算方位，并求罗经差？
3．观测注意事项
（1）应观测低高度天体的罗方位，其高度应低于 30°最好低于15°。
（2）观测时应尽量保持罗经面的水平。 （3）为避免粗差和减小随机误差的影响，一般应 连续观测三次，取平均值作为对应于平均时间的 罗方位。罗经读数读至0.5，观测时间准确到1m。 （4）观测时应测天体的中心方位。
第四章 陀螺罗经
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。
如图1-1所示，一个陀螺用一个内环（视其水平放置，也可称水平环）支承起来，在自转轴（主轴）水平面内，与主轴相垂直的方向上，用水平轴将内环支承在外环（垂直环）上，而外环则用与水平轴相垂直的垂直轴支承在固定环及基座上。
把高速旋转的陀螺安装在这样一个悬挂装置上,使陀螺主轴在空间具有一个或两个转动自由度,就构成了陀螺仪。
可以看出高速旋转的转子及其支承系统是构成陀螺仪的两个要素。
实用罗经中，陀螺仪转子的转速都是每分钟几千转到每分钟几万转。
陀螺仪的支承系统应具有这样的特点，即它应保证主轴在方位上指任何方向，在高度上指示任何高度，总之，能指空间任何方向。
由此，我们可以将陀螺仪概述为：陀螺转子借助于悬挂装置可使其主轴指空间任意方向，这种仪器就叫陀螺仪。
实用陀螺仪，其转子、内环及外环等相对主轴、水平轴以及垂直轴都是对称的，无论几何形体或质量都是对称的。
重心与几何中心相重合的陀螺仪称为平衡陀螺仪。
不受任何外力矩作用的陀螺仪称为自由陀螺仪。
工程上应用的都是自由陀螺仪。
陀螺仪的转子能绕一个轴旋转，它就具备了一个旋转自由，也就是具有一个自由度。
像图1-1所示的陀螺仪，1－转子；2－内环；3－外环；4－固定环；5－基座图1－1具有三个自由度,一是转子绕O X轴作自转运动,一是转子连同内环绕OY轴(水平轴)转动,一是转子连同内环和外环绕OZ轴(垂直轴)转动。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
(引起主轴作进动 新的视运动V3) (实际通常忽略)
船舶在地球上牵连动角速度在地理坐标中的分量
VE ω N = ω1 + Re VN ω W = Re VE ω Z 0 = ω 2 + R tgϕ e
三.速度误差的物理实质
基线误差
定义： 一.定义： 定义 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、 误差。包括主罗经基线误差、分罗经基线误 差和传向误差。 差和传向误差。 特点： 二.特点： 特点 大小、符号不随时间、航向而变化， 大小、符号不随时间、航向而变化，与罗经 本身无关,是固定值 又称为固定误差。 是固定值， 本身无关 是固定值，又称为固定误差。
(度) 度
α rv
V cos C V cos C V cos C = = ⋅ 57.3° = Reω e cos ϕ 900 cos ϕ 5π cos ϕ
速度误差的特点
1.任何罗经均会产生速度误差。仅取决于航速（V）、 任何罗经均会产生速度误差。仅取决于航速（ ）、 任何罗经均会产生速度误差 航向（ ）、和地理纬度（ ），与罗经结构参数无 ）、和地理纬度 航向（C）、和地理纬度（ ϕ ），与罗经结构参数无 关。 2.随船速（V） 、纬度（ ϕ ）的增大而增大。 随船速（ ） 纬度（ 的增大而增大。 随船速 3.航向偏北 3.航向偏北，αrv>0,西误差； 航向偏北， rv>0,西误差 西误差； 航向偏南， 东误差。 航向偏南， αrv<0,东误差。 东误差 东西航向无误差，南北航向误差最大。 东西航向无误差，南北航向误差最大。
其他误差
摇摆误差 基线误差
摇摆误差
定义： 一.定义： 定义 当船舶摇摆时， 当船舶摇摆时，由于船舶摇摆加速度引起的惯性力 作用于单转子罗经的控制设备上而使主轴偏离其稳 定位置所产生的误差。 定位置所产生的误差。 特点： 二.特点： 特点 •与罗经的结构参数、罗经的安装位置、船舶的摇摆 与罗经的结构参数、罗经的安装位置、 与罗经的结构参数 姿态、地理纬度和船舶的摇摆方向等参数有关。 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。 在象限航向上航行且横摇时， 在象限航向上航行且横摇时 摇摆误差最大。
第一类冲击误差的特点及补偿法 1.发生在机动终了时刻 发生在机动终了时刻 2.当 当
φ = φ0时 BΙ = 0
约1小时左右自动消失 小时左右自动消失
3.当 φ ≠ φ 0时 BΙ ≠ 0 当
cos ϕ BI = (α rv 2 − α rv1 )( − 1) cos ϕ 0 的变化规律是：往北加速时， BΙ 的变化规律是：往北加速时，当航行纬度小于
第一类冲击误差 设船舶在北纬某处，航向为C作加速机动航行 作加速机动航行。 设船舶在北纬某处，航向为 作加速机动航行。 机动前的航速为V1， 机动前的航速为 ，则主轴的稳定位置为 r1 机动后的航速为V2， 机动后的航速为 ，则主轴的稳定位置为 r2 船舶机动末了时刻主轴的位置为A点 船舶机动末了时刻主轴的位置为 点 速度误差之差： 速度误差之差： α rv = α rv 2 − α rv1 = (V2 − V1 ) cos C = ∆
MD α r = − M tgϕ Hω 2 θ r = − M
KZ αr = − tgϕ KY
Hω 2 θr = − KY
•垂直轴阻尼法是纬度误差产生的根本原因 垂直轴阻尼法是纬度误差产生的根本原因
纬度误差的大小与方向： 二.纬度误差的大小与方向： 纬度误差的大小与方向
由：V1=u3 , V2=u2 有：Hω1 αr=－MDθr － H ω 2=－M θr － 求得： αr ϕ =－MD/M tg ϕ 求得： － •误差大小与罗经的结构参数有关，且 误差大小与罗经的结构参数有关， 误差大小与罗经的结构参数有关 随纬度的增大而增大。 随纬度的增大而增大。 •北纬偏东误差，南纬偏西误差。 北纬偏东误差， 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 采用短轴阻尼法的罗经才有的误差
第二章 误差及消除
•纬度误差 纬度误差 •速度误差 速度误差 •冲击误差 冲击误差 •其他误差 其他误差
纬度误差
纬度误差产生的原因： 一.纬度误差产生的原因： 纬度误差产生的原因 垂直轴阻尼法是纬度误差产生的根本原因主轴在r点 垂直轴阻尼法是纬度误差产生的根本原因主轴在 点 获得稳定的物理意义 ： (1)相对于水平面达到平衡 相对于水平面达到平衡:V1=u3 相对于水平面达到平衡 (2)相对于子午面达到平衡 相对于子午面达到平衡:V2=u2 相对于子午面达到平衡
速度误差(speed error) 速度误差
一．定义： 定义： 船舶作恒速恒向航行时， 船舶作恒速恒向航行时，罗经主轴的稳定 位置与罗经在静止基座上主轴的稳定位置之 间在方位上的偏差角. 间在方位上的偏差角 影响因素： 、 、 影响因素：V、C、φ
二.产生原因
图2－3 －
船舶运动速度产生新的牵连动分量
五.速度误差消除
1.速度误差校正表 速度误差校正表 把αrv按不同的航速V航向C和地纬度φ计算后绘成表格或图表 的形式,以便使用罗经时查用 以便使用罗经时查用。 的形式 以便使用罗经时查用。 使用时注意: 使用时注意 （1）据航速、航向和纬度来查速度误差值。 ）据航速、航向和纬度来查速度误差值。
（2）在书中的表上，按航海习惯规定：正号为东差；负号 ）在书中的表上，按航海习惯规定：正号为东差； 为西差。 为西差。 （3）真航向＝罗经航向＋速度误差 ）真航向＝罗经航向＋ （4）若表中无对应的V、C和纬度时，可用内插法或选取 ）若表中无对应的 、 和纬度时， 和纬度时 与其接近的数值。 与其接近的数值。 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V 以抵消 以抵消V 施加垂直轴补偿力矩，产生 1`以抵消 3
三.补偿法 补偿法 •外补偿法：转动罗经基线或刻度盘 外补偿法： 外补偿法 •内补偿法：对罗经施加补偿力矩， 内补偿法： 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？ 两种方法下主轴稳定位置的区别？ 两种方法下主轴稳定位置的区别
补偿力矩的施加方案 A.施加垂直轴补偿力矩 (Sperry MK37型 ) 施加垂直轴补偿力矩 B.施加水平轴补偿力矩 (阿玛—勃朗10型 ) 施加水平轴补偿力矩
图2－7 －
3.船舶机动终了时 主轴的进动超过了r2而抵达 处 船舶机动终了时,主轴的进动超过了 而抵达1处 船舶机动终了时
图2－8 －
舒拉条件：不产生第一类冲击误差的条件
Re H T0 = 2π = 2π = 84.4 min Mω1 g
或:
φ =φ 0
（罗经的设计纬度） 罗经的设计纬度）
结论： 结论： 当摆式罗经的等幅摆动周期等于84.4分钟时， 分钟时， 当摆式罗经的等幅摆动周期等于 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
三、摇摆误差的消除： 摇摆误差的消除： 下重式（安许茨）罗经：采用双转子。 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。 液体连通器（斯伯利）罗经：采用高粘性的硅油。 电控式罗经： 电控式罗经：采用在强阻尼电磁摆内设置高粘性 硅油。 硅油。
总的消除原则:增长陀螺球的摇摆周期 总的消除原则 增长陀螺球的摇摆周期
消除方法（ 三.消除方法（大于 消除方法 大于0.5º时） 时 消除步骤： 消除步骤： （1）先消除分罗经基线误差 ） （2）后消除主罗经基线误差 ） 基线偏左舷，罗方位<真方位，东误差；基线偏右 真方位， 基线偏左舷，罗方位 真方位 东误差； 罗方位>真方位 西误差。 真方位， 舷，罗方位 真方位，西误差。 罗经误差的修正公式： 罗经误差的修正公式： 真航向（ ） 罗航向 罗航向（ ） 误差（ 真航向（TC）=罗航向（CC）±误差（△C） ） 东误差取+，西误差取-） （东误差取 ，西误差取 ）
3.第二类冲击误差的补偿法： 第二类冲击误差的补偿法： 第二类冲击误差的补偿法 •高于和等于设计纬度时， BI与BII符号相同， 高于和等于设计纬度时， 与 符号相同， 高于和等于设计纬度时 符号相同 B=BI+BII， ， •可关闭阻尼器，减小总的冲击误差。 可关闭阻尼器， 可关闭阻尼器 减小总的冲击误差。 •低于设计纬度时， BI与BII符号相反， 低于设计纬度时， 与 符号相反， 低于设计纬度时 符号相反 B=BI－BII， － ， •不关闭阻尼器，减小总的冲击误差。 不关闭阻尼器， 不关闭阻尼器 减小总的冲击误差。 •可以将设计纬度定为 °，则船舶大部分时 可以将设计纬度定为60° 可以将设计纬度定为 间使航行在低于设计纬度状态， 间使航行在低于设计纬度状态，因此可以不装 阻尼开关 。
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。 位置所产生的误差 。 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（ ） 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： 第二类冲击误差：惯性力作用于阻尼设备上 （BII） ）
航速的北向分量 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
主轴向西偏离一个 方位角
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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ在上图中根据V1=V3,有
VN VE (ω1 + )α rv = Re Re
V cos C Re V cos C = α rv = V sin C Reω e cos ϕ + V sin C ω1 + Re
Reω e cos ϕ ∆V N Reω e cos ϕ