第二章 陀螺罗经误差及其消除.docVIP

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。 纬度误差 (latitude error) 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 　　　　（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、MD确定后, αr角仅与地理纬度φ有关,故称为纬度误差。 W子午面E　水平面V1V2u2u3θrαr图2－1r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MY=-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u2= 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V2=Hω2等值反向,亦即u2＝V2。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MDθr沿垂直轴OZ作用,指OZ轴的正向。因此,阻尼力矩MZ将引起罗经主轴绕水平轴OY的阻尼进动角速度ωPY＝MDθr/H,亦即主轴指北端以阻尼进动线速度u3= MDθr W 子午面 E　水平面 V1 V2 u2 u3 θr αr 图2－1 r 　　　（2－2） 即阻尼力矩MDθr使主轴指北端向下进动的线速度u3与视运动线速度V1等值反向。在高度上获得稳定,如(图2-1)所示。 不难看出,产生纬度误差的原因是由于了采用垂直轴阻尼法。因此,纬度误差是采用垂直轴阻尼法罗经特有的误差;它属于垂直轴阻尼法陀螺罗经固有的特性。 纬度误差的消除方法 为了提高陀螺罗经的使用精度,应想方设法对纬度误差进行补偿,最好完全予以消除。实践中,对纬度误差的补偿方法有两种——外补偿法和内补偿法。 图2－2(1)外补偿法,是利用一套解算装置,根据误差公式计算出误差的大小和符号,从罗经的航向读数中扣除误差的方法。可通过转动基线或罗经刻度盘,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αrφ等值反向,从罗经刻度盘上读取的航向即为不包含误差的真航向。需强调指出,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。 图2－2 (2)内补偿法或称力矩式补偿法,是利用一套解算装置,计算并输出与误差相关的补偿力矩,抵消引起误差的力矩，使主轴可稳定在子午面内,从根本上消除了误差的方法。 在实践中纬度误差内补偿方案有两种:对陀螺罗经的水平轴OY施加纬度误差补偿力矩,即MYφ＝Hω2；或对罗经的垂直轴OZ施加纬度误补偿力矩,即MZφ＝εHω2。在Sperry MK37型罗经中采用垂直轴内补偿方案（ε＝（MD/M））。在阿玛—勃朗10型罗经中采用水平轴内补偿方案。 需要说明的是，补偿力矩的符号是与罗经所在纬度极性有关的，如将符号取反，不仅不能消除误差，反而使误差增大一倍。因此，使用罗经时应正确判断纬度极性。 速度误差(speed error) 在第一章中所讨论的陀螺罗经稳定位置都是建立在罗经基座为静止状态。但是一部罗经总是要随船运动,即基座不是静止的。基座的运动会使罗经主轴的牵连运动速度发生变化,结果必然引起罗经稳定位置发生变化。使罗经产生了新的误差——速度误差。船舶以恒向恒速运动时，陀螺罗经主轴的稳定位置，与航速为零时主轴的稳定位置二者在方位上的夹角称为速度误差。速度误差是与船舶速度、航向和地理纬度有关的指向误差。注意,速度误差仅指船舶作恒向恒速运动时出现的指向误差,不考虑任何加速度的影响。 船舶恒速恒向航行时的旋转角速度 船舶恒速恒向航行时，航速V在子午圈和纬度圈之切线上的分量为 　　　　（2－3） 式中VN及VE分别称为船舶航速的北向分量和东向分量,C为船舶真航向,VN使地理坐标系绕OW轴以角速度VN/Re作相对心的转动,其角速度矢量将指OW轴正向。VE使地理坐标系绕地轴PNPS以角速度VE/Recosφ转动,其角速度矢量将指向地球北极,与地球自转角速度ωe同向。 由此得到包括地球自转和船舶作恒向恒速航行在内的牵连运动角速度在地理坐标系ONWZ0各坐标轴上的分量（如图2-3）为 图2－3　（2－4） 图2－3 上式表明水平面将以ωN绕ON轴旋转，如陀螺罗经主轴不指北而存在一个方位角α，将产生高度上的东升西降视运动线速度；子午面将以绕OZ0轴旋转，引起陀螺罗经主轴方位上的视运动。 速度误差的物理实质及其特性 物理实质