Уничтожить девиацию!

Все помнят, как Себастьян Перейра сделал путешествие героев “Пятнадцатилетнего капитана” намного увлекательнее, подложив под компас железяку. А что делать, когда весь корабль сделан из стали?

Начнём издалека. Нет, я не Сурен, с Большого взрыва начинать не потребуется. Итак, Земля обладает магнитным полем. И это хорошо. Магнитное поле Земли относительно стабильно и меняется медленно в масштабах путешествия корабля из точки А в точку пуска “Калибров”. И это ещё лучше, потому что позволяет ориентироваться с помощью такого прибора, как магнитный компас. Как он работает?

Стрелка, сделанная из магнито-твёрдого материала, устанавливается вдоль силовых линий магнитного поля (это направление зовётся магнитным меридианом) и указывает на положение полюсов. Если, конечно, ей в этом не мешают помехи. А они мешают, особенно на современных кораблях.

Грубо говоря, материалы могут быть магнито-твёрдыми, немагнитными и магнито-мягкими. Магнито-твёрдые материалы слабо меняют степень своей намагниченности под действием поля (обычно, пока поле не достигнет определенного значения). Немагнитные материалы на магнитное поле и, соответственно, стрелку компаса, влияния не оказывают. Магнито-мягкий материал сам приобретает намагниченность в чужом поле и начинает вносить разнообразие, будто какой-то BLM-активист, в показания компаса.

Таким образом, и магнито-твёрдые, и магнито-мягкие материалы могут вносить ошибки в показания компаса. Эта ошибка называется девиацией. От чего она зависит и как с ней бороться?

Рассмотрим, какие силы действуют на магнитную стрелку. Всего их 6: λН, АλН, ВλН, СλН, DλН, ЕλН, где λ - это постоянный коэффициент. См. рисунок 1.

Рисунок 1 - Магнитные силы и их равнодействующая Н`. Здесь δ - угол девиации, К - курсовой угол, т.е. угол между магнитным меридианом и диаметральной плоскостью самотопа

Это следует из уравнения Пуассона, который препарировал это самое магнитное поле. Если Вам интересно, как выводить это уравнение и почему силы получаются именно такими - напишите в комментариях, я с удовольствием это сделаю. Ну а пока краткое описание этих сил.

1. Сила λН, действующая вдоль линий магнитного поля. Она на девиацию не влияет. Это единственная полезная сила, так как она и выстраивает стрелку вдоль линий магнитного поля (это направление называется магнитным курсом). За это её зовут Тутанхамон направляющей силой.
2. АλН. Сила постоянной девиации. Направлена перпендикулярно магнитному меридиану. Для компасов, расположенных около диаметральной плоскости корабля в носу или корме, она мала, и её можно компенсировать простым поворотом котелка (грубо говоря, корпуса) компаса.
3. ВλН. Направлена вдоль диаметральной оси корабля (и движется вместе с продольной осью корабля). Поэтому производит девиацию, которая зависит от курса, пропорциональную синусу курсового угла (это угол между магнитным меридианом и диаметральной плоскостью корабля). Производимая ей девиация называется полукруговой продольной. Величина полукруговой девиации зависит от широты.
4. СλН. Направлена поперёк диаметральной плоскости корабля. Эта сила производит поперечную полукруговую девиацию. Легко догадаться, что она пропорциональна косинусу курсового угла.
5. DλН. Эта сила четвертькруговой девиации. Также легко догадаться, что на курсах, кратных 90 градусам, она даёт нулевую девиацию. Она вызывается магнитомягким материалом, расположенным симметрично относительно компаса.
6. ЕλН. Сила несимметричной четвертькруговой девиации. Она вызвана, соответственно, несимметрично расположенным относительно компаса магнитомягким материалом, но тоже пропорциональна синусу удвоенного курсового угла, как и DλН.

В итоге девиация имеет вот такой (примерно) график (см. рис.2).

Рисунок 2 - График девиации, построенный в каменном веке с помощью ашельского рубила и программы Paint. Что такое программа Paint, историкам пока не известно.

На этом графике нет искажений от электромагнитных полей корабля, но они на современных кораблях тоже присутствуют.

Девиацию можно уничтожить. Для этого вам потребуется простой советский… В зависимости от источника девиации, её нужно компенсировать следующим образом:

1. Часть девиации, вызванную постоянным магнетизмом магнито-твёрдого вещества, нужно компенсировать постоянной магнитной силой (магнитом).
2. Часть девиации, вызванную магнито-мягким веществом, следует компенсировать магнито-мягким материалом.
3. Ошибки, вызываемые электромагнитным полем, должны устраняться компенсирующим электромагнитным полем.
4. Постоянная девиация “лечится” смещением точки отсчета.

Чтобы определить, какую компенсацию необходимо сделать, необходимо разделить девиацию на части, то есть определить коэффициенты девиации. Как мы уже знаем, различные виды девиации обнуляются при различных углах. Поэтому мы замеряем показания компаса на 8-ми различных курсах, начиная с 0-го (главных), т.е. с шагом 45 градусов. Результаты сравниваем с значениями истинного курса. Затем по специальным формулам определяются коэффициенты девиации. В соответствии с этими коэффициентами выбирается компенсация для полукруговой и четвертькруговой (четверной) девиации.

К сожалению, полностью устранить девиацию невозможно, но реально снизить её до приемлемого уровня. После устранения девиации мы измеряем показания на тех же 8 курсах и сравниваем с истинными курсами. Получается остаточная девиация. Эту девиацию можно занести в формуляр компаса (в штурманские таблицы и положить перед рулевым на видном месте) и учитывать при использовании прибора, а можно написать программу для автоматического учёта остаточной девиации, что мной и было сделано.

На самом деле всё, конечно, чуть сложнее. Есть ещё креновая девиация, нужно учитывать и угол застоя (магнитный момент сравнивается с силой трения при приближении стрелки к положению магнитного курса, и стрелка перестаёт двигаться), проводить сначала измерения на берегу, и прочие нюансы. Если Вам это интересно - напишите, я продолжу. Но в целом Вы уже понимаете, как переиграть и уничтожить девиацию!

Автор: Никита Баринов.