航海儀器課后解答

1、集美大學航海 11 級航海儀器課后復習題第一章 陀螺羅經(jīng)1. 表達陀螺儀的定義及其根本特性。定義：工程上將高速旋轉(zhuǎn)的對稱剛體 轉(zhuǎn)子 及其懸掛裝置的總稱叫做陀螺儀。 根本特性：定軸性 進動性2. 何謂平衡陀螺儀和自由陀螺儀？ 平衡陀螺儀：陀螺儀的中心和其幾何中心相重合的陀螺儀。 自由陀螺儀：不受任何外力矩作用的平衡陀螺儀。4. 位于地球上的自由陀螺儀的視運動有何規(guī)律？如何解釋其物理實質(zhì)？ 自由陀螺儀在地球上的視運動規(guī)律：北緯東偏南緯西偏，偏轉(zhuǎn)角速度為w2東升西降南北一樣升降角速度為 w1a物理實質(zhì)：當?shù)厍蜃赞D(zhuǎn)時，在北緯子午面北點 N 向西偏轉(zhuǎn)，由于陀螺儀的定軸 性，主軸空間指向不變， 跟地球一起

2、運動的觀察者看到主軸北端在不斷向東偏轉(zhuǎn)。 同理在南緯， 主軸指北端向西偏轉(zhuǎn)。 當陀螺儀主軸指北端偏離子午面以東時， 受 w1 的影響，水平面東半平面下降，陀螺儀主軸的指北端相對水平面產(chǎn)生上升的 視運動；當陀螺儀主軸的指北端偏離子午面以西時，由于水平面西半平面上升， 陀螺儀主軸那么產(chǎn)生下降視運動。5. 影響自由陀螺儀主軸不能穩(wěn)定指北的主要矛盾是什么？克服該主要矛盾對自 由陀螺儀影響的根本原那么是什么？W2 是影響自由陀螺儀主軸不能指北的主要矛盾?？朔撁軐ψ杂赏勇輧x影 響的根本原那么是利用陀螺儀的進動性，對陀螺儀水平軸施加一個外力 M ，使陀 螺儀周周繞 OZ 軸進動，并滿足 w'=M

3、/H=w26. 表達變自由陀螺儀為擺式羅經(jīng)的兩種方法。 第一種是重力下移法。將陀螺儀的重心沿垂直軸下移，時重心不與支架中心 O重合，當主軸不水平時， 產(chǎn)生控制力矩。 根據(jù)這種方法制成的羅經(jīng)稱為下重式羅 經(jīng)。第二種是水銀器法或液體連通器法。在平衡陀螺儀上懸掛液體連通器，液體連 通器中注入適量的高比重液體如水銀或其他化學溶劑 ，用以產(chǎn)生控制力矩。 這類羅經(jīng)一般被稱為水銀器羅經(jīng)或稱液體連通器羅經(jīng)。7. 為何雙轉(zhuǎn)子擺式羅經(jīng)與液體連通器羅經(jīng)二者的動量矩H 的指向不同？由于地球自轉(zhuǎn)，雙轉(zhuǎn)子擺式羅經(jīng)主軸指北端偏離水平面后產(chǎn)生的重力控制力矩My 使陀螺儀主軸指北端向子午面北端靠攏，自動找北。而液體連通器羅經(jīng)隨

4、地 球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的控制力矩和雙轉(zhuǎn)子擺式羅經(jīng)產(chǎn)生的控制力矩方向相反， 要實現(xiàn)與雙 轉(zhuǎn)子羅經(jīng)同樣的自動找北功能，只有兩者動量矩 H 指向相反。集美大學航海 11 級8. 何謂水平軸阻尼法，它有何特點？ 水平軸阻尼法是指壓縮橢圓長軸的方法， 阻尼力矩應施加于陀螺儀的水平軸上。 特點：羅經(jīng)穩(wěn)定時主軸穩(wěn)定在子午面內(nèi)，但阻尼裝置的結(jié)構(gòu)比擬復雜，控制力矩與阻尼力矩之間的相位關系很難嚴格做到恰好相差n/2,所以阻尼效果會受到影響。9. 何謂垂直軸阻尼法，它有何特點？垂直軸阻尼法即壓縮橢圓短軸的方法，阻尼力矩應施加于陀螺儀的垂直軸上。特點：阻尼效果好，實現(xiàn)起來也比擬方便，但使用垂直軸阻尼法的羅經(jīng)會在穩(wěn) 態(tài)時產(chǎn)生一

5、個附加的方位偏差，需要設置附加的補償裝置。10. 表達雙轉(zhuǎn)子擺式羅經(jīng)的指北原理。雙轉(zhuǎn)子羅經(jīng)具有定軸性和進動性， 隨著地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生北緯東偏南緯西偏東升西 降南北一樣的視運動， 在重力控制力矩的作用下主軸自動找北， 在液體阻尼器產(chǎn) 生的水平軸阻尼力矩作用下， 主軸減幅擺動， 此過程中主軸的高度角和方位角漸 次衰減，最后抵達其穩(wěn)定位置。11. 表達液體連通器羅經(jīng)的指北原理。 單轉(zhuǎn)子羅經(jīng)具有定軸性和進動性，隨著地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生北緯東偏南緯西偏東升西 降南北一樣的視運動， 在重力控制力矩作用下主軸自動找北， 在阻尼重物產(chǎn)生的 垂直阻尼力矩作用下， 主軸減幅擺動，此過程中主軸的高度角和方位角漸次衰減， 最后抵

6、達其穩(wěn)定位置。13.不同類型的陀螺羅經(jīng)在指北原理方面有哪些共性？17. 何謂緯度誤差？該誤差如何予以消除？ 具有阻尼重物的液體連通器羅經(jīng)，穩(wěn)定后羅經(jīng)主軸并不恰好位于子午面內(nèi)，而 是偏離子午面一個角度a,當羅經(jīng)的結(jié)構(gòu)參數(shù) M、Md確定后，a角僅與地理緯 度©有關，古稱為緯度誤差。消除方法：外補償法、內(nèi)補償法18. 何謂速度誤差？它與哪些因素有關？如何消除 ?船舶以恒速恒向運動時，陀螺羅經(jīng)主軸的穩(wěn)定位置與航速為零時主軸的穩(wěn)定位 置兩者在方位上的夾角稱為速度誤差。 速度誤差與船舶航速、 航向以及所在緯度 有關，與羅經(jīng)結(jié)構(gòu)參數(shù)無關。消除方法：查表法、外補償法、內(nèi)補償法19. 何謂沖擊誤差？何

7、謂第一類沖擊誤差和第二類沖擊誤差？ 船舶作機動變速變向航行時產(chǎn)生的慣性力對羅經(jīng)作用引起羅經(jīng)主軸偏離新的穩(wěn)定位置形成的誤差稱為沖擊誤差。 慣性力作用在陀螺羅經(jīng)重力控制設備上而 產(chǎn)生的沖擊誤差稱為第一類沖擊誤差； 慣性力作用在阻尼設備上而產(chǎn)生的沖擊誤 差稱為第二類沖擊誤差。集美大學航海 11 級22.何謂搖擺誤差？并簡要說明安許茨系列羅經(jīng)、斯伯利系列羅經(jīng)和阿瑪勃朗 系列羅經(jīng)消減搖擺誤差的措施。搖擺誤差是指船舶搖擺時呈周期性變化的慣性力作用于陀螺羅經(jīng)的重力控制設 備而產(chǎn)生的指向誤差。消減搖擺誤差的措施：1. 安許茨系列羅經(jīng)：在脫落球內(nèi)將單個轉(zhuǎn)子變換為兩個互成直角的陀螺轉(zhuǎn)子， 兩個陀螺轉(zhuǎn) 子的動量矩形

8、成的穩(wěn)定面可使脫落球不隨船舶一起搖擺。2. 斯伯利系列羅經(jīng)：調(diào)整液體連通器內(nèi)液體的流動周期，使其遠遠大于船舶搖 擺周期，從而有效地消減了搖擺誤差。勃朗系列羅經(jīng)： 在敏感主軸高度角的電磁擺內(nèi)充滿黏性很大的硅油， 對擺錘進 行強阻尼，使電磁擺不隨船舶搖擺，從而減小了搖擺誤差的影響。35.試述安許茨系列陀螺羅經(jīng)的結(jié)構(gòu)特點。雙轉(zhuǎn)子陀螺球、隨動球、液體支承36.簡述安許茨 4 型陀螺羅經(jīng)靈敏局部的結(jié)構(gòu)和支承方式安許茨4型陀螺羅經(jīng)主羅經(jīng)靈敏局部是一個直徑為 252mm,沖有氮氣的密封陀 螺球，球的重心垂直下移 8mm，以到達產(chǎn)生下重式控制力矩的目的。球內(nèi)裝有 燈型支架, 支架上方裝有液體阻尼器, 用于產(chǎn)生

9、阻尼力矩。 支架中間裝有兩個相 同的陀螺馬達， 其產(chǎn)生的合成動量矩， 用于指北找北。 支架下方裝有電磁上托線 圈，通電后產(chǎn)生電磁上托力用于輔助液體共同支承陀螺球。46 試述斯伯利 MK37 型主羅經(jīng)的靈敏局部和隨動局部的主要部件及其作用1靈敏局部 靈敏局部由陀螺球，垂直環(huán)及其組件組成。陀螺球由中間環(huán)和東西兩個半球 殼組成。陀螺球內(nèi)充滿氮氣， 裝有一個陀螺馬達； 陀螺球通過上下垂直軸安裝在 垂直環(huán)內(nèi)；垂直環(huán)沿東西水平軸， 水平地支承在叉形隨動環(huán)上， 陀螺轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)軸、 陀螺球垂直軸和垂直環(huán)水平軸構(gòu)成了陀螺儀的三個自由度。2隨動局部隨動局部由叉形隨動環(huán)、 方位刻度盤和方位隨動電機組成。 叉形隨動環(huán)通

10、過垂 直軸支承在支承板上與航向刻度盤相連， 叉形隨動環(huán)上面的方位齒輪和方位隨動 電機的齒輪相咬合。 當陀螺球相對垂直環(huán)有方位變化時， 產(chǎn)生隨動信號， 經(jīng)放大 器放大后驅(qū)動方位電機。 在方位電機帶動下， 隨動環(huán)和方位刻度盤可繞垂直軸作 360°的轉(zhuǎn)動。勃朗型陀螺羅經(jīng)采用扭絲支承有哪些特點？利用水平扭絲產(chǎn)生控制力矩，利用垂直扭絲產(chǎn)生垂直軸阻尼力矩羅經(jīng)內(nèi)部參數(shù)可調(diào)，具有快速穩(wěn)定功能第二章 船用磁羅經(jīng)集美大學航海11級1.何為磁矩？其表達式是什么？何謂磁差、磁赤道及地磁三要素？磁矩表示磁鐵磁性的強弱，磁矩是同名磁量與兩磁極間距離的乘積，表達式為 M=2ml。m是磁極的磁量，21為兩磁極間的距

11、離。磁差是磁子午面和地理子午面的水平夾角磁赤道是地球外表磁傾角為零的各點的連線 地刺三要素：地刺水平力 H、磁傾角、磁差var2.簡述磁羅經(jīng)種類、結(jié)構(gòu)及主要部件作用。根據(jù)羅盆內(nèi)有無液體可分為液體羅經(jīng)和干羅經(jīng)；根據(jù)羅經(jīng)的用途可分為標準羅 經(jīng)、操舵羅經(jīng)、救生艇羅經(jīng)、應急羅經(jīng)；根據(jù)羅盤直徑分為190mm型、165mm型、130mm型羅經(jīng)磁羅經(jīng)由羅經(jīng)柜、羅盆、自差校正器三局部組成。羅經(jīng)柜用來保護羅盆，使其防止風吹雨淋和安放消除的自差校正器自差校正器用于消除軟鐵半圓自差、象限自差、半圓自差。5. 如何檢查磁羅經(jīng)的靈敏度和羅盤磁性大?。繖z查靈敏度：在船?？看a頭時，羅盤穩(wěn)定，船上或岸上機械不工作的情況下，

12、首先記下羅經(jīng)基線所指的航向，然后用一小磁鐵或鐵器將羅盤從原來的平衡位置 向左引偏2° 3°。，那么說明軸針與軸帽間的磨損較嚴重，需修理或更換。檢查羅盤磁性：通常檢查磁針擺動半周期，羅盤處于穩(wěn)定位置，用磁鐵將羅盤從羅經(jīng)基線引偏40。，移去磁鐵，羅盤開始擺動，用秒表記下原航向值連續(xù)兩1次過基線的時間間隔，要求羅盤擺動周期應為2600/H 2 s9.簡述磁羅經(jīng)九個軟鐵系數(shù)的大小和符號。1丨軟鐵系數(shù)a和e船上羅經(jīng)的軟鐵系數(shù)a和e符號均為負，數(shù)值較大，并且兩者絕對值 e>a2軟鐵系數(shù)c煙囪、天線、桅桿等垂直建筑物在羅經(jīng)前方，所以 c為負值且較大3軟鐵系數(shù)b、d、f、h商船構(gòu)造及

13、甲板設備都是左右對稱的，因此裝在船首尾面上的羅經(jīng)的b、d、e、f四個軟鐵系數(shù)都是正負值同時存在，一般很小幾乎等于零4軟鐵系數(shù)k和gK較大，一般為正值，g 一般較小，假設駕駛臺在船首或船尾時，其值可能 大些，其符號隨羅經(jīng)安裝位置確定第三章船用回聲測深儀1.試畫圖表達回聲測深儀的測深原理圖在課本P.87集美大學航海11級回聲測深儀利用測量超聲波從發(fā)射到被反射接收的時間間隔來確定水深。在船 底裝有發(fā)射超聲波的發(fā)射換能器 A和接收超聲波的接收換能器 B, A和B之間 的距離為S,S稱為基線。發(fā)射換能器A以間歇方式向水下發(fā)射頻率為 20200khz 的超聲波脈沖，聲波進海底反射后一局部能量被接收換能器B

14、接收。只要測出聲波自發(fā)射到接收所經(jīng)歷的時間，根據(jù)以下公式可求出水深：H=D+h=D+2 2Ct S；'S其中H2 2是水面到海底的深度,D為船舶吃水，h為測量水深，C為聲波在海水中的傳播速度，標準聲速 1500m/s 2.畫圖說明回聲測深儀的整機組成，并說明各局部的作用及整機工作過程圖在課本P.88回聲測深儀整機由顯示器、發(fā)射系統(tǒng)、電源設備、接收系統(tǒng)、發(fā)射換能器和接收 換能器組成顯示器控制協(xié)調(diào)整機工作，測量聲波往返時間并將其換算成水深加以顯示發(fā)射系統(tǒng)將顯示器的發(fā)射指令變?yōu)橐欢}沖寬度、頻率和輸出功率的電磁振蕩脈 沖去推動換能器工作發(fā)射換能器將電磁振蕩信號轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械振動信號，即將電能轉(zhuǎn)換

15、為聲能，形成超聲波向海底發(fā)射接收換能器將從海底反射來的聲波信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娬袷幮盘枺?即將聲能轉(zhuǎn)換為電能 接收系統(tǒng)將來自接收換能器的回波信號加以適當?shù)胤糯蟆?選擇和處理，變換為適 合顯示器的回波脈沖信號工作過程：顯示器內(nèi)的發(fā)射觸發(fā)器按一定時間間隔T產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，該脈沖觸發(fā)發(fā)射系統(tǒng)產(chǎn)生一定寬度和一定輸出功率的電振蕩發(fā)射脈沖。發(fā)射換能器將電振 蕩發(fā)射脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ黝l率為 20200khz的超聲波脈沖向海底發(fā)射。在發(fā)射同 時，顯示器將產(chǎn)生與發(fā)射脈沖同步的零點信號，表示計時開始。接收換能器將來 自海底的聲波反射信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娬袷幗邮彰}沖信號，經(jīng)接收系統(tǒng)放大、處理后形成回波信號送到顯示器。顯示器累計回波信號和

16、零點信號間的時間間隔，并按深度公式轉(zhuǎn)換為深度予以顯示。第四章船用計程儀2.表達平面式電磁傳感器的測速原理當船以航速v向前或向后航行時，那么水流相對船的速度 v大小相等方向相 反。由于海水可導電，可將流過兩電極間的海水看做無數(shù)根運動的導體在切割磁 力線，根據(jù)電磁感應原理，在電極 a、b和海水形成的回路中將產(chǎn)生感應電動勢 Eg=BLv*10A-8 B為交流磁感應強度，L為兩電極間距，v為航速3. 畫圖表達單波束多普勒計程儀的測速原理圖在課本P.104集美大學航海11級在船底部裝置一個收發(fā)兼用的換能器 0,船舶以速度v向前航行，換能器向海底發(fā)射頻率為fo的超聲波脈沖。聲波束的發(fā)射方向與船舶速度方向成

17、9,9 一般取60。換能器向海底發(fā)射的超聲波經(jīng)海底反射后一局部聲波能量被換能器 接收。發(fā)射點和接收點之間有相對位移，故換能器0收到聲波的頻率和發(fā)射聲波的頻率并不相同又稱為二次多普勒效應測得的多普勒頻移為 f= 2 fovcos 9聲波發(fā)射頻率fo、船速v及波束俯角9均為量，只要測出 fC即可求出船速第五章衛(wèi)星導航系統(tǒng)3. 試述GPS衛(wèi)星導航系統(tǒng)定位原理GPS衛(wèi)星導航系統(tǒng)的定位由偽測距和定位解算實現(xiàn)1偽測距衛(wèi)星信號傳播到用戶的過程中要進過電離層和對流層的折射， 信號傳播速度和 路徑發(fā)生變化，由此產(chǎn)生了信號傳播延遲，帶來用戶測量時間的誤差。因此GPS 接收機測得的距離不是用戶到衛(wèi)星的真距離，稱為偽

18、距離2定位解算GPS接收機接受其視界內(nèi)一組衛(wèi)星的導航信號，從中取得星歷、時鐘校正參 量、大氣校正參量等數(shù)據(jù)，并且測量衛(wèi)星信號的多普勒頻移和傳播延時。根據(jù)衛(wèi) 星星歷計算出衛(wèi)星發(fā)射信號時的位置；根據(jù)衛(wèi)星信號的傳播延時和光速的乘積計 算出衛(wèi)星與用戶的偽距離；根據(jù)衛(wèi)星信號的傳播延時、光速、多普勒頻移計算出 用戶的三維運行速度6. GPS衛(wèi)星導航系統(tǒng)定位誤差主要包括哪些？偽測距誤差包括哪些？誤差主要包括偽測距誤差、幾何誤差、美國GPS政策帶來的誤差、速度誤差和海圖標繪誤差等。偽測距誤差包括衛(wèi)星誤差、信號傳播誤差及 GPS接收機誤差第六章自動識別系統(tǒng)6船載AIS設備靜態(tài)信息有哪些？這些信息是在什么時候如何

19、輸入的？是否需 要根據(jù)不同的航行環(huán)境而變更？靜態(tài)信息有MMSI、呼號和船名、IM0編號、船長和船寬、船舶類型、定位天 線的位置這些信息在AIS設備安裝的時候以人工輸入方式設定，在船舶買賣移交時需要集美大學航海 11 級重新設定，不需要根據(jù)航行環(huán)境的不同而變更7. 船載 AIS 設備發(fā)送的動態(tài)信息有哪些？這些信息來自于哪些傳感器， 是否能手 動輸入？其精度如何？動態(tài)信息有船位、UTC時間、COG對地航向、SOG對地航速、船首向、 航行狀態(tài)、ROT旋回速率、首傾角、縱搖/橫搖。這些信息來自于 GPS、羅 經(jīng)、絕對計程儀等傳感器，其精度一般顯示為優(yōu)于或劣于 10 m 。8. 船載 AIS 航次相關信息有哪些？輸入時應注意哪些問題？航次相關信息有船舶吃水、危險品貨物、目的港/ETA、航線方案、開行前最大 吃水、危險品貨物種類、 港口名和時間、 轉(zhuǎn)向點描述，以上信息都由駕駛員輸入， 隨航次而更新。 輸入時應