X: Vị trí dự đoán A: Mục tiêu
ph−ơng pháp khử độ lệch labàn từ
4.10. những nguyên nhân làm độ lệch bán vòng thay đổ
Trong qua trình tàu hàng hải độ lệch bán vòng thay đổi do hàng loạt các nguyên nhân. Một trong những nguyên nhân chính là sự thay đổi thành phần thẳng đứng và thành phần nằm ngang, từ tr−ờng trái đất khi tàu thay đổi vùng hàng hải. Do đó khử độ lệch bán vòng bằng nam châm vĩnh cửu chỉ thực hiện đ−ợc ứng với một vĩ độ từ. Khi tàu chuyển sang vĩ độ khác thì do sự thay đổi của thành phần Z mà lực B’λH và C’λH gây ra độ lệch bán vòng cũng thay bị đổi. Thực tiễn đã chỉ ra rằng khi tàu từ vĩ độ trung bình đi vào vùng cực do sự thay đổi của lực fZ và cZ mà độ lệch bán vòng có thể thay đổi lớn hơn 10o.
Sự thay đổi độ lệch bán vòng cũng có thể phát sinh do lực P và Q thay đổi.
Khi lập ph−ơng trình Passon ta đã giả thiết là vật liệu cấu tạo tàu gồm có hai loại sắt từ: Sắt từ cứng và sắt từ mềm. Loại sắt từ cứng đ−ợc xem nh− có từ tính cố định theo thời gian do
đó lực P và Q cũng đựơc xem là cố định. Trong thực tế từ tr−ờng tàu vĩnh cửu mà các thành phần của nó là P và Q không phải hoàn toàn cố định mà luôn luôn thay đổi theo sự thay đổi ngoại lực tác dụng vào thân tàu.
Một nguyên nhân khác là thay đổi từ tr−ờng tàu vĩnh cửu là từ tr−ờng bán vĩnh cửu. Từ tr−ờng vĩnh cửu của tàu có đ−ợc là do trong khi đóng tàu, sắt từ tàu bị từ hoá d−ới tác dụng của từ tr−ờng trái đất. Thép đóng tàu là loại thép có lực kháng từ không lớn, d−ới tác dụng của từ tr−ờng trái đất yếu thì nó cũng bị từ hoá yếu. Nh−ng trong quá trình đóng tàu bị rung động và va đập mà sắt từ tàu tăng thêm khả năng từ hoá. Sau khi xuất x−ởng tàu hoạt động trong môi tr−ờng từ tr−ờng từ hoá của trái đất, bản thân từ tr−ờng yếu này không trực tiếp là thay đổi từ tr−ờng vĩnh cửu của tàu, nh−ng khi tàu bắt đầu làm việc thì tàu bị rung động do sự làm việc của máy chính, sự va đập của sóng cho nên từ tr−ờng của tàu bắt đầu thay đổi và một phần từ tr−ờng vĩnh cửu bị biến mất, phần từ tr−ờng biến mất này gọi là bán vĩnh cửu.
Sau khi từ tr−ờng bán vĩnh cửu biến mất, từ tr−ờng vĩnh cửu của tàu mới ổn định.
Từ tr−ờng bán vĩnh cửu phát sinh không chỉ trong khi đóng tàu mà còn phát sinh cả trong tr−ờng hợp tàu hàng hải nhiều ngày đêm trên một h−ớng hoặc sau khi sửa chữa tàu dài ngày.
Trong quá trình từ tr−ờng bán vĩnh cửu biến đi, độ lệch la bàn từ liên tục thay đổi. Vì vậy để đảm bảo an toàn trong thời kỳ này ng−ời điều khiển tàu cần phải thận trọng khi lấy số hiệu chỉnh la bàn.
Sau khi suất x−ởng tàu mới đóng, sửa chữa xong hoặc sau khi tàu đứng cảng dài ngày thì tr−ớc khi đ−a tàu đi khử độ lệch bán vòng cần phải cho tàu đi lại nhiều lần trên nhiều h−ớng khác nhau để làm tăng tốc độ suy biến của từ tr−ờng bán vĩnh cửu.
Từ tr−ờng tàu cố định còn bị thay đổi do hàng loạt các nguyên nhân khác nữa, chẳng hạn do ảnh h−ởng va chạm của lực cơ học bên ngoài, do nhiệt độ thay đổi.
D−ới tác dụng của các lực cơ học mạnh, chẳng hạn nh− va chạm vào đá, vào băng... khả năng từ hoá của sắt tàu có thể thay đổi lớn. Độ lệch bán vòng trong tr−ờng hợp này có thể thay đổi tới 3o.
Sự thay đổi nhiệt độ thân tàu cũng làm độ lệch bán vòng thay đổi, nh−ng giá trị thay đổi th−ờng nhỏ hơn tác dụng cơ học.
Ngoài ra, những sự vi phạm về vị trí đặt nguồn phát sáng, vi phạm cự ly từ la bàn tới các nguồn từ tr−ờng khác cũng làm cho từ tàu vĩnh cửu thay đổi, độ lệch bán vòng thay đổi.
Những sự tác dụng của lực cơ học, thay đổi nhiệt độ, điện tr−ờng vào thân tàu làm thay đổi từ tr−ờng tàu, nh−ng chỉ làm thay đổi từ tàu vĩnh cửu, còn đối với các vật sắt từ mềm thì không chịu ảnh h−ởng. Vì vậy độ lệch cố định và độ lệch phần t− không chịu ảnh h−ởng bởi các nguyên nhân nêu trên.
Sự thay đổi cấu tạo tàu hoặc thay đổi tải trọng trên tàu có thể dẫn đến làm thay đổi tất cả các loại độ lệch: bán vòng, cố định và phần t−.
4.11.khử độ lệch khi tàu thay đổi vĩ độ từ
4.11.1 Nguyên lý
- Khi tiến hành khử độ lệch cho tàu chạy tuyến cận hải hoặc viễn d−ơng, la bàn từ trên tàu th−ờng đặt thêm hệ thống cơ cấu hiệu chỉnh vĩ độ, đặt ở phía tr−ớc la bàn. Hệ thống này khử độ lệch bán vòng phụ sinh ra khi tàu thay đổi vĩ độ khoảng ∆ϕ > 10o. Thực tiễn độ lệch bán vòng phụ sinh ra không lớn khoảng từ 2o đến 3o. Vì vậy ta vẫn phải loại trừ dựa vào nguyên lý sau:
- Ta đã biết khử độ lệch bán vòng B’λH và C’λH: Ta có: B’λH = cZ + P
C’λH = fZ + Q.
Qua 2 công thức trên ta thấy độ lệch bán vòng do 2 lực P và Q của sắt già sinh ra rất lớn có thể đạt tới vài chục độ, gọi là độ lệch bán vòng chính. Để khử độ lệch bán vòng chính qua tất cả các vĩ độ ng−ời ta đã dùng các thanh nam châm vĩnh cửu đặt theo chiều dọc và chiều ngang trong thân la bàn. Trong hai công thức trên còn lại lực cZ và fZ do thành phần sắt non trên tàu sinh ra khi vĩ độ thay đổi lớn (∆ϕ >10o). Hai lực cZ và fZ thay đổi, chính sự thay đổi này đã tác dụng vào kim la bàn sinh độ lệch mới, gọi là độ lệch bán vòng phụ. Để khử độ lệch bán vòng phụ ng−ời ta dùng các thanh sắt non Flinder đặt theo chiều thẳng đứng ở phía tr−ớc la bàn gọi là cơ cấu hiệu chỉnh vĩ độ.
- Thực tế trên tàu la bàn chuẩn đ−ợc đặt đúng mặt phẳng trục dọc tàu nên lực fZ th−ờng nhỏ, cho phép bỏ qua. Vì vậy cơ cấu hiệu chỉnh vĩ độ trên la bàn dùng để khử lực cZ.
- Ta đã nghiên cứu lực cZ do sắt non thuộc ống khói trên tàu đặt theo chiều thẳng đứng gây ra lực dọc. ở la bàn chuẩn ống khói đặt sau la bàn nên cZ th−ờng là âm (hay c < 0). Để khử lực cZ âm ng−ời ta đặt cơ cấu hiệu chỉnh vĩ độ ở phía tr−ớc la bàn tạo ra c1Z’ d−ơng bằng các thanh sắt non thẳng đứng. Đầu trên thanh sắt non thẳng đứng nằm trong mặt phẳng nằm ngang đi qua mặt số la bàn. D−ới tác dụng của lực từ tàu thẳng đứng Z’, cơ cấu hiệu chỉnh vĩ độ tác dụng vào kim la bàn một lực c1Z’ (hình vẽ 4.18).
ống khói
-cZ +cZ
Hình 4.18
Nếu c1Z’ = -cZ thì lực cZ sẽ đ−ợc khử ở tất cả các vĩ độ từ. Giá trị c1 biểu thị đặc tính của cơ cấu hiệu chỉnh vĩ độ, phụ thuộc vào kích th−ớc của cơ cấu và khoảng cách từ nó tới tâm mặt số la bàn.
4.11.2 Ph−ơng pháp xác định:
Để xác định hệ số c1 ta áp dụng công thức:
c1 = c/k (4.15) Với: c và k là hệ số sắt non trên tàu đ−ợc xác định nh− sau:
* Ph−ơng pháp xác định hệ số c: Xét hai điểm có vĩ độ ϕ1 và ϕ2 với ∆ϕ > 10O
Tại ϕ1, ta viết ph−ơng trình lực tác dụng B’1λH1 = cZ1 + P Tại ϕ2, ta viết ph−ơng trình lực tác dụng B’2λH2 = cZ2 + P . Trừ hai ph−−ơng trình cho nhau và rút ra
21 1 2 1 ' ' Z Z H B H B c − − = λ λ (4.16)
Theo công thức trên ta lấy
H1, H2, Z1, Z2 trên bản đồ từ tr−ờng, B’1 = tg(B1) và B’2 = (tgB2).
λ là hệ số la bàn lấy bằng 0,8 đến 0,9. * Ph−ơng pháp xác định hệ số k.
Hệ số k có thể xác định đồng thời với hệ số c bằng cách dụng máy đo từ lực Cologga đo lực Z’ trên h−ớng E và W ở các điểm xác định hệ số B’1 và B’2.
Ta viết h−ơng trình thứ ba Z’ của ph−ơng trình Passon ứng với hai vĩ độ từ khi tàu đi h−ớng E hoặc W. Ta có ph−ơng trình
Z1’ EW = Z1 + kZ1 + R Z2’ EW = Z2 + kZ2 + R Giả hệ ph−ơng trình này ta có:
21 1 2 1 ' ' ) 1 ( Z Z Z Z k EW EW − − = + (4.17)
Từ công thức (4.16) và (4.17) ta có c và k thay vào công thức (4.15) ta có hệ số c1. Theo hệ số c1 chọn cơ cấu hiệu chỉnh vĩ độ cho phù hợp, từ bảng hệ số sắt non Flinder.
+ Cơ cấu hiệu chỉnh vĩ độ đặt gần mặt số la bàn, gây ra độ lệch cảm ứng do kim nam châm của mặt số la bàn. Để tránh hiện t−ợng cảm ứng ng−ời ta dùng cơ cấu hiệu chỉnh vĩ độ kép gồm 2 thỏi sắt non giống nhau đặt trong mặt phẳng thẳng đứng, trên đ−ờng đi qua tâm la bàn, một thỏi đặt phía trên và một thỏi đặt phía d−ới mặt số la bàn, loại cơ cấu hiệu chỉnh vĩ độ kép th−ờng trang bị trên các tàu do các n−ớc đông Âu chế tạo nh− Đức, Balan, Thụy Điển... cơ cấu hiệu chỉnh vĩ độ của Nhật gồm mặt giá đỡ bằng gỗ có 6 lỗ để lắp 6 thanh sắt non màu đen có kích th−ớc L = 500m m, φ= 10m m .
4.12.khử độ lệch khi tàu nghiêng
4.12.1 Nguyên lý khử độ lệch
+ Khi nghiên cứu nguyên lý độ lệch tàu nghiêng ta đã biết khi tàu nghiêng ngang sinh ra một lực (R + kZ - eZ)i gọi là lực độ lệch tàu nghiêng.
Để khử lực này ng−ời ta sử dụng các thanh nam châm thẳng đứng đặt trong thân la bàn tạo ra một lực bằng và ng−ợc chiều với hợp lực trên. Giả sử gọi lực do thanh nam châm thẳng đứng tạo ra là Fzi.
Ta có: FZi = -(R + kZ - eZ)i hay FZ = -(R + kZ - eZ) .
Nh− vậy sau khi khử độ lệch tàu nghiêng thì hợp lực Z’ trong ph−ơng trình Passon khi tàu ở vị trí thăng bằng tăng thêm một lực FZ. Để đơn giản khi sử dụng ph−ơng trình Z’ ta cho tàu đi h−ớng E hoặc W, trên h−ớng này lực X = 0 nên đòn sắt non g không bị từ hoá dẫn đến gX = 0, hY nhỏ bỏ qua.
Vậy ph−ơng trình Z’EW = Z + kZ + R + FZ thay giá trị hợp lực FZ = -(R + kZ - eZ) vào ta có:
Z’EW = Z + kZ + R -(R + kZ - eZ) Z’EW = Z + eZ = Z(1 + e) (4.18) Mặt khác ta biết hệ số la bàn ) 2 1 ( a+e + = λ , hệ số λ 2 ' a e D − = 2 ) 2 ( ' a e a e D − = − = ⇒ λ λ λ Ta lấy: ) (1 ) 2 ( ) 2 1 ( ' a e a e e D= + + − − = + −λ λ thay (1+e)=(1−λD')vào (4.18) ta có: λ ) ' 1 ( ' Z D Z EW = − (4.19)
Ta biến đổi tiếp ph−ơng trình (4.19) để Z’EW tính đ−ợc qua các giá trị có thể đo đ−ợc bằng máy đo từ lực nh− sau:
Ta biết khi sử dụng máy Cologga để khủ lực C’λH, đã xác định đ−ợc hợp lực trung bình là: EW W E H D H H δ λ(1 ') cos 2 ' ' − = + . Sau khi đã khử độ lệch bán vòng thì δEW nhỏ ⇒cos ≈1
EWδ δ H D H H E W ) ' 1 ( 2 ' ' − = + ⇒ λ (4.20) H H H D E W . 1 2 ' ' ) ' 1 ( + = − ⇒λ
Ta có: H Z H H Z E W EW . 2 ' ' ' + = ⇒ (4.21).
Vậy để khử đ−ợc độ lệch tàu nghiêng ta phải đ−a đ−ợc Z’EW về giá trị là
H Z H H E W . 2 ' ' + mà lực Z, H, H’E , H’W đều đo đ−ợc bằng máy Cologga. Sau khi tính đ−ợc Z’EW đặt trị số này lên th−ớc đo bên phải của Cologga khi đó mặt số la bàn bị nghiêng, đồng thời điều chỉnh nam châm thẳng đứng trong thân la bàn để kim mặt số la bàn trở về vị trí thăng bằng, khi đó độ lệch tàu nghiêng đã đ−ợc khử.
4.12.2 Các b−ớc tiến hành
- Dùng máy đo từ lực đo phân lực H và Z ở trên bờ nơi không có từ tr−ờng phát sinh. - Khi tàu đi h−ớng E và W đo H’E và H’W bằng máy Cologga (có thể lấy kết quả đo H’E và H’W khi tiến hành khử độ lệch bán vòng).
- Tính trị số Z’EW theo công thức (4.21).
- Tàu tiếp tục đi h−ớng W (E) thay chậu la bàn th−ờng bằng chậu la bàn nghiêng (chậu la bàn nghiêng có cấu tạo đặc biệt giới thiệu ở ch−ơng 3).
- Đặt nam châm đo theo chiều thẳng đứng trên máy Cologga về giá trị Z’EW ở th−ớc đo bên phải và đặt máy lên mặt chậu la bàn nghiêng, khi đó nam châm đo tác dụng vào la bàn một lực làm kim la bàn bị nghiêng.
- Điều chỉnh nam châm thẳng đứng trong thân la bàn bằng một sợi dây kéo lên hoặc khéo xuống đến khi, kim la bàn nghiêng trở về vị trí thăng bằng.
- Tháo máy đo từ lực và chậu nghiêng la bàn ra khỏi thân la bàn và thay chậu la bàn rên tàu vào, đồng thời cố định vị trí nam châm thẳng đứng và ghi vị trí của nó vào trong bảng độ lệch còn lại, công việc khử độ lệch tàu nghiêng hoàn thành.
Chú ý:
-Khi tiến hành khử độ lệch tàu nghiêng dọc, bằng cách phân tích t−ơng tự nh− trên ta có công thứcZ'EW =Z(1+D')λ. Theo điều kiện khử độ lệch tau nghiêng ta thấy giữa nghiêng dọc và nghiêng ngang chỉ khác nhau ở dấu của hệ số D’. Khi khử độ lệch phần t− càng nhỏ thì D’ càng nhỏ, thì sự khác nhau giữa hai cách khử càng nhỏ. Nếu đã khử hết độ lệch phần t− tức là D’ = 0 thì điều kiện khử nghiêng dọc và nghiêng ngang là nh− nhau.
-Trên các tàu loại nhỏ ng−ời ta tiến hành khử độ lệch tàu nghiêng bằng ph−ơng pháp nghiêng nhân tạo. Nguyên tắc khử là so sánh giữa hai ph−ơng vị la bàn tr−ớc và sau khi nghiêng xác định đ−ợc độ lệch và điều chỉnh nam châm thẳng đứng để khử độ lệch tàu nghiêng nói trên. Để làm tàu nghiêng nhân tạo từ 5o đến 8o ng−ời ta bớm n−ớc vào Ba lát vào một bên tàu.
-Khi tàu đi h−ớng Bắc hoặc Nam độ lệch nghiêng ngang đạt giá trị cực đại. Độ lệch có thể đạt tới 3o ứng với 1o nghiêng ngang. Khi tàu đi h−ớng Đông hoặc Tây độ lệch nghiêng dọc đạt giá ttrị cực đại. Độ lệch có thể đạt tới 3o ứng với 1o nghiêng dọc.
-Trong thực tiễn Hàng hải để khử độ lệch tàu nghiêng đạt độ chính xác cao ng−ời ta tiến hành khử sơ bộ bằng cách đặt nam châm thẳng đứng vào vị trí trong thân la bàn. Vị trí này có thể tham khảo các tàu cùng loại hoặc đặt vào vị trí theo kinh nghiệm của ng−ời hiệu chỉnh thông th−ờng dặt đầu Bắc nam châm thẳng đứng quay lên khi tàu đóng ở Bắc bán cầu.
Ch−ơng 5