什么是罗经?

[拼音]：luojing

[外文]：compass

提供方向基准的仪器。船舶用以确定航向和观测物标方位。罗经有磁罗经和陀螺罗经两种，一般海船都同时装备有磁罗经和陀螺罗经。前者简单可靠，后者使用方便、准确。

利用自由支持的磁针在地磁作用下稳定指北的特性而制成的罗经。磁罗经由中国的司南、指南针逐步发展而成。

司南为天然磁石制成的勺形物，投转于光滑的地盘上，停止时勺柄指南。地盘四周刻有八卦和天干地支名称，用于表示方位(图1)。

已知关于司南的最早记述见于公元前 3世纪战国末期的《韩非子·有度》。宋朝初期出现了人工磁化的指南针，有水浮、丝悬、针顶等方法，近代磁罗经和地磁测量仪器仍沿用这些基本结构。北宋沈括在《梦溪笔谈》（1063年）中描述了用磁石磨针锋制作指南针的方法，并记载了磁差的存在。

指南针是初级阶段的磁罗经，是中国古代四大发明之一。唐宋时期中国海外贸易非常发达，大型商船远航到波斯湾、红海等地，造船和航海技术均居世界前列。指南针应用于航海的最早记载见于北宋朱彧的《萍州可谈》（1119年），书中说：“舟师识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦观指南针。”用于航海的指南针又称罗盘。明代铜制的水罗盘用八干、十二支、四维卦位名称标出二十四个方位（图2）。

通常认为罗盘是由中国传入阿拉伯，再传入欧洲，但有争论。

相传14世纪初南意大利阿玛尔菲人F.乔亚首先把纸罗经卡(即方向刻度盘)和磁针连接在一起转动。这是磁罗经发展过程中的一次飞跃。从此船舶变向就不必再用手转动罗盘了。16世纪意大利人卡尔登制成平衡环，使磁罗经在船舶摇晃中也能保持水平。18世纪初英国人E.哈利制成第一张世界等磁差曲线图。

铁船出现后，磁罗经产生了自差。在此之前，关于自差现象的记述已见于明末清初方以智的《物理小识》，书中说到铁对磁针的干扰和海船不用铁钉的原因：“海咸烂铁，且妨磁也。”19世纪上半叶英国人M.弗林德斯和G.B.艾里先后提出消除自差的方法，法国泊松对自差的数学理论作出了贡献。19世纪70年代英国物理学家W.汤姆森制成稳定性好的干罗经安装于有类似现代自差校正器的罗经柜中，曾被英海军作为标准装备。20世纪初性能更稳定、轴针摩擦更小的液体罗经制成，现在已为大部分船舶所使用。

磁罗经（图3）主要由罗经柜和罗经盆（图4）两部分组成。带有磁针的罗经卡（图5）安装在罗经盆内。磁罗经按结构可分为干罗经和液体罗经两种；按用途可分为标准罗经、 *** 舵罗经、应急罗经、艇用罗经等。现代船舶多在驾驶台顶的露天甲板上装一能将罗经卡读数投射到驾驶室内的标准罗经，可兼作 *** 舵罗经。这种罗经有反射式和投影式两种，它们的基本结构同普通罗经相似，仅多一套光学投射系统。

包括磁差和自差。磁差是由于地磁极与地极不一致而存在于磁北和真北之间的夹角，又称磁偏角。由于磁极绕地极作缓慢的周期运动，所以磁差除因地而异，每年还有变化。地球表面存在磁异常区，这种地区的磁差与周围地区的磁差明显不同。海图上的罗经花均标注有本地磁差和年变化率，使用磁罗经时可据以修正读数。自差是因船上钢铁被地磁磁化而产生的磁性作用于磁罗经，使磁针偏离磁北，形成的差角甚至达数十度。船磁有来自硬铁的和软铁的区别。硬铁如碳钢、钴钢被磁化后具有永久磁性；软铁如熟铁、硅钢离开磁场后所感应磁性很快消失。它们所引起的自差各有其变化规律。校正自差就是将能产生与船磁相反作用力的校正器放在罗经周围，分别用其中的磁棒和软铁抵消永久船磁和感应船磁对磁针的影响。校正后的剩余自差，经测定制成自差表或自差曲线图，绝对值应不大于3°。自差的主要特点是随航向变化，不同航向要用相应的自差进行修正。

又称电罗经，是利用陀螺仪的两个基本特性即定轴性和进动性，结合地球自转矢量和重力矢量，借助控制设备和阻尼设备而制成的提供真北基准的一种指向仪器。陀螺罗经是根据法国学者L.傅科1852年提出的利用陀螺仪作为指向仪器的原理而制造的。德国人安许茨于1908年，美国人E.A.斯佩里于1911年，英国人S.G.布朗于1916年分别制成以他们的姓氏命名的 3种不同的陀螺罗经，布朗罗经以后又发展为阿马-布朗罗经。现在这3种罗经都各自形成产品系列。

陀螺罗经通常由主罗经和附属仪器两部分组成。附属仪器包括电源变换器、控制箱或 *** 纵箱和分罗经等，是确保主罗经正常工作的必需设备。为了减少陀螺罗经的部件数，电源变换器可与控制箱组装，也可与主罗经组装成一体。主罗经一般可带8～20个分罗经，用以复示主罗经的航向。现代陀螺罗经向着尺寸小、重量轻、使用寿命长、维修方便、 *** 作简便并能适用于大、中、小型船舶的趋势发展。例如以逆变器代替变流机，以固态元件代替电子管，以无接触式发送器代替接触式发送器等。新型陀螺罗经的灵敏部分一般都制成密封球形，并用特制的液体支承以提高其精度和可靠性。

陀螺罗经按照对陀螺施加作用力矩的方式可分为机械摆式和电磁控制式两类。

（1）机械摆式陀螺罗经：按产生摆性力矩的方式可分为两种。一种是用d性支承的单转子上重式水银器罗经，或称液体连通器式罗经（图6），如斯佩里型陀螺罗经；另一种是将陀螺仪重心置于支承中心之下，称为下重式罗经（图7），如安许茨型用液浮支承的双转子下重式罗经。

这两种方式产生的摆性力矩方向相反，它们的动量矩矢量的方向也相反。液体连通器式罗经的动量矩矢量指南，下重式罗经的动量矩矢量指北。在摆性力矩的作用下，机械摆式罗经的主轴北端会绕子午面作等幅摆动，其轨迹为一球面上的椭圆。加装阻尼器的机械摆式罗经，主轴北端则以阻尼摆动形式趋于子午面并相对于子午面稳定，从而提供真北基准。

液体连通器式罗经的灵敏部分由陀螺马达和托架组成，采用钢丝悬吊，利用水银器的负摆效应产生控制力矩。下重式罗经的灵敏部分系一密封陀螺球，球内装有两个参数相同的陀螺马达、灯形支架和阻尼器等构件(图8)。

两个陀螺马达垂直地支承在灯形支架上，用曲柄连杆和d簧互相连接，并分别与陀螺球主轴南北线成45°夹角。借助这种装置，两个陀螺马达只能同时绕其垂直轴作相反方向、相同角度的转动，但转角很小。因此，它们合成动量矩矢量始终与陀螺球主轴南北线一致，类似单转子作用，用两个陀螺马达可以有效地消减摇摆误差。

（2）电磁控制式陀螺罗经：在两自由度平衡陀螺仪的结构上设置一套由电磁摆和力矩器组成的电磁控制装置，通过电信号给陀螺施加控制力矩的陀螺罗经(图9)，简称电控式罗经。因电信号易于控制，故可按需要改变控制力矩的大小而实现罗经快速稳定。阿马-布朗型罗经为典型电磁控制式罗经。中国造CLP-1型罗经是民用船舶使用的电磁控制式陀螺罗经（见彩图）。

机械摆式罗经和电控式罗经中的陀螺装置最常见的为滚珠陀螺和液浮陀螺。液浮陀螺出现以后，又发展出挠性陀螺。它的支承系统不用传统的陀螺框架轴承而用挠性接头。挠性陀螺具有结构简单，体积小，重量轻，寿命长，可靠性高等优点，已在船舶上应用。挠性陀螺罗经就其原理来说仍然属于电控式罗经。

陀螺罗经存在纬度误差、速度误差、冲击误差、摇摆误差和基线误差等。采用垂直轴阻尼法的陀螺罗经都有纬度误差，这是一种原理误差。速度误差同罗经结构参数无关，而同船舶的航速、航向和所在地纬度有关。纬度误差和速度误差都是有规律的，可用查表法、移动基线或刻度盘法、力矩补偿法等予以修正。船舶机动航行时因惯性力对陀螺罗经的影响而引起的冲击误差，可用切断阻尼器并使罗经的等幅摆动周期等于84.4分钟或切断电磁摆的方法予以消除。陀螺罗经均有消减因船舶摇摆引起摇摆误差的装置，所以这种误差一般可不予考虑。由于主罗经或分罗经的基线安装不善而造成的基线误差是一种固定误差，测定后可转动主罗经或分罗经底座使基线与船首尾线平行来校正。在平静海面上，船舶恒速恒向航行时，修正后的陀螺罗经的误差应不大于1°。

参考书目

上海海运学院、大连海运学院航海仪器教研室编:《电航仪器》第一篇，人民交通出版社，北京，1980。邬天金编著：《磁罗经自差校正》，人民交通出版社，北京，1980。