罗经

罗经（compass），又称指南针，它是一种用来确定航向和观测物标方位的导航工具，主要分为磁罗经和 陀螺 罗经两种类型。其优点在于简单可靠、方便准确，因此广泛应用于船舶导航之中。

磁罗经利用磁针指北的特性制成，最初形式是指南针，也是中国古代四大发明之一。在航海中，指南针又称罗盘，明代水罗盘标注了24个方位。随着铁船的出现，磁经产生了自差。19世纪后期提出了消除自差的方法，20世纪初，液体罗经取代了传统的磁罗经，应用于大部分船舶。磁罗经的读数需根据海图上标注的本地磁差和年变化率进行修正。其结构主要包括罗经柜和罗经盆，而磁针则安装在罗经盆内。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、操舵罗经、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，可兼作操舵罗经。 电罗经，又称陀螺罗经，利用陀螺仪的定轴性和进动性结合地球自转和重力 向量 ，以提供真北基准的导航仪器。由主罗经与分罗经、电源变换器、控制箱和操纵箱等附属设备构成。

简介

罗经是一种测定方向基准的仪器，用于确定航向和观测物标方位。罗经分为 磁罗经 和电罗经两种，现代船舶通常都装有这两种罗经。飞机上也装有罗经，航空用的罗经称为航空 罗盘 。

磁罗经是利用 磁针 指北的特性而制成。指南针即是原始型式的磁罗经，是中国古代四大发明之一。用于航海的指南针又称罗盘。铁船出现后，磁经产生了自差。19世纪以后，先后提出消除自差的方法，至20世纪初，性能稳定、轴针摩擦更小的液体罗经制成，曾用于大部分船舶。磁罗经有磁差，是由于地磁极与地极不一致而产生。存在于磁北和 真北 之间的夹角，即磁偏角。海图上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。磁罗经结构主要由罗经柜和罗经盆组成，带有 磁针 的罗经卡安装在盆内。

电罗经罗经又称陀螺罗经，是利用陀螺仪的定轴性和 进动 性，结合 地球自转 向量 和重力矢量，用控制设备和 阻尼 设备制成以提供真北基准的仪器。 陀螺 罗经是由主罗经与分罗经、电源 变换器 、 控制箱 和操纵箱等附属设备构成。

磁罗经

发展历程

磁罗经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，已为大部分船舶所使用。

结构

磁罗经 主要由罗经柜和罗经盆两部分组成。带有 磁针 的罗经卡安装在罗经盆内。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、操舵罗经、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，可兼作操舵罗经。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。

罗经差

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。

陀螺罗经

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 向量 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。这3种罗经都各自形成产品系列。

构成

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 或操纵箱和分罗经等，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、操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。

种类

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。一种是用弹性支承的单 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 向量 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 连杆和弹簧互相连接，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 向量 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。

误差

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°。

哑罗经

哑罗经又叫呆罗经，即不会转动的罗经，其实就只是一个罗经 刻度盘 ，没有指北的磁性罗经心。

“哑罗经一种标有船的航向的固定罗经刻度盘”。

哑罗经与罗经方位仪是可以互为替换的，一般在船上是不用专门配置的，因为标准罗经或操舵罗经上均有方位仪，如果采用反射式的标准罗经，则因为没有操舵罗经而一般没有罗经方位仪，则需要单独购买一个罗经方位仪即可，基本没有专门卖哑罗经的了。

哑罗经也可以采用海图上的罗经花自行做一个，或自已划一个就可以。

其主要作用是：用以测量标准罗经因为建筑等遮挡而无法测量的物标的方位，即在有东西挡住标准罗经而无法测量物标方位时，用哑罗经或罗经方位圈，先将其与标准罗经的方向转到一致，而水平移到无遮挡的地方来测量物标方位，其实就相当于将标准罗经水平横移后进行测量而已。