[科普中国]-垂直刻度罗盘

磁罗盘

由于磁罗盘依据磁力原理工作，飞行员对于磁力至少有个基本的理解是有益的。一个简单的条状磁体有两个磁力中心，它们称为磁极。磁力线从每一极全向流出，最后弯曲返回到另一极。这些磁力线穿过的区域称为磁场。处于讨论的目的，磁极命名为“北极”和“南极”。如果两个磁体放在一起，那么一个磁体的北极就会吸引另一个磁体的南极。有证据表明围绕地球周围有磁场，磁罗盘的设计应用了这个理论。很像在地球两极地面以下几百英里有一个巨大的磁体。

地球绕这地理南极和北极形成的轴旋转。这些地点也称为真南极和真北极。另一个是磁南极和磁北极形成的轴。磁力线从每一个磁极的所有方向流出，最终返回到相反的一极。罗盘和地球的南北极磁场形成的磁轴对齐。
磁力线的垂直分量在赤道上为0，在磁极位置为100%全部的力。如飞机上的磁罗盘，如果磁盘指针保持顺着这些磁力线，垂直分量就会导致指针的一端倾斜或者偏转。偏转程度随着指针越来越靠近磁极而增加。就是这个偏转或者倾斜才导致磁罗盘很大的误差。
磁罗盘结构简单，它经常是飞机上唯一的一个寻找方向的仪表。它包含两个固定于浮子上的磁铁指针，围绕这个磁性指针安装了个刻度盘。指针是平行的，它的北极端指向相同的方向。

罗盘刻度的字母标出了主要的航向，每30度间隔用一个数字标出，最后的0度被忽略。例如，30度在刻度盘上表示为3，而300度表示为30。在这些数字之间，刻度盘按5度分度。磁罗盘是所有飞机必需设备。它用户设定回转仪的航向指示仪，纠正进动，航向指示仪故障时它作为备用设备。

较新设计的罗盘是垂直刻度盘型罗盘，极大的降低了旧式罗盘设计的固有误差。它包含一个可旋转刻度盘上的方位角，和类似航向指示仪的固定式缩微小飞机来准确的表示飞机的航向。这种表示很容易读，飞行员可以看到和航向有关的360度刻度盘。这种设计使用涡电流阻尼【通过磁场相互作用的降幅式振荡器】来使得转弯时的领先或者延迟最小。1

原理方位角方位角是指卫星接收天线，在水平面做0°－360°旋转。方位角调整时抛物面在水平面做左右运动。通常我们通过计算软件或在资料中得到的结果应该是以正北方向(约地磁南极)为标准，将卫星天线的指向偏东或偏西调整一个角度，该角度即是所谓的方位角。

至于到底是偏东还是偏西，取决于接收地与欲接收卫星之间的经度关系，以我们所在的北半球为例，若接收地经度大于预接收卫星经度，则方位角应向南偏西转过某个角度；反之，则应向东转过某个角度。正北方向用指南针来测定，但是由于地理北极和地磁南极并非完全重合，所以选好方位角之后还得做一些修正才有可能接收到最强的卫星信号。在地平坐标系中，通过南点、北点的地平经圈称子午圈。子午圈被天顶、天底等分为两个180°的半圆。以北点为中点的半个圆弧，称为子圈，以南点为中点的半个圆弧，称为午圈。在地平坐标系中，子午圈所起的作用相当于本初子午线在地理坐标系中的作用，是地平经度（方位）度量的起始面。

航向指示仪航向指示仪的运行依据于空间刚性的原理。转子在一个竖直平面内旋转，被固定到一个罗经刻度盘的回转轴。因为转子保持空间内的刚性，卡上的点在空间内保持相对于垂直平面的相同位置。当仪表盒子和飞机绕垂直轴旋转时，罗经刻度盘提供清除准确的航向信息。
由于摩擦力产生的进动，航向指示仪会从一个航向缓行或漂移到设定的航向。在其他因素中，漂移量极大的依赖于仪表的状况。如果齿轮用旧了，有灰尘，没有正确润滑，漂移会过量。航向指示仪中的另一个误差是由于陀螺仪是空间导向的这个事实导致的，地球在空间上的旋转是每小时15度。因此，摩擦力产生的进动要被削弱，航向指示仪每小时的运行可能多达15度的误差。

罗盘误差尽管说地球磁场有南极和北极，但是地球的磁场极和它的地理极是不一致的，在航图制作中使用地理极。进而，在地球表明的大多数地方，寻找地球磁场的方向敏感的钢指针就不会指向真北极，而是指向磁北极。而且，矿藏或者其他情况导致的局部磁场会扭曲地球的磁场，给以磁北极为参照的磁化指针在寻找磁北极方向时带来额外的误差。
磁罗盘参照的磁北极和真北极之间的角误差是变化的。连接相同偏差值的点的线称为等偏角线。要把真航线或者航向转换为磁航向，向东减去偏差，向西增加偏差。从磁航向转换到真实航向时步骤相反。

除了地球产生的磁场之外，飞机内的金属或电子附件也会产生其他磁场。这些磁场会扭曲地球的磁场力，导致磁罗盘指针摆动离开正确的航向。这个误差称为罗盘偏差。制造商在罗盘盒子内安装了补偿磁体来降低偏差的影响。当发动机运行和所有电子设备工作时，磁体通常是被调整过的。但是，完全消除偏差误差是不可能的；因此在路盘边上安装了罗盘纠正卡。这个卡用于纠正从一个航向向另一个航向磁力线在不同角度时发生的相互影响。2