羅經

羅經是一種測定方向基準的儀器，用於確定航向和觀測物標方位。 ^[1]  羅經分為磁羅經和電羅經兩種，現代船舶通常都裝有這兩種羅經。飛機上也裝有羅經，航空用的羅經稱為航空羅盤。

磁羅經是利用磁針指北的特性而製成。指南針即是原始型式的磁羅經，是中國古代四大發明之一。用於航海的指南針又稱羅盤。鐵船出現後，磁經產生了自差。19世紀以後，先後提出消除自差的方法，至20世紀初，性能穩定、軸針摩擦更小的液體羅經制成，曾用於大部分船舶。磁羅經有磁差，是由於地磁極與地極不一致而產生。存在於磁北和真北之間的夾角，即磁偏角。海圖上標註有本地磁差和年變化率，使用磁羅經時可據以修正讀數。磁羅經結構主要由羅經櫃和羅經盆組成，帶有磁針的羅經卡安裝在盆內。

電羅經羅經又稱陀螺羅經，是利用陀螺儀的定軸性和進動性，結合地球自轉矢量和重力矢量，用控制設備和阻尼設備製成以提供真北基準的儀器。陀螺羅經是由主羅經與分羅經、電源變換器、控制箱和操縱箱等附屬設備構成。

磁羅經利用自由支持的磁針在地磁作用下穩定指北的特性而製成的羅經。磁羅經由中國的司南、指南針逐步發展而成。司南為天然磁石製成的勺形物，投轉於光滑的地盤上,停止時勺柄指南。地盤四周刻有八卦和天干地支名稱，用於表示方位(圖1)。已知關於司南的最早記述見於公元前 3世紀戰國末期的《韓非子·有度》。宋朝初期出現了人工磁化的指南針，有水浮、絲懸、針頂等方法，近代磁羅經和地磁測量儀器仍沿用這些基本結構。北宋沈括在《夢溪筆談》（1063年）中描述了用磁石磨針鋒製作指南針的方法，並記載了磁差的存在。

指南針是初級階段的磁羅經，是中國古代四大發明之一。唐宋時期中國海外貿易非常發達，大型商船遠航到波斯灣、紅海等地，造船和航海技術均居世界前列。指南針應用於航海的最早記載見於北宋朱彧的《萍州可談》（1119年），書中説：“舟師識地理,夜則觀星,晝則觀日，陰晦觀指南針。”用於航海的指南針又稱羅盤。明代銅製的水羅盤用八幹、十二支、四維卦位名稱標出二十四個方位（圖2）。通常認為羅盤是由中國傳入阿拉伯，再傳入歐洲，但有爭論。 　相傳14世紀初南意大利阿瑪爾菲人F.喬亞首先把紙羅經卡(即方向刻度盤)和磁針連接在一起轉動。這是磁羅經發展過程中的一次飛躍。從此船舶變向就不必再用手轉動羅盤了。16世紀意大利人卡爾登製成平衡環，使磁羅經在船舶搖晃中也能保持水平。18世紀初英國人E.哈利製成第一張世界等磁差曲線圖。

鐵船出現後，磁羅經產生了自差。在此之前，關於自差現象的記述已見於明末清初方以智的《物理小識》，書中説到鐵對磁針的干擾和海船不用鐵釘的原因：“海鹹爛鐵，且妨磁也。”19世紀上半葉英國人M.弗林德斯和G.B.艾裏先後提出消除自差的方法，法國泊松對自差的數學理論作出了貢獻。19世紀70年代英國物理學家W.湯姆森製成穩定性好的幹羅經安裝於有類似現代自差校正器的羅經櫃中，曾被英海軍作為標準裝備。20世紀初性能更穩定、軸針摩擦更小的液體羅經制成，已為大部分船舶所使用。

磁羅經主要由羅經櫃和羅經盆兩部分組成。帶有磁針的羅經卡安裝在羅經盆內。磁羅經按結構可分為幹羅經和液體羅經兩種；按用途可分為標準羅經、操舵羅經、應急羅經、艇用羅經等。現代船舶多在駕駛台頂的露天甲板上裝一能將羅經卡讀數投射到駕駛室內的標準羅經，可兼作操舵羅經。這種羅經有反射式和投影式兩種，它們的基本結構同普通羅經相似，僅多一套光學投射系統。

包括磁差和自差。磁差是由於地磁極與地極不一致而存在於磁北和真北之間的夾角，又稱磁偏角。由於磁極繞地極作緩慢的週期運動，所以磁差除因地而異，每年還有變化。地球表面存在磁異常區，這種地區的磁差與周圍地區的磁差明顯不同。海圖上的羅經花均標註有本地磁差和年變化率，使用磁羅經時可據以修正讀數。自差是因船上鋼鐵被地磁磁化而產生的磁性作用於磁羅經，使磁針偏離磁北，形成的差角甚至達數十度。船磁有來自硬鐵的和軟鐵的區別。硬鐵如碳鋼、鈷鋼被磁化後具有永久磁性；軟鐵如熟鐵、硅鋼離開磁場後所感應磁性很快消失。它們所引起的自差各有其變化規律。校正自差就是將能產生與船磁相反作用力的校正器放在羅經周圍，分別用其中的磁棒和軟鐵抵消永久船磁和感應船磁對磁針的影響。校正後的剩餘自差，經測定製成自差表或自差曲線圖,絕對值應不大於3°。自差的主要特點是隨航向變化，不同航向要用相應的自差進行修正。

又稱電羅經，是利用陀螺儀的兩個基本特性即定軸性和進動性，結合地球自轉矢量和重力矢量，藉助控制設備和阻尼設備而製成的提供真北基準的一種指向儀器。陀螺羅經是根據法國學者L.傅科1852年提出的利用陀螺儀作為指向儀器的原理而製造的。德國人安許茨於1908年,美國人E.A.斯佩裏於1911年,英國人S.G.布朗於1916年分別製成以他們的姓氏命名的 3種不同的陀螺羅經,布朗羅經以後又發展為阿馬-布朗羅經。這3種羅經都各自形成產品系列。

陀螺羅經通常由主羅經和附屬儀器兩部分組成。附屬儀器包括電源變換器、控制箱或操縱箱和分羅經等，是確保主羅經正常工作的必需設備。為了減少陀螺羅經的部件數，電源變換器可與控制箱組裝，也可與主羅經組裝成一體。主羅經一般可帶8～20個分羅經,用以復示主羅經的航向。現代陀螺羅經向着尺寸小、重量輕、使用壽命長、維修方便、操作簡便並能適用於大、中、小型船舶的趨勢發展。例如以逆變器代替變流機，以固態元件代替電子管，以無接觸式發送器代替接觸式發送器等。新型陀螺羅經的靈敏部分一般都製成密封球形，並用特製的液體支承以提高其精度和可靠性。

陀螺羅經按照對陀螺施加作用力矩的方式可分為機械擺式和電磁控制式兩類。

①機械擺式陀螺羅經：按產生擺性力矩的方式可分為兩種。一種是用彈性支承的單轉子上重式水銀器羅經，或稱液體連通器式羅經（圖6），如斯佩裏型陀螺羅經；另一種是將陀螺儀重心置於支承中心之下,稱為下重式羅經（圖7），如安許茨型用液浮支承的雙轉子下重式羅經。　這兩種方式產生的擺性力矩方向相反，它們的動量矩矢量的方向也相反。液體連通器式羅經的動量矩矢量指南，下重式羅經的動量矩矢量指北。在擺性力矩的作用下，機械擺式羅經的主軸北端會繞子午面作等幅擺動，其軌跡為一球面上的橢圓。加裝阻尼器的機械擺式羅經，主軸北端則以阻尼擺動形式趨於子午面並相對於子午面穩定，從而提供真北基準。

液體連通器式羅經的靈敏部分由陀螺馬達和托架組成,採用鋼絲懸吊,利用水銀器的負擺效應產生控制力矩。下重式羅經的靈敏部分系一密封陀螺球，球內裝有兩個參數相同的陀螺馬達、燈形支架和阻尼器等構件(圖8)。兩個陀螺馬達垂直地支承在燈形支架上,用曲柄連桿和彈簧互相連接，並分別與陀螺球主軸南北線成45°夾角。藉助這種裝置，兩個陀螺馬達只能同時繞其垂直軸作相反方向、相同角度的轉動，但轉角很小。因此，它們合成動量矩矢量始終與陀螺球主軸南北線一致，類似單轉子作用，用兩個陀螺馬達可以有效地消減搖擺誤差。 　②電磁控制式陀螺羅經：在兩自由度平衡陀螺儀的結構上設置一套由電磁擺和力矩器組成的電磁控制裝置，通過電信號給陀螺施加控制力矩的陀螺羅經(圖9),簡稱電控式羅經。因電信號易於控制，故可按需要改變控制力矩的大小而實現羅經快速穩定。阿馬-布朗型羅經為典型電磁控制式羅經。中國造CLP-1型羅經是民用船舶使用的電磁控制式陀螺羅經（見彩圖）。　機械擺式羅經和電控式羅經中的陀螺裝置最常見的為滾珠陀螺和液浮陀螺。液浮陀螺出現以後，又發展出撓性陀螺。它的支承系統不用傳統的陀螺框架軸承而用撓性接頭。撓性陀螺具有結構簡單，體積小,重量輕,壽命長，可靠性高等優點，已在船舶上應用。撓性陀螺羅經就其原理來説仍然屬於電控式羅經。

陀螺羅經存在緯度誤差、速度誤差、衝擊誤差、搖擺誤差和基線誤差等。採用垂直軸阻尼法的陀螺羅經都有緯度誤差，這是一種原理誤差。速度誤差同羅經結構參數無關，而同船舶的航速、航向和所在地緯度有關。緯度誤差和速度誤差都是有規律的，可用查表法、移動基線或刻度盤法、力矩補償法等予以修正。船舶機動航行時因慣性力對陀螺羅經的影響而引起的衝擊誤差，可用切斷阻尼器並使羅經的等幅擺動週期等於84.4分鐘或切斷電磁擺的方法予以消除。陀螺羅經均有消減因船舶搖擺引起搖擺誤差的裝置，所以這種誤差一般可不予考慮。由於主羅經或分羅經的基線安裝不善而造成的基線誤差是一種固定誤差，測定後可轉動主羅經或分羅經底座使基線與船首尾線平行來校正。在平靜海面上，船舶恆速恆向航行時，修正後的陀螺羅經的誤差應不大於1°。

啞羅經又叫呆羅經，即不會轉動的羅經，其實就只是一個羅經刻度盤，沒有指北的磁性羅經心。

“啞羅經一種標有船的航向的固定羅經刻度盤”。

啞羅經與羅經方位儀是可以互為替換的，一般在船上是不用專門配置的，因為標準羅經或操舵羅經上均有方位儀，如果採用反射式的標準羅經，則因為沒有操舵羅經而一般沒有羅經方位儀，則需要單獨購買一個羅經方位儀即可，基本沒有專門賣啞羅經的了。

啞羅經也可以採用海圖上的羅經花自行做一個，或自已劃一個就可以。

其主要作用是：用以測量標準羅經因為建築等遮擋而無法測量的物標的方位，即在有東西擋住標準羅經而無法測量物標方位時，用啞羅經或羅經方位圈，先將其與標準羅經的方向轉到一致，而水平移到無遮擋的地方來測量物標方位，其實就相當於將標準羅經水平橫移後進行測量而已。