8. 항해계기 1) 컴파스 Ⅰ. 마그네틱 컴퍼스 (가) 마그네틱 컴퍼스는 자석을 이용한 컴퍼스이기 때문에 편차와 자차가 발생한다. 편차는 지자기의 양극이 지구의 자전축과 차이가 있기 때문에 발생하고, 자차는 선체의 자화로 인해 발생한다. (나) 선체 자기는 자석과 같은 선체 영구 자기와 연철에 유도된 선체 일시 자기로 되어 있다. (다) 자차 계수는 A, B, C, D, E가 있다. 자차를 수정한다는 것은 자차 계수를 거의 0으로 하는 것이다. 이 자차 계수 중 A, E는 마그네틱 컴퍼스를 선체 중앙에 설치하면 미소하기 때문에 일시적으로는 B, C, D 계수만을 수정한다. B 계수는 침로를 090°혹은 270°로 유지하고 자석을 선수미 방향으로 넣어 수정하며, C 계수는 침로를 000°혹은 180°로 유지하고 자석을 정횡 방향으로 넣어 수정한다. D 계수는 침로를 4우점 중의 한 방위, 예를 들면 045°로 유지하고, 연철구를 컴퍼스 가까이 혹은 멀리 조정하여 수정한다. (라) 방위측정기구에는 방위환, 섀도 핀, 등이 있다. <자차 계수 수정 일람표> 자차 계수 자차곡선형 최대자차가 되는 선수 방위 자차의 원인 수정장치 및 수정방법 수정시의 선수 방위 A 불변 동일 1. 계산상의 오차 2. 컴퍼스와 방위환의 오차3. 수평연철의 비대칭배치1. 검산 2. 오차 검출 3. 연철봉의 배치 어느 방위라도 가함 B 반원차 sinθ E W 1. 선체영구자기의 선수미분력 2. 컴퍼스 전후의 비대칭수직연철의 감응자기 1. 선수미 B자석 (+B時：赤▩ 선수) (-B時：赤▩ 선미) 2. Flindes bar (+B時 선미) (-B時 선수) E 또는 W C 반원차 cosθ N S 1. 선체영구자기의 정횡분력 2. 컴퍼스 좌우의 비대칭수직연철의 감응자기 1.정횡 C 자석 (+C時：赤▩ 우현) (-C時：赤▩ 좌현) 2. Flindes bar (+C時 좌현) (-C時 우현) N 또는 S D 상한차 sin2θ NE, SE NW, SW 비대칭수평연철의 감응자기 연철구 (+D時：정횡선상) (-D時：선수미선상) NE, SE, NW 또는 SW
E 상한차 cos2θ N, S E, W 비대칭수평연철의 감응자기 연철구 (+E時：좌현전방∙우현후방) (-E時：우현전방∙좌현후방) N, E, S 또는 W J 종횡요에 비례 일정경사시는자차횡요시는 N, S 종요시는 E, W 종횡요로 인한 선체영구자기 및 감응자기의 수직분력의 변화 Heeling magnet E 또는 W N 또는 S Ⅱ. 자이로 컴퍼스 (1) 자이로 컴퍼스의 특징 ㉮ 자이로 컴퍼스는 팽이의 원리가 이용된 것으로 자이로스코프를 이용한 것이다. ㉯ 자이로스코프는 로터리축, 수평축, 수직축의 3축으로 되어 있다. ㉰ 프리 자이로스코프의 특성은 방향 보존성과 세차 운동이다. ㉱ 프리 자이로스코프의 로터가 고속으로 회전할 때 로터축은 일정 방향을 가리킨다. 여기에 수평축 주위에 힘을 가하면 로터축은 북을 중심으로 진동하는데, 이를 지북 작용이라 한다. ㉲ 로터축의 진동을 억제하기 위하여 제진 세차 운동을 하게 만들어야 하는데, 로터축의 경사에 따라 힘을 가하는 경사 제진식과 지북 작용과 시간차를 두고 힘을 가하는 방위 제진식이 있다. ㉳ 자이로 컴퍼스의 오차는 위도 오차, 속도 오차, 가속도 오차, 동요 오차 등이 있다. (2) 자이로와 지구자전과의 관계 ㉮ 선속도 지구표면상 임의의 A점에 있어서 선속도는 ωRcosL로 표시된다. ① 적도 : 900 ㏏ ② 위도 L : 900 cos L ㏏ ③ 극 : 0 ㉯ 지반의 경사운동(수평분각속도) 지구 표면상의 임의의 A점에 있어서 각속도 ωcosL로 표시된다. ① 적도 : ω = 15°/ h ② 위도 L : ωcosL ③ 극 : 0 ㉰ 지반의 선회운동(수직분각속도) 지구표면상 임의의 A점에 있어서 각속도는 ωsinL로 표시된다. ① 적도 : 0 ② 위도 L : ωsinL ③ 극 : ω = 15°/h
(3) 자이로 컴퍼스의 오차 ㉮ 위도 오차 Damping device로서 편심접촉을 시키는 Mercurry ballistic gyro compass 특유의 오차이다. 위도오차는 북반구에서는 편동, 남반구에서는 편서, 적도상에서는 0°이고, 위도에 따라 그 양이 증가한다. 이 오차는 정지점을 변화시키지 않고 lubber ring을 이동시켜서 수정한다. ㉯ 속도 오차 선속 중 동서 방향의 성분은 그 영향을 무시할 수 있으나 남북 방향의 성분은 지구 자전의 각속도에다 벡터적으로 가감하여 그로 인하여 결정된 합성 벡터의 방향이 남북축과 이루는 각이 오차가 된다. 이것을 속도 오차라 한다. 이 오차는 위도 오차와 같이 lubber's point를 이동시켜서 수정한다. ㉰ 변속도 오차 선박이 변속하거나 변침을 하게 되면 속도 오차를 증감시킴과 동시에 sensitive element에는 이 때문에 생기는 가속도의 남북방향 성분에 의하여 자이로 축은 동서축 주위에 토크를 생기게 하므로 precession을 일으켜 자이로 축을 진동시킨다. 이 진동은 damping device 때문에 점차 감쇠되어 새로운 속도 오차를 포함한 정지점에서 정지하게 되나 정지할 때까지 약 3시간 동안에는 이로 인한 부정 오차를 생기게 한다. 이것을 변속도 오차라 한다. 이 오차는 가속도에 의해서 생기는 것이므로 가속도 오차라고도 한다. ① 선속의 변화 ㉠ 가속도가 북향일 때 북향의 침로에서 증속할 때, 남향의 침로에서 감속할 때 편서 오차가 생긴다. ㉡ 가속도가 남향일 때 북향의 침로에서 감속할 때, 남향의 침로에서 증속할 때 편서 오차가 생긴다. ② 침로의 변화 선박이 변침하였을 때에는 속력에 변화가 없어도 남북방향의 분속도에는 변화를 가져오게 하므로 가속도를 생기게 한다. ㉱ 변속도 편심 오차 ㉲ 동요오차 선박이 동요하면 자이로 컴퍼스는 gimbal 내부 장치에서 단진자와 같은 진요운동을 한다. 그 진요의 변화로 인한 가속도와 진자의 호상운동으로 인하여 오차가 생기며, 이 것을 동요오차라고 한다. 이 오차는 4방점에 있어서는 0이고, 4우점에 있어서는 최대가 되므로 상한차로 표현된다. ① 가속도 오차 마그네틱 컴퍼스의 상한차와 같이 rolling시에는 +D, pitching시에는 -D의 자차계수와 같은 형의 오차이며, 선박 동요의 가속도로 인하여 생기는 오차이므로 가속
도 오차라고 한다. ② 원심력 오차 자이로는 남북방향에 편평하고 이에 직각인 동서방향에 질량분포가 많으므로 선박이 rolling으로 진요할 때에는 비대칭추 효과가 있다. 즉 자이로 남북 방향이 동요방향에 일치 즉 자이로 축이 동요 축 방향에 일치하려는 토크를 받게 되어 오차가 생긴다. 이로 인한 오차를 4방점에서는 0이고, 4우점에서는 최대가 된다. ㉳ 선회 오차 또는 마찰 오차 선박이 선회할 때 수직 축 주위의 자유도가 불안전하여 수직 축 주위에 토크가 생기어 자이로 축을 경사시킴으로 procession을 일으켜서 오차가 생긴다. 이것을 선회오차 또는 마찰오차라고 한다. ㉴ 기타 오차 ① 고정 오차 suspension wire의 꼬임, 평형불량, 자이로 회전수 변화, amplifier의 조정변화, 위도, 속도오차의 조정불량 등 ② 부정 오차 추종 감도의 불량, 동요 등으로 인한 balance의 이동, balance weight의 풀림으로 인한 이동, 전원, 전압, cycle의 변동, 풍압 및 기온의 급격한 변화, 수은 유동의 불량 등 Ⅲ. 광 자이로 컴퍼스 (가) 광 자이로 컴퍼스는 레이저 자이로를 이용하여 만든 것이다. (나) 광 자이로 컴퍼스는 팽이의 원리를 이용한 자이로 컴퍼스에 비하여 전원을 넣어 빨리 사용할 수 있고, 소형화가 가능하며, 진동, 충격에 강한 점 등 여러 가지 장점이 있다. 2) 선속계와 측심기 Ⅰ. 선속계 (가) 선속계는 유목 관측식 선속계, 칩 로그, 패턴트 로그, 유압 선속계, 전자 선속계, 도플러 선속계, 코릴레이션 선속계 순으로 발달되어 왔다. (나) 도플러 선속계(Doppler speed log)는 도플러 효과를 이용한 선속계이다. 도플러 선속계는 수온에 의한 음파의 속력을 보정하며, 대지 속력과 대수 속력을 측정한다.
Ⅱ. 측심기 (가) 음향 측심기(echo sounder)는 수심을 측정하는 계기로, 흘수를 정확하게 설정해야 한다. (나) 음향 측심기는 진동자, 펄스 발생기, 증폭기, 지시기로 구성되어 있으며, 지시기는 기록기와 순간 수심 지시기가 있다. (다) 음향 측심기의 수심은 때때로 핸드 레드로 측정한 수심과 비교한다. (라) 핸드 레드(hand lead)는 수심과 저질을 파악할 수 있다.
E 상한차 cos2θ N, S E, W 비대칭수평연철의 감응자기 연철구 (+E時：좌현전방∙우현후방) (-E時：우현전방∙좌현후방) N, E, S 또는 W J 종횡요에 비례 일정경사시는자차횡요시는 N, S 종요시는 E, W 종횡요로 인한 선체영구자기 및 감응자기의 수직분력의 변화 Heeling magnet E 또는 W N 또는 S Ⅱ. 자이로 컴퍼스 (1) 자이로 컴퍼스의 특징 ㉮ 자이로 컴퍼스는 팽이의 원리가 이용된 것으로 자이로스코프를 이용한 것이다. ㉯ 자이로스코프는 로터리축, 수평축, 수직축의 3축으로 되어 있다. ㉰ 프리 자이로스코프의 특성은 방향 보존성과 세차 운동이다. ㉱ 프리 자이로스코프의 로터가 고속으로 회전할 때 로터축은 일정 방향을 가리킨다. 여기에 수평축 주위에 힘을 가하면 로터축은 북을 중심으로 진동하는데, 이를 지북 작용이라 한다. ㉲ 로터축의 진동을 억제하기 위하여 제진 세차 운동을 하게 만들어야 하는데, 로터축의 경사에 따라 힘을 가하는 경사 제진식과 지북 작용과 시간차를 두고 힘을 가하는 방위 제진식이 있다. ㉳ 자이로 컴퍼스의 오차는 위도 오차, 속도 오차, 가속도 오차, 동요 오차 등이 있다. (2) 자이로와 지구자전과의 관계 ㉮ 선속도 지구표면상 임의의 A점에 있어서 선속도는 ωRcosL로 표시된다. ① 적도 : 900 ㏏ ② 위도 L : 900 cos L ㏏ ③ 극 : 0 ㉯ 지반의 경사운동(수평분각속도) 지구 표면상의 임의의 A점에 있어서 각속도 ωcosL로 표시된다. ① 적도 : ω = 15°/ h ② 위도 L : ωcosL ③ 극 : 0 ㉰ 지반의 선회운동(수직분각속도) 지구표면상 임의의 A점에 있어서 각속도는 ωsinL로 표시된다. ① 적도 : 0 ② 위도 L : ωsinL ③ 극 : ω = 15°/h
(3) 자이로 컴퍼스의 오차 ㉮ 위도 오차 Damping device로서 편심접촉을 시키는 Mercurry ballistic gyro compass 특유의 오차이다. 위도오차는 북반구에서는 편동, 남반구에서는 편서, 적도상에서는 0°이고, 위도에 따라 그 양이 증가한다. 이 오차는 정지점을 변화시키지 않고 lubber ring을 이동시켜서 수정한다. ㉯ 속도 오차 선속 중 동서 방향의 성분은 그 영향을 무시할 수 있으나 남북 방향의 성분은 지구 자전의 각속도에다 벡터적으로 가감하여 그로 인하여 결정된 합성 벡터의 방향이 남북축과 이루는 각이 오차가 된다. 이것을 속도 오차라 한다. 이 오차는 위도 오차와 같이 lubber's point를 이동시켜서 수정한다. ㉰ 변속도 오차 선박이 변속하거나 변침을 하게 되면 속도 오차를 증감시킴과 동시에 sensitive element에는 이 때문에 생기는 가속도의 남북방향 성분에 의하여 자이로 축은 동서축 주위에 토크를 생기게 하므로 precession을 일으켜 자이로 축을 진동시킨다. 이 진동은 damping device 때문에 점차 감쇠되어 새로운 속도 오차를 포함한 정지점에서 정지하게 되나 정지할 때까지 약 3시간 동안에는 이로 인한 부정 오차를 생기게 한다. 이것을 변속도 오차라 한다. 이 오차는 가속도에 의해서 생기는 것이므로 가속도 오차라고도 한다. ① 선속의 변화 ㉠ 가속도가 북향일 때 북향의 침로에서 증속할 때, 남향의 침로에서 감속할 때 편서 오차가 생긴다. ㉡ 가속도가 남향일 때 북향의 침로에서 감속할 때, 남향의 침로에서 증속할 때 편서 오차가 생긴다. ② 침로의 변화 선박이 변침하였을 때에는 속력에 변화가 없어도 남북방향의 분속도에는 변화를 가져오게 하므로 가속도를 생기게 한다. ㉱ 변속도 편심 오차 ㉲ 동요오차 선박이 동요하면 자이로 컴퍼스는 gimbal 내부 장치에서 단진자와 같은 진요운동을 한다. 그 진요의 변화로 인한 가속도와 진자의 호상운동으로 인하여 오차가 생기며, 이 것을 동요오차라고 한다. 이 오차는 4방점에 있어서는 0이고, 4우점에 있어서는 최대가 되므로 상한차로 표현된다. ① 가속도 오차 마그네틱 컴퍼스의 상한차와 같이 rolling시에는 +D, pitching시에는 -D의 자차계수와 같은 형의 오차이며, 선박 동요의 가속도로 인하여 생기는 오차이므로 가속
도 오차라고 한다. ② 원심력 오차 자이로는 남북방향에 편평하고 이에 직각인 동서방향에 질량분포가 많으므로 선박이 rolling으로 진요할 때에는 비대칭추 효과가 있다. 즉 자이로 남북 방향이 동요방향에 일치 즉 자이로 축이 동요 축 방향에 일치하려는 토크를 받게 되어 오차가 생긴다. 이로 인한 오차를 4방점에서는 0이고, 4우점에서는 최대가 된다. ㉳ 선회 오차 또는 마찰 오차 선박이 선회할 때 수직 축 주위의 자유도가 불안전하여 수직 축 주위에 토크가 생기어 자이로 축을 경사시킴으로 procession을 일으켜서 오차가 생긴다. 이것을 선회오차 또는 마찰오차라고 한다. ㉴ 기타 오차 ① 고정 오차 suspension wire의 꼬임, 평형불량, 자이로 회전수 변화, amplifier의 조정변화, 위도, 속도오차의 조정불량 등 ② 부정 오차 추종 감도의 불량, 동요 등으로 인한 balance의 이동, balance weight의 풀림으로 인한 이동, 전원, 전압, cycle의 변동, 풍압 및 기온의 급격한 변화, 수은 유동의 불량 등 Ⅲ. 광 자이로 컴퍼스 (가) 광 자이로 컴퍼스는 레이저 자이로를 이용하여 만든 것이다. (나) 광 자이로 컴퍼스는 팽이의 원리를 이용한 자이로 컴퍼스에 비하여 전원을 넣어 빨리 사용할 수 있고, 소형화가 가능하며, 진동, 충격에 강한 점 등 여러 가지 장점이 있다. 2) 선속계와 측심기 Ⅰ. 선속계 (가) 선속계는 유목 관측식 선속계, 칩 로그, 패턴트 로그, 유압 선속계, 전자 선속계, 도플러 선속계, 코릴레이션 선속계 순으로 발달되어 왔다. (나) 도플러 선속계(Doppler speed log)는 도플러 효과를 이용한 선속계이다. 도플러 선속계는 수온에 의한 음파의 속력을 보정하며, 대지 속력과 대수 속력을 측정한다.
Ⅱ. 측심기 (가) 음향 측심기(echo sounder)는 수심을 측정하는 계기로, 흘수를 정확하게 설정해야 한다. (나) 음향 측심기는 진동자, 펄스 발생기, 증폭기, 지시기로 구성되어 있으며, 지시기는 기록기와 순간 수심 지시기가 있다. (다) 음향 측심기의 수심은 때때로 핸드 레드로 측정한 수심과 비교한다. (라) 핸드 레드(hand lead)는 수심과 저질을 파악할 수 있다.
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