磁航向仪

磁航向 磁航向是飞机纵轴在地平面上的投影，与磁子午线的夹角（磁北为正，顺时针旋转），用于测量飞机磁航向的仪表称为磁航向仪表。

1什么是磁航向仪（磁罗盘）

磁罗盘是通过受地球磁场，从而测量飞机航向的仪表。 由于它结构简单、可靠，飞机上都安装了磁罗盘。 但正是因为地球磁场的作用，使得磁罗盘在靠近南北极地区时由于存在较大的磁差从而产生较大的误差，飞机上的钢铁物质和工作的用电设备会产生飞机磁场，会对磁罗盘的指示产生误差。 飞机的俯仰、倾斜、盘旋、加速或减速时，地球磁场和飞机磁场也会对磁罗盘的指示产生误差。因此磁罗盘一般都作为飞机的备用罗盘，在飞机上的主用罗盘失效后使用。 在塞斯纳172R型号飞机上，也有一个备用的磁罗盘。我们经常叫做“水罗盘”，水罗盘内装的不是水，而是一种乙醇或煤油类的罗盘油，其作用是减少敏感部件与支柱的摩擦，并且可将摩擦能转变为内能，但其缺点是飞机航向改变时由于液体对磁敏感元件的阻尼效应会产生显著的滞后误差。

C-172R飞机上的磁罗盘

磁罗盘的基本原理 磁罗盘的基本原理是利用自由旋转的磁条跟踪罗经线的特性来指示飞机的罗航向。磁罗盘的敏感元件是在水平面内可以自由旋转的磁条。在磁条上固定着环形刻度盘，0°~180°刻度线与磁条方向一致。航向标线固定在表壳上，代表飞机纵轴。

飞机航向改变后，磁条始终稳定在罗经线方向，表壳随飞机一起转动。因此航向标线在刻度盘上所指的角度，就是飞机纵轴与罗经线在水平面上的夹角，即罗航向。

磁罗盘的工作原理图

这里我们需要注意的是： ①罗盘的表壳（即航向游标）随飞机一起转动，而磁条始终稳定在罗子午线（罗经线）方向，刻度环也就保持不动。 ②我们坐在飞机上看到的表盘刻度（即飞机运动的罗方向），与表盘平面上的指示相反，这样我们向左（或右）操纵飞机转弯时，造成磁罗盘的指示向右（或左）的相对运动。 ③在北半球飞行时，罗盘的敏感部件（罗牌）的重心通常偏在支点的南面和下面，以此抵消磁倾的影响，使敏感部件保持水平。 2. 磁罗盘的误差 在分析磁罗盘的误差前，我们应该先了解一些基本的概念，这些概念是我们后面讨论误差产生原因的基础。 地球磁场 地球具有磁场，地磁场的北极靠近地理北极，叫做北磁极；地磁场的南极靠近地理南极，叫做南磁极。北磁极实际上具有磁南极的磁性；南磁极实际上具有磁北极的磁性。地球磁场的强度在赤道附近最弱，在地磁极附近最强。

地球磁场分布 磁倾 由于地球磁场的磁力线收敛于南北极，所以地球磁场强度的方向与水平面不平行。地磁强度与水平面的夹角叫做磁倾角。某地磁倾的大小也称为磁纬度。一般来说，越靠近地磁极，磁倾越大，即磁纬度越高。

地磁分量

地磁强度可分为两个分量：平行于水平面的水平分量和垂直于水平面的垂直分量。它们的大小关系为：

地磁水平分量的方向线称为磁经线，又叫磁子午线。磁针在地磁水平分量作用下，指示出磁经线方向；地磁垂直分量使磁针倾斜。

飞机磁场 飞机上的钢铁物质和工作着的用电设备所形成的磁场叫做飞机磁场。每架飞机的磁场是不同的，飞机磁场水平分量与地磁水平分量的合成磁场方向线叫做罗经线。放在飞机上的磁针将指向罗经线方向。

罗经线与磁经线之间的夹角叫做罗差。罗经线北端偏在磁经线北端以东，罗差为正；偏在磁经线北端以西，罗差为负。罗经线与飞机纵轴在水平面上的夹角，叫做罗航向。

磁罗盘具有罗差和飞行误差两种。

罗差 塞斯纳172R飞机的磁罗盘位于驾驶舱面板的上部，而驾驶舱内飞机用电设备高度集中，由于电流磁场和飞机其他钢铁物质的影响，造成较大的罗差。所以要对磁罗盘进行定期校正。

飞行误差 飞行误差包括： ①俯仰倾斜误差； ②涡动误差； ③加速度误差； ④转弯误差。 ① 俯仰倾斜误差 俯仰、倾斜误差是飞机俯仰、倾斜时，飞机磁场垂直分量引起的误差。

磁罗盘俯仰误差

磁罗盘倾斜误差

飞机俯仰或倾斜时，磁罗盘敏感部分仍然保持水平，而飞机硬铁磁场的垂直分量R则随飞机一起俯仰或倾斜，如上图所示（均以北半球为例）。 这时，R在敏感部分的平面上产生一个分量R1,如果该分量的方向与地磁水平分量的方向不一致，二者的合成磁场将偏离磁经线，使罗盘产生误差，这就是俯仰、倾斜误差。 当飞机改平时，误差自动消失。 所以为了减小飞机磁场对罗盘的影响，通常我们尽可能地将罗盘或磁传感器放在飞机硬铁磁场较弱的地方，如翼尖、机尾等。

② 涡动误差 涡动误差是飞机转动时，敏感部分受到阻尼力矩作用而引起的一种误差。 飞机转弯时，罗盘壳体随飞机转动，罗盘油由于摩擦作用也发生运动，从而带动罗盘向转弯方向转动。当飞机已经停止转动时，由于罗盘油的惯性作用仍使罗牌继续转动一段时间，使指示出现误差，误差最大可达数十度。飞机绕横轴或纵轴转动时，罗盘油同样会带动罗牌倾斜，此时地磁垂直分量和飞机磁场垂直分量也可使罗盘产生误差。 为了避免涡动误差，应在飞机改为平直飞行15~20秒，待罗牌稳定后判读航向。 2.磁罗盘的分类 航空磁罗盘有2种基本的类型: ①直读式：优点是简单可靠，但因装在磁干扰较大的驾驶舱内，故罗差较大。 ②远读式：把磁罗盘改成磁航向传感器，安装在驾驶舱外，而将检测到的磁航向信息远距离传送给航向指示器并加以显示。它的优点是可把磁传感器安装在机上磁干扰较小的位置，如翼尖、尾翼等处，以减小罗差。这两种磁罗盘的共同缺点是：在飞机作非匀速飞行或转弯、盘旋时，由于磁敏感元件偏离水平面而受到地磁垂直分量的作用，会产生较大的加速度误差和转弯误差；飞机航向改变时由于液体对磁敏感元件的阻尼效应会产生显著的滞后误差；磁罗盘不适宜在磁性异常地区和高纬度地区使用。而陀螺磁罗盘却成功地解决了这些问题。 直读式磁罗盘简单可靠，除在小飞机上仍得到应用外，在很多飞机上被用作应急仪表。远读式磁罗盘已由性能较完善的陀螺磁罗盘或航向系统所取代。 3、磁罗盘有什么作用？ 磁罗盘利用地球磁场实现了方向的判断，人类也正是在拥有了磁罗盘以后才能实现远航。 数字磁罗盘具有体积小、航向精度高、倾斜范围宽、频响高、低功耗的优点。磁罗盘为无人机提供角度数据，无人机在空中可以随时了解自身所处的方位，为无人机的控制提供了数据支持。 4.为什么需要校准磁罗盘？ （1）、校准磁罗盘是为了消除地理误差：在地球上磁轴与地轴存在一个磁偏角。磁偏角在不同的地理位置上也是不同的，在无人机的航向计算时可以通过GPS获取当前的经纬度，然后查表得到当前位置的磁偏角，对航向进行修正。 （2）、无人机在运输过程中会有各种干扰磁罗盘的因素，因此需要校准罗盘防止危险发生。 5、什么时候需要校准？ （1）、出厂前由厂家进行校准； （2）、长途运输后，地理位置差异过大，比如从某个城市运输到另一个城市，磁场会发生变化； （3）、飞控提示有磁场干扰，解锁异常或者GPS悬停效果差； (4)、重新下载新的固件后，飞控参数恢复默认。 6.怎么校准 https://www.bilibili.com/video/BV1Pt4y1B7sq?t=63.8

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