La brújula es una brújula magnética primaria y uno de los cuatro grandes inventos de la antigua China. Durante las dinastías Tang y Song, el comercio exterior de China estuvo muy desarrollado. Grandes buques mercantes navegan hacia el Golfo Pérsico, el Mar Rojo y otros lugares, y su tecnología de construcción naval y navegación se encuentra entre las mejores del mundo. El registro más antiguo del uso de la brújula en la navegación se puede encontrar en "Pingzhou Tan" (1119) escrito por Zhu Yu en la dinastía Song del Norte. El libro dice: "Un capitán sabe geografía, pero mira las estrellas por la noche, el sol durante el día y la brújula al anochecer". La brújula que se utiliza para la navegación también se llama brújula. La brújula de agua de cobre de la dinastía Ming marcaba 24 direcciones con los nombres de ocho ramas, doce ramas y hexagramas de cuatro dimensiones (Figura 2). Generalmente se cree que la brújula se extendió desde China a Arabia y luego a Europa, pero esto es controvertido. Según la leyenda, a principios del siglo XIV, F. Gioia, un hombre de Amalfi del sur de Italia, conectó por primera vez una brújula de papel (es decir, un volante) con una aguja magnética para girar. Este fue un gran paso adelante en el desarrollo de las brújulas magnéticas. A partir de entonces ya no fue necesario girar la brújula con la mano cuando el barco cambiaba de dirección. En el siglo XVI, el italiano Calden fabricó un cardán para mantener nivelada la brújula magnética cuando el barco se balanceaba. A principios del siglo XVIII, el inglés E. Harry realizó la primera curva isomagnética del mundo.
Tras la aparición de los barcos de hierro, la brújula magnética se desvió. Antes de esto, el fenómeno egoísta había sido descrito en las "Claves de la física" de Fang Yizhi a finales de las dinastías Ming y principios de la Qing. El libro habla de la interferencia del hierro en las agujas magnéticas y de la razón por la que los barcos marítimos no utilizan clavos: "El agua de mar salada también daña el magnetismo". Propuso sucesivamente métodos para eliminar el sesgo, y el francés Poisson hizo contribuciones a la teoría matemática del sesgo. 65438 En la década de 1970, el físico británico W. Thomson fabricó una brújula estable y la instaló en un gabinete de brújula con un moderno corrector de desviación. Antiguamente era utilizada como equipo estándar por la Armada británica. A principios del siglo XX, se fabricaba a partir de una brújula líquida con un rendimiento más estable y menos fricción entre los pasadores. Actualmente se utiliza en la mayoría de los barcos. Los girocompás se pueden dividir en tipo de péndulo mecánico y tipo de control electromagnético según el método de aplicar torque al giroscopio.
① Girocompás de péndulo mecánico: Se puede dividir en dos tipos según la forma de generar el par del péndulo. Una es una brújula de mercurio pesado de un solo rotor con soporte elástico, o una brújula conectora de líquido (Figura 6), como la girocompás Sperry, la otra es colocar el centro de gravedad del giroscopio debajo del centro del soporte, que se llama; una brújula de peso reducido (Fig. 7), como la brújula de peso reducido de doble rotor tipo Anschuetz sostenida por flotación líquida. Los momentos pendulares producidos por estos dos métodos están en direcciones opuestas, y sus vectores de momento de momento también están en direcciones opuestas. El vector de momento de impulso que conduce a la brújula ligada a líquidos apunta hacia el norte. Bajo la acción del momento pendular, el extremo norte del eje principal de la brújula pendular mecánica oscilará con igual amplitud alrededor del plano meridiano y su trayectoria será una elipse en la superficie esférica. Para una brújula de péndulo mecánica con amortiguador, el extremo norte del eje principal tiende al plano del meridiano en una oscilación amortiguada y es estable en relación con el plano del meridiano, proporcionando así una verdadera referencia del norte.
La parte sensible de la brújula de comunicación líquida está compuesta por un motor giroscópico y un soporte, suspendido por un cable de acero, y utiliza el efecto péndulo negativo del dispositivo de mercurio para generar un par de control. La parte sensible de la brújula con peso reducido es una bola giroscópica sellada, que está equipada con dos motores giroscópicos, un soporte de luz y un amortiguador con los mismos parámetros (Figura 8). Los dos motores giroscópicos están soportados verticalmente en el soporte en forma de lámpara, conectados a través de bielas y resortes, y forman un ángulo de 45 grados con las líneas norte y sur del eje de bola giroscópica respectivamente.
Con este dispositivo, dos giromotores sólo pueden girar simultáneamente en direcciones opuestas y en el mismo ángulo alrededor de sus respectivos ejes verticales, pero en un ángulo muy pequeño. Por lo tanto, el momento de su vector de impulso combinado siempre es consistente con la línea norte-sur del eje principal de la bola giroscópica. De manera similar al efecto de un solo rotor, el uso de dos motores giroscópicos puede reducir efectivamente el error de oscilación. ②Brújula giroscópica de control electromagnético: un dispositivo de control electromagnético que consta de un péndulo electromagnético y un dispositivo de torsión está instalado en la estructura de un giroscopio de equilibrio de dos grados de libertad. La brújula giroscópica (Figura 9) ejerce un par de control sobre el giroscopio a través. señales eléctricas, lo que se conoce como control electrónico. Dado que la señal eléctrica es fácil de controlar, el par de control se puede cambiar según sea necesario para lograr una rápida estabilidad de la brújula. La brújula Ama-Brown es una brújula de control electromagnético típica. El girocompás CLP-1 fabricado en China es un girocompás de control electromagnético utilizado por barcos civiles (ver imagen en color). Los dispositivos giroscópicos más comunes en las brújulas de péndulo mecánico y en las brújulas controladas electrónicamente son los giroscopios de bola y los giroscopios de flotación de líquido. Después de la aparición de los giroscopios flotantes líquidos, se desarrollaron los giroscopios flexibles. Su sistema de soporte utiliza juntas flexibles en lugar de los tradicionales cojinetes del marco giroscópico. Los giroscopios flexibles tienen las ventajas de una estructura simple, tamaño pequeño, peso ligero, larga vida útil y alta confiabilidad, y se han utilizado en barcos. En principio, la brújula giroscópica flexible sigue siendo una brújula controlada electrónicamente. Los girocompás tienen errores de latitud, errores de velocidad, errores de impacto, errores de balanceo y errores de línea de base. Hay un error de latitud en la brújula giroscópica del método de amortiguación del eje vertical, que es un error de principio. El error de velocidad no tiene nada que ver con los parámetros estructurales de la brújula, sino con la velocidad, rumbo y latitud del barco. Los errores de latitud y velocidad son habituales y se pueden corregir consultando tablas, moviendo la línea base o el dial y compensando el par. Cuando el barco está maniobrando, el error de impacto causado por la influencia de la fuerza de inercia en la brújula giroscópica se puede eliminar cortando el amortiguador de modo que el período de oscilación de amplitud constante de la brújula sea igual a 84,4 minutos o cortando el péndulo electromagnético. La brújula giroscópica tiene un dispositivo para reducir el error de balanceo causado por el balanceo del barco, por lo que este error generalmente se puede ignorar. El error de línea de base causado por una instalación incorrecta de la brújula principal o de la línea de base de la brújula secundaria es un error solucionado. Después de la medición, la base de la brújula principal o secundaria se puede girar para hacer que la línea de base quede paralela a las líneas de proa y popa del barco para su corrección. En mares en calma, cuando el barco navega a velocidad y dirección constantes, el error del girocompás corregido no debe ser mayor que 1.