Лекция 6 Определение скорости хода и пройденного пути

Лекция 6 Определение скорости хода и пройденного пути

1. Единицы расстояния и скорости, принятые в судовождении В процессе судовождения приходится решать задачи, связанные с измерением углов и угловых расстояний, поэтому метрическая система неудобна для измерения расстояний на море. В качестве основной единицы длины в практике мореплавания принята длина одной минуты дуги меридиана земного эллипсоида. Для референц-эллипсоида Красовского длина одной минуты такой дуги выражается следующей формулой: Δ = 1852, 23 – 9, 34 cos 2φ (6. 1)

Минута меридиана эллипсоида – величина непостоянная и является функцией широты места, что очень неудобно для её использования в практических целях. Длина 1' дуги земного меридиана составляет: на экваторе ─1842, 9 м в широте 45°─ 1852, 2 м, на полюсе ─1861, 8 м.

В разных странах миля имела различную длину (табл. 1) Таблица 1 Россия 1852, 00 Испания 1852, 00 Великобритания 1853, 18 Португалия 1850, 00 Германия 1852, 00 Франция 1852, 00 Нидерланды 1851, 85 Швеция 1852, 00 Дания 1851, 85 США 1852, 00 Италия 1851, 85 Япония 1853, 18

В 1928 г. Международное географическое бюро в качестве международной стандартной морской мили приняло постоянную величину, равную 1852 м. Стандартная морская миля соответствует длине минуты меридиана референц-эллипсоида Красовского на широте 44° 18'. Она отличается от значений на полюсах и экваторе всего на 0, 5%, что практически не выходит за пределы точности определения поправок приборов, используемых для измерения пройденного судном расстояния.

Одна десятая часть морской мили (nautical mile) называется кабельтов (кб) (cable): 1 кб = 0, 1 мили = 185, 2 м За единицу скорости в навигации принят узел (уз) (knot): 1 уз = 1 миля/час Переход от скорости в узлах к скорости в кабельтовых в минуту производится по формуле: Vкб/мин= Vуз/6 При расчетах, скорости ветра применяют единицу метр в секунду: 1 м/с ≈ 2 уз; 1 уз≈0, 5 м/с

При использовании картографических материалов других стран встречаются другие единицы длины: сажень морская (fathom) равна 1, 828 м или 6 футам. Применяется при обозначении глубин; фут (foot) равен 30, 48 см. Применяется для обозначения высот побережья, малых глубин и осадки судна; ярд (yard), равен 3 футам или 91, 44 см, используется для измерения небольших расстояний в США и Великобритании.

2. Понятие о лагах. Поправка и коэффициент относительного лага Приборы, следящие для изменения скорости судна и пройденного расстояния, называются лагами. Судно перемещается по водной поверхности Земли, совершает движение в двух средах – водной и воздушной, которые также движутся относительно дна морей и океанов. Движение судна делят на относительное (относительно воды) и абсолютное (относительно поверхности Земли). Перемещение судна под действием водных и воздушных масс, т. е. под действием ветра и течения, называют переносным движением.

Вектор переносной скорости Vc обычно связывают с понятием общего сноса под действием ветра и течения. Векторные формулы связи скоростей могут быть записаны так: V=Vo + Vc (6. 2) Vc = Vв + Vт (6. 3) где V – вектор абсолютной скорости; Vo – вектор относительной скорости; Vc – вектор переносной скорости; Vв – вектор от скорости сноса судна ветром; Vт – вектор скорости течения.

Рис. 1

В соответствии с измерением скорости современные лаги делятся на абсолютные и относительные. Относительные лаги по принципу действия подразделяются на гидродинамические и индукционные лаги. Абсолютные лаги подразделяются на гидроакустические доплеровские и корреляционные. Действие гидродинамического лага основано на измерении встречного потока. Измеряется разница между статическим давлением воды и давлением, полученным при движении судна. Получаем скорость судна относительно воды Vo = f(Рд).

Принцип действия индукционного лага основан на законе электромагнитной индукции. Магнит, закрепленный под днищем судна, создает постоянный вектор магнитной индукции. Представим морскую воду в виде параллельных проводников, соединяющих два погруженных в воду электрода, изолированных от корпуса судна и перемещающихся вместе с судном и магнитом. При движении судна со скоростью V , с этими электродами будут соприкасаться все новые и новые проводники, образованные морской водой. Таким образом создается эффект движения проводника относительно неподвижных силовых линий магнитного поля. Сигнал, снимаемый с электродов пропорционален скорости судна т. е Vo =f(ЭДС) В лагах вместо магнита применяют электромагнит.

Принцип действия гидроакустического доплеровского лага основан на эффекте Доплера, в соответствии с которым при относительном движении источника и приемника звуковых волн происходит изменение частоты принимаемых колебаний по отношению к излученным. Причем это изменение, называемое доплеровским сдвигом, пропорционально скорости указанного относительного движения. Такими лагами скорость измеряется относительно грунта, т. е. дается абсолютная скорость. Недостатком лага является возможность применения его только на глубинах до 300 м. Для измерения скорости на большей глубине, необходимо изменение частоты импульса, что привело бы к увеличению антенн до 3 м, что негативно влияет на прочность корпуса судна.

Гидроакустическим корреляционным лагом называется измеритель скорости судна, принцип действия которого базируется на определении временного сдвига между акустическими сигналами, отраженными от грунта и принятыми двумя судовыми антеннами, разнесенными на определенное расстояние.

Расстояния относительными лагами по измеренной скорости вырабатываются с помощью интегратора. Расстояние S 0 от некоторого нуля фиксируется специальным счетчиком, а его мгновенное значение называют отсчетом лага (ОЛ). Пройденное судном расстояние определяют как разность между его последовательными отсчетами (разность отсчета лага, РОЛ) в момент времени ti+1 и ti, снятыми со счетчика лага: РОЛ = олi+1 - олi (6. 4)

Лаг имеет погрешность, которую можно скомпенсировать поправкой ΔЛ, имеющей обратный знак. Такую поправку называют поправкой лага (log correction). Она бывает положительной и отрицательной и высчитывается по следующей формуле: ΔЛ= (So – рол)100/рол (6. 5) ΔЛ= (Vo – Vл)100/ Vл (6. 6) где рол= ол 2 - ол 1 – разность отсчетов лага; Sо – фактически пройденное расстояние относительно воды, которое можно определить навигационными способами; Vo– скорость судна относительно воды; Vл – скорость судна, показанная лагом. При отсутствии течения Sо = S, где S – расстояние, пройденное судном относительно грунта.

При известной поправки лага пройденное расстояние получают из (6. 5) : Sл = рол(1+Δл/100) (6. 7) Sл показывает, что расстояние рассчитано по показаниям лага. Вместо поправки удобней использовать коэффициент лага: Кл = 1+ Δл/100 (6. 8) Откуда: Sл = Кл рол (6. 9)

3. Теоретические основы и организация определения скорости судна и поправок лага на визуальной мерной линии и с помощью РЛС. Контроль работы лага в море. Скорость судна и поправку лага определяют на ходовых испытаниях. Задача заключается в определении скорости относительно воды, исключив скорость течения, которую относительный лаг не фиксирует. Поэтому ветер и волнение должны быть минимальными.

1) 2) 3) В соответствии со стандартами условия скоростных испытаний и определения поправки лага должны быть следующими: волнение не должно быть более 3 баллов, скорость ветра не более 8 м/с, глубина моря, не менее шести средних осадок судна. Скоростные испытания должны проводиться при всех режимах работы двигателей: полного, среднего, малого и самого малого хода. Загрузка должна быть нормальной, в полном грузу и в балласте.

Определение скорости и поправки лага проводится на мерной линии, которая представляет собой специальный полигон, оборудованный секущими, а иногда и ведущими створами. Одновременно с относительной скоростью и поправкой лага на мерной линии фиксируют количество оборотов винта N на каждом ходу, соответствующие измеренной скорости, дабы иметь в море дополнительный источник информации для определения относительной скорости по оборотам винта.

Рис. 2

Развив необходимую скорость, судно ложится на ИК пробега, перпендикулярный секущим створам. При пересечении створов с помощью секундомера засекают время Т 1 и Т 2 и отсчеты лага ОЛ 1 и ОЛ 2. Небольшое рыскание на курсе в приделах 3 градусов не окажет заметного влияния на точность, так как cos 3°=0, 999. Скорость судна, при отсутствии течения рассчитывается по формуле: t = Т 2 - Т 1 V= Vо= 3600 S / t (c) (6. 10) уз (6. 11) где S ― расстояние между створами в милях; t(c) ― время пробега в секундах. В (6. 11) скорость в узлах.

Поправку и коэффициент лага получают по формулам (6. 5), (6. 8), одновременно фиксируя величину N. После пересечения второго секущего створа, судно отворачивает в сторону моря и совершает плавную циркуляцию. Затем опят разгоняется и совершает второй пробег. Теоретически при отсутствии течения достаточно одного пробега. При наличии течения, если судно выдерживает по компасу заданные направления пробегов, то проекция скорости постоянного течения V'т на эту линию будет одинакова в обоих случаях. Приняв относительную скорость при пробегах V 1 и V 2, можно рассчитать относительную скорость Vo = (V 1+v. T’+V 2 -v. T’)/2 =V 1+ V 2/2 (6. 12)

Рис. 3

Поправка лага при двух пробегах рассчитывается как средняя поправка: ΔЛ= (ΔЛ 1+ ΔЛ 2)/ 2 (6. 13) где ΔЛ 1 и ΔЛ 2 – поправки, включающие погрешности от не исключенного вектора скорости постоянного течения. Рассчитывают и средние обороты винта для данного режима работы: N = (N 1+N 2)/2 (6. 14) При трех пробегах усредняют согласно следующим формулам: V = (V 1+2 V 2+V 3)/4 (6. 15) ΔЛ= (ΔЛ 1+ 2ΔЛ 2 +ΔЛ 3)/4 (6. 16)

Скорость судна Vо и поправку лага ΔЛ в море можно определить с помощью радиолокационной станции (РЛС) и свободно плавающего буя или вехи (рис. 4). В этом случае ложатся курсом на плавающий ориентир, измеряют до него последовательные расстояния через 3 – 4 мили и фиксируют время, затем рассчитывают скорость и поправку лага: V = (D 1 – D 2) / (T 2 – T 1)= ΔD / t (6. 17) Δл = (ΔD – рол) /рол (6. 18)

Рис. 4

Выводы: 1. Метрическая система неудобна для измерения расстояний на море, поэтому в качестве основной единицы длины в практике мореплавания принята длина одной минуты дуги меридиана земного эллипсоида. 2. Минута меридиана эллипсоида – величина непостоянная и является функцией широты места. 3. В качестве международной стандартной морской мили приняло постоянную величину, равную 1852 м. 4. За единицу скорости в навигации принят узел равный одной миле в час. 5. Скорость на судне и пройденное расстояние измеряются лагами.

6. 7. ─ ─ ─ Лаг имеет погрешность, которую можно скомпенсировать поправкой ΔЛ, имеющей обратный знак. Такую поправку называют поправкой лага (log correction). Стандартные условия скоростных испытаний и определения поправки лага следующими: волнение не должно быть более 3 баллов, скорость ветра не более 8 м/с, глубина моря, не менее шести средних осадок судна.