1. Фигура и размеры Земли. Геоид, эллипсоид вращения, референцэллипсоид
 Скачать 3.3 Mb.
|
|
1. Фигура и размеры Земли. Геоид, эллипсоид вращения, референц-эллипсоид. Планета Земля сама по себе имеет уникальную форму. Суда совершают плавания на водах Мирового океана, который является частью этой планеты, а поэтому для задач морской навигации необходимо знать её форму и размеры. Речь идёт о воображаемом земном теле, которое можно представить поверхностью уровня вод Мирового океана, продолженной под всеми материками. Такая поверхность называется уровенной, и важным её свойством является то, что в любой точке она перпендикулярна, или, как говорят математики нормальна вектору силы тяжести g. Плотность масс Земли в её толще распределена чрезвычайно неравномерно, поэтому уровенная поверхность образует сложное в математическом отношении трёхмерное тело. Эта фигура, образованная уровненной поверхностью, имеющая неправильную геометрическую форму, и называется геоидом, что в переводе с греческого означает «землеподобный». Для решения задач морской навигации используют аппроксимацию (приближение) геоида телом неправильной математической формы. Это тело – эллипсоид вращения, полученный в результате вращения эллипса вокруг малой оси. Другими словами, геоид заменяют его моделью. Сочетание геоида, а также эллипсоида по экватору и меридиану 80Е…100W. Используют следующие способы аппроксимации:
Для геодезических и картографических расчётов в определённых районах Земли необходимо иметь земной эллипсоид, поверхность которого максимально совпадает с поверхностью этого района. Очевидно, что такой эллипсоид должен иметь вполне определённые ориентацию и размеры. Это референц-эллипсоид. В конкретном государстве к нему и относят измерения на земной поверхности. В России в качестве референц-эллипсоида принят референц-эллипсоид Ф. Н. Красовского. Этот референц-эллипсоид вычислен группой учёных под руководством профессора Ф. Н. Красовского. Модель имеет следующие параметры:
Отклонения данного эллипсоида от геоида на территории нашей страны не превышает 150 м. В навигационных задачах, не требующих высокой точности, Землю принимают за шар, объём которого равен объёму земного эллипсоида, исходя за соотношение: 4/3R3 = 4/3R2b. Для референц-эллипсоида Красовсокого радиус модели Земли как шара равен: R = 6371110 м. В качестве модели геоида для спутниковых навигационных систем до недавнего времени, например, использовали эллипсоид WGS-72, в настоящее время используется более точная модель WGS-84 (World Geodetic System – 1984). 2. Требование ИМО к форме и содержанию судовой информации о маневренных свойствах судна. Лоцманская карточка. Основные свойства конкретного судна относящиеся в первую очередь к его ходкости, поворотливости и инерционно-тормозным хар-кам - маневренные элементы. Информация вывешивается на ходовой рубке в виде таблицы. До 70-х 1 форма исодержание таблицы маневренных элементов определялась в каждой стране национальными правилами. В 1971 Резолюцией А.209 (7) ИМО была принята 1-ая рекомендация, устанавливающая пример набора сведений, подлежащих включению в таблицу маневренных элементов. В 1987 Резолюция А.601 (15) ИМО - новые рекомендации, в соответствии с которыми информация о маневренных характеристик судна состоит из 3-х частей: - лоцманская карточка; - таблица маневренных характеристик; - формуляр маневренных характеристик. Что должно быть в формуляре маневренных характеристик (ИМО): 1 Общие описания: 1.1 подробные сведения о судне 1.2 Характеристики судна. 2.Маневренные характеристики на глубокой воде: 2.1 Характеристики поворотливости 2.2 Циркуляция 2.3 Поворот с ускорением 2.4 Проверка рыскания 2.5 MOB 2.6 Эффективность подруливания 3. Маневры торможения и изменения скорости в глубокой воде 3.1 Маневр торможения 3.2 Характеристики уменьшения скорости 3.3 Характеристики разгона 4. Маневренные характеристики на мелководье 4.1 Циркуляция 4.2 Проседание 5. Маневренные характеристики в ветре 5.1 Моменты и силы от ветра 5.2 Возмущения удерживания на качке 5.3 Дрейф под действием ветра 6. Маневренные хар-ки на малой скорости. Прилагается Лоцманская карточка.  3. Учёт влияния свободных поверхностей жидкостей при расчёте метацентрической высоты и построение ДСО. На каждом судне размещается значительное кол-во жидких грузов в цистернах. Для наливных транспортных судов жидкий груз является основным перевозимым грузом. Если жидкий груз цистерну полностью, т. е. цистерна запрессована, то для задач статики он ничем не отличается от любого твердого груза такой же массы. Однако если жидкий груз заполняет, лишь часть цистерны и. следовательно, имеет свободную поверхность, то он получает возможность переливаться при наклонении судна. В результате этого изменяется форма объема жидкости в цистерне и перемещается ЦТ судна, что отражается на его остойчивости. Предположим, что в одном из отсеков судна, первоначально запрессованном, остался жидкий груз с удельным весом жид, который в прямом положении судна заполняет отсек до уровня ВЛ, имея объем V (рис. 2.15). Если мы наклоним мысленно судно на малый угол , то свободная поверхность жидкости в отсеке также наклонится и займет положение В1Л1, параллельное наклонной ватерлинии В1Л1, а ЦТ жидкости g переместится в новое положение g1. Вследствие малости угла в можно считать, что перемещение ЦТ жидкости происходит по дуге круга радиусом l с центром в точке m0, в которой пересекаются линии действия силы веса жидкого груза до и после наклонения судна. Как и в случае подвешенного твердого груза, переливание жидкого груза можно представить как приложение к судну двух противоположно направленных вертикальных сил  . Эти силы создают пару сил с плечом l*sin, момент которой М = ж*V*l*sin уменьшает первоначальный восстанавливающий момент MB = P*h*sin . Таким образом, с учетом переливания жидкости в отсеке восстанавливающий момент судна равен: Видно, что точку mо можно рассматривать как. метацентр жидкости в цистерне. Соответственно отрезокРис.2.15. Влияние свободной поверхности жидкого груза на начальную остойчивость судна l= mо*g является ее метацентрическим радиусом и поэтому может быть определен формулой:    4. Поправка компаса. Вычисление и учёт поправки компаса. Определение и исправление румбов. Румбовая система счёта направлений дошла в наш век из эпохи парусного флота. В ней горизонт разбит на 32 румба, которые имеют соответствующие номера и наименования. Один румб равен 11,25о. Направления N,S,E, и W называют главными направлениями, NE, SE, SW, NW – четвертными направлениями, а остальные 24 – промежуточными. Чётные промежуточные румбы имеют названия от ближайшего главного и четвертного румбов, например, NNW, WSW, ESE и т. д. В названия нечётных промежуточных румбов входит голландская приставка «тень» (ten), что означает «к», например, NtE читается как «норд-тень-ост» и означает, что направление N «сдвинуто» на один румб к E, и т. д. Румбовая система счёта применяется для обозначения направлений ветра, течения и волнения – это традиционная система счёта. Магнитное склонение d – это угол в плоскости истинного горизонта между географическим (истинным) и магнитным меридианами. На 1985 г. d = 1о W, годовое изменение d = 0,2o, склонение в 2000 г. - ? Решение: Δt = 2000-1985 = 15 лет d2000 = d + ΔdΔt = +2o E На судне обычно устанавливают два различных компаса: главный компас для определения места судна и путевой – для управления судном. Главный компас устанавливают в ДП судна, в месте, обеспечивающем круговой обзор и максимальную защищённость от судовых магнитных полей. Обычно – это навигационный мостик судна. Расчёт девиации: δi = МП - КПi И составляют таблицу или график девиации как функции компасного курса. Если производят сличение путевого и главного магнитных компасов или путевого и гирокомпаса, то справедливы соотношения: ККп + δп = ККгл + δгл ККп + δп = ГКК + ΔГК - d По требованиям ПДНВ-78/95 требуется, чтобы вахтенный помощник каждые 4 часа определял поправку компаса. Существуют следующие виды вычисления поправок:
5. Условия равновесия плавающего судна, запас плавучести, грузовая марка. Информация о непотопляемости. На судно, плавающее неподвижно в положении равновесия на спокойной поверхности воды, действуют следующие силы (рис. 1.4); -  сила веса всех его частей, которые приводятся к их равнодействующей - силе веса судна P=Δg, направленной вертикально вниз и приложенной в центре тяжести (ЦТ) судна G (Xg, Уg, Zg);- Рис. 1.4. Силы, действующие на плавающее судно гидростатические силы давления воды, действующие по нормалям к подводной поверхности судна; горизонтальные составляющие этих сил взаимно уравновешиваются, а вертикальные составляющие приводятся к их равнодействующей - силе плавучести -γV (γ- удельный вес забортной воды), направленной вертикально вверх и приложенной в центре величины (ЦВ) - ЦТ подводного объема судна С (Хс Yc, Zc). На корпус движущегося судна действуют, кроме того, гидродинамические силы давления воды, имеющие также не только горизонтальные, но и вертикальные составляющие. Однако при решении большинства задач статики судна подъемной силой корпуса, обусловленной гидродинамическими силами давления воды, пренебрегают. Эти силы учитывают только в некоторых специальных задачах статики, например в задачах, связанных с остойчивостью глиссирующих судов. Основным физическим законом, определяющим плавучесть судна, служит закон Архимеда, согласно которому сила веса судна равна силе плавучести, а масса (водоизмещение судна Δ) равна массе вытесненной им воды;  ; .Формулы являются математическими выражениями первого условия равновесия плавающего судна. Из теоретической механики известно, что для равенства двух сил необходимо и достаточно, чтобы они были равны по абсолютной величине и направлены противоположно друг другу по прямой, соединяющей точки их приложения. В данном случае обе силы - сила веса и сила плавучести - направлены вертикально; следовательно, вторым условием равновесия плавающего судна является расположение точек приложения этих сил - ЦТ и ЦВ - на одной вертикали, т. е. на одном перпендикуляре к плоскости ватерлинии. Уравнение плоскости ватерлинии может быть записано в виде:  Из аналитической геометрии известно, что прямая, соединяющая точки G и С, будет перпендикулярна плоскости, выраженной уравнением, в том случае, когда удовлетворяются следующие уравнения:   Уравнения выражают второе условие равновесия плавающего судна. В совокупности уравнения называют системой уравнений равновесия судна. Если судно сидит прямо и на ровный киль (Θ = ψ = 0), то уравнения равновесия принимают вид:   Грузовые марки. Применяют следующие грузовые марки, отмечающие положение ГВЛ судна при его загрузке в различных зонах, районах и в разные сезонные периоды плавания: - марки для судов с минимальным надводным бортом, а также с минимальным лесным надводным бортом; - марки для парусных и для пассажирских судов; - марки для грузовых судов с избыточным надводным бортом. На рис. 1.14 в качестве примера рассматриваются марки, наносимые на судах с минимальным надводным бортом, совершающих международные рейсы. Эти марки представляют собой горизонтальные линии длиной 230мм. наносимые перпендикулярно вертикальной линии, проведенной на расстоянии 540 мм в нос от центра кольца грузовой марки. Летняя грузовая марка, обозначаемая буквой Л, соответствует летнему надводному борту и наносится на одном уровне с горизонтальной линией, проходящей через центр крута. Зимней грузовой маркой, обозначаемой буквой 3, отмечают зимний надводный борт. который получается увеличением летнего надводного борта на 1/48 летней осадки. Зимняя грузовая марка ЗСА соответствует зимнему надводному борту для Северной Атлантики, назначаемому для судов длиной менее 100 м и получаемому увеличением зимнего надводного борта на 50 мм. Требуемое Правилами о грузовой марке морских судов увеличение зимнего надводного борта по сравнению с летним объясняется более суровыми условиями плавания в зимнее время, особенно в Северной Атлантике. Грузовая марка для пресной воды отмечается буквой П и соответствует надводному борту для пресной воды, который определяется вычитанием из высоты летнего надводного борта изменения осадки судна при переходе из морской воды в пресную. Это изменение осадки (в сантиметрах) выражается формулой d = / (40q). Тропическая грузовая марка обозначается буквой Т и соответствует тропическому надводному борту, получаемому уменьшением летнего надводного борта на 1/48 летней осадки. Тропическая грузовая марка для пресной воды ТП соответствует тропическому надводному борту для пресной воды, который получают, уменьшая тропический надводный борт на величину, определяемую формулой d = / (40q). Нанесение других перечисленных выше марок для судов, совершающих международные рейсы, а также специальных грузовых марок для судов, не совершающих международных рейсов, рыболовных судов и судов длиной менее 24 м регламентировано упомянутым выше Правилами о грузовой марке морских судов.  Рис 1.14. Грузовые марки Нанесенные на бортах судна грузовые марки, отвечающие данному сезону, зоне или району, в котором судно может оказаться, не должны быть погружены в воду на протяжении всего плавания суда до прихода в порт назначения. Однако если судно грузится в порт с пресной водой, то соответствующая грузовая марка может быть погружена на величину поправки для пресной воды, указанной в свидетельстве о грузовой марке. Над горизонтальной линией, проходящей через центр кольца знака грузовой марки, наносят двумя буквами обозначение организации, назначившей судну грузовые марки [в частности. Регистр СССР обозначается буквами Р и С (см. рис. 1.14)]. Информация о непотопляемости. Непотопляемостью судна называется его способность оставаться на плаву после затопления части его внутренних отсеков, имея посадку и остойчивость, обеспечивающие хотя бы ограниченное использование судна по назначению. Непотопляемость является свойством судна сохранять свои мореходные качества в заданных пределах. Таким образом, судно обладает непотопляемостью, если после затопления части отсеков оно сохраняет плавучесть, остойчивость и посадку в той мере, которая достаточна для выполнения хотя бы части его функций. Для расчёта непотопляемости применяются 2 метода; 1. метод приёма груза - судно принимает жидкий груз, масса которого равна массе влившейся воды. При этом увеличивается водоизмещение судна и изменяются координаты его ЦТ. 2. метод постоянного водоизмещения исключает затопленные отсеки из плавучего объёма судна, т.е. изменяется конфигурация обводов корпуса. Водоизмещение судна и положение его ЦТ при этом не изменяется. |