Навигация и лоция СПГУВК-2004. Дмитриев В. И., Григорян в л., Катенин В. А
 Скачать 24.68 Mb.
|
|
Вектор напря- женности магнитного по- ля Земли Вертикальная плоскость, проходящая через вектор напря- женности магнитного поля Земли в данной точке, при пересечении с поверхностью Земли дает линию магнитного меридиана. Так как магнитные полюса не совпадают с географическими полюсами, то и направления магнитных меридианов N M в данной точке не будут совпадать с направлениями географических меридианов. Магнитная стрелка, помещенная в магнитное поле Земли, установится по на- правлению горизонтальной составляющей Н вектора напряженности Т, и составит с истинным меридианом N И угол d (рис. 2.13). В направлении магнитного меридиана установится стрелка магнитного компаса, расположенного вдали от больших металличе- ских масс и источников электричества (на берегу или на судне, кото- рое не обладает собственным магнитным полем). Pис. 2.13. Магнитные и истин- ные направления Угол d между истинным и магнитным меридианами называ- ется магнитным склонением. Измеряется магнитное склонение в по- лукруговой системе счета. Если магнитный меридиан отклонен от истинного меридиана к востоку, то магнитное склонение называют восточным dE и считают положительным. Если магнитный меридиан Глава 2. Определение направлений в море 37 отклонен к западу от истинного меридиана, то магнитное склонение называют западным dW исчитают отрицательным. Магнитное склонение в различных точках Земли имеет раз- личные значения и, в связи с дрейфом магнитных полюсов, изменя- ется с течением времени. При этом магнитное склонение может уве- личиваться или уменьшаться. Под увеличением или уменьшением магнитного склонения понимают увеличение или уменьшение модуля (абсолютной величи- ны) магнитного склонения независимо от его знака. Изменения магнитного склонения характеризуются измене- нием склонения за год, т. е. годовыми изменениями. Например: годо- вое увеличение 0,08°; годовое уменьшение 0,04° и т. д. На морских навигационных картах указывают величину магнитного склонения на год печати карты и характер его изменения. Например, на карте № 22114 указано: «Магнитное склонение приведено к 2000 г., годо- вое увеличение 0,02°». Такие данные приводятся в нескольких точ- ках карты. Для использования магнитного склонения при плавании судна его необходимо привести к году плавания. Кроме закономерных изменений магнитное склонение под- вержено незакономерным изменениям. К таким изменениям относят- ся магнитные аномалии и бури. Магнитными бурями называются резкие, внезапные изменения магнитного склонения, вызванные дея- тельностью Солнца. В отдельных районах морей и океанов магнитное склонение резко отличается от магнитного склонения в окружающих районах. Такое резкое отклонение магнитного склонения от склонения в ок- ружающих районах называется магнитной аномалией. Направления, измеренные относительно магнитного мери- диана, называются магнитными направлениями (см. рис. 2.13). Угол в плоскости истинного горизонта между северной частью маг- нитного меридиана и линией курса судна называется магнитным курсом МК. Угол в плоскости истинного горизонта между северной частью магнитного меридиана и линией пеленга называется магнит- ным пеленгом МП. Магнитный курс и магнитный пеленг измеряются в круговой системе счета. МП МК КУ = + (2.11) Направление, обратное магнитному пеленгу, называется об- ратным магнитным пеленгом ОМП = МП ± 180°. 38 Раздел 1. Основные понятия навигации Магнитные и истинные направления связаны следующими соотношениями (см. рис. 2.13): ; ; ИК МК d ИП МП d ОИП ОМП d = + ⎫ ⎪ = + ⎬ ⎪ = + ⎭ (2.12) Выражения (2.12) алгебраические. В них следует учитывать знак магнитного склонения d. 2.7 Компасные направления по магнитному компасу Современные суда строят из стали, и их корпуса обладают собственными магнитными свойствами. Поэтому на магнитный ком- пас, установленный на судне, кроме магнитного поля Земли действу- ет магнитное поле судна и стрелка магнитного компаса отклоняется от магнитного меридиана на некоторый угол. Явление отклонения стрелки магнитного компаса от магнитного меридиана под действи- ем магнитного поля судна называется девиацией. Вертикальная плоскость, в которой устанавливается стрелка магнитного компаса на судне, называется компасным меридианом N K (рис. 2.14). Рис. 2.14. Компасные на- правления Рис. 2.15. Компасные, магнит- ные и истинные направления Угол между магнитным и компасным меридианами называ- ется девиацией магнитного компаса δ. Девиация измеряется в полу- круговой системе счета. Если компасный меридиан отклонен к вос- Глава 2. Определение направлений в море 39 току от магнитного меридиана, то девиацию считают положитель- ной. Если компасный меридиан отклонен к западу от магнитного ме- ридиана, то девиацию считают отрицательной. При изменении курса судна изменяются величина и направ- ление магнитного поля судна. Следовательно, изменяется и воздей- ствие его магнитного поля на стрелку магнитного компаса. Это вы- зывает изменение девиации. Таким образом, девиация магнитного компаса зависит от курса судна δ = f(KK MK ). При больших значениях девиации магнитный компас работа- ет неустойчиво, поэтому на судне ее влияние компенсируют специ- альным девиационным устройством. Полностью устранить влияние судового железа на магнитный компас невозможно. Оставшуюся де- виацию называют остаточной девиацией. Направления, измеренные относительно компасного мери- диана, называются компасными направлениями. Угол между северной частью компасного меридиана и лини- ей курса судна называется компасным курсом KK MK .Угол между се- верной частью компасного меридиана и линией пеленга называется компасным пеленгом КП МК . Компасный курс и компасный пеленг измеряются в круговой системе счета. Конструкция магнитных компасов не позволяет измерять компасный пеленг. Возможно измерение лишь обратного компасного пеленга с последующим аналитическим расчетом компасного пелен- га: КП МК = ОКП МК ± 180°. Связь между магнитными и компасными направлениями осуществляется через δ: МК МК МК ; ; МК КК МП КП ОМП ОКП = + δ ⎫ ⎪ = + δ ⎬ ⎪ = + δ ⎭ (2.13) Выражения (2.13) алгебраические. В них следует учитывать знак магнитного склонения δ. Использование компасных и магнитных направлений не обеспечивает безопасности плавания. Для управления судном поль- зуются только истинными направлениями. 40 Раздел 1. Основные понятия навигации Из рис. 2.15 видно: МК МК МК МК ; ; ИК КК d ИП КП d КУ КП КК = + + δ = + + δ = − (2.14) Алгебраическую сумму магнитного склонения d и девиации δ называют поправкой магнитного компаса ∆МК: МК d ∆ = + δ (2.15) Поправка магнитного компаса служит для перехода от ком- пасных направлений к истинным направлениям: МК МК ; ИК КК МК ИП КП МК = + ∆ ⎫ ⎬ = + ⎭ (2.16) Определяется поправка магнитного компаса как угол между истинным и компасным меридианами, который измеряется в полу- круговой системе счета. Поправка магнитного компаса имеет знак, который следует учитывать при расчетах по формулам (2.16). Таким образом, для расчета истинных направлений по изме- ренным компасным направлениям, необходимо знать поправку маг- нитного компаса, которую обычно определяют (измеряют), исполь- зуя один из рассмотренных выше способов определения поправки курсоуказателей. Полученное таким образом значение ∆МК справед- ливо лишь для того курса судна, при котором поправка определя- лась. Если курс судна изменится, то изменится и поправка магнитно- го компаса, так как δ = f (KK MK ). Не всегда и не на всех курсах судна есть возможность непо- средственного измерения ∆МК. Именно поэтому поправку магнитно- го компаса часто вычисляют аналитически, определяя ее составляю- щие: магнитное склонение d и девиацию магнитного компаса δ. Магнитное склонение выбирается с морской навигационной карты по координатам судна и приводится к году плавания. Девиацию выбирают из таблицы девиации по аргументу — компасному курсу КК MK . Если компасный курс неизвестен и его нужно определить по данному истинному курсу судна, то девиация магнитного компаса выбирается по значению магнитного курса МК. Если значение компасного курса не совпадает с табличным значени- ем, то выполняется линейная интерполяция. Глава 2. Определение направлений в море 41 Для составления таблицы девиацию определяют путем спе- циальных наблюдений. Так как девиация магнитного компаса зави- сит от курса судна, то ее определяют на восьми компасных курсах: 0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270°, 315°. Таблица 2.1. Таблица девиации δ, град Компасные курсы, град δ, град +2,3 0(360) +2,3 +1,7 10 350 +2,5 +1,3 20 340 +2,7 +1,0 30 330 +3,0 +0,5 40 320 +3,5 −3,7 150 210 +1,3 −3,3 160 200 +0,3 −2,5 170 190 −0,7 − 1,7 180 −1,7 Рис.2.16. График девиации По результатам определений рассчитывается таблица девиа- ции магнитного компаса (табл. 2.1). На практике часто пользуются графическим выражением за- висимости девиации от компасного курса. Для этого по данным таб- лицы девиации строят график девиации (рис. 2.16). С такого графика удобнее выбирать девиацию магнитного компаса на данное значение компасного курса, так как интерполяция не требуется. 42 Раздел 1. Основные понятия навигации Глава3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАССТОЯНИЯ, ПРОЙДЕННОГО СУДНОМ 3.1 Единицы длины и скорости в судовождении Для измерения расстояний в море, глубин, высот береговых ориентиров, а также скоростей судна, ветра и течения в судовожде- нии применяются следующие единицы длины. Морская миля — единица длины, равная длине 1 ′ дуги мери- диана земного эллипсоида. Длина 1 ′ дуги меридиана определяется формулой ( ) ( ) 2 3 2 2 2 1 1 arc1 arc 1 sin a e M e − ′ ′ ∆ = = − ϕ 1′ Для приближенных расчетов пользуются формулой 1 1852, 23 9,34cos 2 ′ ∆ = − ϕ (3.1) Из формул видно, что длина 1 ′ дуги меридиана является ве- личиной переменной, зависящей от широты места. Измерять рас- стояния единицей длины, имеющей переменную величину, неудоб- но, поэтому за единицу длины для измерения расстояний на море принята стандартная миля, равная 1852 м. За стандартной милей со- хранилось название морская миля. Морская миля — основная едини- ца длины для измерения расстояний на море. Кабельтов — единица длины, равная 0,1 мили, т. е. 185,2 м. В кабельтовых измеряют небольшие расстояния на море: • расстояния между судами при оценке безопасности плава- ния; • дальности, измеренные радиолокационными станциями. Глубины морей и океанов, высоты гор и других ориентиров над уровнем моря выражаются в метрах. Глава 3. Определение пройденного судном расстояния 43 При пользовании английскими картами и другими пособиями по судовождению можно встретить другие единицы длины: сажень морская —единица длины, равная 1,83 м. Применя- ется для обозначения глубин на английских картах; фут —единица длины, равная 30,48 см. Применяется для измерения высот предметов на берегу и малых глубин. Для перехода от одних единиц длины к другим в Мореход- ных таблицах (МТ—2000) помещены табл. 5.16-5.22. Основной единицей скорости, принятой в судовождении, яв- ляется узел. Один узел соответствует скорости, при которой судно проходит за один час одну морскую милю: 1 уз = 1 миля/ч. В судо- вождении в узлах выражают скорости судов и морских течений. При решении некоторых задач скорость судов удобно выра- жать в кабельтовых в минуту ( ). каб/мин V Соотношение между скоростями в узлах и в кабельтовых в минуту определяется выражением уз каб/мин 6 V V = (3.2) Скорость судна в кабельтовых в минуту используется для расчета пройденных расстояний за малые промежутки времени, из- меряемые минутами. Скорость ветра, скорость звука в воде и ряд других скоростей в судовождении выражают в метрах в секунду ( ). м/с V Соотношение скоростей в метрах в секунду и в узлах опреде- ляется выражением м/с у 1 2 V V = з (3.3) Дляперевода скоростей из одних единиц измерения в другие в МТ—2000 помещена табл. 5.1. 3.2 Принципы измерения скорости и пройденного судном расстояния Для определения скорости и пройденного расстояния на су- дах устанавливают технические средства, которые получили назва- 44 Раздел 1. Основные понятия навигации ние лагов. Лаги классифицируют по виду измеряемой скорости и по физическим принципам измерения скорости. Перемещающееся по водной поверхности Земли судно, в об- щем случае совершает движение и в водной и в воздушной средах. Водные и воздушные массы, кроме того, имеют самостоятельное движение относительно земной коры (дна морей и океанов). Таким образом, движение судна — сложное движение. За абсолютную сис- тему отсчета в морской навигации принята система, неподвижная относительно поверхности Земли, и поэтому перемещение судна от- носительно дна морей и океанов называют абсолютным. Движение судна относительно водной среды принято считать относительным движением, а перемещение судна за счет движения водных или воздушных масс называют переносным движением. Ка- ждый вид движения характеризуется соответствующим вектором скорости — абсолютной ,относительной и переносной . При a V o V п V этом a о V V V = + п (рис. 3.1). Современные лаги подразделяются на абсолютные и относи- тельные, исходя из того, какую скорость судна они измеряют. Существует несколько физических принципов измерения аб- солютной скорости, из которых в настоящее время на практике реа- лизованы два: измерение абсолютной скорости по доплеровскому сдвигу частот и определение абсолютной скорости по результатам измерения ускорений судна в инерциальном пространстве. Первый принцип реализован в гидроакустических доплеровских лагах. Вто- рой принцип реализован в инерциальных навигационных системах (ИНС). Наибольшее распространение получили относительные лаги, которые измеряют скорость корабля относительно воды, однако не учитывают движения судна вместе с ее массами. Это переносное движение судна судоводителям приходится учитывать отдельно. Рис. 3.1. Составляющие скорости судна Относительные лаги по физическим принципам измерения скоростей подразделяются на гидродинамические и индукционные (электромагнитные) лаги. Глава 3. Определение пройденного судном расстояния 45 Принцип работы индукционного лага основан на явлении электромагнитной индукции. В таких лагах с помощью специального устройства за бортом судна создается магнитное поле. При движении судна в морской воде как в проводнике наводится электродвижущая сила Е (ЭДС). Величина ЭДС зависит от скорости судна. Измеряя величину ЭДС, определяют относительную скорость судна - ско- рость судна относительно воды : o V ( ) o E f V = ; ( ) o V F E = Достоинством индукционных лагов является высокая точ- ность работы на всем диапазоне скоростей судна, в том числе и на заднем ходу. Некоторые их модели позволяют измерять скорость судна и в боковом направлении. К основным недостаткам таких ла- гов относят ненадежность работы в пресной воде, а также подвер- женность помехам при воздействии на измерительное устройство внешних электромагнитных полей. Принцип работы гидродинамических лагов основан на изме- рении динамического давления воды , возникающего при движе- д Р нии судна относительно массы воды. Величина этого давления зави- сит от скорости судна относительно воды: o V ( ) д o Р f V = ; ( ) o д V F Р = Достоинством гидродинамических лагов является относи- тельно низкая стоимость при достаточной для практики точности измерения скорости. К недостаткам этих лагов относят низкую на- дежность работы на скоростях до трех узлов. Во всех лагах устанавливается интегрирующее устройство, которое по измеренной относительной скорости и времени плава- o V ния t вырабатывает пройденное судном расстояние относительно во- ды o o 0 t S V d = t ∫ Показания измеренной скорости и выработанного пройден- ного расстояния транслируются на репитеры лага — указатели ско- рости и счетчики пройденного расстояния (СПР), установленные в различных частях судна. В тех случаях, когда лаг по какой-либо причине не работает, а также для контроля за работой лага, скорость судна может быть 46 Раздел 1. Основные понятия навигации определена по таблице соответствия скорости судна оборотам его винтов, форма которой приведена ниже (форма 3.1). Форма 3.1 o V , уз o N , об/мин … … Такие таблицы составляют по результатам специальных ис- пытаний, которые проводят на различных режимах движения судна. При этом скорость вращения винтов (число оборотов винтов за 1 ми- нуту) измеряется с помощью тахометров. Сняв показания с тахометра и выбрав из таблицы соответст- вующее значение скорости судна, можно рассчитать пройденное судном расстояние за определенный промежуток времени по форму- ле o o S V t = , (3.4) где — пройденное относительное расстояние, мили; — отно- o S o V сительная скорость, уз; t— время плавания, ч. В этом случае относительную скорость судна считают o V равной скорости, выбранной по оборотам винтов , и рассчитанное oб V расстояние поэтому обозначают : oб S oб oб S V t = (3.5) Если время плавания судна выражается в минутах, то форму- ла (3.5) примет вид: oб oб 60 V t S = (3.6) Для облегчения расчетов по формуле (3.6) в МТ —2000 по- мещена табл. 2.15. На судах кроме тахометров устанавливаются суммарные счетчики числа оборотов движителей, которые производят подсчет количества оборотов нарастающим итогом. С помощью таких счет- чиков пройденное относительно воды расстояние может быть рас- считано с высокой точностью. Для этого за определенный промежу- ток времени с суммарного счетчика необходимо снять последова- тельно два показания числа оборотов N 1 , и N 2 и рассчитать их раз- ность ∆N = N 2 — N 1 ,. Пройденное расстояние определяется как про- изведение: Глава 3. Определение пройденного судном расстояния 47 oб S a N = ∆ , (3.7) где а — аванс — расстояние, проходимое судном относительно воды за один оборот винта (движителя). Величина аванса рассчитывается на скоростных испытаниях судна по измерениям относительной скорости и соответствующей o V ей скорости вращения (числу оборотов в минуту) движителей судна o N : o o V a N = (3.8) 3.3 Определение пройденного судном расстояния по относительному лагу Лаг показывает пройденное расстояние нарастающим итогом, поэтому для определения пройденного судном расстояния необхо- димо заметить отсчеты лага в начале плавания и при его оконча- 1 ол нии и рассчитать разность 2 ол 2 ол ол 1 − . Полученную разность от- счетов лага обозначают аббревиатурой рол. Как всякий прибор, лаг показывает пройденное расстояние с некоторой погрешностью, поэтому рол ≠ S.Для определения прой- денного судном расстояния необходимо определить погрешность лага и учесть ее в виде поправки к рол. С этой целью на скоростных испытаниях сравнивают относительное расстояние, пройденное суд- ном, , с расстоянием, которое показал лаг ( рол). o S Поправку лага рассчитывают как относительную его погреш- ность, взятую с обратным знаком: o % 100 S рол л рол − ∆ = ; (3.9) o л % л 100 V V л V − ∆ = , (3.10) где — относительное расстояние, пройденное судном; — отно- o S o V сительная скорость судна; — относительная скорость по показа- л V ниямлага. 48 Раздел 1. Основные понятия навигации Поправка лага положительна, если т. е., если лаг o S рол > показывает расстояние меньшее, чем в действительности прошло судно. Поправка лага отрицательна, если o S рол < . Из выражения (3.10) видно, что поправка лага зависит от от- носительной скорости судна ( ) % o л f V ∆ = , поэтому ее определяют для различных скоростей. Результаты определений сводят в таблицу поправок лага, которой и пользуются на практике (форма 3.2) |