Вся навигация. вся навигация 1. Фигура и модели Земли

• Название: Фигура и модели Земли
• Анкор: Вся навигация
• Дата: 31.01.2023
• Размер: 3.45 Mb.
• Имя файла: вся навигация 1.doc
• Тип: Документы; #913997
• страница: 5 из 9

Скорость судна и принципы её измерения

Для учёта движения судна кроме определения направления его движения надо знать ещё и пройденное по курсу расстояние, которое определяется или по показаниям специального прибора - лага, или по скорости судна и времени плавания.

С
Рис. 1.32. Относительное, абсолютное и переносное движение
удно, перемещаясь по водной поверхности Земли, совершает движение в двух средах - водной и воздушной, которые сами движутся относительно дна морей и океанов. Движение судна относительно водных масс считается относительным, а относительно поверхности Земли - абсолютным. Перемещение судна под действием ветра и течения называется переносным движением (рис.1.32).

Связи скоростей выражаются следующими формулами:

; (1.57)

, (1.58)

где - вектор абсолютной скорости; - вектор относительной скорости, - вектор переносной скорости, т.е. вектор общего сноса ветром и течением; - вектор сноса судна ветром; - вектор скорости течения.

В зависимости от типа измеряемой скорости лаги делятся на абсолютные и относительные. В настоящее время реализованы два физических принципа измерения абсолютной скорости движения судна: по доплеровскому сдвигу частоты и с помощью инерциальных систем навигации. Относительная скорость измеряется в основном двумя типами лагов: гидродинамическими и индукционными. Принцип работы гидродинамических лагов заключается в измерении динамического давления набегающего потока воды при движении судна, которое и определяет относительную скорость:

V₀ = (P_Д)

Принцип работы индукционных лагов основан на электромагнитной индукции. Магнитное поле, создаваемое специальным устройством под днищем судна, перемещается в потоке морской воды, являющейся проводником, и поэтому в ней наводится ЭДС, которая является функцией относительной скорости судна:

V₀ = (ЭДС)

Переносная скорость измеряется дрейфомерами и измерителями течений.

Таким образом, истинной или абсолютной скоростью называется скорость судна относительно Земли (дна), т.е. учитывается не только движение самого судна относительно воды, но и дрейф от ветра и снос течением.

Относительной скоростью Vo называется скорость судна относительно водных масс.

На скорость судна влияют различные факторы.

1. Изменение осадки судна. Установлено, что изменение осадки, а следовательно водоизмещения судна незначительно влияет на скорость судна. Изменение водоизмещения судна на 5% вызывает изменение скорости в среднем на 1% , а увеличение водоизмещения на 10 % уменьшает скорость на 2-3%. Конкретное судно при различных вариантах загрузки в различных гидрометеоусловиях может вести себя по-разному.

2. Обрастание корпуса судна. В результате обрастания ракушками и водорослями подводная часть судна становится шероховатой, что увеличивает трение судна о воду и уменьшает скорость. Значительное обрастание может уменьшить скорость на 25-30%. Для очистки корпуса судно ставят в док и используют специальные антиобрастающие покрытия корпуса.

3. Крен судна. При наличии крена давление воды в носовой части судна меньше

со стороны повышенного борта. Для удержания судна на курсе необходимо держать руль переложенным на другой борт. При этом тормозящее действие руля уменьшает скорость судна.

4. Дифферент судна. Незначительный дифферент судна на корму не оказывает влияния на скорость судна, но его увеличение приводит к потере скорости из-за уменьшения эффективности работы винта. При большом дифференте на корму судно уваливается под ветер и, для приведения его на курс необходимо держать руль переложенным преимущественно на один борт. При этом руль оказывает тормозящее действие на движение судна и скорость уменьшается.

Дифферент на нос значительно влияет на скорость судна из-за увеличения лобового сопротивления движению и уменьшения эффективности работы винтов. Кроме того, корма увеличивает парусность и уваливается под ветер, поэтому для удержания судна на курсе приходится держать руль переложенным преимущественно на один борт, что оказывает тормозящее действие и уменьшает скорость судна.

5. Рысканье судна. Рысканье снижает скорость за счёт перекладок руля и увеличивает проходимое расстояние.

6. Мелководье. При плавании на мелководье скорость судна уменьшается иногда до 10-15 % за счёт увеличения сопротивления воды движению судна.

7. Изменение числа работающих винтов. Экспериментально установлено, что если у двухвинтового судна работает один винт, то его скорость уменьшается примерно на 20 %. Если у трех винтового судна работает один винт, то его скорость уменьшается на 30 %.

8. Волнение и ветер. Волнение и ветер обычно уменьшают скорость судна. Но при попутном ветре и несильном волнении скорость может увеличиться на 3-5 %.

9. Течение. Встречное течение уменьшает скорость, а попутное течение её увеличивает.

Определение истинной скорости судна является одной из важнейших задач судовождения, определяющих точность счисления пути судна, что в значительной мере способствует безопасности мореплавания.

Определение пройденного расстояния

Как уже было сказано выше, пройденное судном расстояние может быть определено с помощью относительного или абсолютного лагов или по скорости судна и времени плавания.

Определение пройденного расстояния с помощью относительного лага.

Относительные лаги вырабатывают расстояния по измеренной скорости с помощью интеграторов:



Для определения пройденного расстояния относительно воды (S_o) со счётчика лага снимаются мгновенные значения, называемые отсчётом лага (ОЛ), в начальный (ОЛ₁) и конечный (ОЛ₂) моменты плавания. Разность этих отсчетов называется разностью отсчетов лага (РОЛ):

РОЛ = ОЛ₂  ОЛ₁

В показаниях лага, как и каждого прибора, содержится погрешность. Систематическая погрешность лага компенсируется поправкой лага (Л), имеющей обратный знак. Л выражается в процентах и представляет собой поправку на относительную погрешность лага:

; (1.59)

, (1.60)

где S_o - фактически пройденное судном расстояние относительно воды, определяемое различными точными навигационными способами; V_o и V_л - скорости судна относительно воды и показанная лагом.

Зная Л и введя её в показания лага, можно получить пройденное расстояние относительно воды, рассчитанное по показаниям лага (S_л):

(1.61)

По этой формуле составлена таблица 2.17 в МТ - 2000, реализующая формулу (1.59). Таблица составлена для РОЛ до 100. Если РОЛ больше 100, то её разбивают на две части, каждая из которых меньше 100 и для каждой части выбирают S_i , которые суммируют.

Пример: Выбрать из таблицы 2.17 МТ - 2000 пройденное расстояние Sл, если РОЛ = 123 и Л =+6 %.

Для РОЛ = 100  Sл = 106,0 мили

+

Для РОЛ = 23  Sл = 24,4 мили

Р ОЛ = 123  Sл = 130,4 мили

Таблица составлена для поправок лага до 10 %. Если Л  10 % , то её разбивают на две части и выбирают расстояния по каждой из этих составляющих поправки лага, суммируют их и вычитают один РОЛ.

Пример: Выбрать из таблицы 2.17 МТ - 2000 пройденное расстояние S_л, если

РОЛ = 75 и Л = 13 %

Для Л = 10 %  S_л = 67,5 мили

+

Для Л = -3% S_л = 72,8 мили




S_л = 140,3

Р ОЛ = 75,0
Для Л =  13%S_л = 65,3 мили

Вместо поправки лага часто используют коэффициент лага, представляющий отношение расстояния S_л к разности отсчётов лага:

. (1.62)

И тогда (1.63)

Связь между поправкой лага и коэффициентом лага выражается формулами

, (1.64)

. (1.65)

Переход от Л к К_л и обратно очень прост. Например: К_л = 1,09  Л = +9%, К_л = 0,97  Л = 3 %, Л = +5 %  К_л = 1,05, Л =  11 %  К_л = 0,89.

СКП расстояния, пройденного относительно воды и определяемого по относительному лагу (в %), вычисляется по формуле

,

где m_РОЛ – СКП разности отсчетов лага в %, определяемая экспериментально для различных скоростей, m_Л – СКП поправки лага в %, определяемая на мерной линии при определении скорости.

Ориентировочно .

Недопустимо определять пройденное расстояние по показаниям относительной скорости по лагу, т.к. скорость по шкале указателя измеряется с большой погрешностью .

Определение пройденного расстояния по скорости судна и времени плавания.

Скорость судна есть функция от частоты вращения винта (числа оборотов винта) N. Зная N всегда можно получить скорость судна Vо, и по скорости и времени плавания рассчитать пройденное расстояние

, (1.66)

где S_о - пройденное расстояние в милях; V_о - скорость судна, в узлах; t - время плавания, в минутах.

Эта формула реализована в таблице 2.15 МТ - 2000.

Скорость судна в зависимости от частоты вращения винтов выбирается из “Таблицы соответствия скорости судна частоте вращения винтов”, которая есть на каждом судне и обычно помещена в таблице маневренных элементов (табл.1.3). Причём, т.к. скорость судна при одних и тех же оборотах зависит и от загрузки судна, такие таблицы составляются, как правило, для судна в грузу и для судна в балласте.

СКП расстояния, пройденного относительно воды и определяемого по частоте вращения винтов (в %), вычисляется по формуле

,

где m_t – СКП измерения времени плавания в %, - СКП определения скорости по частоте вращения винтов в %.

Ориентировочно при использовании суммарного счетчика оборотов составляет 0,5-0,7%, а при использовании тахометра 1,1-1,5%.

Определение скорости и поправки лага на мерной линии.

Из предыдущего параграфа видно, что для определения пройденного расстояния надо знать как можно точнее скорость судна. Это необходимо не только для определения пройденного расстояния по скорости и времени плавания, но и для более точного расчёта пройденного расстояния с помощью лага, т.к. поправка лага также функционально зависит от скорости судна.

С
Рис. 1.33. Мерная линия

корость судна и поправка лага определяются для каждого судна на скоростных ходовых испытаниях, чаще всего на мерной линии - специально оборудованном для этих испытаний полигоне (рис.1.33). Мерная линия имеет два или несколько секущих створов, расстояние между которыми известно с высокой точностью. На мерной линии может быть и ведущий створ. Глубины на мерной линии не должны влиять на точность определяемой скорости: минимальная глубина должна быть более 6 средних осадок судна. Район мерной линии должен быть защищён от ветра и волнения, и за пределами участка пробега должно быть достаточно пространства для развития заданной скорости.

Скоростные испытания проводятся при волнении до трёх баллов и ветре до 8 м/с. Эти ограничения связаны с тем, что относительный лаг учитывает только продольную составляющую ветрового дрейфа судна, исключение которой из результатов измерений весьма сложно.

Развив необходимую скорость, судно ложится на курс перпендикулярный секущим створам и в момент пересечения начального и конечного створов замечаются отсчёты лага ОЛ₁ и ОЛ₂ и с помощью секундомеров засекается время Т₁ и Т₂. Время пробега:

t = T₂  T₁ (1.67)

В эти же моменты замечаются отсчёты по суммарному счётчику оборотов (или по тахометру, что менее точно) и рассчитывается частота вращения винтов на пробеге:

, (1.68)

где N_к и N_н - показания суммарного счётчика в моменты пересечения конечного и начального створов; t-время пробега, с.

Скорость судна относительно воды на пробеге

, (1.69)

где S - расстояние между секущими створами, мили; t - время пробега, с.

После пересечения конечного секущего створа совершают поворот на обратный курс. Для выхода на ось мерной линии отворачивают на 10 - 15 в сторону моря, отходят на 2 - 3 мили и описывают пологую циркуляцию (рис.1.33а). Если не надо выходить на ось мерной линии, то после пересечения второго створа через 3 -4 минуты поворачивают на обратный курс (рис.1.33 б).

Так как задачей скоростных испытаний является определение скорости относительно воды, ибо именно она определяет ходовые качества судна, то влияние течения на результаты наблюдений должно быть по возможности исключено,

для чего необходимо увеличивать число пробегов.

1. Если на мерной линии течение отсутствует, то делают один пробег и скорость судна относительно воды, рассчитанная по формуле (1.69) равна скорости относительно дна: V₀ = V. Поправку лага и коэффициент лага рассчитывают по формулам (1.59) и (1.62).

2. Если на мерной линии есть постоянное течение, то делают два пробега. Рассмотрим 2 варианта: судно ведут по компасу, и судно перемещается по ведущему створу.

а
Рис. 1.34. Определение скорости судна и поправки лага при постоянном течении, когда судно ведут по компасу

) Судно ведут по компасу (рис.1.34).

АВ=V₀t₁ - путь судна под действием судовых двигателей в первом направлении и АB=V₀t₂ - в обратном направлении; BC=_тt₁ и BC=_тt₂ - снос судна течением:

в первом направлении , (1.70)

в обратном направлении , (1.71)

где q - угол между линией курса и направлением течения.

Разделим первое уравнение на t₁, а второе на t₂:







Отсюда средняя скорость для данного режима работы двигателей

, (1.72)

где V₁ и V₂ - скорости судна соответственно на первом и обратном пробегах, рассчитанные по формуле (1.69). Из формулы (1.72) видно, что постоянное течение исключилось полностью.

Соответствующая V_o частота вращения винтов

, (1.73)

где N₁ и N₂ - частота вращения винтов соответственно на прямом и обратном курсах, рассчитанные по формуле (1.68) или по показаниям тахометра.

б
Рис. 1.35. Определение скорости судна и поправки лага при постоянном течении, когда судно ведут по створу

) Судно перемещается по ведущему створу (рис.1.35).

Для удержания судна на створе надо взять поправку на снос от течения

 = КП_створа  КК

Из рис.1.35 видно, что снос от течения () будет на пробеге на ведущий створ и в обратном направлении одинаков. Спроектируем векторы на направление ведущего створа:

в направлении створа

в направлении обратном ,

где Р - угол между линией пути и направлением течения.

Разделим первое уравнение на t₁ , а второе на t₂:







Отсюда

(1.76)

Из формулы (1.76) видно, что постоянное течение полностью не исключилось. Если угол  будет меньше 2,6, то ошибка в скорости судна не превысит 0,1% Vo.

Для вывода формул определения Л и Кл при наличии на мерной линии постоянного течения воспользуемся выражениями (1.70) и (1.71), заменив путь под действием судовых машин V₀t на , тогда:

в первом направлении

в обратном направлении

Умножим первое выражение на t₂, а второе на t₁:







Отсюда

(1.77)

(1.78)

Если скорость судна относительно воды на обоих пробегах одинакова, т.е. , то для определения Л и К_л можно воспользоваться более простыми формулами

, (1.79)

, (1.80)

где Л_i и Кл_i - поправки лага и коэффициенты лага на первом и втором пробегах, рассчитанные по формулам (1.59) и (1.62).

При наличии ветра и волнения лучше использовать формулы (1.77) и (1.78).

Поправку лага можно также определить, как среднюю величину из суммы поправок лага Л, рассчитанных по формуле (1.60), которая для определения на нескольких пробегах примет вид

, (1.81)

где - средняя скорость относительно воды на данном режиме работы двигателей; - скорость судна, показанная лагом на данном пробеге:

(1.82)

Коэффициент лага рассчитывается как отношение средней скорости относительно воды на данном режиме работы двигателей к скорости, показанной лагом на каждом пробеге:

(1.83)

Для двух пробегов:

и (1.84)

Рассчитанную по формуле (1.72) среднюю скорость относительно воды можно использовать для определения Л и К_л, если в формулах

и

заменить :

(1.85)

Тогда:



и



(1.86)

Тогда:

и

Для двух пробегов  Л и К_л рассчитываются по формулам (1.84).