Лабораторная рабора № 1 Тема: Штурманские приборы и инструменты
1 Цель работы:
- ознакомиться с основными навигационными приборами и инструментами, используемыми на морских судах для получения навигационной информации, контроля за движением судна и его местонахождением, а также их расположением на судне;
- научиться определять направления при помощи судового пеленгатора.
2 Лабораторное оборудование:
- прокладочный инструмент;
- морские навигационные карты №№ (по указанию преподавателя);
- оптический пеленгатор;
- учебные пособия;
- стенды, плакаты;
- методические указания.
Краткие теоретические сведения
Во время плавания судоводитель ведёт непрерывный учёт положения судна по направлению его движения и пройденному расстоянию на основе показаний судового компаса и лага, а также данных о течении и дрейфе судна. Метод учёта положения судна по элементам его движения называется счислением, а место судна на карте, полученное этим методом - счислимым местом судна.
Как бы тщательно ни велось счисление пути судна, в нем неизбежно накапливается погрешность. Основными причинами погрешности счисления являются недостоверность знания и методов учета гидрометеорологических факторов влияющих на перемещение судна, инструментальные погрешности технических средств навигации и ряд других. Возможные погрешности в поправках компаса и лага, недостаточно точное знание элементов течения, трудности в учете дрейфа - все это приводит к отклонениям судна от заданного пути. Это вызывает необходимость корректуры счисления.
Корректура счисления должна быть выполнена способом, который не зависит от элементов счисления. Таким способом корректуры счисления является получение координат судна с помощью внешних источников навигационной информации.
Источниками навигационной информации являются специально созданные сооружения или устройства (навигационные знаки, радионавигационные системы, космические навигационные системы и т. п.) и естественные объекты (звезды, планеты, приметные горы и т. п.).
Процесс получения координат места судна по данным от внешних источников называется определением места судна или обсервацией.
Чтобы обеспечить получение навигационной информации, вести контроль за движением судна и его местонахождением относительно берега, в штурманской практике применяют различные навигационные приборы и инструменты:
- компасы - для определения направления;
- лаги - для определения скорости движения судна и пройденного расстояния;
- ручные лоты и эхолоты - для определения глубины под килем;
- радиолокационные станции - для определения положение судна относительно неподвижных ориентиров, обнаружения и контроля перемещения других судов с целью предупреждения столкновений, обнаружения судов, терпящих бедствие, использования в качестве источника информации в системах автоматической радиолокационной прокладки (САРП/ARPA), электронных картографических навигационных системах (ЭКНИС/ECDIS);
- угломерные инструменты (секстаны);
- измерители времени - хронометры, часы и секундомеры;
- оптические приборы – оптические дальномеры, бинокли, и др.;
- гидрометеорологические приборы - барометры, барографы, анемометры, круг СМО (Севастопольской морской обсерватории), термометры наружные, и др.;
- традиционный инструментарий для работы на карте - штурманские транспортиры, параллельные линейки, циркули-измерители, циркули, карандаши.
Навигационные приборы и инструменты, как правило, расположены в помещениях рулевой рубки (капитанского мостика), штурманской рубки (рисунки 1,2), на крыльях капитанского мостика (репитеры), на пеленгаторном мостике.
Рисунок 1 – Общий вид капитанского мостика (рулевой рубки)
Рисунок 2 – Штурманская рубка
Пеленгование
Пеленг - угол между направлением на наблюдаемый объект и одной из основных плоскостей, принятых за начало отсчета угловых координат. В морской навигации обычно то же, что азимут.
Пеленгование - определение направления на какой-либо объект из точки наблюдения с помощью технических средств через горизонтные угловые координаты, отсчитываемые от плоскостей истинного горизонта и меридиана.
Компасы
Бортовые курсоуказатели (навигационные компасы) являются важнейшими навигационными приборами морских судов. Международные требования к их установке на судах изложены в главе 5 («Безопасность мореплавания») Международной конвенции по охране человеческой жизни на море 1974 года (SOLAS-74). В соответствии с действующей редакцией Конвенции, на всех судах должен быть установлен магнитный компас, у которого уничтожена девиация и имеются необходимые средства коррекции полученного компасного курса, а суда размером 500 GT и более еще должны быть оборудованы гироскопическим компасом [1].
Гироскопический компас (гирокомпас) - электромеханический прибор с гироскопическим чувствительным элементом.
Гирокомпас - сложный измерительный прибор. Показания гирокомпаса не зависят от магнитных полей Земли и судна, электромагнитных возмущений, а также работоспособности других внешних приборов и систем. На современных судах гирокомпасы являются основными курсоуказателями (рисунок 3).
Рисунок 3 – Гирокомпас Standard 22 Ravteon Anshutz
Показания гирокомпаса с помощью электрической системы передачи подаются на репетующие периферийные приборы (репитеры) - указатели курса, установленные на ходовом (капитанском) мостике и в других частях судна (рисунок 4).
Рисунок 4 - Репитер гирокомпаса, установленный на крыле ходового мостика
Для измерения направлений на наблюдаемые объекты (пеленгования) гирокомпас (как и магнитный компас) снабжается дополнительным устройством - пеленгатором, который устанавливается на репитерах (рисунок 5).
Рисунок 5 – Пеленгатор
Магнитный компас является прибором, заменяющим или дублирующим гирокомпас, отличающимся простотой устройства, автономностью и большой живучестью. Действие магнитного компаса основано на свойстве свободно подвешенной магнитной стрелки устанавливаться по направлению магнитных силовых линий магнитного поля.
Основной частью магнитного компаса является магнитный чувствительный элемент, состоящий из системы магнитных стрелок. Эта система магнитных стрелок аналогична одной магнитной стрелке высокого качества.
Под действием магнитного поля Земли, магнитная стрелка устанавливается по направлению силовых линий этого магнитного поля. Однако из-за несовпадения магнитных и географических полюсов Земли, направление силовых линий не совпадает с направлением истинного меридиана. Поэтому направления, измеренные с помощью магнитного компаса, не являются истинными. Их необходимо исправлять поправками, которые на судне должны быть известны.
Для надежной работы магнитного компаса на судне требуется создание специальных условий, ослабляющих влияние судовых магнитных и электромагнитных полей.
Магнитные компасы просты и не требуют электрического питания, но точность их сравнительно ниже и на современных судах они используются как резервные курсоуказатели. Как правило, магнитные компасы устанавливаются на кардановых подвесах (рисунок 6, а) на специальных тумбах – нактоузах (рисунок 6, б).
а) б)
Рисунок 6 - Магнитный компас
В последнее время для определения направлений в море стали использовать системы курсоуказания навигационных комплексов, в которых показания различных курсоуказателей осредняются и сглаживаются, чем повышается точность их показаний, устойчивость и надежность работы.
Лаги
Оборудование для измерения скорости и пройденного расстояния (лаг) предназначено для выработки и отображения данных о параметрах движения судна, используемых для целей навигации и маневрирования.
В качестве обязательных параметров лаг должен измерять продольную составляющую скорости перемещения судна на переднем ходу относительно воды или грунта, а также пройденное расстояние в этом направлении. Дополнительно лаг может измерять и другие компоненты движения судна.
Лаг, обеспечивающий передачу информации о скорости судна в средство радиолокационной прокладки и систему управления траекторией судна, должен измерять продольную составляющую скорости перемещения судна относительно воды.
В комплектах лагов должно быть предусмотрено необходимое число репитеров скорости и пройденного расстояния. Они должны быть установлены в месте, где осуществляется навигационная прокладка маршрута судна. Репитеры скорости должны быть установлены в рулевой рубке и на крыльях мостика, оборудованных постами управления главным двигателем. При наличии в машинном отделении судна центрального поста управления рекомендуется предусматривать установку репитера скорости в этом помещении.
Первичные преобразователи скорости должны устанавливаться в днищевой части судна предпочтительно вблизи места пересечения основной и диаметральной плоскостей судна. Перед первичными преобразователями не должно быть выступающий наружу частей корпуса, а также приемных или отливных отверстий, которые могут повлиять на параллельность струй воды, обтекающей корпус судна.
В настоящее время на судах морского транспортного флота применяются относительные лаги и абсолютные лаги.
К относительным лагам относятся:
Индукционные лаги. Их действие основано на свойстве электромагнитной индукции. Согласно этому свойству при перемещении проводника в магнитном поле в проводнике индуктируется э. д. с., пропорциональная скорости его перемещения.
С помощью специального магнита под днищем судна создается магнитное поле. Объем воды под днищем, на который воздействует магнитное поле лага, можно рассматривать как множество элементарных проводников электрического тока, в которых индуктируется э. д. с.: значение такой э. д. с. позволяет судить о скорости перемещения судна.
Гидродинамические лаги. Принцип действия основан на измерении гидродинамического давления, создаваемого скоростным напором набегающего потока воды при движении судна.
Под абсолютными понимаются лаги, измеряющие скорость судна относительно грунта. Разработанные в настоящее время абсолютные лаги являются гидроакустическими и делятся на доплеровские и корреляционные.
Гидроакустические доплеровские лаги (ГДЛ) (рисунки 7,8). Принцип работы ГДЛ заключается в измерении доплеровского сдвига частоты высокочастотного гидроакустического сигнала, посылаемого с судна и отраженного от поверхности дна.
Рисунок 7 - Доплеровский гидроакус- Рисунок 8 - Доплеровский лаг JLN-205
тический лаг FURUNODS– 60/GV
Корреляционные лаги. Принцип действия гидроакустического корреляционного лага (ГКЛ) заключается в измерении временного сдвига между отраженным от грунта акустическим сигналом, принятым на разнесенные по направлению движения вдоль корпуса судна антенны. На глубинах до 200 м ГКЛ измеряет скорость относительно грунта и одновременно указывает глубину под килём. На больших глубинах он автоматически переходит на работу относительно воды.
Достоинствами ГКЛ по отношению к ГДЛ являются независимость показаний от скорости распространения звука в воде и более надёжная работа на качке.