Принципы измерения скорости судна.

Скорость хода судна измеряется специальными приборами → лагами. В настоящее время на судах используются следующие системы (типы) лагов:

I. Вертушечные лаги (выпускаемые на лаглине и днищевые).

Частота вращения вертушки пропорциональна скорости хода судна. Коэффициент пропорциональности определяется на испытаниях. Число оборотов вертушки фиксируется на счетчике, указывающем пройденное судном расстояние.

II. Гидродинамические лаги (ГДЛ).

Приемные устройства этих лагов измеряют давление скоростного напора воды, возникающее при движении судна. На основании измеренной величины давления (разности динамического и статического давлений) в счетно-решающей схеме лага вырабатывается скорость хода судна и пройденное им расстояние. Для измерения разности давлений в этих лагах применяются пружинные (сильфонные) и жидкостные (ртутные) дифференциальные манометры. (ЛГ-25, ЛГ-50, ЛГ-4, ЛГ-6, МЛГ-25, МЛГ-50 и др.).

III. Индукционные лаги (ИЭЛ).

Принцип работы этих лагов основан на явлении электромагнитной индукции, возникающей при движении морской воды между двумя электродами в переменном магнитном поле. Источником магнитного поля в лаге служит электромагнит, питаемый переменным током. Он заключен в обтекатель, на поверхности которого расположены два измерительных электрода, соприкасающиеся с морской водой. Под воздействием переменного магнитного поля магнита, в воде возникает переменная э.д.с. Амплитуда этой э.д.с. оказывается пропорциональной скорости движения электромагнита, а следовательно, и судна. Измерение сигнала, снимаемого с электродов, осуществляется по компенсационному методу. Если гидродинамические лаги дают устойчивые показания при V > 3 уз., то индукционные → практически с 0 уз.

IV. Гидроакустические лаги (ГАЛ).

Принцип их работы основан на использовании эффекта Доплера. Импульс ультразвуковых колебаний, посылаемых с судна, отражается от грунта и возвращается обратно к судовому приемнику лага. При движении судна частота принятого сигнала будет отличаться от излучаемой в зависимости от скорости хода.

ГАЛы измеряют скорость хода судна не относительно воды, как все указанные выше, а относительно грунта и поэтому считаются абсолютными лагами (а не относительными). Однако устойчивая работа этих лагов возможна при сравнительно небольших глубинах моря, но точность их работы очень высокая.

Лаги всех систем, как и любые другие приборы, не могут давать абсолютно точных показаний, они требуют периодической выверки и регулировки. Та часть погрешности в показаниях лага, которая не может быть скомпенсирована, определяется на «мерной линии» и затем учитывается с помощью поправки лага.

Поправка лага – величина, равная относительной погрешности, выраженной в процентах и взятой с обратным знаком, т.е.

(12.6)

где	SЛ – действительное расстояние, пройденное судном;
	РОЛ – расстояние, пройденное судном по счетчику лага (РОЛ=ОЛ2-ОЛ1)

(12.7)

где	V0 – истинная скорость судна;
	VЛ – скорость судна по показаниям лага.

Скорость судна или корабля (V) и поправки их лагов (ΔЛ%) определяются различными способами:

• на визуальной мерной линии;

• с помощью судовой РЛС;

• с помощью РНС высокой точности;

• на кабельной мерной линии и др.

Все способы определения V и ΔЛ% различаются между собой только методикой получения истинного расстояния (S), необходимого для расчета истинной скорости хода судна (V₀). Рассмотрим один из способов → определение скорости хода судна (V) и его поправки лага (ΔЛ%) на визуальной мерной линии.

Визуальная мерная линия → специально оборудованный полигон для проведения скоростных испытаний судов.

Такой полигон должен отвечать следующим требованиям:

1. – располагаться в стороне от путей движения кораблей и судов;

2. – быть свободным от навигационных опасностей (> 2 миль) и укрытым от ветра и волны;

3. – должен обеспечивать свободу маневра (V ≤ 36 уз. → L = 3 мили; V ≤ 24 уз. → L = 2 мили и V ≤ 12 уз. → L = 1 миле);

4. – иметь возможность обеспечить требуемую точность определения места и безопасность плавания;

5. – иметь глубины, исключающие влияние мелководья на скорость хода судна (при осадке в 5 м и V ≤ 30 уз. Н ≥ 95 м).

Рис. 12.1. Визуальная мерная линия

Визуальная мерная линия оборудуется секущими (Б, В, Г) створами (не < 2-х), направление которых перпендикулярно линии пробега судна (рис. 12.1), а расстояние между створами измерено с высокой точностью.

Некоторые мерные линии оборудуются ведущим створом, по которому направляется линия пробега судна (А).

.

Методика определения скорости хода (V) и поправки лага (ΔЛ%) сводится к следующему:

1) → судно, на установившемся режиме работы движителей, т.е. при постоянном числе оборотов движителей (винтов), делает пробег по ведущему створу А. (При отсутствии ведущего створа, курс на пробеге удерживается перпендикулярным направлению секущих створов Б, В, Г).

При пересечении линии I секущего створа (Б) по команде «Ноль!» включаются секундомеры наблюдателей и снимаются отсчет лага (ОЛ₁) и отсчет с суммарного счетчика оборотов движителей (n₁).

При пересечении линии II секущего створа (Г или В) по команде «Ноль!» останавливаются секундомеры и снимаются: – отсчет лага (ОЛ₂) и отсчет с суммарного счетчика оборотов движителей (n₂).

2) → рассчитывается истинная скорость судна на пробеге по формуле:

(12.8)

где	S – расстояние (из формуляра или описания мерной линии) между секущими створами Б и Г (или Б и В или В и Г) (т.е. длина пробега, которая устанавливается в зависимости от скорости хода судна на пробеге: если V < 12 уз. – 1 миля; если V = 12÷24 уз. – 2 мили; если V > 24 уз. – 3 мили);
	ti – среднее время пробега в секундах (осредненное время всех секундомеров).

3) → рассчитывается скорость судна на пробеге по лагу по формуле:

(12.9)

где РОЛ = ОЛ₂ – ОЛ₁ – разность отсчетов лага (показаний счетчика лага).

4) → рассчитывается число оборотов движителей в минуту на пробеге по формуле:

(12.10)

где ΔN_i = n₂ − n₁.

5) → рассчитывается поправка лага в процентах (ΔЛ%) на пробеге по формуле:

(12.11)

6) → рассчитывается коэффициент лага (К_Л) на пробеге по формуле:

(12.12)

Для исключения влияния течения на результаты на каждом режиме работы движителей выполняется:

1. → по 2 пробега → если скорость течения в районе мерной линии постоянна;

2. → по 3 пробега → если течение не постоянно и его элементы (К_Т, υ_Т) недостоверны.

Режимов работы движителей должно быть не менее 3-х (как правило: I – «ПХ» –назначенный ход; II – «СХ» – 75% от «ПХ»; III – «МХ» – 50% от «ПХ»). На каждом режиме выполняется (обычно) по 3 пробега и после расчетов имеем:

1-й пробег: V_О1, V_Л1, N₁, ΔЛ₁%;

2-й пробег: V_О2, V_Л2, N₂, ΔЛ₂%;

3-й пробег: V_О3, V_Л3, N₃, ΔЛ₃%.

По результатам замеров на мерной линии составляются:

С этих графиков снимаются данные для заполнения рабочих таблиц штурмана (РТШ).

Данные определений (расчетов) записываются в «Формуляр судна», СЖ и РТШ.

Одновременно с определением скорости хода на мерной линии замеряется расход топлива на 1 милю плавания на каждом режиме. По результатам этих замеров выявляется экономическая скорость, часовой расход топлива, продолжительность плавания в часах данной скоростью, дальность плавания судна в милях.

Пройденное судном расстояние получают по измерителю скорости хода – лагу, как разность показаний его счетчиков пройденного расстояния, т.е. разность отсчетов лага – РОЛ.

РОЛ = ОЛ2 − ОЛ1

(12.18)

где	ОЛ1 – показания счетчика пройденного расстояния лага на время Т1 (на 09.00 ОЛ1 = 83,6);
	ОЛ2 – показания счетчика пройденного расстояния лага на время Т2 (на 10.12 ОЛ2 = 95,8).

Рис. 12.2. Определение пройденного судном расстояния

Для нашего примера (рис. 12.7) РОЛ = 95,8 – 83,6 = 12,2. Но это еще не расстояние, пройденное судном за 1 час 12 мин (Т₂ – Т₁ = 10.12 – 09.00 = 01.12).

Независимо от конструкции лаг показывает скорость хода, а значит, и пройденное по лагу расстояние с какой-то погрешностью.

Погрешность в определении пройденного судном расстояния накапливается пропорционально проходимому им расстоянию.

Величина этой погрешности при различных скоростях хода судна различна.

Для получения фактического расстояния, пройденного по показаниям лага (S_Л), разность отсчетов лага (РОЛ) исправляется коэффициентом лага (К_Л) или поправкой лага (ΔЛ%), которые определяются на мерной линии.

Эту работу мы уже выполнили и результаты проверки лага на визуальной мерной линии свели в таблицу 12.3 «Поправка и коэффициент лага».

Поправку лага мы рассчитали по формуле (12.11).

Если вместо скорости хода (истинной) судна (V_О) в формулу (12.11) подставить пройденное по лагу расстояние (S_Л), а вместо скорости по лагу (V_Л) подставить разность отсчетов лага (РОЛ), то формула (12.11) примет вид:

(12.19)

Из формулы (12.19) следует, что

(12.20)

В формуле (12.20) вынесем РОЛ за скобки – получим:

(12.21)

Выражение в скобках есть коэффициент лага, показывающий отношение расстояния, пройденного судном по лагу (S_Л), к разности отсчетов лага (РОЛ).

К_Л – число относительное:

• если S_Л = РОЛ, то К_Л = 1;

• если S_Л > РОЛ, то К_Л > 1;

• если S_Л < РОЛ, то К_Л < 1.

Из формулы (12.21) имеем:

SЛ = КЛ · РОЛ	(12.22)
	(12.23)
	(12.24)

Зная значение К_Л (для V = 10 уз. К_Л = 0,98) и значение РОЛ (12,2) по формуле (12.22) можем рассчитать пройденное судном расстояние по лагу, т.е. S_Л = 0.98 · 12,2 = 12,0 мили.

Решение задачи по формуле (12.22) упростится, если использовать специальную таблицу «МТ-75» (Приложение № 4) или таблицу «МТ-2000» (с. 277÷280).

Входные аргументы: 1) – величина РОЛ (от 1 до 100) – левая колонка и 2) – значение ΔЛ% (от +1% до +10% и от –1% до –10% через 1%) или значение К_Л (от 1,01 до 1,10 и от 0,99 до 0,90) – верхняя строка.

--

Вопросы для самоконтроля:

1. Назвать единицы длины, применяемые в судовождении.

2. Перевести и сравнить различные единицы длины.

3. Как и в каких единицах производится измерение скорости судна?

4. Рассчитать пройденное судном расстояние за определенный отрезок времени.

* * *