книги из ГПНТБ / Скворцов М.И. Счисление и определение места корабля навигационными способами учебный материал

Как видно из р и с. 3, наибольшее расстояние, на котором наблюдатель может видеть предмет, высота которого h, рав­ на сумме дальностей видимого горизонта с высоты глаза на­ блюдателя и с высоты предмета:

Рассчитываемая по этой формуле дальность именуется

геометрической, или географической дальностью видимости предмета.

На морских картах, в лоциях и других навигационных посо­ биях геометрическая дальность видимости маяков и других ориентиров приводится для высоты глаза наблюдателя, равной 5 м. Если высота глаза наблюдателя е отлична от 5 м, то к указанной на карте дальности видимости

Рис. 3 DK следует придать поправ­ ку, равную разности даль­ ностей видимого горизонта ори высоте глаза е, и при высоте

глаза, равной 5 м (напомним, что при высоте глаза 5 м даль­ ность видимого горизонта составляет 4,7 морских мили):

Dn = DK-Г ( Д — Д ) = Д + (Д — 4,7 мили).

Пример. На карте указана дальность видимости предмета 17 миль. Найти дальность видимости этого предмета при высоте глаза 16 м.

D„ = D K-г (De — D:) = 1 7 + (8,3 — 4,7) = 20,6 мили.

На дальность видимости предметов, помимо рассмотренных выше геометрических факторов, влияют также поглощение и рассеивание световых волн в атмосфере, определяющие собой оптическую дальность видимости. В тумане, при дожде и сне­ гопаде оптическая дальность видимости предметов значитель­ но меньше геометрической. У огней со слабыми источниками света оптическая дальность видимости меньше геометрической и й ясную погоду. На картах показывается та дальность види­ мости огней (геометрическая или оптическая в ясную погоду), которая является меньшей.

§ 5. ОСНОВЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЙ В МОРЕ

Определение направлений на поверхности Земли сводится к измерению углов между плоскостью истинного меридиана наблюдателя и вертикальной плоскостью, проходящей через объект, на который определяется направление. Эти углы изме­ ряются в горизонтальной плоскости. Поэтому на рисунках,

10

/

поясняющих измерение направлений, горизонтальная плос­ кость обычно изображается находящейся в плоскости чертежа

с одноименными системами счета азимутов в мореходной ' астрономии.

В круговой системе, являющейся основной, счет направле­ ний ведется от северной части истинного меридиана наблюда­ теля (от точки N) по часовой стрелке (в сторону Ost) от 0°

до 360°.

В полукруговой системе счет направлений ведется от се­ верной или южной части меридиана наблюдателя (от точки N или точки S — той из них, которая одноименна широте на­ блюдателя), по часовой стрелке и,)ш ,в противоположном, на­

но часовой стрелке или в противоположном направлении (в сторону точки Ost или точки W) от 0° до 90°.

Для указания направлений, главным образом направлений ветра и течений, применяется также румбовая система, в ко­

направления движения корабля и измерение направлений на наблюдаемые с корабля ориентиры. Для этого вводятся поня­ тия курса корабля и пеленга на ориентир.

Истинным курсом ИК называется угол между плоскостью истинного меридиана и диаметральной плоскостью корабля.■ Напомним, что след сечения горизонтальной плоскости плос­ костью истинного меридиана KNU называется линией истин­ ного меридиана (рис. 4). След сечения горизонтальной

плоскости диаметральной плоскостью корабля называется ли­ нией курса. Таким образом, истинный курс корабля измеряет­ ся углом в горизонтальной плоскости (всегда по часовой стрелке, т. е. в круговом счете) от линии истинного меридиана до линии курса корабля.

Истинным пеленгом ИП называется угол между плоско­ стью истинного меридиана и вертикальной плоскостью, про­ ходящей через наблюдаемый предмет. След сечения горизон-

11

тальной плоскости вертикальной плоскостью, проходящей через .место наблюдателя и объект, называется линией пеленга. Таким образом, истинный, пеленг измеряется в горизонтальной

борта. Когда курсовой угол на какой-либо предмет равен 90° (правого или левого борта), то говорят, что предмет находит­ ся на траверзе корабля.

Применяется также счет курсовых углов только в сторону правого борта (по часовой стрелке) от 0° до 360°. В этом слу- < чае, как видно из р и с. 4, связь между истинным курсом, кур­ совым углом и пеленгом на наблюдаемый предмет выражает­ ся формулами:

Этими формулами можно пользоваться и тогда, когда кур­ совые углы отсчитываются от диаметрально^ плоскости впра­ во или влево; при этом курсовые углы правого борта счита­ ются положительными, а курсовые углы левого борта—отри­ цательными.

12

§6. КОМПАСЫ И ГИРОАЗИМУТЫ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ

ИУЧЕТ ИХ ПОПРАВОК

Приборы, служащие дли указания направлений в море, называются компасами. При пользовании любым компасом счет направлений ведется от некоторого основного направле­ ния (оси N — 5 картушки магнитного компаса или оси N ■ -S репитера гирокомпаса), именуемого компасным меридианом.

Вследствие ряда причин напра­

Nu

вление компасного меридиана у любого компаса обычно не совпадает с направлением истинного меридиана, состав­ ляя с ним некоторый угол АК (рис. 5), именуемой поправ­ кой компаса.

Поэтому показываемый компасом курс (компасный курс) отличается от истинного курса, а измеряемые с помо­ щью компаса пеленга (компас­ ные пеленга)—от истинных не-' ленгов.

Компасным курсом КК на­ зывается угол в плоскости ис­ тинного горизонта между ком­

пасным меридианом и диаметральной плоскостью корабля. Компасным пеленгом КП называется угол между компас­

Эти формулы_ являются алгебраическими; если компасный курс (компасный пеленг) больше истинного курса (истинного пеленга), то поправка компаса считается отрицательной.

Чтобы найти, какой курс должен быть назначен рулевому, если задан истинный курс, которым должен следовать ко­ рабль, пользуются формулой, которая легко выводится из (5):

Аналогичная формула применяется в случаях, когда надо найти, чему будет равен компасный пеленг предмета, если его истинный пеленг задан:

13

Для определения поправок курсоуказателей в навигации пользуются следующими основными способами:

1. Если в видимости корабля находится какой-либо ориен­ тир, истинный пеленг которого известен или может быть рас­ считан, то, произведя пеленгование этого ориентира (измерив его компасный пеленг), поправку компаса вычисляют по фор­ муле:

Такими ориентирами могут быть:

—створы, истинные пеленга которых указываются на кар­ тах, в лоциях и пособиях «Огни и знаки»;

—небесные светила, истинные пеленга (азимуты) которых

вычисляются по формулам мореходной астрономии;

— отдаленные ориентиры, истинные пеленга которых сни­ маются с карты или рассчитываются геодезическими способа­ ми (место своего корабля при этом должно быть точно известно).

2. Если «а корабле имеются два компаса, причем поправка одного из них известна, то, заметив в один'и тот же момент компасные курсы по обоим компасам (произведя сличение их показаний) и рассчитав по показанию того компаса, поправка которого известна, истинный курс корабля в этот момент:

ПК = KKi + Д/С,,

можно найти, поправку второго компаса:

Разберем способы учета поправок основных типов курсо­ указателей, применяемых в настоящее время на кораблях: гироскопических, магнитных компасов и гироазимута.

Гироскопический компас основан на использовании следу­ ющего принципа (рис. 6). Если к оси гироскопа прикрепить груз G, то воздействие моментов сил инерции, возникающих вследствие суточного вращения Земли вокруг своей оси, при­ водит к тому, что при каждом отклонении оси гироскопа от плоскости истинного меридиана возникают силы, возвращаю­ щие ее в плоскость истинного меридиана; ось гироскопа совер­ шает около этой плоскости гармонические незатухающие коле­ бания. Установкой дополнительного устройства — соединенных тонкими трубками резервуаров с вязкой жидкостью (мас-

П

лом) — добиваются затухания этих колебаний, вследствие чего ось гироскопа удерживается в плоскости истинного меридиа­ на. Таким образом, определение курса корабля сводится к из­ мерению угла между осью гироскопа и диаметральной плос­ костью корабля. Величина этого угла передается на перифе­ рийные приборы (репитеры курса)

с помощью датчиков синхронной связи, установленных на основном компасе, и принимающих синхрон­ ных моторчиков, установленных в репитерах.

Фактически устройство гироком­ паса, конечно, гораздо сложнее.

скопа, главные оси которых распо­ ложены под углом около 90° одна к другой; они заключены в гермети­

ческий латунный шар — гиросферу, плавающую в токопрово­ дящей поддерживающей жидкости и окруженную следящей сферой.

В принципе репитеры гирокомпаса должны показывать истинный курс корабля. Однако влияние целого ряда причин: маневрирования (изменения курса и скорости хода) корабля, качки, колебаний напряжения электропитания и температуры ■поддерживающей жидкости, а также другие факторы приво­ дит к тому, что фактические показания гирокомпаса отличают­ ся от истинного курса на величину, именуемую поправкой гирокомпаса' ДГК- Ее учет производится но приведенным выше формулам (5), (9). При этом надо иметь в виду следующее. Вследствие воздействия на чувствительный элемент (гиросферу) возмущающих факторов поправка гирокомпаса колеблется относительно некоторого среднего ее значения с периодом, v современных гирокомпасов близким к 84 минутам. Корабль обычно лежит на каждом курсе сравнительно длительное вре­ мя. Поэтому для расчетов курсов по формулам (5) и (7) пользуются средним значением поправки гирокомпаса, опреде­ ляемым из ряда наблюдений общей продолжительностью не менее 1,5 часов. При исправлении же пеленгов по формуле

(6) надо учитывать мгновенное значение поправки гирокомпа­ са, определяемое непосредственно перед пеленгованием, н лишь в случаях, когда это невозможно, пользоваться средней поправкой гирокомпаса.

Точность работы современных гирокомпасов характеризует­ ся следующими данными. Ошибка показаний гирокомпаса ти­

15

(резких изменениях курса па больших скоростях) ошибка по­ казаний гирокомпаса может доходить до 2,°5 — 4°. С увеличе­ нием широты точность показаний гирокомпаса понижается, а и широтах более 80°. им пользоваться нельзя.

Магнитный компас. Его устройство основано на свойстве магнитной стрелки устанавливаться по направлению силовых линий магнитного поля. Линия M S картушки компаса, на ходящегося на деревянном корабле или на берегу, устанавли­ вается по направлению горизонтальной составляющей магнит­ ного поля Земли —^магнитного меридиана.

Магнитным склонением d называется угол между плос­ костью истинного меридиана и направлением горизонтальной составляющей магнитного поля Земли (магнитного меридиа­ на). Положительному склонению присваивается наименова­

личение или уменьшение) указываются на морских картах; там же (в заголовке карты) указывается, к какому году при­ ведено склонение. Чтобы выбрать величину склонения с кар­ ты, необходимо выполнить два действия:

а) привести указанное на карте склонение к году плавания корабля;

б) путем интерполяции между точками, в которых на кар­ те указано склонение, найти его величину в том месте карты, где совершается плавание корабля.

На магнитный компас, помимо магнитного поля Земли, действует магнитное поле корабля, возникающее вследствие намагничивания железных конструкций корпуса, надстроек и других частей магнитным полем Земли, а также Присущего им постоянного магнетизма. Магнитное поле создается и обмотка­ ми размагничивающего устройства, которыми оборудуются со­ временные корабли. Ось М — S картушки магнитного компаса устанавливается по направлению горизонтальной составляю­ щей суммарного магнитного поля Земли и корабля и в общем случае не совпадает с направлением магнитного меридиана.

Девиацией ft называется угол между плоскостями магнит­ ного и компасного меридианов. Величина девиации зависит от компасного курса корабля. Чтобы она не была слишком боль­ шой* девиация уничтожается с помощью специальных поме­ щенных в нактоузе магнитов, брусков мягкого железа и ком­ пенсирующих устройств. Остаточная девиация определяется и сводится в таблицы. Образец таблицы девиации помещен в приложении 1. Пользуясь таблицей девиации, следует иметь

16

в виду, что аргументом для входа в нее может служить ком­ пасный или магнитный курс корабля (поскольку разница меж­ ду ними при небольшой девиации незначительна).

Общая поправка магнитного компаса АМК (угол между истинным и компасным меридианом) представляет собой алге­ браическую сумму магнитного склонения и девиации:

При пользовании формулами (5) и (7) расчет общей по­ правки машитого компаса производится в следующей после­ довательности:

а. Если компасный курс известен— с ним входят в табли­ цу девиации и выбирают из нее девиацию 6; с (Карты снимают склонение d. По формуле (11) рассчитывают общую поправ­ ку компаса АМК, которую и учитывают при пользовании фор­ мулами (5) и (6).

б. Если надо найти, какой курс по мапн-итному компасу должен быть назначен рулевому, чтобы истинный курс был равен заданному, с карты снимают склонение d н рассчи­ тывают магнитный курс:

МК = ИК — d,

с которым входят в таблицу девиации. Выбрав из нее девиа­ цию 6, по формуле (11) рассчитывают общую поправку ком­

Точность показаний магнитного компаса зависит от точно­ сти, с какой известны склонение и девиация, а также от маг­ нитных условий места его установки на корабле. При благо­ приятных условиях ошибка показаний магнитного компаса может це превосходить 1°,5—2°,0.

Гироазимут (гироскоп направления). Его устройство осно­ вано на свойстве свободного гироскопа сохранять неизмен­ ным приданное его главной оси (направление в пространстве (относительно направлений на неподвижные звезды). Если свободный гироскоп установить так, чтобы его главная ось первоначально была горизонтальной и лежала в плоскости истинного меридиана, то вследствие вращения Земли она, продолжая сохранять неизменным свое направление относи-

тельно звезд, будет постепенно изменять свое Положение отно­ сительно плоскостей горизонта и истинного меридиана.

Гироазимут имеет специальные корректоры— азимуталь­ ный и горизонтальный, которые создают такую прецессию главной оси гироскопа, чтобы она, будучи первоначально установленной горизонтально в плоскости истинного меридиа­ на, и в дальнейшем сохраняла это свое положение. Однако в отличие от компасов (гироскопического и магнитного), у которых при отклонении главной оси от плоскости компас­ ного меридиана возникают вращающие моменты, возвращаю­ щие чувствительный элемент к этой плоскости, у гироазимута при отклонении его главной оси от первоначально придан­ ного ему положения относительно истинного меридиана не возникает вращающих моментов, которые возвращали бы его главную ось в это положение. В этом состоит принципиаль­ ное отличие гироазимута от компасов. Вместе с тем устойчи­ вость показаний гироазимута при маневрировании корабля значительно выше, чем у гироскопического или магиигиого компасов.

Пользование навигационным гироазимутом сводится к следующему. Когда корабль идет постоянным курсом с по­ стоянной скоростью и показания гироскопического (магнит­ ного) компаса можно считать достаточно надежными, произ­ водится согласование гироазимута: с помощью специального устройства его гироскоп устанавливается так, чтобы показа­ ния репитеров гироазимута были равны компасному курсу корабля по гирокомпасу или по магнитному компасу. В даль­ нейшем в течение некоторого промежутка времени (час—пол­ тора) поправку гироазимута можно считать равной поправке того компаса, с которым он был согласован. Однако в дей­ ствительности она понемногу меняется. Это явление называет­ ся дрейфом (уходом) гироазимута и вызывается погрешно­ стями азимутальной и горизонтальной коррекции. Поэтому каждые час — полтора согласование гироазимута с ком-пасом надо повторять. Некоторые гироазимуты имеют устройства автоматического согласования с компасом. При маневрирова­ нии корабля автоматическое согласование выключается. По­ ка корабль следует постоянным» курсом и скоростью, основ­ ным курсоуказателем считают компас; при маневрировании Корабля, когда показания компасов становятся ненадежны­ ми,— гироазимут.

Контроль за точностью и надежностью работы приборов курсоуказания является одним из залогов точности счисления и кораблевождения в целом. Основными приемами такого контроля являются:

18

управления рулем, записываются заданный рулевому курс по основному компасу и курс по дублирующему компасу, най­ денный по сличению с основным компасом. Рулевой обязан не реже, чем каждые 10 мин., сличать показание дубдирующего компаса с его значением, записанным на доске; в слу­ чае расхождения, превышающего 1°, он немедленно доклады­ вает штурману и вахтенному офицеру.

б) Штурман в навигационном журнале записывает ком­

пасу, найденный в результате сличения с основным компасом. В графе «поправка компаса» записи ведутся также дробью: в знаменателе записывается разность рассчитанного по основ­ ному компасу истинного курса и компасного курса по дубли­ рующему компасу.'Контроль за постоянством этой величины, а также периодическое сличение показаний компасов позво­ ляет судить о надежности их работы. При обнаружении рас­ хождений, превышающих 1°, немедленно выясняется их при­ чина.

§ 7. ИЗМЕРЕНИЕ ПРОХОДИМОГО КОРАБЛЕМ РАССТОЯНИЯ

Измерение проходимого кораблем расстояния осуществляет­ ся с помощью лага. Современные корабли оснащаются гидрав­ лическими лагами. Гидравлический лаг имеет приемник пол­ ного давления с отверстием, направленным к носу корабля, и приемник статического давления, отверстие которого направле­ но перпендикулярно продольной оси корабля. Разность полно­ го и статического давления — динамическое давление — изме­ ряется с помощью пружинного или ртутного дифференциаль­ ного манометра.

Динамическое давление пропорционально квадрату скоро­ сти хода корабля относительно воды. Однако дифференциаль­ ный манометр устроен так, что его показания пропорциональ­ на скорости хода корабля. Посредством интегрирования ско­ рости по времени в центральном приборе лага вырабатывается пройденное расстояние, которое по линиям синхронной элек­ трической связи передается на периферийные приборы— счет­ чики пройденного расстояния. Показание такого счетчика