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

В навигации принята следующая классификация течении: 1. Постоянные; направление и скорость такого течения при­ мерно одинаковы в течение длительного времени — всего года

или его части (сезона).

2. Периодические (приливо-отливные), направления и ско­ рости которых закономерно меняются в течение суток и зави­ сят от астрономических факторов (взаимного расположения Солнца, Земли, Луны).

3. Апериодические (временные), направления и скорости которых зависят от действия эпизодических факторов, главным образом ветра.

Сведения о течениях приводятся в специальных пособиях: атласах течений, гидрометеорологических атласах и т. д., а также в Лоциях и на некоторых морских картах. Из этих по­ собий выбираются данные о том, какую скорость и паправле-. лие имеют в интересующей нас точке (участке моря) состав­ ляющие полного вектора течения:

ваемому приливному времени — числу целых часов, оставших­ ся до полной воды в основном пункте, или прошедших после момента полной воды в основном пункте);

в) апериодическая (в соответствии со скоростью и направ­

лением ветра).

Затем эти составляющие геометрически (векторпо) склады­ ваются и их сумма принимается в расчет как вектор полного течения, действующего ,в данный момент в данной точке моря (океана): Во избежание ошибки необходимо твердо помнить, что в отличие от ветра, направлением которого считается то направление, откуда он дует, за направление течения прини­ мается то направление, куда этим течением перемещается мас­ са воды. Именно так указываются направления течений во всех пособиях.

Трудность полного учета всех факторов, влияющих на ско­ рость и направление течения, приводит к тому, что фактически дейсувуюгцее течение может отличаться иногда весьма значи­

невязки примерно одного направления, причем анализ показы­ вает, что невязки не могут быть вызваны ошибками обсерва­ ций или неточным учетом поправок компаса и лага, то считают

величипьт суммарной невязки на соответствующий промежуток

40

времени. Определенное. таким образом течение учитывается в дальнейшем, пока условия плавания можно считать неизмен­ ными.

§ 13. ПОНЯТИЕ О ПИСЬМЕННОМ СЧИСЛЕНИИ

При плавании в большом удалении от берегов в районах морей (океанов), не обеспеченных картами настолько круп­ ного масштаба, чтобы на них можно было вести графическое счисление, прибегают к аналитическому вычислению коорди­ нат счислимого. места — к письменному счислению.

Пусть в начальный момент времени корабль, следующий истинным курсом ИК, находился в исходной точке А (р ис. 21)

минуты дуги меридиана, то ясно, что составляющая пройден­ ного расстояния 5] представляет собой разность широт точки В и исходной точки А, выраженную в угловых минутах:

параллели в ------ = sec ср раз меньше длины одной минуты coses

дуги меридиана (морской мили). Следовательно, если длина отрезка S2 составляет 5 sin ИК морских миль, то в этом отрез­ ке вместится в sec ф раз больше минут дуги параллели.

Иначе говоря, разность долгот точки В и точки А должна вычисляться по формуле:

41

Когда плавание совершается несколькими курсами, для каждого из них по формулам (24) и (25) вычисляются свои разность широт и отшествие, которые затем складываются.

Для вычисления по формулам (24—26) служат таблицы 24—25 Мореходных таблиц (МТ-53).

$ 14. ПОНЯТИЕ О ТОЧНОСТИ СЧИСЛЕНИЯ

Основными причинами ошибок счисления являются погреш­ ности показаний компаса и лага, ошибки в учете ветрового дрейфа и течения. При длительности плавания по счислению до 1— 2 суток ошибку счисления можно считать нарастающей пропорционально времени (пройденному расстоянию). Если принять среднюю квадратическую ошибку показаний гироком­ паса составляющей 0,°5; лага — 0,б"/» пройденного расстояния, ошибку в учете течения— порядка 0,2 узла, то при скорости хода 15—20 узлов и ветре до 5— 6 баллов, когда учет дрейфа достаточно точен, среднюю квадратическую ошибку счисления можно считать равной 1,5% пройденного расстояния или, при малых скоростях, увеличивающейся примерно на 0,2—0,3 мили за каждый час плавания по счислению. С вероятностью около 90% можно считать, что фактическая ошибка счисления не превзойдет удвоенной величины средней квадратической ошиб­ ки, и с вероятностью около 98% — ее утроенной величины.

счисления противоположных направлений, и суммарную ошиб­ ку можно считать нарастающей пропорционально корню квад­ ратному из времени плавания по счислению.

§ 15. ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЙ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ЛАГИ. ИНЕРЦИАЛЬНЫЕ НАВИГАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

(по материалам иностранной печати)

Разобранным нами способам графического и письменного счисления свойственен существенный принципиальный недоста­ ток. Компас и лаг позволяют непосредственно учитывать пере­ мещение корабля лишь относительно воды. Чтобы знать пере­ мещение корабля относительно берега, навигационных опас­ ностей и морского дна, необходимо дополнительно учитывать снос корабля вместе со всей массой воды морскими течениями. Но скорость и направление течения зависят от многих факто­ ров, учесть которые с достаточной точностью чрезвычайно

42

сложно. Поэтому в настоящее время, когда компасы и лаги достигли высокого совершенства, основной причиной ошибок счисления является неточность учета течения. Возникает проб­ лема разработки способов счисления, которые позволяли бы измерять перемещение корабля не относительно воды, а непо­ средственно относительно земной поверхности (дна моря) или каких-либо физических полей, неподвижных относительно Земли. Это так называемая проблема «абсолютного лага». Рассмотрим основные пути ее решения.

1. Гидроакустический («допплеровский») лаг. Предполо­ жим, в подводной части корпуса корабля установлен излуча­ тель, производящий посылку звуковых волн прямо по носу корабля, и приемник, улавливающий звуковые волны, отражен­ ные от морского дна.

Тогда вследствие эффекта Допплера — Белопольского ча­ стота принимаемых колебаний будет отлична от частоты излу­ чения на величину, именуемую «допплеровской частотой»:

А /= 2 / —^- cos а,

с

где Д / — допплеровская частота; / — частота излучаемых колебаний;

V — скорость корабля относительно дна моря; с — скорость распространения звука в воде;

а— угол наклона оси вибратора-излучателя к горизон­ тальной плоскости.

Таким образом, измерение допплеровской частоты позво­ ляет определять скорость корабля относительно дна моря. При всей простоте принципа его практическое осуществление со­ пряжено с необходимостью преодоления многих технических трудностей. Однако по сообщениям печати такие лаги уже соз­ даны '.

2. Электродинамический (электромагнитный) лаг основан на том же принципе, что и электромагнитный измеритель те­ чений (ЭМИТ). Этот принцип предложен еще в середине прош­ лого столетия великим английским ученым М. Фарадеем, но осуществлен лишь недавно.

Основной частью электромагнитного измерителя течений являются два буксируемых кораблем кабеля: длинный и ко­ роткий, на концах которых закреплены специальные неполяризующиеся электроды А и В (р и с. 22). В любом проведшее, пересекающем силовые линии магнитного поля, по закону электромагнитной индукции возникает электродвижущая сила. Она пропорциональна числу магнитных силовых линий, пере-

43

секаемых проводником в единицу времени. Так и в нашем слу­ чае, вследствие сноса течением корабля, а с ним и кабелей, в поперечном направлении кабели пересекают силовые линии магнитного поля Земли, и в них индуцируется электродвижу­ щая сила. Разность потенциалов на зажимах кабелей оказы­ вается пропорциональной вертикальной составляющей напря­

нечном счете измерять величину составляющей скорости тече­ ния, перпендикулярной линии, на которой располагаются ка­ бели. ЭМИТ в настоящее время служит одним из основных средств измерения течений при выполнении океанографических работ.

Предположим теперь, что кабели одинаковой длины с элект­ родами закреплены на выстрелах по бортам корабля. Тогда возникающая на зажимах кабелей электродвижущая сила бу­ дет пропорциональна скорости перемещения корабля относи­ тельно магнитного поля Земли, теперь уже в продольном на­ правлении. Поскольку земное магнитное поле (если отвлечься от очень -медленных вековых изменений и кратковременных возмущений в виде магнитных бурь) неподвижно относительно Земли, такой прибор будет показывать перемещение корабля -относительно берега и навигационных опасностей, т. е. будет представлять собой один из вариантов абсолютного лага.

Оснащение боевых кораблей -электродинамическими лагами, основанными на изложенном принципе, встречается с серьез­ ными затруднениями, ибо буксировка кораблем длинных кабе­ лей с электродами, гем более на выстрелах, безусловно непри­ емлема. Если же электроды разместить близ корпуса корабля, то вследствие помех от токов поляризации прибор работать не будет. Однако можно ожидать, что эти трудности рано или поздно будут преодолены.

3. Инерциальные навигационные системы основаны на из мерении с высокой точностью ускорений, действующих на ко­ рабль в горизонтальной плоскости при изменении им курса и скорости, изменении Элементов течения, которым сносится ко­ рабль, и т. д. Действительно, рассмотрим, например, мериди­ ональную (направленную вдоль -меридиана) составляющую скорости корабля V\. Как известно из теоретической -механики, ее -производная по времени представляет собой меридиональ­ ную составляющую действующего на корабль ускорения:

44

d V,

w.

dt

Следовательно, измеряя непрерывно ускорение и интегри­ руя его по времени, можно найти меридиональную составляю­ щую скорости корабля в любой момент времени:

t

сти) .

Как и в любой другой системе счисления, ошибки показаний инерциальной навигационной системы нарастают с течением времени и требуют периодической корректировки, что выпол­ няется по данным определений места корабля.

-15

чаемые при определении места корабля, называются обсервованными, или просто обсервациями. При ведении прокладки они обозначаются условным знаком © .

На практике обычно прибегают к графическому решению уравнений (28) посредством прокладки на карте изолиний или линий положения. Действительно, выражение вида (27) при фиксированном значении R представляет собой уравнение некоторой линии •— изолинии. Изолинией называется геометри­

ляет труда, если вспомнить, что всякий вписанный угол из­ меряется половиной дуги, на которую он опирается. Следо­ вательно,

4S

мы будем рассматривать задачу на плоскости, пренебрегая

шаровидностью Земли, то ясно (рис. 27); что линия, пеленг, из любой точки которой па точку А равен заданной величине, есть прямая. При больших расстояниях до пеленгуемых ориен­ тиров сферичностью Земли пренебрегать нельзя, и изолиния изображается более сложной кривой.

Если мы проведем на карте не одну, а ряд изолиний, соот­ ветствующих значениям

Кропотливая работа по построению сеток изолиний с лих­ вой окупается в море, когда дорога каждая минута, ибо позво­ ляет значительно сократить время, необходимое для нанесения обсервованных точек на карте. В ряде случаев, например, для использования радионавигационных систем, сетки изолиний печатаются на картах типографским способом. При решении ряда задач навигации удобнее вместо изолиний проводить на карте только небольшой отрезок прямой, касательной к изо­ линии. Такие прямые принято называть линиями положения.