- •Введение
- •Глава 2. Параллактический треугольник светила и его решение
- •§4. Параллактический треугольник и его решение по основным формулам
- •§5. Вычисление высоты и азимута светила по системам формул
- •§7. Разложение высоты и азимута в ряд Тейлора. Теория таблиц численного типа
- •§1. Небесная сфера
- •§2. Системы сферических координат
- •§3. Графическое решение задач на небесной сфере
- •Глава 3. Видимое суточное движение светил. Изменение координат светил
- •§9. Характеристика суточного движения светил
- •§10. Явления, связанные с суточным движением светил
- •§11. Изменение координат светил вследствие видимого суточного движения
- •Глава 4. Обращение Земли вокруг Солнца. Видимое движение Солнца и изменение его координат
- •§13. Обращение Земли по орбите и видимое годовое движение Солнца
- •§14. Изменение экваториальных координат Солнца в течение года
- •Глава 5. Орбитальное и видимое движение планет, Луны и искусственных спутников
- •§18. Фазы и возраст Луны
- •§21. Орбитальное движение искусственных спутников
- •Глава 6. Измерение времени
- •§22. Основы измерения времени
- •§23. Звездные сутки. Звездное время. Основная формула времени
- •§26. Поясное, декретное, летнее, московское и стандартное времена, их связь с местной системой
- •§28. Понятие о точных шкалах времени
- •Глава 7. Вычисление видимых координат светил. МАЕ
- •§31. Понятие о вычислении видимых координат светил на ЭВМ
- •§32. Устройство таблиц МАЕ для расчета часовых углов и склонений светил
- •§33. Определение времени кульминации светил
- •§34. Обоснование расчета времени видимого восхода (захода) Солнца и Луны и времени сумерек
- •§35. Определение времени восхода и захода Солнца и Луны и времени сумерек по МАЕ
- •Глава 8. Измерители времени. Судовая служба времени
- •Глава 9. Звездное небо. Звездный глобус
- •§42. Устройство звездного глобуса, его установка. Понятие о других пособиях
- •§43. Решение задач с помощью звездного глобуса
- •Глава 10. Секстан
- •§44. Основы теории навигационного секстана
- •§45. Устройство навигационных секстанов
- •§46. Понятие об инструментальных ошибках секстана и их учете
- •§47. Понятие о секстанах с искусственным горизонтом
- •Глава 11. Наблюдения с навигационным секстаном
- •§48. Выверка навигационного секстана на судне
- •§50. Приемы измерения высот светил над видимым горизонтом
- •§53. Наклонение видимого горизонта. Наклонение зрительного луча
- •§55. Общий случай исправления высот светил, измеренных над видимым горизонтом
- •§56. Частные случаи исправления высот светил
- •§57. Приведение высот светил к одному зениту (месту) и одному моменту
- •§58. Определение средних квадратических ошибок поправок и измерения углов
- •§59. Определение средней квадратической ошибки измерения высот светил в море
- •Глава 13. Астрономическое определение поправки компаса
- •§60. Основы астрономического определения поправки компаса
- •§62. Пеленгование светил. Точность поправки компаса
- •§63. Определение поправки компаса. Общий случай
- •Глава 14. Теоретические основы определения места судна по светилам
- •§65. Общие принципы астрономического определения места
- •§67. Метод линий положения. Высотная линия положения
- •§72. Ошибки в высотной линии. Оценка ее точности и вес
- •Глава 16. Методы отыскания места судна и оценки его точности при наличии ошибок в высотных линиях
- •Глава 17. Определение места по одновременным наблюдениям светил. Общий случай
- •§76. Особенности определения места по одновременным наблюдениям светил
- •§77. Общий случай определения места по звездам
- •§78. Определение места днем по одновременным наблюдениям Луны и Солнца
- •§79. Определение места днем по одновременным наблюдениям Венеры и Солнца
- •§80. Определение места по одновременным наблюдениям Венеры, Луны и Солнца
- •Глава 18. Определение места судна по разновременным наблюдениям Солнца
- •§81. Особенности определения места по разновременным наблюдениям Солнца
- •§82. Влияние ошибок счисления и наивыгоднейшие условия для определения места по Солнцу
- •§83. Определение места по Солнцу в общем случае
- •§84. Определение места комбинированием навигационных и астрономических линий положения
- •Глава 19. Ускоренные способы обработки наблюдений
- •§86. Обзор приемов ускорения обработки наблюдений
- •§87. Прием перемещения счислимого места
- •§88. Определение места с предварительной обработкой (предвычислением) линий положения
- •§92. Решение астрономических задач на клавишных ЭВМ
- •Глава 20. Частные методы определения координат места судна
- •§93. Определение широты места по меридиональной и наибольшей высотам Солнца. Понятие о близмеридиональных высотах
- •§96. Определение координат места в малых широтах по соответствующим высотам Солнца
- •§97. Графический способ определения места при высотах Солнца, больших 88°
- •§98. Особенности определения места в высоких широтах
- •Глава 21. Перспективы развития методов астрономических определений в море. Краткий исторический очерк
- •§99. Понятие об астронавигационных системах и навигационных комплексах
- •§100. Краткий очерк истории мореходной астрономии
- •Список литературы
Рис. 72 Рис. 73
§45. УСТРОЙСТВО НАВИГАЦИОННЫХ СЕКСТАНОВ
На судах морского флота применяются главным образом отечественные секстаны марок СНО (секстан навигационный с осветителем), СНО-2М, СНО- М (модернизированный), представляющие усовершенствованные модели одного секстана СН, и новая модель секстана СНО-Т (тропикоустойчивый), выпускаемая нашей промышленностью с 1972 г. На некоторых судах встречаются зарубежные секстаны в основном моделей VEB из ГДР и «Плат» из ФРГ. Общий вид и название отдельных частей секстана СНО-Т показан на рис. 74 (1 — рама секстана; 2 — плата рамы; 3 — ручка; 4 — лимб; 5 — зубчатая рейка; 6 — алидада; 7 — отсчетно-стопорное устройство; 8 — отсчетный барабан; 9 — лупа-осветитель; 10 — светофильтры малого зеркала; 11 малое зеркало; 12 — светофильтры большого зеркала; 13 — большое зеркало; 14, а — ночная труба; 14, б — астрономическая (дневная) труба; 15, а
— регулировочные винты малого зеркала; 15, б — регулировочный винт большого зеркала); секстан СНО-М показан на рис. 75. Навигационный секстан состоит из следующих основных узлов: рама, алидада с осью вращения, оптическая система и отсчетное устройство. Разные модели секстанов отличаются главным образом устройством рамы, алидады с осью и отсчетного устройства. Так, в новом секстане СНО-Т алидада расположена под рамой и
209
имеет ось вращения, в виде втулки. В секстанах СНО-М алидада расположена сверху, а ось вращения — в виде тонкого штыря; это устройство менее совершенно. Известно три типа отсчетных устройств секстана: отсчетный барабан (микрометрический винт), верньер и оптическое отсчетное устройство В прошлом применялся исключительно верньер, представляющий пластинку с делениями меньшей длины, чем на основной шкале лимба. Эта пластинка крепилась к алидаде и служила для снятия минут угла и их десятых (отсчет делался по совпавшему штриху). Как дополнительное устройство верньер встречается и теперь, например в секстанах ИМС-3 и в зарубежных. Были попытки внедрить оптическое отсчетное устройство, например в VEB ГДР, но его конструкция оказалась недостаточно точной.
|
|
Рис. 74 |
Рис. 75 |
В настоящее время в секстанах применяется отсчетно-стопорное устройство, состоящее из микрометрического винта с отсчетным барабаном (на алидаде) и зубчатой рейки (на лимбе). Это червячное зацепление может разъединяться нажимом на лапки стопора (см рис. 74) и переставляться на новое значение угла. Зубчатое зацепление рассчитано так, что за один полный оборот винта алидада переместится ровно на одно градусное деление лимба, поэтому барабан разделен на 60 частей, равных минутам измеряемого угла. Устройство имеет два индекса: градусный на алидаде у лимба и минутный — у отсчетного барабана, он показывает минуты, десятые доли минут оцениваются на глаз. Подобное устройство позволяет производить отсчет угла проще и
210
быстрее, чем другими устройствами, однако обладает рядом недостатков, присущих зубчатым зацеплениям: «мертвым ходом винта и зависимостью отсчета от механического состояния зубчатой рейки и винта. Секстаны с отсчетным барабаном требуют более тщательного ухода и специальной методики наблюдений.
|
|
|
Таблица 6 |
|
|
|
|
|
|
№ |
Данные |
СНО-М |
СНО-Т |
|
n/n |
|
|
|
|
1 |
Диапазон измеряемых углов |
0—140° |
0—140° |
|
|
|
|
|
|
2 |
Точность отсчета |
0,1' |
0,1' |
|
3Параметры труб (увеличение, поле зрения, изображение):
|
а) дневной (астрономической) |
Универсальная труба 7,5х; 8° |
6х; 4°30' обратное |
||
|
|
|
|
обратное |
|
|
|
|
|
|
|
|
б) ночной (Галилея) |
|
— |
4х; 8° прямое |
|
|
|
|
|
|
|
4 |
Суммарная |
инструментальная |
2' |
30" |
|
|
поправка s, не более |
|
|
|
|
5 |
Мертвый ход |
|
|
|
±6” * |
|
|
|
|
|
|
6 |
Масса секстана без ящика |
|
1 ,35 кг |
1,5 кг |
|
|
|
|
|
|
|
7 |
Средняя точность |
|
±0,6' |
±0,4' |
|
|
измерения высот |
|
±0,7' |
±0,5' |
|
|
(по данным экспериментов) |
* |
|
|
*Этот показатель в СНО-Т не выдерживается, встречается MX=0,6'.
В настоящее время рядом фирм разрабатываются устройства автоматического съема и дистанционной передачи измеренного угла на записывающее устройство, где угол регистрируется одновременно с моментом, предназначенным также для ввода угла в ЭВМ.
Основные технические данные секстанов приведены в табл. 6.
211
§46. ПОНЯТИЕ ОБ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ ОШИБКАХ СЕКСТАНА И ИХ УЧЕТЕ
Ошибки в отсчете угла, возникающие от погрешностей изготовления и конструкции, называются инструментальными ошибками секстана. Некоторые из них являются систематическими; они компенсируются введением поправки s или методом наблюдений. Другие относятся к случайным и оцениваются точностью ms поправки. Рассмотрим основные источники ошибок секстанов с отсчетным барабаном.
Ошибки нарезки зубчатой рейки. У большинства современных секстанов основным источником ошибок в отсчетах являются ошибки делений зубчатой рейки. Они возникают от дефектов изготовления секстана, а также в процессе эксплуатации от износа и небольших повреждений. По данным нашего исследования, эти ошибки у сектанов СНО выпуска до 1965 г. достигали 1,5', более новых — до 0,8'; у секстанов СНО-Т эта ошибка не превышала 0,4'. Вследствие того, что эта погрешность изменяется, а также может возникнуть при эксплуатации, секстан через каждые три года сдают на проверку; по этой же причине его поправка должна определяться через 5а.
Ошибки от эксцентриситета алидады. Эксцентриситетом алидады называется несовпадение центра дуги лимба с осью вращения алидады, т.е. с точкой вращения большого зеркала, при которой измеряются углы. Вследствие этого дефекта изготовления секстана в его отсчетах появляются ошибки, возрастающие с увеличением угла. Поправка отсчетов за эксцентриситет выражается формулой
|
|
∆hЭ |
|
os |
|
|
(147) |
|
|
= 2ε'' sin |
− p |
+ sin p |
|||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
где ε''= |
ε |
— угловая величина эксцентриситета; |
|
||||
|
|
Rarc1''
е — линейная величина его, мм; р — направление его от линии нульпункта;
212
R — радиус дуги лимба, мм.
Ошибки от эксцентриситета у различных марок секстанов неодинаковы. У секстанов СНО встречается значительный эксцентриситет, дающий, ошибки до 1—1,5'; у большинства секстанов СНО-Т они невелики или отсутствуют, что объясняется хорошей конструкцией втулки. Ошибки от эксцентриситета у секстанов СНО могут появиться в процессе эксплуатации — от ударов или сильного нажима на ось зеркала.
Клиновидность зеркал. Призматичностью или клиновидностью называется непараллельность поверхностей зеркала; она приводит к отклонению отраженного луча. Клиновидность большого зеркала вызывает ошибку в отсчетах, возрастающую с увеличением угла, и раздвоение изображений, заметное при больших углах. У секстанов СНО и зарубежных секстанов эта погрешность иногда встречается; у секстанов СНО-Т зеркало с передним покрытием и этой ошибки нет. Клиновидность малого зеркала вызывает постоянную ошибку, компенсируемую поправкой индекса.
Инструментальная поправка s секстана. Рассмотренные ошибки делений рейки, эксцентриситета и клиновидности действуют совместно и вносят общую ошибку в отсчет угла, зависящую от градусов угла. Для компенсации этой ошибки вводится инструментальная поправка s, приводимая в аттестатах секстана через 5°. Ее определение рассмотрено ниже. У секстанов СНО поправка достигает иногда 2'; СНО-Т — не более 0,5'. Почти все зарубежные марки секстанов также имеют значительные величины s (от 30" до 2'), за исключением секстанов предприятия VEB из ГДР, у которых суммарная поправка не превышает 20". К сожалению, фирмы часто пишут s=0 вместо действительных поправок.
Технический формуляр секстана (аттестат). Навигационный секстан снабжается техническим формуляром, в котором приводятся его технические характеристики и результаты определения поправки s в лаборатории завода. Приводится также мертвый ход. Поправки s действительны не более трех лет, после чего необходимо произвести переаттестацию секстана (он сдается в
213
навигационную камеру пароходства).
Определение инструментальных поправок s секстана на поверочном приборе. Получение поправок s секстана выполняют путем сравнения угла, измеренного секстаном, с точным значением угла, снятым с эталонного круга.
Прибор для поверки секстанов (рис. 76) состоит из точно разделенного круга 1 с отсчетным устройством 6, платформы и консолей 4 для установки проверяемых секстанов, колиматоров 3, дающих изображение удаленного предмета (креста нитей— миры), зрительной трубы 5 и осветительной системы 2.
Секстан подготавливают к проверке, т.е. его зеркала выверяют, зубчатую рейку смазывают, отсчетный барабан прокручивают от 0 до 120°. После этого секстан без трубы закрепляют в середине прибора и вращением барабана на нем через 5° последовательно ставят углы от 0 до 120°. Эти углы сравнивают с углами на эталонном круге с помощью отсчетного устройства 6, где и получаются поправки s с их знаками. Поправки получают несколько раз, и из них берут среднее арифметическое; это и будет s. Аналогично получают поправки барабана. Полученные поправки s заносят в аттестат секстана.
Показанный на рис. 76 прибор выпускается предприятием VEB Prarision mechanik (Freiberg DDR) и применяется у нас для проверки секстанов; сходные приборы выпускаются фирмой «Плат».
Погрешности секстана, не компенсируемые поправкой s. Секстанам с отсчетным барабаном свойственны следующие дополнительные погрешности:
—ошибки отсчетного барабана;
—нестабильность отсчета (ошибка поправки);
—ошибки от мертвого хода отсчетного устройства.
Иногда у всех марок секстанов встречаются ошибки светофильтров. Ошибки в отсчетах барабана вызываются погрешностями червячного
зацепления, для компенсации которых следовало бы вводить поправки на минуты угла (поправку s1). Однако в заводских формулярах ее нет, поэтому у секстанов СНО возможна эта ошибка до 0,5—0,8'; у секстанов СНО-Т она не превышает 0,1'. Эту ошибку можно обнаружить сравнением поправки индекса,
214
определенной по Солнцу (на отсчете 30') и по звезде (на 0°).
Рис. 76
Случайные ошибки «нестабильности отсчета» вызываются недостаточно высоким качеством изготовления отсчетно-стопорного устройства. Эта ошибка свойственна как секстанам СНО, так и СНО-Т; она рассматривается как ошибка поправки и в среднем составляет ±0,2'.
Мертвый ход отсчетного устройства. Вследствие несовершенства изготовления отсчетного узла прямое и обратное вращение барабана дает разные смещения алидады, т.е. разные отсчеты, при этом люфта обычно не бывает. Эта погрешность называется мертвым ходом и оценивается разностью показаний барабана при его прямом и обратном вращении. У секстанов СНО мертвый ход в среднем около 0,4', но встречается (особенно у бывших в работе секстанов) до 1,5'; есть мертвый ход и у новых секстанов СНО-Т (до 0,6'), несмотря на то, что по техническим условиям он не должен превышать 0,1'. Устранение этой погрешности требует для всех секстанов с барабаном специальной методики наблюдений:
— при наблюдениях высот и при определении i требуется вращать отсчетный барабан в сторону увеличения отсчетов; если перевел, то отвернуть назад и подводить снова.
Из обзора ошибок секстана вытекает, что для повышения точности отсчета при работе с секстаном надо соблюдать следующие рекомендации:
215