Электронавигационные приборы

ВВЕДЕНИЕ

На каждом судне для следования по намеченному курсу, выбора пути следования, контроля местонахождения в открытом море с учетом изменяющейся навигационной и гидрометеорологической обстановки предусматриваются навигационные приборы.

Навигационные приборы, для работы которых используются электрическая энергия или принципы радиотехники, соответственно называются электро- или радионавигационными приборами.

К электронавигационным относятся приборы, определяющие курс и скорость судна: гирокомпас, авторулевой, автоматический прокладчик курса судна, электрический лаг, и установки, действия которых основаны на гидроакустике: шумопеленгаторы, гидролокаторы и эхолоты. Важнейшим навигационным прибором на судне является компас. Компасом называется прибор, предназначенный для определения компасного курса судна и направлений на видимые ориентиры на земле или на небесные светила.

Навигационная безопасность плавания существенно зависит от точности измерения направлений в море, которая во многом определяется точностью знания поправок курсоуказателей. Это обстоятельство вызывает необходимость систематического определения поправок компасов.

Цель данной работы - произвести вычисления возможных девиации и поправки компасов при различных условиях, проанализировать и оценить качество работы заданного компаса, степень соответствия показаний реальным параметрам.

1.      
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИСПОЛЬЗУЕМОГО ГИРОКОМПАСА

гирокомпас прибор показание

Новое поколение морских гирокомпасов, представленное моделью NAVIGAT X, разработано C. Plath с учетом новейших технологий навигационных и управляющих систем XXI века.

Первый из этой серии гирокомпас NAVIGAT X разработан как компактный моноблок, имеющий небольшой вес и помещенный в корпус из жестко вспененного полиуритана, что позволяет размещать гирокомпас на любом мостике от крейсерских яхт до больших океанских судов.

Судовые кабели подключаются непосредственно внутри моноблока, что существенно облегчает монтаж. Все электронные компоненты выполнены в виде заменяемых модулей, что обеспечивает быстрое и легкое обслуживание. Цифровая информация о курсе выдается как абсолютная 12-битовая величина. Модель NAVIGAT X имеет блок управления с информационным дисплеем, установленным в передней части крышки моноблока. При необходимости, этот блок может быть извлечен из моноблока и установлен отдельно (например в интегрированном мостике) на некотором удалении от гирокомпаса.

Уникальный метод плавучей подвески гиросферы гарантирует стабилизацию курса во время кратковременных сбоев питания. Например, после 3-х минутного сбоя питания погрешность не превысит 2-х градусов. При восстановлении питания, гирокомпас быстро вернется в меридиан, не требуя обычного времени отработки. Комбинированный эффект использования спаренных роторов и жидкостной системы гашения предотвращает высокоширотную погрешность.

Для работы в особо тяжелых условиях, где очень существенна высокая точность информации о курсе, рекомендуется модель NAVIGAT X, оборудованная специальным контейнером для гиросферы. В этом контейнере установлен уникальный центрующий щит, компенсирующий относительное перемещение гиросферы, установленной в дополнительной системе Карданова подвеса, которая обеспечивает данной модели почти неограниченную свободу при бортовой и килевой качке (до 90 градусов).

Морской гирокомпас NAVIGAT X одобрен в соответствии с директивой Евросоюза 96/98/EC Немецким Федеральным Морским и Гидрографическим Агенством (BSH).

Морской гирокомпас NAVIGAT X удовлетворяет требованиям кодекса о высокоскоростных судах в соответствии с директивой Евросоюза 96/98/EC Немецким Федеральным Морским и Гидрографическим Агенством (BSH).

Рисунок 1.1 - Гирокомпас NAVIGAT X

Технические характеристики:

·        Средняя линейная ошибка установки: < 0,1° sec (широты)

·        Статическая ошибка: < 0,1° sec (широты)

·        Динамическая ошибка: < 0,1° sec (широты)

·        Время приведения в меридиан: ≤3часов (0,7°)

·        Скорость слежения гирокомпаса:100°/сек

2.      
АНАЛИЗ СКОРОСТНОЙ ДЕВИАЦИИ ГИРОКОМПАССА

Приведем таблицу исходных данных о параметрах движения судна, его навигационном оборудовании и условиях наблюдения небесного тела.

Вариант №27.Таблица исходных данных

Определение скоростной девиации ГК на курсах 0°, 30°, 60°

Для определения скоростной девиации гирокомпаса на курсах 0°, 30°,60° воспользуемся следующей формулой:

 (2.1)

Для полученных значений синусов найдем значения скоростной девиации на данных курсах:

2.1 Определение курсов, на которых скоростная девиация ГК превышает целое число градусов

Определим курсы на которых скоростная девиация составит 1°, 2° т.д. Для этого из (2.1) выразим значение косинуса ГКК:

Таким образом, получим формулу (2.2) и подставим значения девиаций в 1°, 2°, получим:

Нам известно, что максимальное значение скоростной девиации при ГКК=0° составляет получим значения курсов:

ГКК1 = 109°27,6'; ГКК2°= 131°39';

ГКК3°= 174°52,2';

Однако, исходя из теории возникновения скоростной девиации, нам известно, что абсолютные целочисленные значения скоростной девиации мы будем иметь еще на 3 курсах.

Таким образом, мы нашли значения только для одной четверти из окружности описывающей все множество курсов.

Для нахождения скоростной девиации на курсах от 0° до 360° с шагом в 0,1° составим программу и, с ее помощью, рассчитаем значения скоростных девиаций.

Рисунок 2.1 - График изменения скоростной девиации

Соответственно, на рисунке 2.2 приведем этот же график зависимости в полярной системе координат.

Рисунок 2.2 График изменения скоростной девиации

Точность показаний гирокомпаса несколько выше, чем у магнитного компаса, особенно на качке. Главное же преимущество гирокомпаса в том, что его поправка в процессе эксплуатации более стабильна, чем девиация магнитного компаса. Надежность работы гирокомпаса как сложного электромеханического устройства во многом зависит от уровня технического обслуживания. В процессе эксплуатации у гирокомпаса могут возникать различные неисправности, вследствие которых иногда показания его становятся ошибочными. Обнаружить подобные неисправности обычно нелегко, поэтому необходимо систематически определять поправку ГК и производить сличение показаний гирокомпаса с магнитным компасом.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНЕРЦИОННОЙ ДЕВИАЦИИ ВСЛЕДСТВИЕ СОВЕРШЕНИЯ ЦИРКУЛЯЦИИ С 0 НА 180° НА ПОЛНОМ ХОДУ С ПА ДЕНИЕМ СКОРОСТИ 30%

Инерционные погрешности гирокомпаса вызываются возмущающими моментами сил инерции, возникающими при ускоренном движении судна. При появлении моментов этих сил ось гирокомпаса выходит из своего положения равновесия и совершает прецессионное движение со скоростью, зависящей от значения момента силы инерции. Инерционная девиация проявляется в форме затухающих колебаний после окончания маневра судна (курсом и/или скоростью).

Образующаяся в результате маневра переменная погрешность называется инерционной погрешностью гирокомпаса. Она свойственна большинству современных гирокомпасов независимо от их конструкции.

Различают инерционную погрешность с выключенным на время маневра успокоителем и инерционную погрешность с включенным успокоителем. Первую иногда называют баллистической погрешностью первого рода, вторую (в частном случае выполнения условия апериодических переходов) - баллистической погрешностью второго рода, или погрешностью ускорения-затухания.

Наибольшее значение инерционная погрешность первого рода имеет в момент окончания маневра. Инерционная погрешность второго рода достигает наибольшей величины приблизительно через 20-25 мин после окончания маневра.

На практике в условиях часто повторяющихся маневров какие-либо расчеты по определению инерционных погрешностей производить нецелесообразно. Однако судоводитель должен критически оценивать их возможную величину и характер изменения. Для этого необходимо учитывать следующее:

•инерционные погрешности носят гироскопический характер, т. е. возникают не сразу после появления инерционных возмущений и исчезают не сразу после их прекращения;

•изменение инерционных погрешностей во времени после прекращения действия возмущающих факторов происходит по законам собственных колебаний гирокомпаса, т. е. с тем же периодом и фактором затухания;

•для транспортных судов величина инерционной погрешности в средних широтах после однократных маневров обычно не превышает 2-3°;

•показания гирокомпаса следует считать ошибочными в течение 40-50 мин после окончания маневра. В особо сложных условиях (при плавании в высоких широтах и на больших скоростях) инерционная погрешность может сохраняться в течение 1,5 ч после маневрирования;

•существенные инерционные погрешности появляются при полу циркуляции судна с курса 0° или 180°, а также при зигзагообразном маневрировании на четвертных генеральных курсах;

•при отсутствии выключателя затухания инерционная погрешность гирокомпаса принципиально не может быть устранена;

•выключение успокоителя колебаний гирокомпасов с нерегулируемым периодом целесообразно в широтах меньше расчетной (для отечественных конструкций меньше 60°);

•при пеленговании ориентиров с помощью гирокомпаса инерционная погрешность должна рассматриваться как систематическая (повторяющаяся) ошибка, если срок наблюдений значительно меньше периода собственных колебаний гирокомпаса;

•при счислении пути по гирокомпасу инерционная погрешность должна рассматриваться как случайная ошибка курсоуказания.

Плавание в нашем случае происходит не в расчетной широте, соответственно, произведем расчет инерционной девиации.

Найдем инерционную девиацию гирокомпаса после совершения циркуляции с 0° на 180° на полном ходу с падением скорости 30% используя формулу:

Найдем значение скоростной девиаций после осуществления циркуляции используя (2.1).

Тогда значение скоростной девиации после циркуляции будет:

Взяв из таблицы 2.1 и подставив значения конструктивной широты в

(3.1) получим:

В нашем случае, величина инерционной девиации не превышает 3°, в соответствии с требованиями Резолюции ИМО А.424.

4. АНАЛИЗ ПРИХОДА ГИРОКОМПАСА В МЕРИДИАН

.1 Оценка времени прихода в меридиан при включении ГК

Оценим время прихода гирокомпаса в меридиан с точностью до 1°. Рассчитаем количество колебаний чувствительного элемента гиросферы. Из таблицы 2.1 возьмем значение среднего фактора затухания и начального угла гиросферы. Найдем значения амплитуд:

Получим количество периодов из количества колебаний:

Информацию о периоде затухания возьмем из [2]:

Найдем время за которое проходит 2 периода колебаний гиросферы:

Найдем время прихода гиросферы в меридиан с точностью до 1°. Для этого прибавим к рассчитанному времени время апериодической части курсограммы. Примем его максимальным - 80 минут:

.2 Построение кривой прихода ГК в меридиан

Воспользуемся данными из подраздела 1.2 и формулой

В этой формуле известны соотношения:

Кроме того, известно соотношение для логарифмического декремента затухания:

Таким образом, из известного периода затухания и среднего значения коэффициента затухания найдем параметры колебательного процесса:

0,0295

На рисунке 4.1 предоставлен график прихода гиросферы в меридиан.

Рисунок 4.1 - График прихода гиросферы в меридиан

Увеличенный график курсограммы представлен в приложении А.

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОПРАВКИ ГК ПО АЗИМУТУ НЕБЕСНОГО СВЕТИЛА

Постоянное ведение счисления пути судна - необходимое условие его безопасного плавания, поэтому контроль за точностью курсоуказания, постоянное уточнение и учет поправки компаса важнейшая и ответственейшая задача судоводителя. Эта работа постоянно ведется как в порту, так и в море. В открытом же море единственным и надежным способом определения поправки компаса является астрономический.

Для определения поправки ГК воспользуемся [3] и [4], а так же значениями из таблицы исходных данных

На рисунке 5.1. представлена часть страницы из [3], соответствующая 3 февраля 2011, на которой выделены Гринвичский часовой угол GHA, часовой угол звезды SHA, склонение Dec, а также инкремент:

Рисунок 5.1 - Определение GHA точки Овна, часового угла звезды и склонения Dec

На рисунке 5.2 представлена часть другой страницы из [3] по которой мы находим инкремент для минут.

Рисунок 5.2 - Нахождение минутного инкремента

Для нахождения истинного GHA воспользуемся формулой:

GHA = GHA * + Incr

Подставив значения получим:

Воспользуемся [4] для нахождения коэффициентов A, B, C.

На рисунке 5.3 представлена часть страницы [4] на которой обозначены искомые значения коэффициента А.

Рисунок 5.3 - Нахождение коэффициента А

Обратим особое внимание, что т.к. LHA лежит в пределах от 90̊ до  270̊, то коэффициент А берется со знаком, соответствующим знаку широты.

На рисунке 5.4 представлена часть страницы [4] на которой обозначены искомые значения коэффициента В.

Рисунок 5.4 - Нахождение коэффициента B

Интерполируем коэффициент B с учетом минут в склонении звезды. Для этого представим 47,9 в виде 0,7983.Коэффициент В берется с тем же знаком, что и склонение:

N

Найдем коэффициент С, как сумму коэффициентов А и В, т.к. они имеют одинаковые направления

На рисунке 5.5 приведена часть страницы [4] на которой обозначены искомые значения коэффициента С.

Рисунок 5.5 - Нахождение коэффициента истинного азимута по таблице С

Az=43.3

Полученное значение азимута дано в четвертном представлении. Для нахождения истинного азимута необходимо определить, откуда откладывать найденное значение четвертного азимута.

Рис. 5.5 Нахождение истинного азимута

T.к LHA лежит в пределах от 180 до 360, то в четвертной системе азимут будет направлен в сторону E , т.е. к 0необходимо прибавить найденое значение азимута

Az = NAzE=0°+43,3°=43,3°

Найдем поправку ГК, как разницу истинного азимута и взятого:

Рассчитана поправка ГК ; поправка не превышает доспустимых значений.

6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕВИАЦИИ МАГНИТНОГО КОМПАСА

.1 Определение девиации магнитного компаса по сличению с ГК на главных и четвертных румбах

Стальной набор корпуса судна, его обшивка приобретают магнитные свойства с момента постройки. В магнитном поле Земли все продольные, поперечные и вертикальные связи судна намагничиваются неодинаково. Судовое железо в магнитном отношении принято делить на твердое и мягкое.

Твердое судовое железо обладает свойством постоянных магнитов. Постоянный магнетизм, приобретенный судном во время постройки, сохраняется годами. Мягкое в магнитном отношении судовое железо не «задерживает» магнитное состояние надолго Оно обладает индуктивным магнетизмом, зависящим от положения корпуса судна относительно магнитного меридиана.

Таким образом, на магнитную стрелку компаса, установленного на судне, оказывают влияние магнитные силы твердого и мягкого в магнитном отношении железа, причем действие их различно. Кроме того, в результате действия магнитных сил, возникающих от магнитного поля, создаваемого различными работающими судовыми агрегатами, контурами с током, стрелка компаса отклоняется от магнитного меридиана.

Именно поэтому, для обеспечения безопасной навигации судна в море, необходимо определить поправку магнитного компаса.

Для определения девиации МК воспользуемся формулой:

ИК = МКК + d +  (6.1)

Согласно варианту задания возьмем из [5] данные наблюдений ГК на главных и четверных румбах и сведем их в таблицу 6.1:

Таблица 6.1 - Показания ГК, наблюдаемые параллельно с МК

)

= 17,92°E

Подставив полученное значение в (6.3) получим значения девиации МК на основных и четверных румбах. Результаты сведём в таблицу 6.2:

Таблица 6.2 - Сводная таблица значений девиаций МК

6.2 Определение коэффициентов девиации МК

Для определения коэффициентов девиации МК воспользуемся формулами:

Подставив значения из таблицы 6.2 в (6.4) получим:

А=1,34 , B=1,9541 , C=0,4477 , D=1,3 , E=1,2 .

.3 Построение таблицы девиации и графика девиации

Сведем в таблицу 6.3 результаты расчетов значений девиации магнитного компаса на курсах от 0 до 360 с шагом в 10.

Для составления таблицы остаточной девиации достаточно записать в соответствующие ее графы результаты наблюдений девиации, выполненных одним из навигационных или астрономических способов на 24 или 36 компасных курсах.

Однако такой способ составления таблицы на практике не применяется, так как для определения девиации на столь большом числе курсов потребовалось бы очень много времени, особенно при работе на крупнотоннажных судах.

Помимо этого, нужно учесть, что все ошибки, допущенные наблюдателем при пеленговании створов или небесных светил, а также ошибки вычислений целиком войдут в такую таблицу. Поэтому таблица остаточной девиации не составляется, а вычисляется.

Таблица 6.3 - Сводная таблица значений девиаций МК

График кривой девиации МК представлен на рисунке 6.1

Рис.6.1. График рабочей кривой девиации.

7.ЗАПОЛНЕНИЕ ЖУРНАЛА ПОПРАВОК КОМПАСА

Согласно заданию необходимо произвести заполнение журнала поправок компаса. В таблице 7.1 приведены значения, полученные в результате наблюдений.

Таблица 7.1. Таблица заполнения журнала поправок компаса

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

X MK 1, разработан с учетом быстроменяющихся технологий навигационных и управляющих систем XXI века.

Этот гирокомпас полностью соответствует установленным требованиям ИМО и КО, а так же требованиям GMDSS. Так же гирокомпас NAVIGAT X одобрен в соответствии с директивой Евросоюза 96/98/EC Немецким Федеральным Морским и Гидрографическим Агенством (BSH) и удовлетворяет требованиям кодекса о высокоскоростных судах в соответствии с директивой Евросоюза 96/98/EC Немецким Федеральным Морским и Гидрографическим Агенством (BSH).

Из плюсов гирокомпаса можно отметить: быстродействующая следящая система, цифровая и аналоговая передача, точность показаний.

Уникальный метод плавучей подвески гиросферы гарантирует стабилизацию курса во время кратковременных сбоев питания. Например, после 3-х минутного сбоя питания погрешность не превысит 2-х градусов. При восстановлении питания, гирокомпас быстро вернется в меридиан, не требуя обычного времени отработки. Комбинированный эффект использования спаренных роторов и жидкостной системы гашения предотвращает высокоширотную погрешность.

По точности показаний в условиях маневрирования судна гирокомпас соответствует требованиям резолюций ИМО А.423 и А.821 для высокоскоростных судов. Инерционная девиация гирокомпаса после совершения циркуляции с 0° на 180° составила , что не превышает требования ИМО А.821 (При плавании в высоких широтах точность показаний магнитного компаса, как правило, превышает допустимые значения технико-эксплуатационных требований резолюции ИМО А.382,согласно которой конструкция магнитного компаса должна обеспечивать такую компенсацию девиации, чтобы значения остаточной девиации не превышали +3° для основного магнитного компаса и +5° для запасного. Данный магнитный компас не соответствует требованиям резолюции ИМО и/или не предназначен для плавания в данной широте.

Самые большие значения девиации определены на курсах в пределах от 0° до 70°(Рис.6.1.), максимальное значение девиации которых составляет  =-4,5°.

Рабочая кривая девиации для данной широты указывает на необходимость в проведении девиационных работ основного компаса, но следует отметить, что данные показания запасного магнитного компаса находятся в диапазоне допустимых.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.     Сайт MARINER'S ANNUAL. Режим доступа: [#"730898.files/image072.gif">