Определение скорости судна пройденного им расстояния. Навигация

По лагу. Точность ориентировки во многом зависит от достоверных сведе­ний о скорости движения судна. При плавании на озерах и водохранилищах средняя скорость относительно дна может быть определена по лагу.

Лаги бывают различной конструкции. Вертушечные лаги, работающие на принципе гидрометрической вертушки, стационарные и выдвигаются по мере надобности из днища судна. Гидродинамические лаги представляют собой две трубки, с помощью которых измеряют давление забортной воды при движе­нии и стоянке. Чем больше скорость, тем больше давление в одной из трубок. По разности давлений можно судить о скорости судна. В целом лаги являются сложными электромеханическими приборами.

Речной поток, воздействуя на лаг, позволяет определять по нему только скорость судна относительно спокойной воды, но не относительно берегов. Кро­ме этого, неровные течения и движение судна в поворотах русла искажают по­казания лага.

По длине корпуса судна. Скорость движения судна относительно дна можно определить одним из излагаемых ниже способов. На носу и корме вы­бирают две плоскости надстроек, перпендикулярных диаметральной плоскости судна, или два предмета, создающих створные визирные плоскости. В носовой и кормовой визирных плоскостях стоят два наблюдателя Н и К (рис. 78). На­блюдатели выбирают неподвижный предмет П, расположенный на берегу или воде. В момент прихода предмета в носовую визирную плоскость наблюдатель Н подает сигнал, по которому наблюдатель К замечает время. В момент прихода предмета П в кормовую визирную плоскость наблюдатель К. также делает от­метку времени. По расстоянию между визирными плоскостями / и времени рас­считывается скорость.

Засечки времени может Делать тре­тий наблюдатель, находящийся на мо­стике, по знакам наблюдателей Н и К в момент прихода предмета П в визирные плоскости.

Рис. 78. К определению скорости

движения судна по длине его кор­пуса

Менее точно скорость рассчиты­вают при визировании объекта П по одному судовому предмету, когда створ­ная визирная плоскость отсутствует или, когда объект визирования ока­жется на траверзе форштевня и ахтер­штевня судна.

С помощью пеленгования предмета. Сущность этого простого и надежного

способа заключается в следующем. В диаметральной плоскости судна, движуще­гося прямолинейным курсом, между точками а и b (рис. 79) измеряют расстоя­ние l , называемое базисом. Находясь в точках a и b, наблюдатели в одни и те же моменты измеряют углы a1 a2 a3 B1 B2 B3 и т. д. между базисом и направле­нием на предмет П.

При обработке полученных замеров на листе бумаги проводят произволь­ную линию, на которой проставляют точку, обусловливающую пеленгуемый предмет. Из этой точки под замеренными углами a1, b1 и т. д. проводят линии пеленгов произвольной длины. Замечая на линейке в любом масштабе длину ба­зиса, вмещают ее между линиями пеленгов, параллельно курсу, пока она не коснется их соответствующими отметками.Таким образом определяют положения корпуса судна в моменты пеленгования. Пройденное судном расстояние за вре­мя пеленгования с учетом принятого масштаба снимают непосредственно со схемы.

Для построения схемы достаточно двух пеленгований, но более надежным получается результат при нескольких пеленгованиях.

Пеленгование предмета осуществляют при помощи компаса или другого угломерного инструмента. При отсутствии их используют планшет, которым может служить лист фанеры, плотный картон, обрезок широкой доски или па­лубный столик.

Планшет с листом бумаги устанавливают над местом визирования. На ли­сте чертят линию, совпадающую с линией базиса. Пеленгатором служит деревян­ный брусок с ровным краем.

Наблюдатель в момент пеленгования, направляя срез бруска на предмет проводит карандашную линию и обозначает ее номером замера. Углы с планше­та снимают при помощи транспортира.

Рис. 79. К определению скорости движения судна с помощью пеленгова­ния с него предмета

Пеленгование осуществляют следующим образом. Наблюдатели, сверив свои часы, расходятся по местам. В одни и те же моменты, например через 15 или 20 с, они пеленгуют один и тот же предмет. Пеленгование может происходить по сигналам третьего наблюдателя. Определив пройденное расстояние и время, легко рассчитать скорость.

Предлагаемый способ применим для определения маневренных качеств суд­на: инерционного пути, циркуляции и др.

По относительной скорости сближения судов. Зная расстояния между встречными или обгоняемыми судами, а также скорость встречного или обгоняе­мого судна, можно определить скорость своего судна или, наоборот, по своей скорости рассчитать скорость встречного или обгоняемого состава. |

Обозначим: S - расстояние между судами, v1 - скорость нашего судна, v2 - скорость встречного или обгоняемого судна, t - время сближения. Тогда

В этой формуле знак плюс «+» берется для случая встречи судов, а знак минус (-) - обгона.

При обгоне судов относительная скорость сближения равна разности ско­ростей, а при встречах-сумме скоростей обоих судов. Другими словами, в пер­вом случае обгоняемое судно как бы стоит на месте, а обгоняющее идет со ско­ростью, равной разности их скоростей. Во втором - одно из судов как бы стоит, а другое идет со скоростью, равной сумме скоростей обоих судов.

Во время плавания приведенная формула имеет ограниченное применение и может быть использована лишь в частных случаях. Поэтому определение ско­рости, а также времени и расстояния, проходимых судами при встречах и об­гонах, может быть произведено по универсальной номограмме Д. К. Землянов-ского (рис. 80). Она проста в использовании, применима в судовых условиях и позволяет быстро решить любую задачу без промежуточных расчетов, при усло­вии, что суда движутся одинаковыми или параллельными курсами.

Номограмма имеет три шкалы, причем каждая из них для удобства - двой­ную размерность. Правило пользования номограммой понятно по ее ключу. Например, между теплоходом, идущим со скоростью 20 км/ч, и толкаемым соста­вом в момент подачи сигналов на расхождение расстояние равно 2,5 км. Требует­ся определить скорость состава, если время сближения равно 300 с.

Для определения скорости толкача прикладывают линейку (карандаш, лист бумаги, нитку) на верхней шкале к отметке 300 с(см. рис. 80), а на средней - к отметке 2,5 км. Ответ читают на нижней шкале - 30 км/ч. Это - совместная скорость сближения, следовательно, скорость толкача 10 км/ч.

Как известно, в судовых условиях при плавании по внутренним водным пу­тям зачастую нет возможности выполнять даже несложные арифметические рас.

Рис. 80. Номограмма для определения скорости движения судна, времени и рас­стояния, проходимых судами при встречах и обгонах

четы. Поэтому номограмма может быть использована для решения задач о вре­мени и пути при встречах и обгонах судов.

Покажем способы расчета по номограмме на примерах. Судоводители не должны стремиться к получению слишком точных величин, например десятых долей метра и секунды. При больших значениях расстояний вполне допустимо округление получаемых значении до сотни метров, при малых - до десятка или до метра.

Пример l. Скорость двух встречных сухогрузных теплоходов: идущего вниз- 23 км/ч, идущего вверх - 15 км/ч. Расстояние между судами 1,5 км. Следует определить время и расстояние, проходимые теплоходами до встречи.

Решение. Сумма скоростей теплоходов составит 38 км/ч. Находим на ниж­ней шкале точку с отметкой 38 км и прикладываем к ней линейку. Другой конец линейки прикладываем к отметке 1500 м на шкале расстояний, а ответ читаем на верхней шкале - 140 с.

Скорость сверху идущего теплохода 23 км/ч. Прикладываем линейку на нижней шкале к отметке 23 км, а другой конец линейки к отметке 140 с, ответ читаем на шкале расстояний - 900 м. Тогда путь, проходимый снизу идущим теплоходом, равен 600 м.

Пример 2. Состав длиной 150 м, идущий вверх со скоростью 8 км/ч, с расстояния 300 м, давая отмашку, начинает обгонять грузовой теплоход длиной 50 м, который идет со скоростью 14 км/ч. Рассчитать полное время и расстояние обгона.

Решение, Полное расстояние, т. е. с учетом длин теплохода и состава, рав­но 500 м (300 + 150 4" 50 = 500 м). Разница в скоростях составляет 5 км/ч.

Для определения времени один конец линейки прикладываем на левой шка­ле к отметке 6 км/ч, а середину линейки к отметке 500 м на шкале расстояний. Ответ читаем на верхней шкале - 320 с. Полное расстояние, проходимое об­гоняющим теплоходом с начала отмашки, равно произведению его скорости на время обгона. По номограмме это определяется уже известным способом. Конец линейки прикладываем к отметке 14 км/ч, а правый конец к отметке времени 320 с. Ответ читаем на средней шкале - 1250 м.

Как видно из приведенных примеров, с помощью номограммы можно легко и просто решать любые задачи по расхождению и обгону судов, находясь непосредственно на судне.

С помощью РЛС. Для определения скорости движения наибольшее приме­нение из числа технических средств находят радиолокаторы. На экране РЛС имеются неподвижные круги дальности (НКД), с помощью которых можно опре­делять расстояния. Некоторые РЛС имеют подвижные круги дальности (ПКД), с помощью которых еще удобнее измерять расстояния. Измерив по какому-либо предмету с помощью РЛС пройденное расстояние и заметив время, рассчи­тывают скорость движения.

По навигационной карте или по справочнику. В этом случае по карте или справочнику определяют пройденное расстояние, а по часам-время. Путем де­ления длины пройденного участка на время вычисляют скорость движения. Этот способ наиболее распространен при плавании на речных судах.

Постоянное знание судоводителем достоверной скорости своего судна является одним из важнейших условий безаварийного плавания.

Движение судна относительно дна со скоростью, называемой аб солютной, рассматривается в навигации как результат сложения вектора скорости судна относительно воды и вектора течения, действующего в районе плавания.

В свою очередь вектор скорости судна относительно воды (относи тельная скорость) является результатом работы судовых движителей и действия на судно ветра и волнения.

В условиях отсутствия ветра и волнения она наиболее просто определяется по частоте вращения винтов.

Знание скорости дает возможность определить пройденное судном расстояние S об в милях:

S об = V об t, (38)

где V об - скорость судна, определенная по частоте вращения винтов, уз; t - время плавания судна, ч.

Однако этот способ неточен, так как не учитывает изменение состояния судна (обрастание корпуса, изменение осадки), влияние ветра и волнения. На скорость судна относительно воды оказывают влияние следующие факторы.

1. Степень загрузки, крен и дифферент судна. Скорость судна изменяется с изменением осадки. Обычно в условиях хорошей погоды судно в балласте имеет несколько большую скорость, чем в полном грузу. Однако с усилением ветра и волнения потери в скорости судна в балласте становятся намного больше, чем судна в полном грузу.

Значительное влияние на изменение скорости оказывает дифферент. Как правило, дифферент на нос снижает скорость. К таким же результатам приводит значительный дифферент на корму. Оптимальный вариант дифферента выбирается на основании опытных данных.

Наличие крена судна вызывает его систематический уход с заданного курса в сторону повышенного борта, что является следствием нарушения симметрии обводов погруженной в воду части корпуса. По этой причине приходится чаще прибегать к перекладке руля для удержания судна на курсе, а это в свою очередь ведет к уменьшению скорости судна.

2. Ветер и волнение обычно действуют на судно одновременно и, как правило, вызывают потери в скорости. Встречные ветер и волнение создают значительное по силе сопротивление движению судна и ухудшают его управляемость. Потери в скорости в этом случае могут быть значительны.

Ветры и волнение попутного направления снижают скорость судна в основном за счет резкого ухудшения его управляемости. Лишь при слабом попутном ветре и незначительном волнении у отдельных типов судов наблюдается небольшое увеличение скорости.

3. Обрастание корпуса наблюдается при плавании судов в любых условиях как в пресной, так и в соленой воде. Наиболее интенсивно обрастание происходит в теплых морях. Следствием обрастания является увеличение сопротивления воды движению судна, т.е. снижение скорости. В средних широтах через шесть месяцев уменьшение скорости может достигать 5 - 10%. Борьба с обрастанием ведется путем систематической очистки корпуса судна и его окраски специальными не
обрастающими красками.

4. Мелководье. Влияние мелководья на уменьшение скорости судна
начинает сказываться при глубинах в районе плавания

H ≤4T cp + 3V 2 /g,

где Н - глубина, м.

Т cp , - средняя осадка судна, м;

V - скорость судна, м/с;

g - ускорение силы тяжести, м/с 2 .

Таким образом, определенная для конкретных условий плавания зависимость скорости судна от частоты вращения винтов под влиянием перечисленных факторов будет нарушена. В этом случае расчеты пройденного судном расстояния, выполненные по формуле (38), будут содержать значительные ошибки.

В практике судовождения скорость судна иногда рассчитывают, используя известную зависимость

V=S / t,

где V - скорость судна относительно грунта, уз;

S - расстояние, пройденное с постоянной скоростью, мили; t - время, ч.

Учет скорости и пройденного судном расстояния осуществляется наиболее точно с использованием специального прибора - лага.

Для определения скорости судна оборудуются мерные линии, к районам расположения которых предъявляются следующие требования:

отсутствие влияния мелководья, что обеспечивается при минимальной глубине, определяемой из соотношения

Н/Т ≥ 6,

где Н - глубина района мерной линии, м; Т - осадка судна, м;

защищенность от господствующих ветров и волнения;

отсутствие течений или наличие слабых постоянных течений совпадающих с направлениями пробегов;

возможность свободного маневра судов.

Рис. 23. Мерная линия

Оборудование мерной линии (рис. 23), как правило, состоит из нескольких параллельных секущих створов и одного ведущего, перпендикулярного к ним. Расстояния между секущими створами вычисляются с высокой точностью. В большинстве же случаев линия пробега судов обозначается не ведущим створом, а выставленными вдоль нее буями или вехами.

Обычно замеры делаются при полной загрузке и в балласте для основных режимов работы двигателей. В период выполнения замеров на мерной линии ветер не должен превышать 3 баллов, а волнение - 2 баллов. Судно не должно иметь крена, а дифферент должен быть в оптимальных пределах.

Для определения скорости судну необходимо лечь по компасу на курс, перпендикулярный линиям секущих створов, и развить заданную частоту вращения движителей. Измерение продолжительности пробега обычно производится по показаниям трех секундомеров. В момент пересечения первого секущего створа пускают секундомеры и через каждую минуту замечают показания тахометров. Секундомеры останавливаются с пересечением второго секущего створа.

Рассчитав среднее время продолжительности пробега по показаниям секундомеров, определяют скорость по формуле

V = 3600S/t, (39)

где S - длина пробега между секущими створами, мили;

t - средняя продолжительность пробега между секущими створами, с; V - скорость судна относительно грунта, уз.

Частота вращения движителей определяется как среднее арифметическое значение из показаний тахометров за время пробега.

Если в районе мерной линии отсутствует течение, то скорости относительно грунта и воды равны. В этом случае достаточно сделать всего один пробег. При наличии в районе маневрирования постоянного по направлению и скорости течения необходимо делать два пробега в противоположные стороны. Относительная скорость судна V 0 и частота вращения движителей п в этом случае будут определяться по формулам:

Vo=(V 1 +V 2)/2, (40)

n=(n 1 + n 2)/2, (41)

Рис. 24. График зависимости скорости от частоты вращения движителей

где V 1 , V 2 - скорости судна относительно дна на первом и втором пробегах; n 1 и n 2 - частота вращения движителей на первом и втором пробегах.

При действии в районе мерной линии равномерно меняющегося течения рекомендуется делать третий пробег в том же направлении, что и первый, а скорость, свободная от влияния течения, рассчитывается н о приближенной формуле

V 0 = (V 1 + 2V 2 + V 3)/4. (42)

Если же характер изменения течения неизвестен или желают получить более точный результат, то делают четыре пробега и скорость рассчитывают по формуле

V 0 = (V 1 + 3V 2 + 3V 3 +V 4)/8. (43)

Средняя частота вращения движителей в этих случаях рассчитывается для трех и четырех пробегов соответственно:

n = (n 1 + 2n 2 + n 3)/4; (44)

n = (n 1 + 3n 2 + 3n 3 +n 4)/8. (45)

Таким образом определяют скорость и частоту вращения движителей для нескольких режимов работы главных двигателей в грузу и в балласте. По полученным данным строят графики зависимости скорости от частоты вращения движителей при различной загрузке судна (рис. 24).

На основании данных графиков составляется таблица соответствия скорости хода частоте вращения гребных винтов или таблица соответствия частоты вращения винтов скорости судна.

Если по результатам прохождения мерной линии известна какая-либо скорость и соответствующая ей частота вращения винтов, то можно рассчитать значение скорости для любого промежуточного значения частоты вращения винтов по формуле Афанасьева

V И =V 0 (n 1 /n 0) 0, 9 , (46)

где V 0 - известная скорость при частоте вращения движителя п 0 ; V И, - искомая скорость для частоты вращения движителя n 1 .

Таким образом, определив скорость своего судна по графику зависимости ее от частоты вращения винтов, можно рассчитать пройденное расстояние в морских милях по формуле

где V 0 - скорость судна, уз; t - время плавания, мин.

Если же известно пройденное расстояние, то расчет времени плавания выполняется:v

По этим формулам составлены таблицы «Расстояние по времени и скорости» и «Время по расстоянию и скорости» в МТ - 75 приложения 2 и 3 соответственно.

Расчеты пройденного расстояния с использованием скорости, определенной по частоте вращения винтов V o6 , выполняются лишь при отсутствии лага или для контроля его работы.

5.2. Принципы измерения скорости судна

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

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.

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.).

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 приV >3 уз ., то индукционные®практически с0 уз.

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 судначастота 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 считаютсяабсолютными 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.

где S Л – действительное расстояние, пройденное судном;

РОЛ – расстояние, пройденное судном по счетчику лага (РОЛ=ОЛ 2 -ОЛ 1 )

(5.7)

где V 0 – истинная скорость судна;

V Л – скорость судна по показаниям лага.

5.3. Определение скорости судна. Поправка и коэффициент лага

Скорость судна или корабля (V ) и поправки их лагов (DЛ %) 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 иDЛ % различаются между собой только методикой получения истинного расстояния (S ), необходимого для расчета истинной скорости хода судна (V 0)®см. рис. 5.4, 5.5, 5.6.

Рассмотрим один из способов ®определение скорости хода судна (V ) и его поправки лага (DЛ %) на визуальной мерной линии.

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

Такой полигон должен отвечать следующим требованиям:

– располагаться в стороне от путей движения кораблей и судов;

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

– должен обеспечивать свободу маневра (V £36уз .®L = 3мили ;V £24уз .®L = 2мили иV £12уз .®L = 1миле );

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

– иметь глубины, исключающие влияние мелководья на скорость хода судна (при осадке в 5 м иV £30уз. Н ³ 95 м ).

Рис. 5.1. Визуальная мерная линия

Визуальная мерная линия оборудуется секущими (Б, В, Г ) створами (не<2-х), направление которых перпендикулярно линии пробега судна (рис. 5.1), 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 (DЛ %) сводится к следующему:

®судно, на установившемся режиме работы движителей, т.е. при постоянном числе оборотов движителей (винтов), делает пробег по ведущему створуА . (При отсутствии ведущего створа, курс на пробеге удерживается перпендикулярным направлению секущих створовБ, В, Г ).

При пересечении линии Iсекущего створа (Б ) по команде «Ноль!» включаются секундомеры наблюдателей и снимаются отсчет лага (ОЛ 1 ) и отсчет с суммарного счетчика оборотов движителей (n 1 ).

При пересечении линии IIсекущего створа (Г илиВ ) по команде «Ноль!» останавливаются секундомеры и снимаются: – отсчет лага (ОЛ 2 ) и отсчет с суммарного счетчика оборотов движителей (n 2 ).

®рассчитывается истинная скорость судна на пробеге по формуле:

(5.8)

где S – расстояние (из формуляра или описания мерной линии) между секущими створамиБ иГ (илиБ иВ илиВ иГ ) (т.е. длина пробега, которая устанавливается в зависимости от скорости хода судна на пробеге: еслиV <12уз . – 1миля; еслиV = 12¸24уз . – 2мили; еслиV >24уз . – 3мили );

t i – среднее время пробега в секундах (осредненное время всех секундомеров).

®рассчитывается скорость судна на пробеге по лагу по формуле:

(5.9)

где РОЛ = ОЛ 2 – ОЛ 1 – разность отсчетов лага (показаний счетчика лага).

®рассчитывается число оборотов движителей в минуту на пробеге по формуле:

(5.10)

где
.

®рассчитывается поправка лага в процентах (DЛ %) на пробеге по формуле:

(5.11)

®рассчитывается коэффициент лага (К Л ) на пробеге по формуле:

(5.12)

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

а) ®по 2 пробега®если скорость течения в районе мерной линии постоянна;

б) ®по 3 пробега®если течение не постоянно и его элементы (К Т , u 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 , N 1 , DЛ 1 %;

2-й пробег: V О2 , V Л2 , N 2 , DЛ 2 %;

3-й пробег: V О3 , V Л3 , N 3 , DЛ 3 %.

®рассчитываются для конкретного, назначенного, режима работы движителей средние значения искомых величин:

а) ®истинная (относительная) скорость хода судна (V О ) на режиме по формуле:

; (5.13)

б) ®скорость хода судна по лагу (V Л ) на режиме по формуле:

; (5.14)

в) ®число оборотов движителей (винтов) на режиме по формуле:

; (5.15)

г) ®поправку лага в процентах (DЛ %) на режиме по формуле:

; (5.16)

д) ®коэффициент лага (К Л ) на режиме по формуле:

. (5.17)

Примечание:

Если на режиме выполняется не 3 а 2 пробега, то формулы (5.13¸5.17) примут вид:

(5.13а )

(5.14а )

(5.15а )

(5.16а )

(5.17а )

II режим –V O II ,V Л II ,N O II ,DЛ II %,К Л II ;

III режим –V O III ,V Л III ,N O III ,DЛ III %,К Л III .

®по результатам замеров на мерной линии составляются:

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

Соответствие скорости хода частоте вращения движителей

и поправке (коэффициенту) лага

Скорость судна в процессе скоростных испытаний находят различными способами.

Широко распространено определение скорости судна на специальных мерных линиях, оборудованных береговыми секущими (поперечными) створами, расстояние между которыми точно известно. На мерной линии скорость судна определяют, по времени прохождения судном известного расстояния между створами. Этот способ - один из наиболее точных способов измерения скорости судна.

Известное применение имеют также кабельные мерные линии, являющиеся некоторой разновидностью упомянутых мерных линий с поперечными створами. На кабельной мерной линии судно проходит над электрическими кабелями, проложенными на дне фарватера поперек направления движения судна. По кабелям, расстояние между которыми должно быть точно известно, пропускают электрический ток. Специальная электронная аппаратура, установленная на судне, фиксирует момент прохождения судна над кабелем.

В последнее время для измерения скорости судна начали широко использовать различные радионавигационные системы, в частности фазовые.

Скорость судна с относительно меньшей точностью может быть также измерена с помощью собственной судовой радиолокационной станции, которая последовательно через короткие промежутки времени измеряет расстояние до какого-либо определенного объекта, хорошо отражающего радиоволны.

Измерение скорости судна по вееру пеленгов двух предметов или с помощью других штурманских методов, например по маякам, расстояние между которыми известно, не обладает достаточной точностью.

Все перечисленные и многие другие способы, включая и основной способ определения скорости судна на мерной линии, обладают одним общим недостатком, который заключается в том, что скорость судна находят относительно берега, а не воды. При этом на измерения накладывается трудно поддающееся точной оценке влияние ветровых или приливно-отливных течений. Между тем при проведении скоростных испытаний и для дальнейшего использования полученных данных необходимо знать скорость судна относительно окружающей его воды, т. е. при отсутствии течения. Поэтому условия и место проведения испытаний выбирают с таким расчетом, чтобы влияние течения было наименьшим или было направлено по возможности вдоль измерительного участка. В этих случаях пробеги судна на измерительных участках производятся во взаимопротивоположных направлениях и в определенной последовательности.

Несмотря на некоторую сложность определение скорости судна на мерной линии или с помощью радионавигационных средств всегда следует предпочитать измерению скорости с помощью штатных судовых и специальных лагов или гидрометрических вертушек вследствие низкой точности последних, хотя они и измеряют скорость судна непосредственно относительно воды.

Для скоростных испытаний следует использовать мерные линии, расположенные недалеко от места постройки или базирования судна, что позволит сэкономить время и топливо, необходимые для подхода к мерной линии. Кроме того, вследствие расхода топлива при переходе на отдаленную мерную линию трудно обеспечить заданное значение водоизмещения судна.

Глубина воды в районе мерной линии, т. е. ее измерительного участка и на подходе к нему (с обеих сторон), а также в районе поворота судна на обратный курс, должна быть достаточной для того, чтобы исключить влияние мелководья на сопротивление воды движению судна, а следовательно, на его скорость.

Известно , что система волн, создаваемая судном при его движении на мелководье, отличается от волновой системы на глубокой воде и Зависит от режима, характеризуемого так называемым числом Фруда на мелководье

Где σ - скорость судна, м/с; g -ускорение свободного падения, м/с2; Н - глубина фарватера, м.

Изменение характера волнообразования приводит к увеличению или уменьшению сопротивления движению судна и, следовательно, влияет на его скорость.

Одновременно развивается встречное течение воды, увеличивающее скорость обтекания корпуса и, следовательно, сопротивление трения судна. Полное исключение влияния мелководья требует больших глубин мерной линии, которые не всегда удается обеспечить (табл. 1).

Таблица 1. Значения минимальной глубины мерной линии, м

Вследствие этого при определении минимально необходимых глубин обычно исходят из потери скорости, обусловленной влиянием мелководья, составляющей 0,1% от измеряемой величины. Для соблюдения этих условий по волновому сопротивлению должно быть принято значение Frh≥0,5, а по сопротивлению трения
Именно исходя из подобного подхода правила проведения испытаний, разработанные 12-й Международной конференцией опытовых бассейнов, рекомендуют принимать минимально допустимую глубину на мерной линии большей, чем вычисленная по формулам
где В и Т - соответственно ширина и осадка судна. Аналогичный метод рекомендуется и отечественной нормалью ОН-792-68, однако формулы записываются в виде
Мерная линия по возможности должна быть расположена в районе, защищенном от господствующих ветров и морского волнения. Наконец, обязательным условием является наличие достаточного пространства по обоим концам мерной линии, необходимого для свободного маневрирования судна по окончании пробега на измерительном участке, поворота на обратный курс и разгона после поворота.

Допускаемые отклонения глубины воды на подходах к измерительному участку мерной линии не должны превышать ±5%.

Линия пробега судна на мерной линии должна находиться не менее чем в двух-трех милях от прибрежных опасностей. Несоблюдение этого условия создает угрозу того, что судно на больших скоростях, даже в случае правильного маневрирования, при заклинивании руля может сесть на мель.

Удовлетворить всем перечисленным выше требованиям не всегда возможно, поэтому количество полноценных мерных линий весьма ограничено.

В табл. 2 приведены некоторые данные, характеризующие мерные линии ряда иностранных государств . Как видно из таблицы, длина измерительных участков этих линий различна, а глубины многих из них недостаточны для испытаний относительно быстроходных судов.

На рис. 3 приведена схема мерной линии около Рокленда (США), на которой проводилось большое количество скоростных испытаний судов, в том числе исследовательских. Эта линия удовлетворяет большинству из перечисленных выше требований, однако она не защищена от западных ветров и вызываемого ими волнения. Длина измерительного участка равна одной морской миле (1852 м), длина каждого разгонного участка - трем морским милям. Мерная линия оборудована двумя береговыми поперечными (секущими) створами, перпендикулярными измерительному участку. Один из поперечных створов оборудован тремя знаками (щитами), другой - двумя.

Рис. 3. Схема мерной линии в Рокленде (США). Δ - створный знак.

Кроме того, вдоль линии пробега для ориентировки судоводителя расставлены вехи, указывающие границы разгонных и измерительного участков.

Многие мерные линии оборудуются так называемыми ведущими створами, на линии которых располагается измерительный участок. В настоящее время наличие ведущего створа не считается обязательным, хотя все еще существует мнение, что он необходим в тех случаях, когда в районе мерной линии имеется течение, не совпадающее с направлением мерной линии. Однако это мнение неправильно: простые геометрические построения показывают, что в этом случае при управлении судном по ведущему створу так же, как по компасу, судно проходит путь больший, чем расстояние между линиями створов. Именно поэтому выдвигается требование о том, чтобы направление течения совпадало с направлением мерной линии или во всяком случае составляло с ним угол, не превышающий 15-20°.

Створные знаки (рис. 4) мерных линий представляют собой щиты, которые устанавливают на такой высоте, чтобы их хорошо было видно с моря. Обычно передний щит, т. е. щит, расположенный ближе к измерительному участку мерной линии, устанавливается несколько ниже заднего с таким расчетом, чтобы в момент прохождения судна мимо створа щиты перекрывали друг друга, составляя в вертикальном направлении почти одно целое. По середине щитов наносят вертикальные ярко окрашенные полосы, которые также должны быть хорошо видны с моря.

Рис. 5. Линейная чувствительность створов.

1 - передний знак створа; 2 - задний знак створа.

Тем не менее наблюдатель, находящийся на судне, пересекающем под прямым углом поперечные створы мерной линии, практически не может абсолютно точно определить момент прохождения линии створа, т. е. момент, когда средние полосы щитов находятся на одной вертикальной прямой, как бы составляя продолжение друг друга.

Величина ошибки при определении момента полного накрытия средних полос щитов створа зависит от так называемой линейной чувствительности створа (рис. 5).

Разрешающая сила нормального глаза равна одной угловой минуте. Нанесем на линии пробега судна по мерной линии (рис. 5) отрезок A1A2, соответствующий одной угловой минуте. В промежутке A1A2 угол между двумя знаками оказывается меньше одной минуты, и, следовательно, любая точка в этом промежутке может служить за отметку начала замера скорости. Величина ОА1=ОА2 называется линейной чувствительностью створа и обозначается в дальнейшем буквой W.

Чтобы найти выражение для W, воспользуемся соотношением
tgα=tg(β-γ). (1.2)
преобразованным к виду

После подстановки в выражение (1.3) значений tg β и tg γ и простых преобразований будем иметь

Первым членом правой части выражения (1.4) можно пренебречь, так как он будет высшего порядка малости по сравнению с двумя последующими. Тогда уравнение (1.4) примет вид
dW = tg αDc (Dc + d), (1.5)
откуда

Заменив тангенс угла дугой и угол значением разрешающей способности глаза, а также введя коэффициент освещенности створа а" (для дневного света α"=2 и для ночного α"=3,5), получим значение линейной чувствительности створа (в метрах)

Где
Dс - расстояние от переднего знака секущего створа до ходовой части мерной линии, м; ао - угол разрешающей способности глаза; d - расстояние между створными знаками, м.

Приведем значения чувствительности секущих створов одной из зарубежных мерных линий:

Если принять чувствительность пары створов равной половине возможной абсолютной ошибки, то относительная погрешность длины мерного участка линии (створы 2-3) будет равна 0,4%.

Как видно из формулы (1.6), для уменьшения ошибки при определении расстояния между створами и, следовательно, увеличения чувствительности створов, необходимо, чтобы отношение Dc: d было как можно меньшим. Однако практически это отношение обычно не бывает меньше трех.

Чтобы оценить влияние ошибки при отсчете времени, а также влияние чувствительности створов и длины линии пробега на результаты измерения скорости, необходимо рассмотреть зависимость скорости судна от пути и времени
ν=s/t (1.9)
где v - среднее арифметическое значение нескольких измерений скорости, м/с; s - среднее арифметическое значение пути, м; t - среднее арифметическое значение времени пробега, с.

Как известно, погрешность результата косвенных измерений (скорость подсчитывается по измеренному пути и времени) слагается из погрешностей результатов каждого прямого измерения, входящего в косвенное. При косвенных измерениях находят относительную погрешность (среднюю квадратическую, вероятную или предельную) каждого прямого измерения и вычисляют суммарную относительную погрешность косвенного измерения. Так, в данном случае

где εν - относительная погрешность измерения скорости, .%; εs - относительная погрешность измерения пути; εt - относительная погрешность измерения времени пробега.

Выражая относительные ошибки через вероятные, получим

или, после подстановки t = s/v .

Где ρs - вероятная погрешность измерения пути, м; ρt - вероятная погрешность измерения времени пробега, с (согласно ρt = 0,5 с). Вероятная погрешность измерения пути

если чувствительность обоих створов принимается одинаковой и равной полусумме их чувствительностей, а число пробегов на режиме равным трем.

Подставив эти значения в формулу (1.12) и преобразовав ее, получим

Таким образом, величина ошибки будет зависеть от трех составляющих: чувствительности секущих створов, длины пробега по мерной линии и скорости судна.

В качестве примера в табл. 3 приведены данные о точности измерение скорости судна на одной из мерных линий. На основании этих данных можно сделать вывод, что измеряемые скорости независимо от скорости судна определяются с большой степенью точности. Так, на участке мерной линии между вторым и третьим створами погрешности при измерении скорости составляют 0,35-0,40%. С увеличением длины мерной линии (участок между первым и вторым створами равен одной миле, между вторым и третьим створами - двум милям и между первым и третьим - трем милям) погрешность измерения скорости резко уменьшается.

Однако это не означает, что пробеги целесообразнее делать на длинных мерных линиях, так как при этом увеличиваются погрешности, вызванные возможной неравномерностью работы главных механизмов на большом промежутке пути и влиянием возмущающих внешних воздействий, приводящих к отклонению курса от прямолинейного.

При назначении длины измерительного участка мерной линии следует также учитывать, что в ходе скоростных испытаний (в случае отсутствия автоматической аппаратуры для регистрации показаний приборов) иногда необходимо не менее восьми-десяти раз измерить крутящий момент на гребном валу или один-два раза снять индикаторные диаграммы, а также несколько раз измерить частоту вращения гребных валов и определить некоторые параметры работы энергетической установки. На все это требуется не менее четырех минут. Таким образом, минимальную длину пробега s на мерной линии, являющуюся функцией времени, необходимого для выполнения указанных измерений и определения скорости судна, можно вычислить по формуле
s = 0,067νs (1.15)
где νs - скорость судна, уз, s - пробег судна, мили.

Размерный коэффициент 0,067 соответствует приблизительно 4 мин, т. е. времени, необходимому для выполнения замеров.

В нашей жизни скорость передвижения транспортных средств измеряется в километрах в час (км/час). Так характеризуется движение автомобиля, поезда, самолета. Но из этого правила есть одно исключение. В морской навигации скорость движения судна обозначается в узлах. Эта единица измерения не входит в Международную систему СИ, но традиционно допускается для использования в мореходстве.

Измерение быстроходности судов

Такой порядок сложился исторически. Когда-то быстрота движения судна определялась при помощи специального прибора, который назывался секторный лаг . Он представлял собой доску, на конце которой был закреплен линь - тонкий корабельный трос. На всем его протяжении через равные промежутки были завязаны узлы. Моряк, касаясь троса рукой, подсчитывал количество узлов, прошедших через его руку за определенное время, определяя таким способом скорость сразу в узлах. Важно, что при этом способе не требовалось производить никаких дополнительных расчетов.

Лагами подобной конструкции уже давно никто не пользуется. Сейчас для измерения скорости морских судов применяют приборы на основе последних научных и технических достижений в области гидроакустики и гидродинамики. Популярностью пользуются измерители на основе эффекта Доплера . Существуют и более простые способы - при помощи специальных металлических вертушек, помещенных в воду. В этом случае скорость определяется исходя из количества их оборотов в единицу времени.

Морская миля

В переводе на обычный язык один узел означает скорость, с которой корабль проходит за час одну морскую милю. Поначалу ее величина равнялась 1853,184 метра. Именно такова длина поверхности Земли по меридиану в одну угловую минуту. И только в 1929 году Международная конференция в Монако установила длину морской мили в 1852 метра.

Необходимо помнить, что, кроме морской мили, существуют и другие. В прошлом в разных государствах в качестве единиц измерения длины существовало несколько десятков различных миль. После введения метрической системы мер мили в качестве единицы измерения расстояний стали стремительно терять популярность. Сегодня из всего многообразия сухопутных миль осталось лишь около десяти. Самой распространенной из них является американская миля . Ее длина составляет 1609,34 метра.

К длине земного меридиана привязана не только морская миля. Старинная французская мера длины морское лье равняется 5555,6 метрам, что соответствует трем морским милям. Интересно, что, кроме морского лье, во Франции существовало еще сухопутное, также привязанное к длине меридиана, и почтовое лье.

Правила перерасчета скорости

Сегодня быстроходность морских судов все так же измеряется в узлах. Для того чтобы представлять эту характеристику в привычной для нас форме, необходимо переводить их в километры в час. Это можно сделать несколькими способами :

1. Просто умножить количество узлов на 1,852 любым доступным способом, например, используя калькулятор.
2. Сделать примерный расчет в уме, умножив количество узлов на 1,85.
3. Применить специальные таблицы перевода из интернета.

Сделав подобный перерасчет, легко сравнить между собой скорости движения морских судов и других транспортных средств.

Рекордсмены среди судов

Быстроходность морских пассажирских судов обычно выше, чем торговых. Последний официальный рекорд («Голубая лента Атлантики») принадлежит американскому скоростному трансатлантическому лайнеру «Юнайтед Стейтс» . Он был установлен в 1952 году. Тогда лайнер пересек Атлантику со средней скоростью 35 узлов (64,7 км/час).

Печально знаменитый «Титаник» в своем единственном рейсе в момент столкновения с айсбергом в ночь с 14 на 15 апреля 1912 года шел практически на пределе своих технических возможностей со скоростью 22 узла. Наивысшая тогда скорость пассажирских лайнеров («Мавритании» и «Лузитании») равнялась 25 узлам (46,3 км/час).

Вот некоторые из морских судов, бывшие когда-то обладателями «Голубой ленты Атлантики»:

1. «Грейт Вестерн» (Великобритания) в 1838 году.
2. «Британия» (Великобритания) в 1840 году.
3. «Балтик» (Великобритания) в 1873 году.
4. «Кайзер Вильгельм дер Гроссе» (Германия) в 1897 году.
5. «Лузитания» (Великобритания) в 1909 году.
6. «Рекс» (Италия) в 1933 году.
7. «Куин Мери» (Великобритания) в 1936 году.

Существует отдельная категория судов - на подводных крыльях, которые используются для пассажирских перевозок и береговой охраны. Они могут развивать скорость свыше 100 км/час (60 узлов), но их область применения в море сильно ограничена исключительно прибрежной зоной и низкими экономическими характеристиками.

Смена приоритетов

С развитием авиации подобное активное соперничество среди океанских пассажирских судов потеряло свою актуальность. Пассажиры для пересечения Атлантики стали отдавать предпочтение самолетам, а судовладельческим компаниям пришлось переориентироваться на обслуживание туристов. Для круизных лайнеров важнейшими показателями стали надежность, комфортабельность и экономическая эффективность.

Оптимальная скорость современных океанских круизных теплоходов составляет обычно от 20 до 30 узлов, а для грузовых судов - примерно 15 узлов. Рекордное для того времени достижение «Юнайтед Стейтс» так и осталось наивысшим в истории. Для торговых судов приоритетными показателями сегодня являются прежде всего экономические. Погоня за рекордами окончательно ушла в прошлое.

Видео

В этой видеоподборке вы найдете много интересной информации по поводу измерения скорости морского транспорта.