авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |
-- [ Страница 1 ] --

ВЕСТНИК

МОРСКОГО

ГОСУДАРСТВЕННОГО

УНИВЕРСИТЕТА

Серия

Судовождение

Вып. 42/2010

УДК 656.61.052(066)

Вестник Морского государственного

университета. Серия: Судовожде-

ние. – Вып. 42/2010. – Владивосток : Мор. гос. ун-т, 2010. – 130 с.

Редакционная коллегия:

Лентарев А. А., д-р техн. наук, проф. (отв.ред.),

Лобастов В. М., канд. техн. наук, проф. (отв. ред.),

Завьялов В. В., д-р техн. наук, проф.,

Ермаков В.В., канд. юрид. наук, проф.

Морской государственный университет ISBN 978-5-8343-0610-8 имени адмирала Г. И. Невельского, 2010 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УСКОРЕНИЯ И СИЛ ТРЕНИЯ НА УСТОЙЧИВОСТЬ КАРАВАНА ПАКЕТИРОВАННОГО ПАЛУБНОГО ЛЕСНОГО ГРУЗА Аносов Н.М., Хоцкий М.И., МГУ им. адм. Г. И. Невельского, г. Владивосток Грузы, находящиеся на палубе в большей степени подвержены воздействию внешних факторов (ветра, волнения, намокания, обледе нения). Совместное действие ветра и волнения может стать пагубным.

Когда две или более волны складываются в одну, более высокую, пе ред ней может образоваться глубокая впадина. Её можно назвать «эпизодической волной» - случайной волной, значительно большей по высоте предыдущих и последующих – когда одна или более последо вательностей волн совпадают по фазе с другими, так что волна или волны большой амплитуды резко создают чрезмерную и быструю бортовую и/или килевую качку судна. Поэтому, размещение и креп ление палубного груза и заводка найтовов требуют особого внимания, как в отношении способа крепления, так и оборудования, используе мого для крепления, во избежание ненужного риска.

За период с 1998 по 2009 год произошло более 50 случаев ава рийного смещения груза. При тщательном расследовании смещения палубных лесных грузов можно выделить основные причины потерь:

1. Неблагоприятная погода на переходе;

2. Недооценка различных сил, встречаемых на переходе;

3. Игнорирование обязательных правил и руководящих реко мендаций;

4. Нехватка времени и/или персонала для завершения необхо димой работы перед отходом судна в рейс;

5. Неправильное использование сепарации под груз;

6. Несоответствующая прочность, равновесие и/или количест во крепежного материала;

7. Огоны и петли стальных тросов сделаны неправильно, включая неправильное использование зажимов;

8. Недостаток прочностной целостности между различными компонентами крепления;

9. Неправильное, неуравновешенное размещение и несоответ ствующее распределение веса;

10. Отсутствие профессионализма работников береговых под разделений портов, для того, чтобы работа была выполнена надлежа щим образом.

Часть из вышеназванных причин можно соотнести с человече ским фактором, в то время как другие причины аварийности непо средственно связаны с внешними факторами ветра и волнения. Рас смотрим влияние качки и ускорения на судно и палубный груз и най дем условие несмещаемости груза.

Инерционные силы, вызванные качкой, действуют на механиз мы, оборудование и грузы, расположенные на судне. Это может при вести к тому, что недостаточно хорошо закреплённые грузы могут быть сорваны со своих мест и послужить причиной серьёзной аварии в условиях волнения[1].

Рассмотрим груз массой mгр, расположенный в точке с коорди натами угр и zrp. Инерционная сила, действующая на такой груз, будет зависеть от ускорения свободного падения g и ускорения от качки а (9.1):

(1.1) В проекциях на оси координат, связанных с судном, получаются выражения:

;

(1.2) Рассмотрим задачу, когда судно стоит лагом к регулярному вол нению и колебания вдоль оси x отсутствуют. Тогда ускорения каса тельные и нормальные к палубе будут состоять из ускорений свобод ного падения, бортовой и вертикальной качки:

(1.3) Вначале рассмотрим ускорение свободного падения (рис. 1.1).

В произвольный момент времени проекции ускорения g на на правления параллельные и перпендикулярные палубе будут зависеть от текущего угла крена. Будем предполагать углы крена настолько малыми, что sin, cos l.

Из рис. 1.1 видно, что в произвольный момент времени, когда судно будет иметь угол крена, проекции ускорения свободного па дения будут:

Рис 1.1 Ускорения свободного падения Рассмотрим ускорение от бортовой качки (рис.1.2).

Рис 1.2 Ускорения от бортовой качки Вектор будет иметь проекции параллельную палубе, пер пендикулярную палубе. Однако вычислять нам удобнее каса тельную и центростремительную составляющие этого ускорения.

Тогда выражения для проекций ускорения будут иметь вид:

Входящие в эти уравнения величины могут быть найдены по формулам:

. (1.5) Касательное и центростремительное ускорения находятся по формулам:

;

(1.6) Перемещения при качке и их производные определяются фор мулами:

Теперь выражения для проекций ускорений от бортовой качки будут иметь вид:

(1.7) ;

Проекции ускорений от вертикальной качки находятся по фор мулам:

(1.8) Подставляя в (1.3) выражения (1.4), (1.7) и (1.8), получим окон чательные выражения для проекций ускорений (1.9) и (1.10).

Графики этих ускорений в долях от g даны на рис. 1.4. На рис.

1.5 представлен полный вектор ускорений. Обращает на себя внима ние, что на вершине волны и нормальная, и касательная составляю щие ускорения больше, чем на подошве. Знание этих ускорений по зволяет вычислить силы, которые будут действовать на груз при качке.

Рис.1.3 Ускорения от вертикальной качки В качестве груза рассмотрим для примера монолитный груз, стоящий на палубе. Масса груза mгр, высота 2hrp, ширина основания d (рис.1.6).

Касательная и нормальная силы будут равны:

Смещение груза начнётся, если горизонтальная сила превысит силу трения. Последняя найдётся, если силу нормального давления умножить на коэффициент трения покоя:

Следовательно, условие несмещаемости груза будет:

(1.11) Экспериментально установлено, что для большинства сухих по верхностей коэффициент трения почти не зависит от силы нормально го давления и от площади соприкосновения, но зависит от материала и состояния трущихся поверхностей. Некоторые коэффициенты тре ния представлены в табл.1.1.

Таблица 1. Некоторые коэффициенты трения Дуб - (поп ер ёк сух ой 0, вол ок он ) мокрый 0, Дер ев о - дер ев о (гладк ое) 0, Дер ев о - сталь 0, Сталь - сталь 0, Если груз имеет упор в точке А, то возможно его опро кидывание. Оно произойдёт, если опрокидывающий момент Monp=Pyhrp станет равным или превысит удерживающий момент Myfl=Pz d/2. Опрокидывание груза может произойти и при отсутствии упора, если опрокидывающий момент превысит удерживающий, а си ла Py при этом будет меньше силы трения Pf. Тогда условие неопро кидывания груза будет:

(1.12) Соотношение между касательными и нормальными ускорения ми является критерием неподвижности незакреплённых грузов, а нормативами неподвижности будут выражения (1.11) и (1.12)[1].

Зная силы, которые будут действовать на груз при качке, можно рассчитать крепления, предотвращающие смещение груза.

Данное условие не может быть выполнено при перевозке лесно го упакованного в полимерные покрытия пакетированного груза, так как, коэффициент трения при намокании и обледенении груза стре мится к нулю.

По сей день не существует всеобъемлющей физической и мате матической теории, объясняющей явления трения, поэтому основная часть теории базируется на результатах экспериментов, которые пока зали, что:

коэффициент трения не зависит от площади соприкасающихся поверхностей, если только такая площадь не слишком мала – настоль ко, что одно тело начинает проникать в другое, или другими словами давление становится слишком большим;

тем не менее, коэффициент трения не зависит от давления одно го тела на другое при достаточной площади соприкосновения;

коэффициент трения не зависит от скорости взаимного переме щения поверхностей в широком диапазоне скоростей. [2] Коэффициент трения зависит от состояния контактирующих по верхностей и от вида материалов и уменьшается до определенного предела с улучшением чистоты поверхности (гладкости и.т.д.). Если между трущимися поверхностями появляются жидкие вещества, иг рающие роль смазки, такое трение называется вязким трением. Коэф фициент трения может быть определен для различных состояний по верхностей. Например: влажной, грязной, засаленной и т.д. [2, 3] Обычно используют два различных коэффициента трения скольжения: статический, когда соприкасающиеся тела находятся в состоянии покоя, и динамический, когда тела скользят одно по по верхности другого. Существует также еще один коэффициент трения трения качения, который почти на порядок ниже трения скольжения.

В принципе, статические и динамические коэффициенты трения скольжения одинаковы. Практически же, поверхности становятся глаже в результате начального смещения. Вот почему в опытах стати ческий коэффициент трения обычно больше, чем динамический.

В своей работе Карпович О.Е.[2] провел исследования опреде ления пределов изменения коэффициентов трения пар, существующих в структуре штабеля.

Были выполнены исследования коэффициентов трения 17 под готовленных образцов полимерных пленок и 2 видов стропов во всех возможных сочетаниях пар трения.

Результаты испытаний представлены в виде графиков на рис.

1.7. Овалами выделены зоны наиболее опасных сочетаний пар трения со значениями углов трения от 11°до 23°.

Анализ результатов позволяет определить полимерные пленки № 9, 11, 14 и 17, как обладающие опасно низким углом (коэффициен том) трения. Реальная комбинация полимерных пленок, используемых в качестве накидок на пакеты пиломатериалов в каждом рейсе судна, является случайным событием, поскольку зависит в основном от на личия продукции того или иного лесопильного завода в комплектации конкретной судовой партии.[2] При укладке груза в пакетах, как бы мы ни старались уложить пакеты как можно ближе друг к другу, вплотную их разместить все равно не получится. В итоге при качке будут возникать моменты сил, опрокидывающих груз, с довольно значительными значениями плеч.

123 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Номера образцов Рис. 1.7. Результаты испытаний различных комбинаций пар трения Проведем математические исследования определения зависимо сти усилий, возникающих в найтовых при перевозке лесного груза в пакетах, в зависимости от коэффициента трения между грузом (его упаковкой) и палубой при различных способах укладки груза. При мем начальное значение коэффициента трения равным 0,5 (что соот ветствует трению «металл по дереву») и будем уменьшать его значе ние с шагом 0,05.

Расчет крепления палубного груза (поперечная укладка палубного каравана)[4] Исходные данные:

максимальный угол крена, max = 31,5° масса груза, m =663,6 т.

координата ЦТ груза относительно ЦТ судна, Z =7,05 м.

период бортовой качки, T =25,2° высота волны, hв =21 м. (принята к расчетам максимально возможная в северной части Тихого океана) координата ЦТ груза относительно ЦТ судна, Y = l b h 18, 75 19,84 6 - линейные размеры груза, длина между перпендикулярами, L = 122 м.

высота борта, H = 8,8 м.

осадка, T = 6,88 м.

метацентрическая высота, h = 0,36 м.

скорость судна, V = 13 уз.

высота фальшборта над верхней палубой, hф-п = 1,5 м.

координаты центра тяжести, x*y*z = 5*0*11,8 м.

расчетная высота волны 3х-процентной обеспеченности принимается h3%=11 м.

= 20° - угол естественного откоса груза;

= 31,5° - расчетный угол крена судна;

Z = 0;

3,5;

7;

- отстояние рассматриваемых сечений стензеля от палубы;

L= 1,5 м - расстояние между стензелями, yo = 0,385 т/м - объемная масса лесного палубного груза.

f = 0,5;

0,45;

0,4;

0,35;

0,3;

0,25;

0,2;

0,25;

0,2;

0,15;

0,1;

0,05;

0 – коэффициент трения скольжения.

1) При бортовой качке на судно действуют силы инерции и тяжести, суммарную поперечную составляющую можно опреде лить из:

2 h max z в sin max 3787, 636 кН Py m g sin max T 2 Это усилие смещает груз и создает опрокидывающие моменты.

2) Минимальная суммарная составляющая сил инерции и тяжести, действующая по оси OZ, может быть определена из:

2 h max y в cos max 5181, 281 кН Pz m g cos max T 2 3) Расчет сил, действующих на судно, производится по формулам:

F ( x ) m a( x) Fw ( x ) Fs ( x) 4554,305 кН, F ( y ) m a ( y ) Fw ( y ) Fs ( y ) 5975,107 кН, F ( z ) m a ( z ) 2311,319 кН ;

где a(x,y,z) – продольное, поперечное и вертикальное ускорения, a(x) = 3,078 м/с a(y) = 5,427 м/с a(z) = 3,483 м/с Fw ( x) 1, 5 b h 178,56 Н - продольная сила ветрового давления, - поперечная сила ветрового давления, Fw ( y ) 1,5 l h 168, 75 Н Fs ( x ) p b h 2333,184 Н - продольная сила удара волн, Fs ( y ) p l h 2205 Н - поперечная сила удара волн, p = 7,4 кН/м2 при высоте заливания 0,6 м, p = 19,6 кН/м2 при высоте заливания 1,2 м.

В диапазоне величин заливания более 0,6 м и менее 1,2 м значе ния p определяются линейной интерполяцией.

4) Усилия, возникающие в найтовых при бортовой качке под действием опрокидывающих моментов:

Py hg Fw ( y ) hn Fs ( y ) hз 0,5 Pz b, Fн 1801,38 кН b sin 1 hk cos где hк = 6 м – расстояние по вертикали от палубы до верхней точки крепления найтова;

b = 15,36 м – ширина груза на палубе;

hg – расстояние по вертикали от палубы до середины груза;

hп – половина высоты площади парусности;

hз – половина высоты заливания;

1 = 45° – угол между поперечным найтовым и палубой;

Условно можно принять hп = hз = hg = половине высоты груза = 3 м.

под действием сил, смещающих груз (расчеты ниже приве дены для f = 0,5):

F ( y ) f Pz 3190,906 кН, Fн cos 1 f sin Из полученных значений Fн выбирается большее, которое и принимается за усилие, возникающее в найтовых при бортовой качке.

5) Усилия, возникающие в найтовых при килевой качке:

F ( x) f Pz, Fн1 1851,36 кН cos 2 f sin где 2= 45° – угол между продольным найтовым и палубой.

Зависимость усилия, возникающего в найтовах при килевой и бортовой качке, от коэффициента трения Таблица 1. 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0, f Fн 3223,17 3583,64 3969,87 4384,7 4831,45 5313,93 5836,62 6404,76 7024,56 7703,38 8450, Fн1 1883,62 2197,91 2534,64 2896,32 3285,82 3706,45 4162,19 4657,53 5197,90 5789,74 6440, Рис. 1. Зависимость усилий, действующих на груз при продольно поперечной укладке, от коэффициента трения Таблица 1. f 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 X -40,87 -21,82 -2,775 16,275 35,324 54,374 73,423 92,473 111,52 130,57 149, Y 334,64 353,69 372,74 391,79 410,84 429,89 448,94 467,99 487,04 506,09 525, Рис. 1. Зависимость суммарной боковой нагрузки на трёх уровнях стензеля от коэффициента трения (лесной пакетированный па лубный груз рассматривается как монолит) Таблица 1. 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 f Z рсум 274,78 278,51 282,24 285,96 289,59 293,32 297,04 300,77 304,50 308,22 311,85 рсум 294,98 298,71 302,44 306,16 309,89 313,52 317,25 320,97 324,70 328,42 332,15 3, рсум 315,28 318,91 322,64 326,37 330,09 333,82 337,54 341,17 344,8999 348,63 352,35 Рис. 1. Зависимость усилий, возникающих в найтовых при бортовой и килевой качке, от метацентрической высоты Таблица 1. h 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0, Fн(для 0,5) 3102,785 3131,4473160,1093188,771 3217,433 3246,095 3274,757 3303,419 3332, Fн(для 0,15) 6357,659 6368,8756380,09 6391,306 6402,521 6413,737 6424,952 6436,168 6447, Fн1(для 0,5) 1763,24 1791,9021820,5641849,226 1877,888 1906,55 1935,212 1963,874 1992, Fн1(для 0,15)4610,426 4621,6414632,8574644,073 4655,288 4666,504 4677,719 4688,935 4700, 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 h Fн(для 0,5) 3360,74 3389,40 3418,07 3446,73 3475,39 3504,05 3532,72 3561,38 3590, Fн(для 0,15) 6458,599 6469,8146481,03 6492,245 6503,461 6514,677 6525,892 6537,108 6548, Fн1(для 0,5) 2021,198 2049,86 2078,5212107,183 2135,845 2164,507 2193,169 2221,831 2250, Fн1(для 0,15)4711,366 4722,5814733,7974745,012 4756,228 4767,443 4778,659 4789,875 4801, Рис. 1. Из проведенных исследования видно, что усилия в найтовых увеличиваются при уменьшении коэффициента трения, а следова тельно не будет выполнено основное условие несмещаемости гру за (1.11).

В данном исследование использовали палубный пакетирован ный груз, как монолит, чем он на самом деле не является, так как, па кеты не скреплены между собой и существует пространство между пакетами в среднем от 0,02 до 0,07 м. (в среднем по штабелю до 0,6 м). При намокании и обледенении, трение между пакетами будет уменьшаться, а сила сдвига будет увеличиваться. На силу сдвига так же будет влиять ускорение, которое в свою очередь зависит от распо ложения центра тяжести палубного груза.

Следовательно, усилия, возникающие в найтовых при качке, бу дут равны сумме инерционных сил, действующих на каждый пакет в каждом ярусе.

(1.12) где: Pg - вес n – число пакетов в ярусе;

aj – ускорение на данном ярусе.

Согласно выражению (1.12) при штормовой погоде, намыкании и обледенение груза усилия, возникающие в найтовых, будут на столь3ко велики, что найтовы, стензеля и фальшборт могут не выдер жать данной нагрузки. Анализ смещения палубных пакетированных грузов в аварийных случаях на т/х «Синегорск», «Высокогорск» и «Ice Prince» подтверждает данные выводы.

Для предотвращения смещения пакетированных лесных палуб ных грузов необходимо, чтобы груз был монолитным, то есть не про исходило смещение пакетов внутри яруса и каравана.

Литература 1. Маков Ю.Л. Качка судов. – Калининград: 2007. 321 с.

2. Карпович О.Е. Актуальные вопросы обеспечения безопасно сти морской перевозки грузов. / Сборник научных трудов ЦНИИМФа.

Проблемы развития морского флота. - СПб: 2004. С. 142-147.

3. Карпович Е.Б., Карпович О.Е. Некоторые вопросы нормиро вания безопасности перевозки лесных грузов на судах смешанного (река-море) плавания. / Труды международной научно-практической конференции, посвященной 300-летию Санкт-Петербурга. Том 1.

СПб.: ИИЦ СПГУВК,2003. СЛ 09-113.

4. Правила безопасности морской перевозки лесных грузов.4 М,Том2. Книга 2. - СПб.: ЦНИИМФ, 1997.

5. Кодекс безопасной практики для судов, перевозящих лесные палубные грузы. (Резолюция А.715(17) в книге «Сборник кодексов ИМО» - СПб.: ЗАО ЦНИИМФ, 1997. - 330 с. С. 108-178.

6. Снопков В.И. Технология перевозки грузов морем. – СПб.:

АНО НПО «Мир и семья», 2001. - 560 с.

ЗАДАНИЕ БОЛЬШОГО ЭЛЛИПСА УГЛОМ ПРЯМОГО ВОСХОЖДЕНИЯ Коркишко С. В., Комаровский Ю. А., МГУ им адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток Развитие спутниковых навигационных технологий приводит к формулированию новых задач. Примером тому служит задача расчёта геодезических координат подспутниковых точек трассы пролёта спутника системы Навстар GPS. Интерес к способам расчёта коорди нат точек трассы проявился при построении алгоритмов вычислений азимутов спутников в спутниковых компасах.

В первом приближении трасса представляет собой след от пе ресечения поверхности земного эллипсоида плоскостью орбиты, про ходящей через центр эллипсоида. В такой постановке трасса пред ставляет собой эллипс, который принято называть большим по анало гии с большим кругом в навигации. Положение орбиты каждого спут ника относительно нулевого (Гринвичского) меридиана и плоскости экватора задаётся наклонением орбиты A и долготой точки прямого восхождения A. Для дальнейших рассуждений и выводов воспользу емся рис. 1.

Рис. 1. Геометрия большого эллипса На рис. 1 точка A является проекцией точки прямого восхожде ния орбиты спутника на поверхность земного эллипсоида. Будем на зывать точку A точкой прямого восхождения большого эллипса. Она определяется моментом перехода подспутниковой точки из южного полушария земного эллипсоида в северное полушарие. Понятно, что в точке A угол между экватором и дугой большого эллипса будет равен углу наклонения плоскости орбиты A. Назовём A углом прямого вос хождения большого эллипса. Получим уравнение большого эллипса и выражения для вычисления его параметров, задаваясь углом A и ве личинами большой a и малой b полуосей земного эллипсоида.

Рассмотрим сечение земного эллипсоида (сфероида) x2 y 2 z 2 1 (1) a2 b плоскостью, проходящей через точку на экваторе A с долготой A, под углом A к плоскости экватора. Согласно работе [1], широта V точки V, называемой вертексом, будет вычисляться по формуле a2 tg A tg V 2 tg A, 1 e b где e – первый эксцентриситет земного сфероида.

Найдем уравнение линии сечения в координатах плоскости се чения. Координаты единичного вектора нормали к плоскости будут n sin A cos A ;

sin A sin A ;

cos A 2 sin A sin A ;

sin A cos A ;

cos A, то есть уравнение плоскости сечения описывается нормальным урав нением x sin A sin A y sin A cos A z cos A. (2) Новую ось абсцисс направим по OA, новую ось ординат – по OV, новую ось аппликат – по n. Таким образом, элементами нового базиса будут векторы e1 cos A ;

sin A ;

0, e cos A sin A ;

cos A cos A ;

sin A, e sin A sin A ;

sin A cos A ;

cos A.

Эта тройка векторов ортонормированна. Действительно, e1 cos 2 A sin 2 A 1 1, 2 cos A cos A sin 2 A cos A sin A e cos 2 A cos 2 A sin 2 A sin 2 A cos 2 A sin 2 A 1, 2 sin A cos A cos 2 A sin A sin A e sin 2 A sin 2 A cos 2 A cos 2 A sin 2 A cos 2 A 1, e1 e cos A sin A cos A cos A sin A cos A 0 0, e1 e3 sin A sin A cos A sin A sin A cos A 0 0, e e3 sin 2 A sin A cos A cos 2 A sin A cos A sin A cos A sin 2 A cos 2 A sin A cos A sin A cos A sin A cos A sin A cos A 0.

Согласно работе [2], матрица перехода будет иметь вид cos A cos A sin A sin A sin A L sin A cos A cos A sin A sin A, (3) 0 sin A cos A а обратная матрица cos A sin A cos sin cos A cos A sin A.

L1 (4) A A sin sin sin A sin A cos A A A Следовательно, на основании (3) и работы [2] можно записать формулы перехода к новому базису x x cos A y cos A sin A z sin A sin A, y x sin A y cos A cos A z sin A cos A, (5) z y sin A z cos A, а на основании (4) запишутся формулы обратного перехода x x cos A y sin A, y x cos A sin A y cos A cos A z sin A, (6) z x sin sin y sin sin z cos.

A A A A A Подставив (5) в (2), найдем уравнение секущей плоскости отно сительно новой системы координат x cos A y cos A sin A z sin A sin A sin A sin A x sin A y cos A cos A z sin A cos A sin A cos A y sin A z cos A cos A 0, x sin A sin A cos A sin A sin A cos A y cos A sin A sin 2 A cos A sin A cos 2 A cos A sin A z sin 2 A sin 2 A sin 2 A cos 2 A cos 2 A 0, z 0. (7) Подставив (5) в (1), найдем уравнение сфероида относительно новой системы координат x cos A y cos A sin A z sin A sin A a 2 x sin A y cos A cos A z sin A cos A y sin A z cos A 1, a2 b 2 2 2 2 2 sin 2 A 2 cos A sin A cos A cos A 2 cos A sin A x y a2 a2 b 2 2 2 cos 2 A 2 sin A sin A sin A cos A z a2 b cos A cos A sin A cos A cos A sin A 2 xy a sin A cos A sin A sin A cos A sin A 2 xz a cos A sin A sin 2 A cos A sin A cos 2 A sin A cos A z 2 y 1, a2 b x cos 2 A sin 2 A cos 2 A 2 sin A y z a2 b2 b a a 1 yz 2 2 sin 2 A 1.

b a Подставив в последнее выражение значение z из (7), получим x y 2 b 2 cos2 A a 2 sin 2 A 1.

a2 a 2b ( x)2 ( y) 1 с полуосями Это уравнение большого эллипса (a)2 (b) b2 b a 2b 2 1 e a a, b 2 b 2 1 cos 2 A b cos 2 A a 2 sin 2 A b 2 cos 2 A 1 e b2 1 e b a cos 2 A e 2 cos 2 A 1 cos 2 A 1 e2 cos 2 A 1 e 2 cos 2 A и эксцентриситетом (a)2 (b)2 (b) 2 1 e c e 1 1 (a)2 (a)2 1 e 2 cos 2 A a 1 e 2 cos 2 A 1 e 2 e2 (1 cos 2 A ) e sin A, 2 2 2 1 e cos A 1 e cos A 2 1 e cos A где c – половина расстояния между фокусами.

В параметрическом виде большой эллипс будет описываться уравнениями (см. [1]), где t – приведенная широта, x a cos t a cos t, 1 e y b sin t a sin t 1 e 2 cos 2.

A Подставляя эти соотношения в (5) получим параметрические уравнения эллипса сечения в исходной декартовой системе координат.

1 e x a cos t cos A sin t sin A cos A, 1 e 2 cos 2 A 1 e y a cos t sin A sin t cos A cos A, (8) 1 e 2 cos 2 A 1 e z a sin t sin.

A 1 e 2 cos 2 A Связь между прямоугольными декартовыми и геодезическими координатами устанавливается следующим образом:

x a cos cos, 1 e2 sin a cos sin y, 1 e 2 sin z a 1 e sin.

1 e 2 sin Тогда последовательно получим x a sin cos a sin sin ctg.

y 1 e 2 sin 2 1 e 2 sin Откуда x x arcctg y 90 arctg y, y (9) arcctg x 180 90 arctg x, y y y a 1 e 2 sin z a cos 1 e 2 tg.

2 2 2 2 1 e sin 1 e sin x y Следовательно, z. (10) arctg (1 e2 ) x 2 y Подставив (8) в (9) и (10), можно получить параметрические уравнения для широты и долготы точек эллипса сечения.

В большинстве спутниковых компасов траектория подспутни ковой точки представляется ортодромией. Полученные выражения для большого эллипса позволяют точнее вычислять координаты под спутниковой точки и, следовательно, направление на неё с судна.

Литература 1. Кожухов В. П. Математические основы судовождения / В. П. Кожухов, В. В. Григорьев, С. М. Лукин. – М.: Транспорт, 1987. – 208 с.

2. Бугров Я. С. Элементы линейной алгебры и аналитической геометрии / Я. С. Бугров, С. М. Никольский. – М.: Наука, Главная ре дакция физико-математической литературы, 1980. – 176 с.

РАСЧЁТЫ ПРОЙДЕННОГО СУДНОМ РАССТОЯНИЯ ПО ИНФОРМАЦИИ ОТ GPS-ПРИЁМНИКА GP- Комаровский Ю. А., МГУ им. адм. Г. И. Невельского, г. Владивосток Большинство современных типов судовых приёмников спутни ковой радионавигационной системы (СРНС) Навстар GPS лишено функции оперативного учёта пройденного расстояния. Этот недоста ток заметно снижает эффективность применения GPS-приёмников в современных технологиях судовождения, сводя роль приёмников к датчикам обсервованных координат. Тем не менее, каждый тип судо вого приёмника СРНС Навстар GPS обладает потенциалом, реализа ция которого существенно расширит круг решаемых навигационных задач и приведёт к автоматизации их выполнения.

Большие возможности GPS-приёмников заключаются в одно временном отображении на индикаторе и выводе на внешние устрой ства текущих плановых геодезических координат судна и элементов вектора абсолютного движения судна, точнее, точки установки антен ны приёмника. Так как координаты и элементы вектора в GPS приёмниках определяются по разным каналам измерения [1,2], то с этих позиций открываются дополнительные перспективы получения текущих счислимых координат судна, вектора его расчётной абсо лютной скорости, а также перспективы оперативной диагностики по тери функциональной надёжности самого приёмника.

Так как центр поворотливости судна в общем случае не совпа дает с местом установки антенны GPS-приёмника, то из-за рыскания судна на курсе антенна будет преодолевать большее расстояние, не жели центр поворотливости. Для простоты дальнейших рассуждений и расчётов предположим, что судно движется некоторое время неиз менным курсом. Тогда центр поворотливости судна и антенна судово го GPS-приёмника за интервал времени t переместится в абсолютной системе координат на одинаковое расстояние S. За время t обсер вованные координаты антенны изменятся на и, = 2 – 1, = 2 – 1, где 1 и 1 соответствуют началу интервала времени t, а 2 и 2 – его окончанию. Пусть t = t2 – t1.

На интервале времени t судовой приёмник СРНС Навстар GPS определяет также направление вектора абсолютной скорости переме щения своей антенны – COG (Course Over Ground) и модуль этого вектора – SOG (Speed Over Ground). Следовательно, с помощью GPS приёмника можно определить пройденное расстояние за интервал времени t двумя способами: по изменению координат и по модулю вектора абсолютной скорости. Обозначим эти расстояния через S (C ) и S (V ) соответственно.

S (C ) m 2, S (V ) SOGms t, (1) m где m и m – смещение в метрах по меридиану и по параллели со ответственно, SOGms – модуль вектора абсолютной скорости, выра женный в метрах за секунду, t – интервал времени в секундах.

Смещения в метрах по меридиану и по параллели рассчитыва ются по следующим формулам:

a (1 e 2 )arc1 a cos arc, m (2 1) m ( 2 1 ), (2) 1 e 3 2 1 e sin 2 sin где обсервованные координаты 1, 2, 1, 2 выражены в угловых ми нутах, a – большая полуось референц-эллипсоида геодезической сис темы, используемой в данный момент приёмником СРНС Навстар GPS для определения обсервованных координат, e – первый эксцен триситет этого референц-эллипсоида, – средняя широта на интерва ле t, = 1 + ()/2.

Поначалу можно предположить, что S (C ) S (V ). Однако в силу неизбежных погрешностей систематического и случайного свойства в определяемых обсервованных координатах и в элементах вектора аб солютной скорости это равенство на каждом интервале t выполнять ся не будет.

К сожалению, до настоящего времени не проводились исследо вания параметров распределения и закона распределения погрешно стей определения обсервованных координат движущихся судовых приёмников СРНС Навстар GPS. Нет достоверных сведений о харак теристиках точности определения COG и SOG на различных ходах судна. Поэтому в качестве меры точности расчётов пройденных рас стояний S (C ) и S (V ) примем их алгебраическую разность S i на каж (C ) (V ) дом i-м интервале времени t, i 1, 2,..., n, S i S i Si. При этом не станем утверждать, что при n обязательно должны выпол няться следующие условия:

n n n Si(C ) Si(V ), S S i(C ) S i(V ) 0, (3) i 1 i 1 i так как величины инструментальных (постоянных) погрешностей и вид систематических погрешностей определения обсервованных ко ординат, SOC и COG пока не известны.

Чтобы внести ясность в обсуждаемую проблему, проанализиру ем экспериментальные данные, полученные в ходе наблюдений за ра ботой судового GPS-приёмника GP-37 на пароме “Бригадир Ришко” августа 2008 года. Из всех наблюдений этого дня был взят фрагмент, во время которого рулевой точно удерживал паром на курсе, а ско рость парома медленно увеличивалась после совершения поворота у мыса Низменный для захода в бухту Западная о. Попова. Фрагмент представлял собой 120 ежесекундных отсчётов времени, обсервован ных координат, COG и SOG. О том, как двигался паром, можно су дить по графикам изменения COG и SOG на рис. 1.

Рис. 1. Графики изменения путевого угла (слева) и абсолютной скорости парома На рис. 1 можно видеть, что величины COG и SOG непрерывно флуктуируют при плавном изменении курса и скорости парома. При чём, флуктуационные колебания абсолютной скорости происходит с периодом, приблизительно равным 4 секундам.

На графиках рис. 2 прослеживаются смещения в метрах по ме ридиану и по параллели за время 120 секунд фрагмента.

Рис. 2. Графики перемещения парома по меридиану и по параллели Сравнение между собой рис. 1 и 2 создаёт впечатление стацио нарности процессов изменения широты и долготы в рассматриваемом фрагменте, чего нельзя заявить о процессах изменения COG и SOG.

Поэтому наиболее перспективным может показаться способ расчёта пройденного расстояния по изменению обсервованных координат.

По экспериментальным данным фрагмента были рассчитаны проходимые за односекундные интервалы времени расстояния, ис пользуя и, а также расстояния, вычисленные с использованием зарегистрированных величин SOG, по формулам (1) и (2). Результаты расчётов представлены в графическом виде на рис. 3.

Рис. 3. Проходимые паромом расстояния за 1 секунду Сравнение графиков рис. 3 даёт основание утверждать, что рас стояния, вычисленные по обсервованным координатам приёмника GP 37, обладают большей дисперсией, нежели расстояния, рассчитанные по модулям его абсолютной скорости. Следовательно, проходимые короткие расстояния, определяемые по SOG, будут точнее при усло вии отсутствия систематических и постоянных погрешностей в отсчё тах координат и SOG.

Суммирование расстояний, пройденных за каждую секунду фрагмента наблюдений, дало следующие результаты:

120 (C ) Si(C ) (V ) Si(V ) 543,407 м.

S 542,888 м, S i 1 i Разность пройденных расстояний получилась равной 0,519 м, что составляет 0,09% от пройденного расстояния за две минуты хода.

Несмотря на сравнительно малую величину разности между пройден ными расстояниями, преждевременно утверждать выполнимость пер вого условия из (3).

О тесноте статистической взаимосвязи между Si(C ) и Si(V ) можно судить по величине коэффициента корреляции, который для рассмат риваемого фрагмента получился равным 0,85. Следовательно, при выполнении дальнейших исследований, направленных на оценку точ ности расчётов пройденных судном расстояниях по информации от приёмников СРНС Навстар GPS или Глонасс, необходимо учитывать существование свойства статистической зависимости. Особенно это важно для дальнейших работ по созданию системы оперативной авто номной диагностики потери функциональной надёжности судовой на вигационной спутниковой аппаратуры.

На следующем этапе обработки данных фрагмента рассчитыва лись разности S i. График изменения полученных разностей можно видеть на рис. 4.

Рис. 4. График изменения разности расстояний за одну секунду Статистические характеристики распределения S i, рассматри ваемой в качестве случайной величины, помещены в табл. 1.

Таблица Статистические характеристики разностей расстояний, полученных за односекундный интервал Статистическая характеристика Значение Средняя разность, м 0, Медиана, м 0, Мода, м 0, Среднее квадратическое отклонение, м 0, Эксцесс – 0, Асимметрия – 0, Размах варьирования, м 0, Из табл. 1 следует, что случайная величина S i имеет вид уни модального несимметричного распределения. Так как средняя раз ность положительна, то есть основание предположить, что среднее значение расстояния, полученного по разности координат, больше по сравнению со средним значением расстояния, рассчитанным по вели чинам SOG. Этот вывод вступает в противоречие с полученной выше разницей в пройденных расстояниях, так как S (C ) S (V ) 0,519 м.

Вполне возможно, что обнаруженное противоречие является следст вием высокой вариабельности Si(C ) и недостаточной репрезентативно сти выборки фрагмента.

Подводя итог проделанному анализу, можно сделать следую щие заключения и предложения.

1. Статистические характеристики расстояний, вычисляемых по разностям координат и по модулю абсолютной скорости, имеют отличия. Чтобы исследовать возможность использования судовых на вигационных приёмников СРНС Навстар GPS и Глонасс в качестве лагов и взамен традиционных лагов, необходимо более глубокое изу чение свойств этих расстояний.

2. Необходимо продолжить исследования для оценки влияния скорости судна и длительности интервала t на точность расчётов пройденных расстояний по информации от судовых GPS-приёмников.

Пока можно лишь предположить ухудшение точности расчётов прой денного расстояния с уменьшением скорости судна и увеличением t.

3. Полученные результаты помогут создать методику определе ния поправки относительного судового лага без прохождения мерной линии.

4. Обнаружены периодические флуктуации величин SOG.

Дальнейшее изучение флуктуаций на более представительных выбор ках может заложить основу для создания математической модели формирования погрешностей измерения модуля абсолютной скорости судовыми GPS-приёмниками.

5. Практический интерес вызывает исследование синфазности величин пройденных расстояний за интервал t. При обнаружении этого свойства открывается перспектива создания алгоритма взаим ной компенсации погрешностей пройденного расстояния.

Литература 1. Антонович, К. М. Использование спутниковых радионавига ционных систем в геодезии [Текст]. В 2 т. Т. 1. Монография / К. М.

Антонович;

ГОУ ВПО «Сибирская государственная геодезическая академия». – М.: ФГУП «Картгеоцентр», 2005. – 334 с.

2. Elliot D. Kaplan. Understanding GPS: Principles and applications [Текст] / Artech House. Boston, London, 1996. – 554 p.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КУРСА СПУТНИКОВЫМ КОМПАСОМ JLR-10T Комаровский Ю. А., МГУ им. адм. Г. И. Невельского, г. Владивосток Спутниковые компасы изготавливаются уже более десяти лет.

Однако на отечественные суда они стали поступать только в послед ние три года из-за внедрения аппаратуры АИС. Суда малого водоиз мещения, к числу которых относятся, прежде всего, пассажирские су да прибрежного плавания, оборудованы традиционными магнитными компасами. Установка аппаратуры АИС предполагает наличие на бор ту источника курса, транслируемого в цифровом виде в формате NMEA. Такими приборами в настоящее время являются цифровые твёрдотельные магнитные компасы с полуавтоматической компенса цией девиации, а также спутниковые компасы. Цены этих приборов на порядок ниже цен гирокомпасов. Они гораздо надёжнее гироком пасов, проще и дешевле их в эксплуатации. По сравнению с твёрдо тельными цифровыми магнитными компасами спутниковые компасы гораздо информативнее, так как являются также источником текущих обсервованных координат и элементов вектора абсолютного переме щения судна. Поэтому спутниковые компасы выглядят предпочти тельнее для установки на судах малого водоизмещения, создавая в не которой степени альтернативу гирокомпасам и лагам.

Несмотря на длительный срок эксплуатации спутниковых ком пасов, в открытой печати отсутствуют сведения о величинах погреш ностей определения курса этими приборами, о структуре погрешно стей и о зависимостях погрешностей от различных факторов. Данная статья призвана частично восполнить недостающие сведения.

Понятно, что характеристики точности спутникового компаса можно получить в результате обработки наблюдений на абсолютно неподвижном судне. Поэтому в качестве места наблюдений был из брано малое судно “Fesco” (РПВ-2267), установленное на зимнюю стоянку на кильблоках на берегу бухты Золотой Рог во Владивостоке.

Судно принадлежит ОАО “Дальневосточное морское пароходство”.

На судне установлен спутниковый компас (GPS Compass) JLR-10T (серийный номер КЕ 46815), изготовленный компанией JRC (Japan Radio Corporation). Данный компас относится к двухантенным компа сам, то есть имеющим одну измерительную базу. В состав комплекта входит антенная система с базой, ориентированной вдоль диамет ральной плоскости судна, приёмно-вычислительное устройство и жидкокристаллический индикатор, совмещённый с кнопочным пуль том управления. Помимо выполнения функций компаса JLR-10T ра ботает как обычный навигационный приёмник СРНС Навстар GPS, определяя текущие обсервованные координаты, компоненты вектора абсолютной скорости судна, как в автономном режиме приёма, так и в дифференциальном режиме.

Для разрешения многозначности в спутниковых компасах с од ной базой применяется встроенный твёрдотельный цифровой магнит ный компас. Обычно он встраивается в антенную систему. В JLR-10T цифровой магнитный компас встроен в корпус приёмно вычислительного устройства, что предполагает эксплуатацию JLR 10T на судах с немагнитным корпусом. Расстояние между фазовыми центрами приёмных антенн (длина измерительной базы) составляет у этого компаса всего 500 мм. Так как такая база считается короткой, то JLR-10T заранее нельзя отнести к разряду высокоточных спутниковых компасов [1,2].

Экспериментальные наблюдения за работой JLR-10T выполня лись автором с 19 октября по 23 октября 2009 года в утренние, днев ные, вечерние и ночные часы суток. Компас на судне «Fesco» смонти рован как элемент системы АИС. Поэтому физически было невоз можно подключить к нему ноутбук для автоматизации записи данных о курсе в формате NMEA 0183. В силу этого обстоятельства записи приходилось делать вручную в бумажные протоколы. Записи дела лись через 2-3 секунды сериями длительностью по 20-25 минут каж дая. За один час удавалось сделать до двух таких серии. Всего было выполнено 45 серий с общим числом 27948 зафиксированных значе ний курсов. После завершения наблюдений собранный материал был оцифрован для последующей обработки. Выбранный подход к прове дению наблюдений преследовал следующие цели: получение оценок статистических характеристик распределения курсов судна, а также получение статистического материала для исследования динамики изменения характеристик распределения.

Обработка полученного материала позволила сделать вывод о значительных отличиях характеристик точности определения курса от серии к серии. Об этом можно судить по рис. 1.

Рис. 1. Сравнение погрешностей курсов Статистические характеристики точности определения курса в этих сериях помещены в табл. 1.

Таблица Оценки точности определения курса компасом JLR-10T в сериях 12 и Оценка точности Серия 12 Серия Среднее значение, градусы 81,2701 81, Средняя квадратическая погрешность, градусы 0,2804 1, Эксцесс -0,255 -0, Асимметрия -0,055 0, Размах варьирования, градусы 1,4 6, Минимальное значение, градусы 80,6 78, Максимальное значение, градусы 82 85, Число наблюдений 606 Как следует из табл. 1, средняя квадратическая погрешность (СКП) в серии наблюдений 19 в 4,5 раза больше СКП серии 12, а раз мах варьирования курса – почти в пять раз. Если учесть, что от судо вых курсоуказателей требуется точность от 0,5° до 1°, то в серии наблюдается неудовлетворительная СКП. Так как истинное значение курса судна в эксперименте было неизвестно, то величины отклоне ний средних значений серий определить было невозможно. Частично явление значительного ухудшения точности можно объяснить местом стоянки судна, где северная часть горизонта была закрыта высокой горой полуострова Шкота. Но если предположить, что такая ситуация может возникнуть при плавании вблизи высоких берегов, то вряд ли обнаруженная СКП определения курса компасом JLR-10T удовлетво рит требования, предъявляемые к современным курсоуказателям.

Значительное ухудшение точности, зарегистрированное в серии 19, объясняется особенностями движения спутников СРНС Навстар GPS. Наклон орбитальных плоскостей и высоты орбит над поверхно стью Земли вызывают возникновение к северу и к югу от экватора обширных зон на небосводе, в которых относительно наблюдателя от сутствуют спутники [3]. Это явление создаёт асимметрию расположе ния спутников относительно наблюдателя и, как следствие, асиммет рию определяемого курса относительно оси измерительной базы спутникового компаса. Асимметрия курса явно проявляется в виде низкочастотной составляющей тренда, наблюдаемой на правой панели рис. 1. Как показали результаты исследования работы [4], значитель ное ухудшение точности наступало, когда спутники, расположенные к югу от судна и имеющие малые над горизонтом, закрывались релье фом острова Русского. Тогда в зоне радиовидимости оставались спут ники, азимуты которых совпадали с ориентацией относительно мери диана измерительной базы спутникового компаса. В этом случае по грешности определения курса могут быть более 5 градусов.

В табл. 2 помещены средние значения курсов и СКП всех серий.

Таблица Характеристики точности определения курса компасом JLR-10T Серия Среднее СКП Серия Среднее СКП Серия Среднее СКП 1 82,24 0,75 16 82,09 0,96 31 81,31 0, 2 81,21 1,16 17 82,36 0,95 32 80,63 0, 3 82,17 0,83 18 80,53 0,42 33 80,62 0, 4 82,28 0,87 19 81,71 1,31 34 81,24 0, 5 81,46 1,07 20 82,25 0,97 35 82,44 1, 6 81,52 0,89 21 80,81 0,43 36 80,67 0, 7 82,19 0,94 22 81,45 0,58 37 81,27 0, 8 80,79 0,48 23 81,34 0,78 38 82,93 0, 9 82,99 1,05 24 81,47 0,82 39 81,11 1, 10 81,89 1,07 25 81,21 0,5 40 82,33 0, 11 81,45 1,08 26 81,61 0,44 41 82,25 0, 12 81,27 0,28 27 80,97 1,03 42 81,44 1, 13 82,17 0,92 28 81,32 0,29 43 81,39 0, 14 82,38 0,75 29 81,13 0,29 44 81,42 0, 15 81,44 1,19 30 82,69 1,36 45 80,46 0, Отклонения средних значений курсов каждой серии от среднего значения курса всей выборки можно видеть на рис. 2.

Рис. 2. Отклонения средних значений курсов каждой серии Из рис. 2 следует, что в 29 (65%) сериях наблюдений значения средних курсов отклоняются к левому борту, а в 16 (35%) сериях средние курсы отклоняются к правому борту. Кроме того, в 16 сериях, чьи средние курсы отклонены к правому борту относительно оси из мерительной базы компаса, курсы имеют большее рассеивание по сравнению со средними курсами в остальных 29 сериях. Если это яв ление связано с затенением спутников, азимуты которых располага ются к северу от судна, то уместно предположить зависимость точно сти работы двухантенного спутникового компаса от курса судна.

Анализ табл. 2 вызывает предположение о присутствии стати стической связи между средними значениями курсов и СКП. Выбо рочный коэффициент корреляции этой связи равен 0,4961, что свиде тельствует о её значимости. На рис. 3 представлено корреляционное поле, отражающее зависимость СКП от величины среднего курса се рии наблюдения, а также график соответствующей линейной регрес сии.

Рис. 3. Зависимость СКП курса от среднего значения курса Аналитический вид полученной регрессионной зависимости приведён ниже.

0,242 ССР 18,964, где – СКП курса, градусы;

ССР – среднее значение курса, градусы.

На основании полученных результатов можно сделать вывод о том, что увеличение отклонения среднего значения курса от измери тельной оси спутникового двухантенного компаса сопровождается увеличением случайных погрешностей курса.

Параметры точности определения курса по всей выборке, полу ченной в октябре 2009 года, можно видеть в табл. Таблица Оценки точности компаса JLR-10T в наблюдениях октября 2009 года Оценка точности По всей выборке Среднее значение, градусы 81, Средняя квадратическая погрешность, градусы 1, Эксцесс 0, Асимметрия 0, Размах варьирования, градусы 7, Минимальное значение, градусы 78, Максимальное значение, градусы 86, Число наблюдений На рис. 4. представлена гистограмма распределения курсов по всей выборке, полученной в октябре 2009 года.

Рис. 4. Гистограмма распределения курсов компаса JLR-10T Для сравнения на гистограмму наложена кривая распределения Гаусса, построенная по параметрам табл. 3 по формуле (C i C CP ) Nh ni EXP, 2 2 где N – объём выборки;

h – ширина интервала (в данном случае h = 0,2°);

– выборочная СКП;

Сi – середина i-того интервала;

ССР – выборочное среднее значение курса;

ni – теоретическая частота рас пределения Гаусса, соответствующая середине i-того интервала.

Асимметрия полученного распределения положительна, так как мода эмпирического распределения (81,4°) располагается левее выбо рочного среднего, что можно видеть на рис. 4. Этот факт подтвержда ет явление, наблюдаемое на рис. 3. Эксцесс эмпирического распреде ления по форме лептокурический, так как по сравнению с распределе нием Гаусса концентрация значений курсов вблизи моды выше. От сюда можно сделать вывод о том, что распределение значений курсов, принимаемых как случайные величины, не подчиняется зако ну Гаусса.

Полученное среднее по всей выборке не отражает оценку ис тинного курса неподвижного судна. Об этом можно судить по боль шому значению асимметрии эмпирического распределения, причина которой кроется, по-видимому, в неравномерном распределении спутников по горизонту. Кроме того, в судовой документации «Fesco»

нет сведений о постоянной погрешности компаса JLR-10T вследствие отсутствия параллельности измерительной базы компаса и диамет ральной плоскости судна. С другой стороны, до сих пор отсутствует методика точной установки в диаметральной плоскости судна курсо указателей, в составе комплекта которых отсутствует репитер для пе ленгования.

Результаты данной работы, отражающие чувствительность точ ности двухантенного спутникового компаса к расположению спутни ков, позволяют сделать вывод о том, что при плавании судна неиз менным курсом вблизи высокого берега могут возникать ситуации внезапного и значительного изменения курса, генерируемого компа сом. Если этот курс транслируется аппаратурой АИС, то в ограничен ную видимость на принимающих искажённую информацию судах вахтенные помощники могут неверно истолковывать действия такого судна.

Двухантенный спутниковый компас на судне, идущем вдоль вы сокого берега к северу от него, может вообще прекращать работу из-за затенения рельефом местности сигналов спутников, находящихся над горизонтом к югу от судна.

Обнаруженные низкочастотные и высокочастотные составляю щие дрейфа курса неподвижного судна требует отдельного исследо вания. Дело в том, что они являются проявлением качественно новой для морской навигации девиации курсоуказателя. Можно предполо жить, что девиация двухантенного спутникового компаса зависит не только от курса судна, но и от времени суток в данном районе плава ния. Но на неё не влияет динамика манёвра судна.

Литература 1. Комаровский Ю. А. Перспективы создания спутникового компаса / Ю. А. Комаровский // Тр. регион. научн.-техн. конф. “Наука – морскому флоту на рубеже XXI века”. 2 – 4 июня 1998 г. Часть 2. – Владивосток : ДВГМА, 1998. – С. 6 – 11.

2. Комаровский Ю. А. Формулирование требований ECDIS к спутниковому компасу / Ю. А. Комаровский // Материалы регион. на учн.-практ. семинара “Методы и средства современной навигации”. – Владивосток : ДВГМА, 1999. – С. 33 – 40.

3. Комаровский Ю. А. Наблюдаемость спутников СРНС Навстар GPS // Ю. А. Комаровский. – Вестник Морского государственного университета. Вып. 15. Серия: Судовождение. – Владивосток: Мор.

гос. ун-т, 2007. – С. 35 – 41.

4. Комаровский Ю. А. Влияние расположения спутников на точность работы GPS-компаса JLR-10T // Ю. А. Комаровский. – Про блемы транспорта Дальнего Востока. Пленарные доклады восьмой междунар. науч.-практич. конф. (FEBRAT-09). 30 сентября – 2 октяб ря 2009 г. – Владивосток: ДВО Российской Академии транспорта, 2009. – С. 103 – 105.

СРАВНЕНИЕ УПРЕЖДЕНИЙ, ПОЛУЧЕННЫХ ПО МЕТОДУ КАСАТЕЛЬНЫХ И ТАБЛИЧНОМУ МЕТОДУ ДЛЯ РАСЧЕТА ТОЧКИ НАЧАЛА ПЕРЕКЛАДКИ РУЛЯ Драчев В. Н., МГУ им адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток Основная особенность плавания в стесненных водах состоит в том, что ширина фарватера ограничена. Поэтому возникает необхо димость повышенной точности счисления пути судна и более частые определения места с высокой точностью.


При плавании в стесненных районах по прямолинейным участ кам пути, при наличии современного навигационного оборудования, контроль местоположения судна можно обеспечить с достаточно вы сокой точностью. однако при смене курса расчет траектории движе ния судна и момент начала перекладки руля в большинстве случаев определяется глазомерно.

При циркуляции крупных судов, даже если обсервованная точка за пределами запретного района, крайняя носовая (или кормовая) часть судна все же может находится в запретном районе с гибельном для него результатом. В связи с этим расчет циркуляции на стадии планирования становится обязательным.

Основная цель работы состоит в том, чтобы сравнить табличный метод, используемый в практике для расчета точки начала перекладки руля, с методом касательных.

Предположение о перемещении судна по окружности при дви жении на циркуляции оказывается недостаточно точным, особенно на начальной стадии циркуляции. Наиболее часто используется таблич ный метод для расчета точки начала перекладки руля, который заклю чается в том, что из таблиц выбирается выдвиг и прямое смещение для угла поворота. На рис. 1 показана часть такой таблицы.

На рис.2 (считать прокладкой на карте) нанесен ИК 270о. Из по воротной точки «С» проложен ИК 330о. Угол поворота 60о. Необхо димо рассчитать и нанести на первоначальном курсе (270о) точку на чала перекладки руля. Для этого необходимо выполнить следующее:

По углу поворота выбрать из таблицы выдвиг и прямое сме щение (в нашем случае угол поворота 60).

На продолжении первоначального курса (270о) произвольно нанести точку «Х», из которой восстановить перпендикуляр в сторону следующего курса (330о).

Из точки «Х» отложить отрезок (здесь и далее величины от резков в масштабе карты), равный прямому смещению, конец которо го обозначим «Y».

Из точки «Y» провести линию параллельно первоначальному курсу (270о) до пересечения с линией ИК 330о, а точку пересечения обозначим «D».

Из точки «D» опустить перпендикуляр на линию продолже ния первоначального курса. Место пересечения обозначим «В».

Из точки «В» в направлении, обратном движению, отложить отрезок равный выдвигу, конец которого обозначим «А».

Точка «А» - это точка начала перекладки руля для поворота на курс 330о, а расстояние АС – упреждение необходимое для выхода на следующий курс.

Прямое смещение и выдвиг можно снять непосредственно с циркуляции, как показано на рис.3.

Расчет точки начала перекладки руля можно произвести и мето дом касательной. Для этого необходимо к циркуляции выбранного уг ла перекладки руля провести касательную под углом к первоначаль ному движению, равным углу поворота (рис. 4). Точка пересечения касательной с линией первоначального движения обозначена «С».

Измеряется расстояние АС, которое затем в масштабе карты отклады вается от точки «С» (рис. 2) в направлении обратном движению. Вто рой конец этого отрезка, обозначенный точкой «А», будет определять место начала перекладки руля.

Таким образом, рассмотрены два способа построения для расче та точки начала перекладки руля.

Сравнение произведено на тренажере фирмы Транзас с исполь зованием математических моделей. К сравнению приняты следующие модели:

Балкер, водоизмещение 33089 т, длина 182,88 м, ширина 22,63 м, осадка: нос 12,5 м, корма 12,5 м.

Танкер, водоизмещение 77100 т, длина 242,8 м, ширина 32,2 м, осадка: нос 12,5 м, корма 12,5 м.

Автомобилевоз, водоизмещение 25400 т, длина 182,4 м, ши рина 30,6 м, осадка: нос 8,2 м, корма 8,2 м.

Контейнеровоз, водоизмещение 132540 т, длина 345,98 м, ширина 42,80 м, осадка: нос 14,0 м, корма 14,0 м.

Результаты, полученные методом касательной и табличным ме тодом, приведены в таб. 1. Рассчитаны упреждения обоими методами для поворотов на 30о, 60о и 90о с использованием циркуляций с пере кладкой руля на 20о, 15о и 10о.

Из данных, приведенных в табл. 1, можно увидеть, что различие между табличным методом и методом касательных находится в пре делах графических неточностей. Однако, следует обратить внимание, что все упреждения, полученные методом касательных, несколько больше табличных.

При использовании табличного метода прямое смещение и вы двиг снимаются с циркуляции в момент, когда угол изменения курса достигает угла, равного повороту, но судно находится на циркуляции и в движении по траектории кривой.

На практике для поворота судна на новый курс обычно руль пе рекладывают на заранее запланированный угол и к моменту, когда изменение курса достигает величины, равной половины К, угол пе рекладки уменьшается, а к моменту выхода на заданный курс поворот судна одерживается путем перекладки руля на противоположный борт. Эта последовательность перекладки руля приводит к следую щему: при уменьшении перекладки руля диаметр циркуляции меняет ся в сторону увеличения, меняется и скорость поворота в сторону уменьшения, линейная скорость увеличивается, а угол дрейфа умень шается. В результате этих изменений центр тяжести судна начинает движение по кривой, которая отличается от первоначальной увеличе нием диаметра циркуляции.

Таблица Сравнения упреждений, полученных по методу касательных с упреждениями, полученными табличным методом.

По циркуляции с уг- По циркуляции с уг- По циркуляции с уг Угол из- лом перекладки руля лом перекладки руля лом перекладки руля 20о по методу 15о по методу 10о по методу менения курса касат табл. раз- касат табл. раз- касат табл. раз кбт кбт ница кбт кбт ница кбт кбт ница Балкер 30о 1,92 1,87 0,05 2,12 2,00 0,12 2,60 2,47 0, 60о 2,87 2,77 0,10 3,17 3,14 0,03 3,89 3,84 0, 90о 3,92 3,86 0,06 4,52 4,45 0,07 5,63 5,58 0, Танкер 30о 3,78 3,65 0,13 4,27 4,13 0,14 5,25 5,08 0, 60о 5,59 5,53 0,06 6,27 6,13 0,14 7,66 7,58 0, 90о 7,75 7,69 0,06 8,67 8,60 0,07 10,58 10,66 0, Автомобилевоз 30о 2,48 2,39 0,09 2,70 2,65 0,05 3,18 3,18 0, 60о 3,39 3,35 0,04 3,84 3,81 0,03 4,62 4,65 -0, 90о 4,54 4,50 0,04 5,16 5,14 0,02 6,40 6,38 0, Контейнеровоз 30о 3,39 3,30 0,09 3,79 3,66 0,13 4,21 4,32 -0, 60о 4,83 4,83 0,00 5,55 5,48 0,07 6,25 6,18 0, 90о 6,69 6,67 0,02 7,72 7,65 0,07 8,71 8,64 0, К недостаткам табличного метода следует отнести:

1. Построения для определения точки начала перекладки руля вносят определенные графические ошибки.

2. В таблице прямое смещение и выдвиг даны только на каж дые 10о изменения курса. Поэтому при изменении курса на угол, не кратный 10о, необходимо произвести интерполяцию, что, в свою оче редь, приводит к определенным ошибкам.

3. Необходимо иметь таблицы для каждого угла перекладки руля, как на правый, так и на левый борт.

При использовании циркуляции для определения прямого сме щения и выдвига необходима фиксация точек на траектории на опре деленных курсах. В противном случае прямое смещение и выдвиг бу дут сняты с ошибками. К тому же, на траектории невозможно зафик сировать все точки.

Как при использовании таблиц, так и при работе с траекторией циркуляции данные снимаются для направлений продолжающейся циркуляции.

Метод касательных позволяет снимать упреждения непосредст венно с циркуляции для любого угла поворота и наносить их на карту без дополнительных построений.

На основании вышеизложенного следует считать, что упрежде ния, полученные методом касательных для использования предвари тельного планирования и управления маневрами при плавании в стес ненных водах, более точен, прост и не требует дополнительных по строений, занимает меньше времени для определения упреждений при расчете точки начала перекладки руля.

БУКЛЕТ АВАРИЙНОЙ БУКСИРОВКИ Шарлай Г. Н., Чанчиков В. А., МГУ им. адм. Г. И. Невельского, г. Владивосток Буксировка судов морем относится к особым случаям морской практики. Как правило, буксировка осуществляется транспортными судами или мощными буксирами-спасателями.

Различают следующие виды буксировки:

аварийная (вынужденная) буксировка поврежденных судов, потерявших ход;

плановая буксировка несамоходных судов и объектов;

вспомогательная (внутрипортовая) буксировка в гавани и на рейдах.

Вынужденные буксировочные операции по спасению аварий ных судов выполняются транспортными судами или буксирами спасателями. В этом случае капитан буксирующего судна на месте решает все вопросы организации и проведения буксировки, а также проводит необходимые расчеты.

Согласно «Руководства для владельцев/капитанов судов по под готовке процедур аварийной буксировки» (Циркулярное письмо MSC.l/Circ.1255 принято 13 мая 2008 года) на каждом судне должны быть разработаны и оформлены должным образом процедуры аварий ной буксировки.

Назначение данного Руководства - оказание помощи капитанам судов в подготовке процедур для конкретного судна в принятии са мых безопасных и эффективных действий при возникновении чрезвы чайных ситуаций, требующих аварийной буксировки. Требования Ру ководства распространяются на суда в соответствии с главой II-1/3- Конвенции СОЛАС.

Важно заранее определить, что следует делать в той или иной ситуации и предоставить эту информацию экипажу в готовом для ис пользования формате (буклете, схемах, плакатах).

При разработке Буклета аварийной буксировки должна быть оценена возможность буксировки за нос и корму, и должно быть рас смотрено следующее:

процедуры обращения с буксирным устройством (подача и прием проводника, буксира, бриделя);

схема, надежность конструкции и безопасная рабочая на грузка мест соединений (киповые планки, клюзы, лебедки, кнехты, битенги и т. д.).


должны быть указаны судовые инструменты и оборудование для устройства буксирной линии и места их хранения.

должно быть указано наличие и характеристики судового ра диооборудования для связи между мостиком, командой на палубе и буксирующим/спасающим судном.

Буклет аварийной буксировки должен быть составлен для каж дого конкретного судна и представлен в четком, кратком, но полном, готовом к использованию формате. В буклете должны быть указаны:

название судна;

позывной сигнал;

номер ИМО;

особенности якорного устройства (длина смычки, особенно сти соединения, вес, тип и т. д.);

особенности якорной цепи (длина, особенности соединений, максимально допустимая нагрузка и т. д.);

высота швартовой палубы над основной плоскостью;

значения осадки в грузу и в балласте;

значения водоизмещения в грузу и в балласте;

схемы и рисунки, включающие следующее:

схемы сборки и установки;

буксирное оборудование и места крепления буксирной ли нии;

возможности мест крепления и оборудования буксирной ли нии и безопасные рабочие нагрузки (SWLs).

Все процедуры должны быть представлены ясно и понятно, что бы ими можно было легко воспользоваться в условиях чрезвычайной ситуации. На судне должно находиться не менее трех экземпляров буклета:

на мостике;

в помещении полубака;

в судовой канцелярии.

Экземпляр буклета должен также храниться в электронном виде в общепринятом формате, чтобы быстро обеспечить его доставку за интересованным сторонам.

Процедуры для конкретного судна должны разрабатываться ин дивидуально и вноситься в Буклет аварийной буксировки. Эти проце дуры должны включать, как минимум, следующее:

1. типовые схемы, способствующие быстрому принятию решений при различных сценариях чрезвычайных ситуаций (штормовые условия, выход из строя главного двигателя, опасность посадки на мель и т.п.);

2. организацию работ на палубе (расстановку людей, распределе ние оборудования, включая радиооборудование, распределение оборудования безопасности и т. д.);

3. организацию задач (что необходимо сделать, каким образом, что необходимо для каждой задачи и т. д.);

4. схемы сборки и установки бриделей, буксирных линий и т. д., показывающие возможные устройства аварийной буксировки за нос и корму судна;

5. должны быть приняты во внимание возможные перерывы в по даче электроэнергии и ситуации нерабочего состояния судна, особенно при подборке тяжелых буксирных линий;

6. должен быть план по связи со спасательным/буксирующим суд ном. В этом плане должна быть вся информация, которую капи тан должен передать на спасательное/буксирующее судно:

повреждение или мореходность;

состояние управляемости;

способность к движению;

системы электроэнергии на палубе;

судовое оборудование для буксировки;

существующую систему аварийной быстрой отдачи буксира;

местоположение носового и кормового крепления буксирной линии;

оборудование, места соединений и крепления и безопасная рабочая нагрузка (SWL);

размерения и возможности буксирного оборудования;

данные о судне;

7. оценку существующего оборудования: инструменты и устрой ства должны оцениваться для возможного использования при установке бриделя и креплении буксира;

8. выявление любых незначительных инструментов или оборудо вания, способных, как может оказаться, значительно улучшить буксировку судна;

9. инвентарную ведомость и местоположение оборудования, кото рое может быть использовано в ходе ситуаций аварийной бук сировки;

10. информацию о других подготовительных работах (блокировка руля и валопровода, балластировка и дифферентовка и т. д.);

11. другую относящуюся к делу информацию (лимитирующее со стояние моря, скорости буксировки и т. д.).

Ниже представлен буклет аварийной буксировки, разработан ный для танкера «Капитан Костичев» Приморского морского паро ходства.

Для разработки буклета использованы тактико-технические ха рактеристики судна, руководство пользователя буксирным устройст вом Emergency towing system user manual - TYPE: ETS 4000ASR – SJ, ETS 4000FSR – SJ, EPB 2000PC – SJ, SAE JIN INDUSTRIAL CO., LTD.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ МОРСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ С ПОМОЩЬЮ СУДОВОЙ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СТАНЦИИ Акмайкин Д. А., Хоменко Д. Б., МГУ им. адм. Г. И. Невельского, г. Владивосток Волнение является одним из решающих факторов влияющих на условия судовождения и на результаты парусных соревнований в мо ре. Учеными и судостроителями выполняются обширные исследова ния по изучению волнения, но, к сожалению, только незначительная часть накопленных знаний имеет какое-то отношение к проблемам, волнующим судоводителя, как на малых лодках, так и на большегруз ных судах.

При плавании судна в условиях шторма на попутном волнении или волнении с кормовых курсовых углов характеристики его основ ных мореходных качеств, таких, как остойчивость, качка и управляе мость существенно изменяются.

Возникновению аварийной ситуации обычно предшествует одно из следующих трех явлений или их комбинация:

значительное изменение или потеря поперечной остойчивости при прохождении вершины волны вблизи миделя судна. Наиболее опасным в этом отношении является движение судна на волнах, длина и скорость которых близки соответственно к длине и старости судна.

При этом время пребывания судна с пониженной ниже опасного уровня остойчивостью за кажущийся период волны может оказаться большим, чем время, потребное ему на наклонение из вертикального положения на опасный угол крена или на опрокидывание;

основной или параметрический резонансы бортовой качки, ко гда соответственно = То или = То/2;

захват волной, потеря управляемости и самопроизвольный не управляемый разворот судна лагом к волне — брочинг. Наиболее опасным является захват на переднем склоне волн, имеющих скорость волны больше, скорости судна и длину волны =0,84-1,3 относитель но длины судна L. Брочингу в основном подвержены малые суда, имеющие длину менее 60 м.[1].

Основными признаками изменения поведения судна на попут ном волнении, свидетельствующими о его недостаточной безопасно сти в случае недостаточной остойчивости, являются:

неожиданное самопроизвольное увеличение крена при нахож дении вершины отдельных волн вблизи миделя судна, существенно превышающее значение предшествующих углов статического крена или амплитуд качки;

длительное по сравнению с четвертью периода собственных ко лебаний судна наклонение судна на борт, задержка (зависание) в по ложении, максимального крена и медленное возвращение в исходное состояние. Такие наклонения в зависимости от наличия начального крена, вызванного несимметричной загрузкой, давлением ветра или иными причинами, могут быть асимметричными. В случае основного или параметрического резонансов бортовой качки значительно воз растает амплитуда бортовой качки судна в случаях, когда ее период (основной резонанс) приблизительно равен или вдвое превышает ка жущийся период волны (параметрический резонанс).

В теории волн глубина считается большой, если она превышает половину длины волны. Однако для целей практики применение уни версальной штормовой диаграммы Ю. В. Ремеза для больших глубин можно расширить до значений глубин, превышающих четверть длины волны. Это будет соответствовать общей точности исходных данных.

Для любого судна, в зависимости от условий и степени шторма поворот на другой курс связан с целым рядом неприятных или даже опасных обстоятельств: усилением качки, зарыванием в волну, попа данием на палубу больший масс воды и др.

Во избежание возможного опрокидывания судна поворот судна с встречных курсовых углов на попутные осуществляют перекладкой руля на подветренный борт в момент подхода группы больших волн с тем, чтобы в положении лагом к волне оно оказалось в период затишья.

Вторая часть поворота должна осуществляться быстрее, чтобы сокра тить время воздействия волн в опасном положении. Переход на кормо вые курсовые углы может сопровождаться усилением бортовой качки вследствие сближения периода собственных колебаний судна и кажуще гося периода волн, что следует оценивать по диаграмме Ю. В. Ремеза.

В настоящее время спутниковые микроволновые приборы раз личных диапазонов длин волн используются для глобального монито ринга скорости и направления ветра над водной поверхностью, опре деления параметров волнения, картирования и измерения характери стик ледового покрова, измерения влагосодержания и водозапаса ат мосферы над океаном, определения зон осадков и оценки их интен сивности. [2]. Однако для практического применения на судне, такие методы определения параметров морской поверхности не годятся.

Получение оперативно карт такого характера на суда требует либо длительного времени, когда карты уже становятся не актуальными, либо возможен практически мгновенный прием со спутника, но тре бует установки дополнительного дорогостоящего оборудования и не сопоставимых трудозатрат судоводителя на получение и обработку принятой информации.

Для улучшения условий судоходства высоту и направление морских волн видится возможным определять с помощью судового локатора. В настоящее время судовые радиолокационные станции оборудуются модулями, позволяющими избавиться от помех, созда ваемых на экране РЛС морским волнением. Для этих целей использу ются фильтра с ручной регулировкой, которые позволяют убрать по мехи создаваемые от волн, но не дают информации о высоте и скоро сти волн.[3].

Детально изучив эти помехи, на базе судовой РЛС, можно су дить о параметрах морского волнения в реальном времени.

Реальное морское волнение нерегулярно и трехмерно. Ему во многом соответствует картина, показанная на рисунке (Рис. 1). Пред ставленная картина соответствует мгновенному снимку морской по верхности.[4]. Однако очень важным является учет параметров хода судна и виды его реакции на волнение. На получение картины мор ского волнения с помощью РЛС, накладывается все виды реакции по стамента антенны судовой радиолокационной станции на качку судна.

Таким образом, картина морского волнения движущегося судна будет включать весь спектр качки движущегося судна.

Рис. 1. Морское волнение Выделяют следующие виды реакции судна на волнение: колеба тельные движения корпуса судна во всех шести степенях свободы (качка);

меняющиеся с частотой волнения напряжения элементов кор пуса, ударные нагрузки;

вибрации корпуса и его элементов;

измене ния, имеющие постоянный характер (снижение скорости хода, увели чение нагрузки на двигатель, дрейф и т.д.);

неблагоприятные явления, такие как слеминг, заливаемого», оголение винта, брочинг и т.д.

Рис. 2. Виды качки Вызываемая волнением качка судна (рис. 2) подразделяется на шесть видов: бортовая (Roll) - вращательные колебания около про дольной оси, лежащей в диаметральной плоскости судна (поперемен ный крен па правый и левый борт);

килевая (Pitch) - вращательные ко лебания около поперечной оси судна, параллельная плоскости мидель шпангоута (дифферент судна то на нос, то на корму);

вертикальная (Heave) - колебания вдоль вертикальной оси судна;

продольно горизонтальная (Surge) -колебания вдоль продольной оси судна;

попе речно-горизонтальная (Sway) - колебания вдоль поперечной оси;

рыс кание (Yaw) - вращательные колебания около вертикальной оси Вследствие хода судна воспринимаемое им волновое возмуще ние по скорости распространения, периоду и частоте отличается от волнения на поверхности моря. Наблюдаемые на движущемся судне параметры волнения называют кажущимися, или параметрами встре чи судна с волнами, либо параметрами воздействия волн на судно. В обозначениях этих величин ниже будет использоваться индекс с. ко торый укапывает что это – параметры встречи судна с волнами (encounter parameters).

Гребни волн (рис. 3) перемещаются относительно движущегося судна со скоростью v, определяемой по формуле:

v e v V cos q ;

где V- скорость судна;

q - курсовой угол волнения.

В результате кажущийся период с волнения оказывается рав ным:

e / ve v V cos q.

Рис. 3. Взаимное движение судна и волн Отсюда следует, что при острых курсовых углах, ход судна уменьшает кажущийся период волн по сравнению с истинным перио дом, а при тупых - увеличивает. Зная e, можно найти частоту встречи судна с волнами:

e V cos q e Параметры качки определяются параметрами волнового воздей ствия на судно. Поэтому для их расчета требуется использовать спектр Sr(e), представляющий распределение энергии по частоте встречи с волнами. Этот спектр можно определить, учитывая, что при воздействии волн на судно с частотой e величина энергии в элемен тарной полосе de равна энергии истинного волнения, в малом интер вале d. Учитывая вышеизложенное, из первоначальной картины волнения, получаемой при сканировании морской поверхности, сле дует вычесть частоту e, что даст картину морского волнения для судна испытывающего качку, но не движущегося поступательно отно сительно волн.

Остальные составляющих качки на карте морского волнения, обусловлены размерами и текущим состоянием судна, а также харак тером волнения в данный момент. Размеры судна остаются постоян ными в течении длительного периода времени, а изменяемые пара метры судна, могут быть определены автоматически по периодам кач ки судна, изменению высоты антенны судовой системы глобального позиционирования над поверхностью моря и ряду других косвенных признаков. Остальные составляющие карты морской поверхности ука зывают на характеристики морского волнения. Преобразовав с помо щью общеизвестных формул полученную карту из радиальной в де картову систему координат и подвергнув ее математической обработ ке с помощью пакетов математических программ, возможно решить обратную задачу, по мгновенному полю морской поверхности, опре делить параметры морского волнения.[5].

Зная параметры волнения, зная характеристики, направление и скорость движения судна, возможна разработка на основе программ ного комплекса, отслеживающего движение судна относительно по лей волн и дающего рекомендации для оптимального курса движения при данном условии волнения. В случае необходимости выдающего предупреждение судоводителю об опасных курсах и скоростях близ ких к резонансу. Разработка такой системы позволит сэкономить вре мя перевозки грузов и существенно повысить безопасность морепла вания.

Литература 1. Демин С.И., Жуков Е.И., и др. Управление судном.;

Под. ред.

Снопкова В.И. – М.: Транспорт, 1991. – С.195 – 204.

2. Ю.А. Кравцов, М.И. Митягина, А.Н. Чурюмов, Нерезонансный механизм рассеяния электромагнитных волн на морской поверхности:

рассеяние на крутых заостренных волнах // Известия ВУЗов. РА ДИОФИЗИКА, том XLII, №3, 240-254, 1999.

3. Байрошевский А.М. Судовые радиолокационные станции.;

Изд во: Морской транспорт., - Ленинград, 88. – С.199 – 202.

4. Павленко Г.Е. Сопротивление воды движению судов. М.: Во дтрансиздат, 1953. - 507 с.

5. Вагущенко Л.Л., Вагущенко А.Л., Заичко С.И., Бортовые авто матизированные системы контроля моеходности. – Одесса: Феникс, 2005. – 274 с.

ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ГИРОАЗИМУТКОМПАСА «ГЮЙС» В СЛУЧАЕ ОШИБОЧНОГО ВВОДА ВХОДНОЙ ИНФОРМАЦИИ Полковников В. Ф., Саранчин А. И., МГУ им. адм. Г.И. Невельского, г. Владивосток Аннотация Приводится экспериментальная оценка точности гироазимут компаса «Гюйс» при ошибочном вводе входной информации о скоро сти судна и широте места. Показано, что правильный ввод скорости судна и широты является важным условием, не только точной ра боты гироскопического указателя курса, но и необходимым условием существования прибора, как курсоуказателя.

Одной из важнейших задач, стоящей в настоящее время перед судовождением, является задача, обеспечивающая безопасность.

Гироскопический указатель курса – один из основных навига ционных приборов, позволяющих решить эту задачу.

В течение многих лет для определения объекта относительно меридиана использовалась гироскопические компасы с автономным чувствительным элементом (ЧЭ) и гироскопические указатели курса с косвенной связью с Землей.

С повышением требований к точности судовождения в послед ние годы получили широкое внедрение на судах морского флота ги рокомпасы с динамически настраиваемым гироскопом, которые име ют значительные преимущества как по точности, так и с точки зрения навигационного и технического их обслуживания.

Поэтому работы, связанные с определением точности гироско пических указателей курса, на базе динамически настраиваемых гиро скопах в различных условиях их эксплуатации, представляют особый интерес.

В связи с этим была произведена экспериментальная оценка влияния на точность гироазимуткомпаса «Гюйс» ошибочного ввода корректирующих сигналов по скорости и широте.

Экспериментальные исследования проводились в лабораторных условиях с использованием только поворотного устройства в азимуте.

Перед решением поставленной задачи был произведен контроль прихода гироазимуткомпаса в меридиан при различных начальных отклонениях чувствительного элемента.

Один из вариантов прихода гироазимуткомпаса в меридиан приведен на рис. Полученные результаты показали, что время прихода гироско пического указателя курса в меридиан при различных начальных от клонениях чувствительного элемента соответствует техническим ус ловиям.

При определении влияния погрешностей в информации о скоро сти судна на гироскопический указатель курса, после его прихода в меридиан, разворотом основного прибора легли на гирокомпасный курс 0° и ввели скорость равную 80 узлов. Широта наблюдения 43,0°N.

Так как эксперимент производился в условиях неподвижного основания, очевидно в показаниях гирокомпаса должна быть в нали чии скоростная девиация, соответствующая указанным выше пара метрам.

ГКК (град.) Рис.1. График переходного процесса гироазимуткомпаса Результаты поведения гироскопического указателя курса приве дены на рис.2.

ГКК (град) 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68 72 76 T, ( мин) 0 4 Рис. 2. Поведение гироазимут компаса при ошибочном вводе скорости Эксперимент позволяет сделать вывод, что при вводе скорости в блок коррекции скоростная девиация изменяется по экспоненциаль ному закону, и достигает своего максимального значения через про межуток времени порядка 65-70 минут, что подтверждают теоретиче ские расчеты.

Информация о скорости судна участвует в формировании кор ректирующих моментов. Поэтому при грубых ошибках судоводителя или обрыве связи с лагом, когда скорость не вводится, фактически не происходит компенсация скоростной девиации. В связи с этим по грешность в показаниях курса при скорости судна 15 узлов может достигать более 3,6°.

Ввод скоростной поправки может производиться как в автома тическом режиме, так и вручную. В большинстве случаев это играет положительную роль в работе и обслуживании данного гироскопиче ского указателя курса, облегчая работу судоводителя.

Для оценки поведения гироскопического указателя «Гюйс» в ре зультате введения ложных данных о скорости судна, прибор был про веден в готовность в =43°N (при скорости 0 узлов), с последующим приведением носовой части предполагаемого судна на курс 360°(0°).

После ввода скорости 20 узлов, через 20 минут скоростная де виация достигла своего наибольшего значения порядка 2,0°, которое в дальнейшем не изменялось (рис. 3).

Это можно объяснить тем, что скоростная поправка вводится в вертикальный канал, изменившийся вертикальный дрейф приводит к формированию маятникового и демпфирующего момента.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.