WWW.KNIGA.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Книги, пособия, учебники, издания, публикации

 

Pages:   || 2 | 3 |

«Вестник Морского государственного университета. Серия: Судовождение. – Вып. 42/2010. – Владивосток : Мор. гос. ун-т, 2010. – 130 с. Редакционная коллегия: Лентарев А. ...»

-- [ Страница 1 ] --

ВЕСТНИК

МОРСКОГО

ГОСУДАРСТВЕННОГО

УНИВЕРСИТЕТА

Серия

Судовождение

Вып. 42/2010

УДК 656.61.052(066)

Вестник Морского государственного университета. Серия: Судовождение. – 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, обледенения). Совместное действие ветра и волнения может стать пагубным.

Когда две или более волны складываются в одну, более высокую, перед ней может образоваться глубокая впадина. Её можно назвать «эпизодической волной» - случайной волной, значительно большей по высоте предыдущих и последующих – когда одна или более последовательностей 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 крепление палубного груза и заводка найтовов требуют особого внимания, как в отношении способа крепления, так и оборудования, используемого для крепления, во избежание ненужного риска.

За период с 1998 по 2009 год произошло более 50 случаев аварийного 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 рекомендаций;





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

5. Неправильное использование сепарации под груз;

6. Несоответствующая прочность, равновесие и/или количество 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 несоответствующее распределение веса;

10. Отсутствие профессионализма работников береговых подразделений портов, для того, чтобы работа была выполнена надлежащим образом.

Часть из вышеназванных причин можно соотнести с человеческим фактором, в то время как другие причины аварийности непосредственно связаны с внешними факторами ветра и волнения. Рассмотрим влияние качки и ускорения на судно и палубный груз и найдем условие несмещаемости груза.

Инерционные силы, вызванные качкой, действуют на механизмы, оборудование и грузы, расположенные на судне. Это может привести 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 координатами 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 волнению и колебания вдоль оси x отсутствуют. Тогда ускорения касательные и нормальные к палубе будут состоять из ускорений свободного падения, бортовой и вертикальной качки:

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

В произвольный момент времени проекции ускорения g на направления 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 падения будут:

Рис 1.1 Ускорения свободного падения Рассмотрим ускорение от бортовой качки (рис.1.2) Вектор будет иметь проекции параллельную палубе, перпендикулярную палубе. Однако вычислять нам удобнее касательную и центростремительную составляющие этого ускорения.

Тогда выражения для проекций ускорения будут иметь вид:

Входящие в эти уравнения величины могут быть найдены по формулам:

Касательное и центростремительное ускорения находятся по формулам:

Перемещения при качке и их производные определяются формулами:

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

Проекции ускорений от вертикальной качки находятся по формулам:

Подставляя в (1.3) выражения (1.4), (1.7) и (1.8), получим окончательные 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 внимание, что на вершине волны и нормальная, и касательная составляющие ускорения больше, чем на подошве. Знание этих ускорений позволяет вычислить силы, которые будут действовать на груз при качке.

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:

Экспериментально установлено, что для большинства сухих поверхностей коэффициент трения почти не зависит от силы нормального давления и от площади соприкосновения, но зависит от материала и состояния трущихся поверхностей. Некоторые коэффициенты трения представлены в табл.1.1.

Если груз имеет упор в точке А, то возможно его опрокидывание. 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 сила Py при этом будет меньше силы трения Pf. Тогда условие неопрокидывания груза будет:

Соотношение между касательными и нормальными ускорениями 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 лесного упакованного в полимерные покрытия пакетированного груза, так как, коэффициент трения при намокании и обледенении груза стремится к нулю.

По сей день не существует всеобъемлющей физической и математической теории, объясняющей явления трения, поэтому основная часть теории базируется на результатах экспериментов, которые показали, что:

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

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

коэффициент трения не зависит от скорости взаимного перемещения поверхностей в широком диапазоне скоростей. [2] Коэффициент трения зависит от состояния контактирующих поверхностей и от вида материалов и уменьшается до определенного предела с улучшением чистоты поверхности (гладкости и.т.д.). Если между трущимися поверхностями появляются жидкие вещества, играющие роль смазки, такое трение называется вязким трением. Коэффициент трения может быть определен для различных состояний поверхностей. 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 поверхности 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 статический коэффициент трения обычно больше, чем динамический.

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

Были выполнены исследования коэффициентов трения 17 подготовленных 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 (коэффициентом) трения. Реальная комбинация полимерных пленок, используемых в качестве накидок на пакеты пиломатериалов в каждом рейсе судна, является случайным событием, поскольку зависит в основном от наличия 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.

Рис. 1.7. Результаты испытаний различных комбинаций пар трения Проведем математические исследования определения зависимости 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. Примем начальное значение коэффициента трения равным 0,5 (что соответствует трению «металл по дереву») и будем уменьшать его значение с шагом 0,05.

(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.

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 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 определить из:

Это усилие смещает груз и создает опрокидывающие моменты.

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

3) Расчет сил, действующих на судно, производится по формулам:

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, 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 значения p определяются линейной интерполяцией.

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

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

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:

где 2= 45° – угол между продольным найтовым и палубой.

Зависимость усилия, возникающего в найтовах при килевой и бортовой качке, от коэффициента трения 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, Зависимость усилий, действующих на груз при продольнопоперечной укладке, от коэффициента трения 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, Зависимость суммарной боковой нагрузки на трёх уровнях стензеля от коэффициента трения (лесной пакетированный палубный груз рассматривается как монолит) рсум 274,78 278,51 282,24 285,96 289,59 293,32 297,04 300,77 304,50 308,22 311, 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, Зависимость усилий, возникающих в найтовых при бортовой и килевой качке, от метацентрической высоты 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, 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, Из проведенных исследования видно, что усилия в найтовых увеличиваются при уменьшении коэффициента трения, а следовательно не будет выполнено основное условие несмещаемости груза (1.11).

В данном исследование использовали палубный пакетированный груз, как монолит, чем он на самом деле не является, так как, пакеты 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 расположения центра тяжести палубного груза.

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

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 настоль3ко велики, что найтовы, стензеля и фальшборт могут не выдержать 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 палубных грузов необходимо, чтобы груз был монолитным, то есть не происходило смещение пакетов внутри яруса и каравана.

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

2. Карпович О.Е. Актуальные вопросы обеспечения безопасности 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 нормирования 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.4М,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

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 координат точек трассы проявился при построении алгоритмов вычислений азимутов спутников в спутниковых компасах.

В первом приближении трасса представляет собой след от пересечения поверхности земного эллипсоида плоскостью орбиты, проходящей через центр эллипсоида. В такой постановке трасса представляет собой эллипс, который принято называть большим по аналогии с большим кругом в навигации. Положение орбиты каждого спутника относительно нулевого (Гринвичского) меридиана и плоскости экватора задаётся наклонением орбиты A и долготой точки прямого восхождения A. Для дальнейших рассуждений и выводов воспользуемся рис. 1.

На рис. 1 точка A является проекцией точки прямого восхождения орбиты спутника на поверхность земного эллипсоида. Будем называть 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 восхождения большого эллипса. Получим уравнение большого эллипса и выражения для вычисления его параметров, задаваясь углом A и величинами большой a и малой b полуосей земного эллипсоида.

Рассмотрим сечение земного эллипсоида (сфероида) 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 где e – первый эксцентриситет земного сфероида.

Найдем уравнение линии сечения в координатах плоскости сечения. Координаты единичного вектора нормали к плоскости будут то есть уравнение плоскости сечения описывается нормальным уравнением Новую ось абсцисс направим по OA, новую ось ординат – по OV, новую ось аппликат – по n. Таким образом, элементами нового базиса будут векторы Эта тройка векторов ортонормированна. Действительно, Согласно работе [2], матрица перехода будет иметь вид а обратная матрица Следовательно, на основании (3) и работы [2] можно записать формулы перехода к новому базису а на основании (4) запишутся формулы обратного перехода Подставив (5) в (2), найдем уравнение секущей плоскости относительно новой системы координат Подставив (5) в (1), найдем уравнение сфероида относительно новой системы координат Подставив в последнее выражение значение z из (7), получим Это уравнение большого эллипса и эксцентриситетом где c – половина расстояния между фокусами.

В параметрическом виде большой эллипс будет описываться уравнениями (см. [1]), где t – приведенная широта, Подставляя эти соотношения в (5) получим параметрические уравнения эллипса сечения в исходной декартовой системе координат.

Связь между прямоугольными декартовыми и геодезическими координатами устанавливается следующим образом:

Тогда последовательно получим Следовательно, Подставив (8) в (9) и (10), можно получить параметрические уравнения для широты и долготы точек эллипса сечения.

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

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 редакция физико-математической литературы, 1980. – 176 с.

РАСЧЁТЫ ПРОЙДЕННОГО СУДНОМ РАССТОЯНИЯ

ПО ИНФОРМАЦИИ ОТ GPS-ПРИЁМНИКА GP- Большинство современных типов судовых приёмников спутниковой радионавигационной системы (СРНС) Навстар GPS лишено функции оперативного учёта пройденного расстояния. Этот недостаток заметно снижает эффективность применения GPS-приёмников в современных технологиях судовождения, сводя роль приёмников к датчикам обсервованных координат. Тем не менее, каждый тип судового приёмника СРНС Навстар GPS обладает потенциалом, реализация которого существенно расширит круг решаемых навигационных задач и приведёт к автоматизации их выполнения.

Большие возможности GPS-приёмников заключаются в одновременном отображении на индикаторе и выводе на внешние устройства текущих плановых геодезических координат судна и элементов вектора абсолютного движения судна, точнее, точки установки антенны приёмника. Так как координаты и элементы вектора в GPSприёмниках определяются по разным каналам измерения [1,2], то с этих позиций открываются дополнительные перспективы получения текущих счислимых координат судна, вектора его расчётной абсолютной скорости, а также перспективы оперативной диагностики потери функциональной надёжности самого приёмника.

Так как центр поворотливости судна в общем случае не совпадает с местом установки антенны GPS-приёмника, то из-за рыскания судна на курсе антенна будет преодолевать большее расстояние, нежели центр поворотливости. Для простоты дальнейших рассуждений и расчётов предположим, что судно движется некоторое время неизменным курсом. Тогда центр поворотливости судна и антенна судового GPS-приёмника за интервал времени t переместится в абсолютной системе координат на одинаковое расстояние S. За время t обсервованные 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 перемещения своей антенны – COG (Course Over Ground) и модуль этого вектора – SOG (Speed Over Ground). Следовательно, с помощью GPSприёмника 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.

где m и m – смещение в метрах по меридиану и по параллели соответственно, SOGms – модуль вектора абсолютной скорости, выраженный в метрах за секунду, t – интервал времени в секундах.

Смещения в метрах по меридиану и по параллели рассчитываются по следующим формулам:

где обсервованные координаты 1, 2, 1, 2 выражены в угловых минутах, a – большая полуось референц-эллипсоида геодезической системы, используемой в данный момент приёмником СРНС Навстар GPS для определения обсервованных координат, e – первый эксцентриситет этого референц-эллипсоида, – средняя широта на интервале 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 абсолютной скорости это равенство на каждом интервале t выполняться не будет.

К сожалению, до настоящего времени не проводились исследования параметров распределения и закона распределения погрешностей определения обсервованных координат движущихся судовых приёмников СРНС Навстар GPS. Нет достоверных сведений о характеристиках точности определения COG и SOG на различных ходах судна. Поэтому в качестве меры точности расчётов пройденных расстояний S (C ) и S (V ) примем их алгебраическую разность S i на кажC ) (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 выполняться следующие условия:

так как величины инструментальных (постоянных) погрешностей и вид систематических погрешностей определения обсервованных координат, SOC и COG пока не известны.

Чтобы внести ясность в обсуждаемую проблему, проанализируем экспериментальные данные, полученные в ходе наблюдений за работой 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 скорость парома медленно увеличивалась после совершения поворота у мыса Низменный для захода в бухту Западная о. Попова. Фрагмент представлял собой 120 ежесекундных отсчётов времени, обсервованных координат, COG и SOG. О том, как двигался паром, можно судить по графикам изменения COG и SOG на рис. 1.

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

На графиках рис. 2 прослеживаются смещения в метрах по меридиану 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 стационарности 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, используя 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 расстояния, вычисленные по обсервованным координатам приёмника GPобладают большей дисперсией, нежели расстояния, рассчитанные по модулям его абсолютной скорости. Следовательно, проходимые короткие расстояния, определяемые по SOG, будут точнее при условии отсутствия систематических и постоянных погрешностей в отсчётах координат и SOG.

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

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 пройденными расстояниями, преждевременно утверждать выполнимость первого условия из (3).

О тесноте статистической взаимосвязи между Si(C ) и Si(V ) можно судить по величине коэффициента корреляции, который для рассматриваемого фрагмента получился равным 0,85. Следовательно, при выполнении дальнейших исследований, направленных на оценку точности 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 автономной диагностики потери функциональной надёжности судовой навигационной спутниковой аппаратуры.

На следующем этапе обработки данных фрагмента рассчитывались 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, рассматриваемой в качестве случайной величины, помещены в табл. 1.

Статистические характеристики разностей расстояний, Из табл. 1 следует, что случайная величина S i имеет вид унимодального несимметричного распределения. Так как средняя разность положительна, то есть основание предположить, что среднее значение расстояния, полученного по разности координат, больше по сравнению со средним значением расстояния, рассчитанным по величинам 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 следствием высокой вариабельности Si(C ) и недостаточной репрезентативности выборки фрагмента.

Подводя итог проделанному анализу, можно сделать следующие заключения и предложения.

1. Статистические характеристики расстояний, вычисляемых по разностям координат и по модулю абсолютной скорости, имеют отличия. Чтобы исследовать возможность использования судовых навигационных приёмников СРНС Навстар GPS и Глонасс в качестве лагов и взамен традиционных лагов, необходимо более глубокое изучение 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 пройденного расстояния с уменьшением скорости судна и увеличением t.

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

4. Обнаружены периодические флуктуации величин SOG.

Дальнейшее изучение флуктуаций на более представительных выборках 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 взаимной компенсации погрешностей пройденного расстояния.

1. Антонович, К. М. Использование спутниковых радионавигационных 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

Спутниковые компасы изготавливаются уже более десяти лет.

Однако на отечественные суда они стали поступать только в последние три года из-за внедрения аппаратуры АИС. Суда малого водоизмещения, к числу которых относятся, прежде всего, пассажирские суда прибрежного плавания, оборудованы традиционными магнитными компасами. Установка аппаратуры АИС предполагает наличие на борту источника курса, транслируемого в цифровом виде в формате NMEA. Такими приборами в настоящее время являются цифровые твёрдотельные магнитные компасы с полуавтоматической компенсацией девиации, а также спутниковые компасы. Цены этих приборов на порядок ниже цен гирокомпасов. Они гораздо надёжнее гирокомпасов, проще и дешевле их в эксплуатации. По сравнению с твёрдотельными цифровыми магнитными компасами спутниковые компасы гораздо информативнее, так как являются также источником текущих обсервованных координат и элементов вектора абсолютного перемещения судна. Поэтому спутниковые компасы выглядят предпочтительнее для установки на судах малого водоизмещения, создавая в некоторой степени альтернативу гирокомпасам и лагам.

Несмотря на длительный срок эксплуатации спутниковых компасов, в открытой печати отсутствуют сведения о величинах погрешностей определения курса этими приборами, о структуре погрешностей 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 избрано 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 компасам, то есть имеющим одну измерительную базу. В состав комплекта входит антенная система с базой, ориентированной вдоль диаметральной плоскости судна, приёмно-вычислительное устройство и жидкокристаллический индикатор, совмещённый с кнопочным пультом управления. Помимо выполнения функций компаса JLR-10T работает 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 одной базой применяется встроенный твёрдотельный цифровой магнитный компас. Обычно он встраивается в антенную систему. В JLR-10T цифровой магнитный компас встроен в корпус приёмновычислительного устройства, что предполагает эксплуатацию JLRT 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 выполнялись автором с 19 октября по 23 октября 2009 года в утренние, дневные, вечерние и ночные часы суток. Компас на судне «Fesco» смонтирован как элемент системы АИС. Поэтому физически было невозможно 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 делались через 2-3 секунды сериями длительностью по 20-25 минут каждая. За один час удавалось сделать до двух таких серии. Всего было выполнено 45 серий с общим числом 27948 зафиксированных значений курсов. После завершения наблюдений собранный материал был оцифрован для последующей обработки. Выбранный подход к проведению 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.

Статистические характеристики точности определения курса в этих сериях помещены в табл. 1.

Оценки точности определения курса компасом JLR-10T в сериях 12 и Средняя квадратическая погрешность, градусы 0,2804 1, Как следует из табл. 1, средняя квадратическая погрешность (СКП) в серии наблюдений 19 в 4,5 раза больше СКП серии 12, а размах варьирования курса – почти в пять раз. Если учесть, что от судовых 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 отклонений 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 удовлетворит 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 поверхностью Земли вызывают возникновение к северу и к югу от экватора обширных зон на небосводе, в которых относительно наблюдателя отсутствуют спутники [3]. Это явление создаёт асимметрию расположения спутников относительно наблюдателя и, как следствие, асимметрию 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], значительное ухудшение точности наступало, когда спутники, расположенные к югу от судна и имеющие малые над горизонтом, закрывались рельефом острова Русского. Тогда в зоне радиовидимости оставались спутники, азимуты которых совпадали с ориентацией относительно меридиана измерительной базы спутникового компаса. В этом случае погрешности определения курса могут быть более 5 градусов.

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

Характеристики точности определения курса компасом JLR-10T 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 измерительной базы компаса, курсы имеют большее рассеивание по сравнению со средними курсами в остальных 29 сериях. Если это явление связано с затенением спутников, азимуты которых располагаются к северу от судна, то уместно предположить зависимость точности работы двухантенного спутникового компаса от курса судна.

Анализ табл. 2 вызывает предположение о присутствии статистической связи между средними значениями курсов и СКП. Выборочный коэффициент корреляции этой связи равен 0,4961, что свидетельствует о её значимости. На рис. 3 представлено корреляционное поле, отражающее зависимость СКП от величины среднего курса серии наблюдения, а также график соответствующей линейной регрессии.

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

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 измерительной оси спутникового двухантенного компаса сопровождается увеличением случайных погрешностей курса.

Параметры точности определения курса по всей выборке, полученной в октябре 2009 года, можно видеть в табл. Оценки точности компаса JLR-10T в наблюдениях Средняя квадратическая погрешность, градусы 1, 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 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 распределения Гаусса, соответствующая середине i-того интервала.

Асимметрия полученного распределения положительна, так как мода эмпирического распределения (81,4°) располагается левее выборочного среднего, что можно видеть на рис. 4. Этот факт подтверждает явление, наблюдаемое на рис. 3. Эксцесс эмпирического распределения по форме лептокурический, так как по сравнению с распределением Гаусса концентрация значений курсов вблизи моды выше. Отсюда можно сделать вывод о том, что распределение значений курсов, принимаемых как случайные величины, не подчиняется закону Гаусса.

Полученное среднее по всей выборке не отражает оценку истинного курса неподвижного судна. Об этом можно судить по большому 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 диаметральной плоскости судна. С другой стороны, до сих пор отсутствует методика точной установки в диаметральной плоскости судна курсоуказателей, в составе комплекта которых отсутствует репитер для пеленгования.

Результаты данной работы, отражающие чувствительность точности двухантенного спутникового компаса к расположению спутников, позволяют сделать вывод о том, что при плавании судна неизменным курсом вблизи высокого берега могут возникать ситуации внезапного и значительного изменения курса, генерируемого компасом. Если этот курс транслируется аппаратурой АИС, то в ограниченную видимость на принимающих искажённую информацию судах вахтенные помощники могут неверно истолковывать действия такого судна.

Двухантенный спутниковый компас на судне, идущем вдоль высокого 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 составляющие дрейфа курса неподвижного судна требует отдельного исследования. Дело в том, что они являются проявлением качественно новой для морской навигации девиации курсоуказателя. Можно предположить, что девиация двухантенного спутникового компаса зависит не только от курса судна, но и от времени суток в данном районе плавания. Но на неё не влияет динамика манёвра судна.

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. научн.-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. – Проблемы транспорта Дальнего Востока. Пленарные доклады восьмой междунар. науч.-практич. конф. (FEBRAT-09). 30 сентября – 2 октября 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

Основная особенность плавания в стесненных водах состоит в том, что ширина фарватера ограничена. Поэтому возникает необходимость повышенной точности счисления пути судна и более частые определения места с высокой точностью.

При плавании в стесненных районах по прямолинейным участкам пути, при наличии современного навигационного оборудования, контроль местоположения судна можно обеспечить с достаточно высокой точностью. однако при смене курса расчет траектории движения 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 движении на циркуляции оказывается недостаточно точным, особенно на начальной стадии циркуляции. Наиболее часто используется табличный метод для расчета точки начала перекладки руля, который заключается 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 поворотной точки «С» проложен ИК 330о. Угол поворота 60о. Необходимо рассчитать и нанести на первоначальном курсе (270о) точку начала перекладки руля. Для этого необходимо выполнить следующее:

По углу поворота выбрать из таблицы выдвиг и прямое смещение (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 отрезков в масштабе карты), равный прямому смещению, конец которого 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 продолжения 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 методом касательной. Для этого необходимо к циркуляции выбранного угла перекладки руля провести касательную под углом к первоначальному движению, равным углу поворота (рис. 4). Точка пересечения касательной с линией первоначального движения обозначена «С».

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

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

Сравнение произведено на тренажере фирмы Транзас с использованием 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, ширина 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 методом, приведены в таб. 1. Рассчитаны упреждения обоими методами для поворотов на 30о, 60о и 90о с использованием циркуляций с перекладкой руля на 20о, 15о и 10о.

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

При использовании табличного метода прямое смещение и выдвиг 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 перекладывают на заранее запланированный угол и к моменту, когда изменение курса достигает величины, равной половины К, угол перекладки уменьшается, а к моменту выхода на заданный курс поворот судна одерживается путем перекладки руля на противоположный борт. Эта последовательность перекладки руля приводит к следующему: при уменьшении перекладки руля диаметр циркуляции меняется в сторону увеличения, меняется и скорость поворота в сторону уменьшения, линейная скорость увеличивается, а угол дрейфа уменьшается. В результате этих изменений центр тяжести судна начинает движение по кривой, которая отличается от первоначальной увеличением диаметра циркуляции.

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

По циркуляции с уг- По циркуляции с уг- По циркуляции с угУгол из- лом перекладки руля лом перекладки руля лом перекладки руля менения 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 каждые 10о изменения курса. Поэтому при изменении курса на угол, не кратный 10о, необходимо произвести интерполяцию, что, в свою очередь, 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 смещения и выдвига необходима фиксация точек на траектории на определенных курсах. В противном случае прямое смещение и выдвиг будут сняты с ошибками. К тому же, на траектории невозможно зафиксировать все точки.

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

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

На основании вышеизложенного следует считать, что упреждения, полученные методом касательных для использования предварительного планирования и управления маневрами при плавании в стесненных водах, более точен, прост и не требует дополнительных построений, занимает меньше времени для определения упреждений при расчете точки начала перекладки руля.

БУКЛЕТ АВАРИЙНОЙ БУКСИРОВКИ

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, плановая буксировка несамоходных судов и объектов;

вспомогательная (внутрипортовая) буксировка в гавани и на Вынужденные буксировочные операции по спасению аварийных судов выполняются транспортными судами или буксирамиспасателями. 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 подготовке 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 аварийной буксировки.

Назначение данного Руководства - оказание помощи капитанам судов в подготовке процедур для конкретного судна в принятии самых безопасных и эффективных действий при возникновении чрезвычайных ситуаций, требующих аварийной буксировки. Требования Руководства 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 использования формате (буклете, схемах, плакатах).

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

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

схема, надежность конструкции и безопасная рабочая нагрузка мест соединений (киповые планки, клюзы, лебедки, должны быть указаны судовые инструменты и оборудование для устройства буксирной линии и места их хранения.

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

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

название судна;

позывной сигнал;

особенности якорного устройства (длина смычки, особенности 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 линии;

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

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

в помещении полубака;

в судовой канцелярии.

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

Процедуры для конкретного судна должны разрабатываться индивидуально и вноситься в Буклет аварийной буксировки. Эти процедуры 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 2. организацию работ на палубе (расстановку людей, распределение 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 5. должны быть приняты во внимание возможные перерывы в подаче электроэнергии и ситуации нерабочего состояния судна, особенно при подборке тяжелых буксирных линий;

6. должен быть план по связи со спасательным/буксирующим судном. В этом плане должна быть вся информация, которую капитан 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 оборудование, места соединений и крепления и безопасная рабочая нагрузка (SWL);

размерения и возможности буксирного оборудования;

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

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

9. инвентарную ведомость и местоположение оборудования, которое может быть использовано в ходе ситуаций аварийной буксировки;

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

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

Ниже представлен буклет аварийной буксировки, разработанный для танкера «Капитан Костичев» Приморского морского пароходства.

Для разработки буклета использованы тактико-технические характеристики судна, руководство пользователя буксирным устройством 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

Волнение является одним из решающих факторов влияющих на условия судовождения и на результаты парусных соревнований в море. Учеными и судостроителями выполняются обширные исследования 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 большегрузных судах.

При плавании судна в условиях шторма на попутном волнении или волнении с кормовых курсовых углов характеристики его основных мореходных качеств, таких, как остойчивость, качка и управляемость 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, когда соответственно = То или = То/2;

захват волной, потеря управляемости и самопроизвольный неуправляемый 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 относительно длины судна L. Брочингу в основном подвержены малые суда, имеющие длину менее 60 м.[1].

Основными признаками изменения поведения судна на попутном волнении, свидетельствующими о его недостаточной безопасности в случае недостаточной остойчивости, являются:

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

длительное по сравнению с четвертью периода собственных колебаний судна наклонение судна на борт, задержка (зависание) в положении, 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 возрастает амплитуда бортовой качки судна в случаях, когда ее период (основной резонанс) приблизительно равен или вдвое превышает кажущийся период волны (параметрический резонанс).

В теории волн глубина считается большой, если она превышает половину длины волны. Однако для целей практики применение универсальной 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, попаданием 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 сократить время воздействия волн в опасном положении. Переход на кормовые курсовые углы может сопровождаться усилением бортовой качки вследствие сближения периода собственных колебаний судна и кажущегося периода волн, что следует оценивать по диаграмме Ю. В. Ремеза.

В настоящее время спутниковые микроволновые приборы различных диапазонов длин волн используются для глобального мониторинга скорости и направления ветра над водной поверхностью, определения параметров волнения, картирования и измерения характеристик ледового покрова, измерения влагосодержания и водозапаса атмосферы над океаном, определения зон осадков и оценки их интенсивности. [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 требует установки дополнительного дорогостоящего оборудования и несопоставимых 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, создаваемых на экране РЛС морским волнением. Для этих целей используются фильтра с ручной регулировкой, которые позволяют убрать помехи создаваемые от волн, но не дают информации о высоте и скорости волн.[3].

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

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

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

Выделяют следующие виды реакции судна на волнение: колебательные движения корпуса судна во всех шести степенях свободы (качка); меняющиеся с частотой волнения напряжения элементов корпуса, ударные нагрузки; вибрации корпуса и его элементов; изменения, имеющие постоянный характер (снижение скорости хода, увеличение нагрузки на двигатель, дрейф и т.д.); неблагоприятные явления, такие как слеминг, заливаемого», оголение винта, брочинг и т.д.

Вызываемая волнением качка судна (рис. 2) подразделяется на шесть видов: бортовая (Roll) - вращательные колебания около продольной оси, лежащей в диаметральной плоскости судна (попеременный крен па правый и левый борт); килевая (Pitch) - вращательные колебания около поперечной оси судна, параллельная плоскости мидель шпангоута (дифферент судна то на нос, то на корму); вертикальная (Heave) - колебания вдоль вертикальной оси судна; продольногоризонтальная (Surge) -колебания вдоль продольной оси судна; поперечно-горизонтальная (Sway) - колебания вдоль поперечной оси; рыскание (Yaw) - вращательные колебания около вертикальной оси Вследствие хода судна воспринимаемое им волновое возмущение по скорости распространения, периоду и частоте отличается от волнения на поверхности моря. Наблюдаемые на движущемся судне параметры волнения называют кажущимися, или параметрами встречи судна с волнами, либо параметрами воздействия волн на судно. В обозначениях этих величин ниже будет использоваться индекс с. который укапывает что это – параметры встречи судна с волнами (encounter parameters).

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

где V- скорость судна; q - курсовой угол волнения.

В результате кажущийся период с волнения оказывается равным:

Отсюда следует, что при острых курсовых углах, ход судна уменьшает кажущийся период волн по сравнению с истинным периодом, а при тупых - увеличивает. Зная e, можно найти частоту встречи судна с волнами:

Параметры качки определяются параметрами волнового воздействия 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 элементарной полосе de равна энергии истинного волнения, в малом интервале d. Учитывая вышеизложенное, из первоначальной картины волнения, получаемой при сканировании морской поверхности, следует вычесть частоту e, что даст картину морского волнения для судна испытывающего качку, но не движущегося поступательно относительно волн.

Остальные составляющих качки на карте морского волнения, обусловлены размерами и текущим состоянием судна, а также характером волнения в данный момент. Размеры судна остаются постоянными в течении длительного периода времени, а изменяемые параметры судна, могут быть определены автоматически по периодам качки судна, изменению высоты антенны судовой системы глобального позиционирования над поверхностью моря и ряду других косвенных признаков. Остальные составляющие карты морской поверхности указывают на характеристики морского волнения. Преобразовав с помощью общеизвестных формул полученную карту из радиальной в декартову систему координат и подвергнув ее математической обработке с помощью пакетов математических программ, возможно решить обратную задачу, по мгновенному полю морской поверхности, определить параметры морского волнения.[5].

Зная параметры волнения, зная характеристики, направление и скорость движения судна, возможна разработка на основе программного комплекса, отслеживающего движение судна относительно полей волн и дающего рекомендации для оптимального курса движения при данном условии волнения. В случае необходимости выдающего предупреждение судоводителю об опасных курсах и скоростях близких к резонансу. Разработка такой системы позволит сэкономить время перевозки грузов и существенно повысить безопасность мореплавания.

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. РАДИОФИЗИКА, том XLII, №3, 240-254, 1999.

3. Байрошевский А.М. Судовые радиолокационные станции.; Издво: Морской транспорт., - Ленинград, 88. – С.199 – 202.

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

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

ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ГИРОАЗИМУТКОМПАСА «ГЮЙС» В

СЛУЧАЕ ОШИБОЧНОГО ВВОДА ВХОДНОЙ ИНФОРМАЦИИ

Приводится экспериментальная оценка точности гироазимуткомпаса «Гюйс» при ошибочном вводе входной информации о скорости судна и широте места. Показано, что правильный ввод скорости судна и широты является важным условием, не только точной работы 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 навигационных 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 последние годы получили широкое внедрение на судах морского флота гирокомпасы с динамически настраиваемым гироскопом, которые имеют значительные преимущества как по точности, так и с точки зрения навигационного и технического их обслуживания.

Поэтому работы, связанные с определением точности гироскопических указателей курса, на базе динамически настраиваемых гироскопах 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 гироскопического указателя курса в меридиан при различных начальных отклонениях чувствительного элемента соответствует техническим условиям.

При определении влияния погрешностей в информации о скорости 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 наличии скоростная девиация, соответствующая указанным выше параметрам.

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

Рис. 2. Поведение гироазимут компаса при ошибочном вводе скорости Эксперимент позволяет сделать вывод, что при вводе скорости в блок коррекции скоростная девиация изменяется по экспоненциальному закону, и достигает своего максимального значения через промежуток времени порядка 65-70 минут, что подтверждают теоретические расчеты.

Информация о скорости судна участвует в формировании корректирующих 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 погрешность в показаниях курса при скорости судна 15 узлов может достигать более 3,6°.

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

Для оценки поведения гироскопического указателя «Гюйс» в результате введения ложных данных о скорости судна, прибор был проведен 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 девиация 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.

Маятниковый момент выводит гиросферу из меридиана, а демпфирующий момент ограничивает дрейф по высоте. В результате чего гиросфера приходит в положение равновесия, при котором маятниковый момент в сумме с азимутальным моментом (корректирующим моментом) обеспечивает слежение за меридианом, а демпфирующий момент за плоскостью горизонта. Поэтому сигнал с индикатора горизонта не превышает U порог.

Рис.3. Характер изменения положения чувствительного элемента При оценке поведения гироскопического указателя «Гюйс» в результате ошибочного ввода широты прибор был приведен в готовность (при =43°N и скорости 0 узлов с последующим приведением носовой части диаметральной плоскости предполагаемого судна на курс 360° (0°)). После введения входной информации о широте места, равной 43°S, через 5 минут картушка центрального прибора показала отсчет 356,9° и не останавливаясь, с нарастающей скоростью, через минут ушла на отсчет 328,4 °. График характера изменения положения чувствительного элемента при ошибочном знаке ввода широты места показан на рис.4.

При ошибочном вводе широты одного и того же наименования (N) на 10°, погрешность в показаниях гирокомпаса через 20 минут достигла своей максимальной величины 1.0° Таким образом, при вводе широты противоположного наименования в вычислительной схеме формируется корректирующий момент обратного знака. Уже этот факт должен привести к удвоению погрешности. Под действием данного момента чувствительный элемент уходит из меридиана.

Главная ось ЧЭ уже не находится в меридиане, поэтому начинается ее вертикальный дрейф вследствие вращения Земли. При небольшой погрешности нарастание сигнала в течение 8 мин. ненамного превышает значение Uпорг., поэтому включается горизонтирование, и когда главная ось гиросферы приходит в плоскость горизонта, сигнал с индикатора горизонта равен нулю, т.е. корректирующему моменту не создаются никакие препятствия и он продолжает уводить ЧЭ из плоскости меридиана.

Рис. 4. Поведение гироазимуткомпаса при ошибочном вводе широты Если же начальная погрешность была большая, как в данном эксперименте, а угол ухода из меридиана значительный, вертикальный дрейф становится большим и быстро достигает значения Uпорг., в этом случае схема переключает прибор из режима ГК в режим ГА.

Эта схема нужна при маневрировании судна, однако при грубых промахах судоводителя она также срабатывает. В режиме ГА при ошибочном корректирующем моменте ЧЭ с нарастающей скоростью уходит все дальше из меридиана, т.е. прибор утрачивает свою функцию.

Описанное явление в средних широтах не возникает, если погрешность в широте не превышает 10°. Итак, правильный ввод широты является важным условием существования прибора, как курсоуказателя.

АВТОНОМНАЯ АВТОМАТИЧЕСКАЯ КОРРЕКЦИЯ ШИРОТЫ

ГИРОАЗИМУТКОМПАСА

В настоящее время среди судовых гироскопических курсоуказателей особое место занимают гироазимуткомпасы (ГАК) и их аналоги – гирокурсоуказатели (ГКУ). Популярность данных гироскопических систем обеспечивается плодотворностью схемы их построения, одним из достоинств которой является возможность коррекции гироскопического чувствительного элемента (ЧЭ) для исключения методических погрешностей. К таким погрешностям относятся широтная и скоростная девиация гироазимуткомпаса. Обе эти девиации зависят от широты места судна, поэтому она должна вводиться в схему указанных приборов.

Как известно для осуществления широтной коррекции к чувствительному элементу гирокурсоуказателя прикладывается горизонтальный момент, а для скоростной коррекции – вертикальный момент [1].

Момент широтной коррекции состоит из двух частей:

– момент коррекции широтной девиации, возникшей от вертикальной составляющей угловой скорости вращения Земли, пропорциональный широте места судна;

– момент коррекции широтной девиации, также пропорциональный широте, возникшей от вертикальной составляющей угловой скорости вращения судна вследствие его движения по параллели.

Таким образом, названный момент широтной коррекции можно представить следующим выражением:

где Н – кинетический момент гироскопа;

0 – угловая скорость вращения Земли;

– широта плавания;

VE – линейная скорость судна по параллели.

Реализация указанной коррекции возможна, если в схему прибора вводится широта места судна и его скорость.

Вертикальный корректирующий момент предназначен для исключения скоростной девиации, возникающей вследствие движения судна по меридиану. Он вырабатывается в соответствии с выражением Очевидно, что реализация моментов широтной и скоростной коррекции возможна, если в схему гироазимуткомпаса вводится скорость судна. Известно, что интеграл по времени от меридиональной составляющей скорости судна VN равен без учета сжатия Земли приращению широты места судна, возникшему вследствие движения судна по меридиану и равному разности широт (РШ) между введенной и текущей широтой места судна [2]:

В таких гироазимуткомпасах, как «Вега», «Вега-М» для судов арктического плавания [2], ГКУ-2 [3] предусмотрен ручной ввод широты и скорости. Скорость также может вводиться автоматически от лага через узел ввода скорости. В то же время в таких системах, как ГКУ-1 предусмотрен, кроме ручного, и автоматический ввод широты от автопрокладчика, а в гироазимуткомпасе «Гюйс» [4] с электронной вычислительной схемой обработки информации широта и скорость могут вводиться вручную или автоматически от приемоиндикатора спутниковой системы GPS.

Недостатком названых гироазимуткомпасов является отсутствие автоматического ввода широты. Для получения приемлемой точности выработки курса ручной ввод широты рекомендуется осуществлять в широтах до 70 – через 2-3, а в более высоких широтах – через 0, [4]. Обстановка во время плавания может сложиться так, что своевременная ручная корректура широты может оказаться невозможной.

Ручной ввод нежелателен еще и потому, что при этом в силу вступает человеческий фактор. Известны случаи, когда широта вводилась с обратным знаком, что снижало точность показаний гирокомпаса до недопустимых значений [3].

Однако, уравнения (2) и (3), реализуемые в схемах этих приборов ясно указывают на возможность выработки счислимой широты в самих приборах, что реализовано в одной из лабораторий МГУ им.

адм. Г.И. Невельского. Предложенная блок-схема (рис. 1) работает следующим образом.

При штатном запуске гироазимуткомпаса в порту с пульта оператора 1 вручную через узел 2 ручного ввода широты устанавливают широту места судна. Узел 2 вырабатывает напряжение, пропорциональное введенной широте UВ, и подает его на первый вход суммирующего устройства 3. Суммирующее устройство 3 преобразует и транслирует это напряжение в виде U на первый вход блока электронного 4. В блок электронный 4 поступает одно из двух напряжений, пропорциональных скорости судна: на второй вход напряжение UVВ из узла 5 ручного ввода скорости пульта оператора 1; на третий вход напряжение UVл от блока внешнего источника информации – в виде судового лага 9. Блок электронный по информации о широте и скорости формирует сигналы моментов коррекции гироскопического чувствительного элемента (не показан). Сигнал момента скоростной коррекции, пропорциональный меридиональной составляющей скорости судна, снимается с первого выхода блока электронного 4 и поступает на первый вход центрального прибора 6 для создания вертикального момента коррекции на гироскопическом чувствительном элементе. Этот же сигнал скоростной коррекции с первого выхода блока электронного 4 подается на усилитель 7, где происходит его умножение на постоянный коэффициент усиления где величина 1,94 – это отношение количества секунд в часе к длине морской мили в метрах:

Данная величина служит для перевода единицы измерения скорости судна из м/с в узлы, в которых отградуированы шкалы узла ручного ввода скорости судна и лага, то есть скорость 1 м/с соответствует скорости 1,94 узла;

Н – кинетический момент гироскопа [Н·м·с];

R0 – радиус Земли [м].

Тогда меридиональная составляющая скорости судна VN в узлах будет равна Благодаря указанной операции усиления с выхода усилителя снимается электрическое напряжение UVN, пропорциональное меридиональной составляющей скорости судна в узлах, которое поступает на вход интегрирующего устройства 8. Известно, что интеграл по времени от меридиональной составляющей скорости судна VN, выраженной в узлах, равен без учета сжатия Земли приращению широты места судна, возникшему вследствие движения судна по меридиану и равному разности широт (РШ) между введенной и текущей широтой места судна:

где VN – данная меридиональная составляющая скорости судна, выраженная в узлах;

T1 –T0 – пределы интегрирования, промежуток времени движения судна по меридиану [часы]; при этом 1 миля равна дуге 1' по широте.

В результате интегрирования сигнала меридианальной составляющей скорости судна формируется сигнал U, пропорциональный приращению широты вследствие движения судна по меридиану.

Указанный сигнал поступает на второй вход суммирующего устройства 3, где складывается с ранее поступившим сигналом UВ, пропорциональным введенной широте. Таким образом решается задача непрерывной, автоматической автономной коррекции широты места судна, то есть выработки текущей широты места судна. В дальнейшем из суммирующего устройства 3 на первый вход блока электронного транслируется напряжение, пропорциональное текущей широте места судна Сигнал момента широтной коррекции снимается со второго выхода блока электронного 4 и поступает на второй вход центрального прибора 6 для создания азимутального момента коррекции на гироскопическом чувствительном элементе. В частном случае использования блока внешнего источника информации в виде приемоиндикатора 10 спутниковой навигационной системы GPS широта места и скорость судна вводятся в блок электронный 4 через его четвертый и пятый входы. В этом случае блок электронный 4 формирует сигналы корректирующих моментов по данным названного приемоиндикатора 10.

Суммирующее устройство 3, усилитель 7, интегрирующее устройство 8 продолжают работать. При отключении приемоиндикатора 10 на первый вход блока электронного 4 сразу же в автоматическом режиме будет поступать текущая широта места судна. Таким образом, и в этом случае полностью отпадает необходимость в ручной коррекции широты места судна.

Испытание опытной модели показало достижение технических результатов: обеспечивалась автономная автоматическая коррекция широты места судна, что способствовало точной выработке моментов коррекции, что в свою очередь повышает точность курсоуказания. В лабораторных условиях в диапазоне северных широт от 30 до 50 на курсе судна 45 максимальная погрешность выработки курса составила 0,1.

В предлагаемом гироазимуткомпасе коррекция широты фактически является способом автоматической приборной выработки текущей (счислимой) широты места судна. Для определения необходимой частоты ручного вмешательства в коррекцию широты используется известная формула расчета точности счислимого места в милях [5] где КС – коэффициент точности счисления [миля/час1/2];

t – время плавания в часах.

Как известно, в широтах ниже 70 ручная коррекция широты должна осуществляться при ее изменении на 2 – 3. Это означает, что погрешность в приборной счислимой широте не должна превышать 120 – 180 миль. При самых неблагоприятных условиях плавания, когда КС = 2, такая погрешность в приборной широте накопится, приблизительно, через полгода непрерывного плавания. В высоких широтах более 70 необходимость ручного вмешательства во ввод широты будет возникать через 225 часов, то есть приблизительно через 9 суток. Данное обстоятельство подчеркивает актуальность решения назревшей технической задачи [6].

1. Смирнов Е.Л., Яловенко А.В., Якушенков А.А. Технические средства судовождения. Теория. – М.: Транспорт, 1988. – 376 с.

2. Паластров В.Ф. и др. Навигация. – М.: Военное издательство МО, 1967. – 792 с.

3. Смирнов Е.Л., Яловенко А.В., Перфильев В.К., Воронов В.В., Сизов В.В.. Технические средства судовождения. Том 2. Конструкция и эксплуатация. – СПб.: «Элмор», 2000. – 656 с.

4. Коган Б.М., Чичинадзе М.В.. Судовой гироазимуткомпас «Вега». – М.: «Транспорт», 1983. – 200 с.

5. Мореходные таблицы (МТ-2000). – СПб.: ГУНИО МО РФ, 2002.

6. Саранчин А.И., Перечесов В.С., Бирюк А.О. Гироазимуткомпас с автоматической коррекцией широты места судна. Заявка на изобретение №2010103270/28(004528), приоритет от 01.02.2010 г.

АНАЛИЗ И ПРИЧИНЫ АВАРИЙНОСТИ СУДОВ

В последнее десятилетие только на судах морского транспортного флота России было зафиксировано большое количество аварийных случаев и наблюдаются тенденции их роста. Мировая статистика свидетельствует о том, что аварийность с судами, занятыми перевозкой лесных грузов, на долю которых приходится около 10% мирового объема морских перевозок, по количеству аварий опережают другие типы судов, но при этом аварии крайне редко заканчиваются их гибелью.

Применительно к российскому флоту эта статистика справедлива только в части, касающейся повышенной аварийности лесовозов, а что касается низкой вероятности их гибели, то реальность жестко опровергает это заключение. В качестве подтверждения вышесказанного можно привести следующее: у причалов портов опрокинулись теплоходы «Паллада» и «Алга», в море только в последние годы с грузом леса на борту затонули теплоходы «Виктор Вихарев», «Вест», «Синегорье» и «Кастор-1».

В чем же причины аварийности судов с палубным лесным грузом?

Для того чтобы определить причины аварийности лесовозов, проведем анализ общей аварийности и аварийности лесовозов, определим общие факторы аварийности и факторы касающиеся только лесовозов. Для этого необходимо провести анализ аварийности судов по следующим категориям:

1. Анализ аварийности по видам аварий;

2. Зависимость аварийности от возраста судов;

3. Распределение аварий в течении суток;

4. Распределение аварийности по временам года;

5. Влияние погодных условий на аварийность судов;

6. Распределения аварий по району плавания;

7. Влияние на аварийность курса судна по отношению направления волнения;

8. Влияние скорости судна на аварийность;

9. Влияние степени загруженности палубы на аварийность лесовозов;

10. Влияние начальной остойчивости на аварийность судов.

Для проведения анализа примем статистические данные Английского Регистра Ллойда и по данным Минтранса РФ, 1630 аварий за последние 30 лет. Посадка на мель (касание грунта) занимает первое место среди причин морских происшествий - 534 случаев (32,8 %). На втором месте по-прежнему пожары - 364 случая (22,3 %). Далее следуют: нарушение герметичности корпуса - 212 (13,0 %), гибель в штормовых условиях - 198 (12,1 %) и столкновения - 168 (10,3 %).

Доля оставшихся пяти причин не превышает 9,2% (154 случая) рис. 1.

Рис. 1 Анализ аварийности по видам аварий Ф.М. Кацман и А.А. Ершов в своей статье «Аварийность морского флота и проблемы безопасности судоходства» выполнили анализ статистических данных Регистра Ллойда и выявили ряд закономерностей По данным выполненного анализа за период 2001-2004 годов основные причины гибели судов в мире распределились следующим образом (рис. 2).

На первом месте стоит затопление судов вследствие воздействия внешних факторов, которые приводят к нарушению водонепроницаемости корпуса, чаще всего в условиях шторма. На втором месте (в качестве причин гибели) стоят посадки на мель, на третьем – пожары и взрывы на судах, и на четвертом – столкновения. [1] Обращает на себя внимание тот факт, что, несмотря на относительное снижение общего количества числа погибших судов в мире, пропорции между основными причинами, приводящими к потерям судов, устойчивы по годам. На втором месте – посадка на мель (как правило, в хорошую погоду), что имеет непосредственное отношение к морской навигации. Таким образом, бурное развитие навигационной техники на судах за последние годы не привело к исчезновению этой причины или относительному снижению, потому что все приборы дают судоводителю информацию, а он должен проанализировать и принять решение. Следовательно, можно сделать вывод, что не только конструктивные особенности и оснащение судов современным оборудование, но и человеческий фактор является одним из главных составляющих аварийности судов.



Pages:   || 2 | 3 |
Похожие работы:

«ПРОГРАММА ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО МОДУЛЯ Установка и обслуживание программного обеспечения персональных компьютеров, серверов, периферийных устройств и оборудования. 2011 г. 1 Программа профессионального модуля разработана на основе Федерального государственного образовательного стандарта по профессиям начального профессионального образования (далее – НПО) 230103.04 Наладчик аппаратного и программного обеспечения Организация-разработчик: ГОУ НПО Профессиональное училище № 41г. Прокопьевска...»

«тер итория У Д О Б Н Ы Е П О К У П К И И С Е Р В И С р издание рекламное зпд аа www.territoriya.info 2 (3) м й 2011 а Пкпи оук С л нк а о ы ао рст Фи н с и с о т те пр Ме и и а дцн Мо р б н к й еео А т,м т во оо Нди и от ев ж м сь Д нг еьи Рмн еот Итре неьр Сд а Зо о Рсоаы етрн Рзлчня авееи П адии рзнк П тш свя уе ети Оуеи бчне Улг суи Тк и ас Афиша 2 Содержание 2 (3) май ФоРМа Удобные покупки и сервис Мой Ребенок 4 Избавление от полноты — 10 Успех начинается с детства! вопрос силы духа Салон...»

«СОДЕРЖАНИЕ Введение 1. Идеология бюджетирования, ориентированного на результат. 10 1.1. Необходимость изменения существующей системы бюджетирования в Российской Федерации 1.2. Принципиальные отличия модели бюджетирования, ориентированного на результат, от существующей модели бюджетирования 1.3. Многоуровневость применения модели бюджетирования, ориентированного на результат 1.4. Общая характеристика инструментария бюджетирования, ориентированного на результат 1.5. Взаимосвязь бюджетной реформы...»

«ДМИТРИЙ САВЕЛЬЕВ: ЕЛЕНА КОВАЛЬ: ИРИНА КОБЕЦ: РОССИЯНЕ, ВОСПИТАВШИЕ ДЕТЕЙ, ПРЕДПРИЯТИЯМ ВЫГОДНО БОЛЬШАЯ СЕМЬЯ – СМОГУТ ВЫЙТИ НА ПЕНСИЮ ПОЛУЧАТЬ ВЫРУЧКУ СРАЗУ ЭТО СЧАСТЬЕ ДОСРОЧНО С. НА РАСЧЕТНЫЙ СЧЕТ С.3 С. ПРИМОРСКАЯ 20 ИЮНЯ 2014 г.•ПЯТНИЦА•№ 67 (932) ГАЗЕТА ОФИЦИАЛЬНОЕ ИЗДАНИЕ ОРГАНОВ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ВЛАСТИ ПРИМОРСКОГО КРАЯ | WWW.ПРИМОРСКАЯГАЗЕТА.РФ Добавят эффективности В администрации края произошли новые кадровые изменения гичным, заявил Приморской газете Накануне врио губернатора депутат...»

«ОРГАНИЗАЦИЯ A ОБЪЕДИНЕННЫХ НАЦИЙ ГЕНЕРАЛЬНАЯ АССАМБЛЕЯ Distr. GENERAL A/HRC/WG.6/3/BFA/3 15 September 2008 RUSSIAN Original: ENGLISH СОВЕТ ПО ПРАВАМ ЧЕЛОВЕКА Рабочая группа по универсальному периодическому обзору Третья сессия Женева, 1-15 декабря 2008 года РЕЗЮМЕ, ПОДГОТОВЛЕННОЕ УПРАВЛЕНИЕМ ВЕРХОВНОГО КОМИССАРА ПО ПРАВАМ ЧЕЛОВЕКА В СООТВЕТСТВИИ С ПУНКТОМ 15 С) ПРИЛОЖЕНИЯ К РЕЗОЛЮЦИИ 5/ СОВЕТА ПО ПРАВАМ ЧЕЛОВЕКА Буркина-Фасо* Настоящий доклад представляет собой резюме материалов1, направленных...»

«Публикации – StoreData. Март – Октябрь 2010 г. Издание Дата Публикация URL Публикации о планируемом открытии StoreData (Пресс-информация 17.03.10) Byte 18.03.10 http://www.byte 17.03.2010 (Bytemag.ru) Публикаци Компания Научный инновационный центр и mag.ru/articles/ яв detail.php?ID=1 Московский Internet Exchange (MSK-IX) планируют открытие нового центра обработки и хранения данных разделе 6382 Вирутали StoreData в Центральном административном округе Москвы (Нижегородская ул., 32). Дата-центр...»

«цевала на столе в купальнике. На шею я повязала платочек с надписью мир на разных языках: я привезла его из Москвы. После вечера, естественно, разразился скандал, состоялось заседание обкома, где студентов ругали за тему вечера и пошлые танцы на столе. Впрочем. никто, по-моему не пострадал. А некоторые молодые преподаватели и аспиранты стали поглядывать на нас с интересом. Вообще-то удивительное место — Ленинградский университет. Как будто там стены хранят некий вольнолюбивый дух! [Там же]...»

«Х. Я. Полоцкий ВРЕМЕНА В ЕГИПЕТСКОМ I. Основные элементы системы времён §§ 1–3. II. Глагольные формы в обстоятельственных придаточных §§ 4–15. III. Обстоятельственные придаточные в качестве логических предикатов §§ 16–21. IV. Глаголы движения: начальная форма sDm.n.f в сравнении с конструкцией вспомогательный глагол + статив §§ 22–33. V. Переходные глаголы: начальная форма sDm.n.f в сравнении с iw sDm.n.f §§ 34–40. VI. Составные глагольные формы в начальной позиции §§ 41–46. VII. Заключение §§...»

«№ 0006 Сборник материалов по вопросам социального обеспечения Социальное управление риском: новая концептуальная база для социальной защиты и дальнейших действий Роберт Хольцман Стеен Йоргенсен Февраль 2000 г. Отдел Социального Обеспечения Населения Отдел Человеческого Развития Всемирный банк Сборник материалов по вопросам социального обеспечения населения не являются официальными публикациями Всемирного банка. Они представляют первичные и недоработанные результаты анализов, которые служат для...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Амурский государственный университет Утверждаю Зав. каф. русского языка Е.А. Оглезнева _ _2012 Кафедра русского языка УЧЕБНО – МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ НАУЧНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ТРУДА Основной образовательной программы по направлению подготовки 031600. 62 Реклама и связи общественностью Благовещенск УМКД разработан канд. филол. наук,...»

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Н.Е. ЖУКОВСКОГО “ХАРЬКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ” ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРОИЗВОДСТВА КОНСТРУКЦИЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ Сборник научных трудов Выпуск 2 (70) 2012 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского Харьковский авиационный институт ISSN 1818-8052 ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРОИЗВОДСТВА КОНСТРУКЦИЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ 2(70) апрель – июнь СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ...»

«В. И. ВЕРНАДСКИЙ ДНЕВНИКИ 1935-1941 в двух книгах Ответственный редактор доктор геолого-минералогических наук В.П. ВОЛКОВ Книга 2 1939-1941 МОСКВА НАУКА 2006 ОТ РЕДАКТОРА Последовательное издание дневников В.И. Вернадского, начатое с его записей от октября 1917 - марта 1921 гг., осуществлено в 1994—1997 гг. Национальной академией наук Украины и продолжено с 1998 г. Российской академией наук в серии Библиотека трудов академика В.И. Вернадского, основанной академиком А.Л. Яншиным в 1990 г....»

«ЕЛЕНА АСЕЕВА СОКРОВИЩА ВОСПОМИНАНИЙ Caucasus Morpheus Project 2011 Посвящается моей семье, моей маме, и моему учителю – Татьяне Ефимовне Шехтер. ПРЕДИСЛОВИE Я не боялась демонов, духов, так как знала, что суть их порождение человека, У меня болели глаза. но боялась ходить в магазин. Не знаю почему. Я заставляла себя это делать и не знала почему. И тогда я просто поменяла магазины. Стало проще. Мне их хотелось подставить под дождь, чтобы он их наполнил слезами. Я рисовала с того возраста, как...»

«Тони Барлам ДЕРЕВЯННЫЙ КЛЮЧ УДК 821.161.1-93 Барлам ББК 84 (2Рос=Рус)6-44 Б25 Оформление обложки — автора. Барлам Тони Деревянный ключ. — М.: Memories, 2009. — Б25 478 с. с илл. ISBN 978-5-903116-70-6 УДК 821.161.1-93 Барлам ББК 84 (2Рос=Рус) 6-44 © Тони Барлам, 2009. © Тони Барлам, обложка, 2009. © Оформление, ISBN 978-5-903116-70-6 издательство Memories, 2009. Посвящается моей любимой Алисе, без которой ничего бы не было. Автор выражает глубокую признательность своим друзьям — nutlet, heruka,...»

«6 ПРАВИТЕЛЬСТВО СВЕРДЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ ДЕПАРТАМЕНТ ЛЕСНОГО ХОЗЯЙСТВА СВЕРДЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ ПРИКАЗ N2 г. Екатеринбург о внесении изменений в лесохозяйственный регламент Ново-Лялинского лесничества, утвержденный приказом Министерства природных ресурсов Свердловской области от 31.12.2008 М 1756 В соответствии с подпунктом 1 пункта 1 статьи 83, пунктом 2 статьи 87 Лесного кодекса Российской Федерации, пунктом 9 приказа Федерального агентства лесного хозяйства Российской Федерации от 04.04.2012 N~ 126...»

«Приложение 1 к приказу №22/2 от 05.04.2013г. Обеспечение образовательного процесса учебной и учебно-методической литературой по заявленны м к лицензированию образовательны м программам. № Уровень, ступень Автор, название, место издания, Колич Число п/п образования, вид издательство, год издания ество обучающи образовательной учебной и учебно-методической экзем хся, программы (основная/ литературы. пляро воспитанн дополнительная), в иков, направление подготовки, одновреме специальность,...»

«100 лучших книг всех времен: www.100bestbooks.ru Григорий Остер Вредные советы Книга для непослушных детей и их родителей ПОСЛУШНЫМ ДЕТЯМ ЧИТАТЬ ЗАПРЕЩАЕТСЯ! Недавно ученые открыли, что на свете бывают непослушные дети, которые все делают наоборот. Им дают полезный совет: Умывайтесь по утрам – они берут и не умываются. Им говорят: Здоровайтесь друг с другом – они тут же начинают не здороваться. Ученые придумали, что таким детям нужно давать не полезные, а вредные советы. Они все сделают...»

«СОДЕРЖАНИЕ 1. Общие положения 1.1. Общая характеристика основной профессиональной образовательной программы послевузовского профессионального образования (ОПОП ППО) по специальности 10.02.04 – Германские языки. 1.2. Нормативные документы для разработки основной профессиональной образовательной программы послевузовского профессионального образования по специальности 10.02.04 – Германские языки. 1.3. Требования к уровню подготовки, необходимому для освоения основной профессиональной...»

«Рабочая группа I КоК-НВО 16 апреля 2009 года Обсуждение проекта системы результатов (Стратегические цели и Функциональные цели) Исполнительное резюме После обсуждения на последнем заседании Рабочей Группы основных вопросов, касающихся уточнения системы результатов для установленных 11 Стратегических целей и 2 Функциональных целей и анализа двух примеров Стратегических целей, на рассмотрение и для критических замечаний (в Приложениях 2-14) Рабочей группы был представлен полный набор систем в...»

«Учреждение образования Витебский государственный технологический университет УТВЕРЖДАЮ Первый проректор С.И. Малашенков 2009 г. Регистрационный № УД-/р. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС дисциплины ПРИКЛАДНАЯ МАТЕМАТИКА Раздел: ОСНОВЫ ЧИСЛЕННЫХ МЕТОДОВ 1-50 01 02 Конструирование и технология швейных изделий 1-50 02 01 Конструирование и технология изделий из кожи Факультет конструкторско-технологический. Кафедра теоретической и прикладной математики. Программу составила доц.Дунина Е.Б. Витебск 2010...»






 
© 2014 www.kniga.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Книги, пособия, учебники, издания, публикации»

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.