Текст книги "Учись морскому делу"

Автор книги: Борис Багрянцев

Соавторы: Павел Решетов
сообщить о нарушении

Текущая страница: 7 (всего у книги 13 страниц)

3. Гирокомпас «Курс»

Гирокомпас монтируется в неподвижном относительно корабля нактоузе, устанавливаемом в надежно защищенном месте. Основными его частями являются чувствительный элемент (гиросфера) и следящая сфера (рис. 27). В средней части нактоуза на кардановом подвесе помещен латунный бак (резервуар) с грузом внизу. В резервуар заливается поддерживающая жидкость-, состоящая из 13 л дистиллированной воды и 2,45 л глицерина. Для лучшей токопроводимости в жидкость добавляют 11 г салициловой кислоты. В резервуар с жидкостью помещается следящая сфера, представляющая собой алюминиевый, покрытый изнутри эбонитовой массой шар. Внутри следящей сферы находится гиросфера. Пространство между внутренней стенкой следящей сферы и гиросферой через отверстия в следящей сфере заполнено той же поддерживающей жидкостью. Верхняя часть резервуара закрыта столом, представляющим собой панель, на которой смонтирован ряд приборов и устройств, необходимых для работы гирокомпаса и контроля за ним. С помощью пружинного подвеса и шариковых подшипников следящая сфера подвешивается к столу и может свободно вращаться вокруг вертикальной оси.

Чувствительный элемент (гиросфера) является главной частью гирокомпаса. Это латунная сфера, образованная из двух полушарий. Внутри гиросферы имеется рама, в которой на подшипниках укреплены вертикальные оси камер двух гироскопов. Снаружи гиросфера покрыта тонким слоем эбонита, а в экваториальной части имеет пять токопроводящих полос. У концов широкого экваториального пояса вмонтированы два угольных электрода, обеспечивающие действие следящей системы. Их называют следящими электродами гиросферы. На экваториальной полосе имеется градусная разбивка, нуль которой обращен к югу гиросферы. После запуска гирокомпаса, когда гиросфера «войдет в меридиан», т. е. установится своей диаметральной линией в плоскости истинного меридиана (0 – 180°), отсчет курса корабля может быть снят по этим делениям. На полюсах гиросферы вмонтированы полярные электроды, через которые подается электроэнергия к токоприемникам, расположенным внутри гиросферы. Токи для питания гиромоторов передаются через поддерживающую жидкость, что обеспечивает чувствительному элементу полную свободу.

Центр массы собранной гиросферы на 7–8 мм ниже ее геометрического центра. При наклонах плоскости экватора гиросферы это создает момент силы тяжести, вызывающий прецессионное движение гиросферы в меридиан.

Диаметр гиросферы – 252 мм, масса – 8750 г, масса каждого ротора – 2325 г, диаметр ротора – 127 мм, скорость их вращения – около 20 000 об/мин.

С помощью следящей системы данные курса от гиросферы могут передаваться на картушки основного прибора, расположенные на столе, а также в различные точки корабля на репитеры и другие приборы, работающие от гирокомпаса (курсограф, авторулевой, автопрокладчик).

^{Рис. 28. Репитер гирокомпаса}

Действие следящей системы заключается в стремлении следящей сферы сохранить свое положение относительно гиросферы. При повороте корабля следящая сфера будет отклоняться от положения чувствительного элемента, возникнет разность потенциалов электродвижущей силы на специальном устройстве, а это заставит заработать азимутальный мотор, который начнет поворачивать следящую сферу вслед за чувствительным элементом.

Гирокомпас имеет ряд преимуществ перед магнитным компасом:

он не подвержен воздействию магнитных и электромагнитных полей;

устойчивее в работе, что повышает точность его показаний при качке, толчках и т. п.;

поправка остается постоянной при изменении курса корабля и может быть выведена до нуля из показаний репитеров;

позволяет связывать с ним целый ряд штурманских, артиллерийских и других приборов.

К недостаткам гирокомпаса относятся:

потребность в непрерывном электропитании;

длительность подготовки к походу (4–6 ч);

сложность устройства, что требует более длительной спецподготовки обслуживающего персонала.

Репитер гирокомпаса (рис. 28) повторяет показания основного компаса (матки). Репитеры устанавливаются в различных местах, где необходимо следить за курсом корабля: в рулевой и штурманской рубках, на мостике, в каюте командира, в запасном посту управления.

Репитер представляет собой котелок, сверху герметично закрытый стеклом для наблюдения за положением картушки. Внутри котелка имеется моторчик, постоянно принимающий изменение курса корабля от основного компаса. Через систему зубчатых передач эти изменения передаются на картушку.

^{Рис. 29. Оптический пеленгатор}

Репитер имеет картушку грубого отсчета и картушку точного отсчета. Первая разбита на 360° и оцифрована через 10 делений по круговому счету. Внутри картушки грубого отсчета в одной с ней плоскости вмонтирована картушка точного отсчета. Она разбита на 100 делений через 0,1°. Снимая отсчет курса или пеленга по репитеру, целые десятки градусов берут с картушки грубого отсчета, а единицы и десятые доли градуса – с картушки точного отсчета. Сбоку на корпусе котелка репитера имеется закрывающееся отверстие, через которое специальным ключом производится согласование репитера с показанием основного компаса.

Для рулевого и в других постах, где необходимо наблюдать за курсом корабля, репитеры располагаются на кронштейнах. Репитеры, предназначенные для взятия пеленгов и определения курсовых углов, устанавливаются на пелорусах, прикрепленных к палубе крыльев ходового мостика.

Для взятия пеленгов на отдаленные видимые предметы и определения курсовых углов на них служит оптический пеленгатор (рис. 29), устанавливаемый на азимутальный круг репитера, размещенного на пелорусе.

Курсограф – прибор, автоматически записывающий на специальной бумажной ленте курсы корабля. Он представляет собой коробку, в которой размещается лентопротяжный механизм и механизм, связанный с основным гирокомпасом и управляющий движением двух перьев, непрерывно вычерчивающих линии. Чтобы прочесть курс на ленте, надо сначала по записи одного из перьев определить четверть компаса, в которой располагается курс, и только после этого по шкале соответствующей четверти прочесть на ленте курс корабля.

Авторулевой – прибор для автоматического удержания корабля на заданном курсе.

Автопрокладчик – прибор, автоматически вычерчивающий курс корабля на навигационной карте. Автопрокладчик работает от гирокомпаса и лага.

4. Лаги

Лагом называют прибор, служащий для определения скорости корабля (в узлах) и пройденного им расстояния (в милях). По принципу работы лаги подразделяются на вертушечные, гидродинамические (гидравлические) и индукционные, измеряющие скорость корабля относительно воды, гидроакустические и геомагнитные, дающие скорость плавающего сооружения относительно Земли.

^{Рис. 30. Схема действия гидравлического лага:}

^{1 – трубка полного давления; 2 – мембранный аппарат; 3 – трубка статического давления; 4 – мембрана; 5 – полость полного давления; 6 – полость статического давления; 7 – шток}

До конца XIX века на всех кораблях применялся ручной лаг, от которого до сих пор сохраняется термин морской единицы скорости – «узел». Ручной лаг представлял собой деревянный сектор со свинцовой обивкой в нижней части для устойчивости на воде. К сектору крепился лаглинь – пеньковый тросик, разделенный узлами через 1/120 часть мили. Для определения скорости сектор выбрасывался с кормы за борт. Погрузившись в воду на 2/3 своей высоты, сектор становился неподвижным и начинал вытягивать с вьюшки, установленной на корме, лаглинь. Матрос отсчитывал, сколько узлов стравливалось с вьюшки за полминуты. Число миль в час соответствовало числу узлов, стравленных за это время. Так «узел» стал морской единицей скорости.

В конце XIX века появились вертушечные лаги. Само название говорит о том, что в устройстве подобных лагов главную роль играет вертушка. При известном шаге лопасти буксируемой вертушки можно установить, сколько она сделает оборотов на одну милю пройденного кораблем расстояния. Число оборотов фиксируется механическим или электромеханическим счетчиком. Поэтому вертушечные лаги подразделяются на механические и электромеханические. Последние могут по проводам передавать показания лага на указатель скорости, счетчик пройденного расстояния и автопрокладчик.

В настоящее время на кораблях широко применяется гидродинамический, или гидравлический лаг, действие которого основано на измерении динамического давления воды, возникающего в приемном устройстве лага на ходу корабля. Наиболее часто встречаются гидродинамические лаги с раздельными трубками статического и полного давления, представителем которых является лаг ЛГ-25. Он состоит из трех основных частей: гидравлической, механической и электрической.

Гидравлическая часть лага (рис. 30) состоит из трубки полного давления (статическое + динамическое), мембранного аппарата и трубки статического давления. Мембранный аппарат разделен мембраной на две полости – полного давления и статического давления. К мембране прикреплен шток, связанный с механизмом центрального прибора лага. Трубки полного и статического давления соединены с мембранным аппаратом так, чтобы мембрана воспринимала только динамическое давление. Действие статического давления в аппарате компенсируется тем, что оно в равной степени действует на мембрану и снизу и сверху.

На ходу корабля скоростной напор воды через приемное отверстие трубки полного давления давит на мембрану, которая начинает перемещаться вместе со штоком вверх. Перемещаясь, шток воздействует на механическую часть центрального прибора, которая состоит из узла измерения скорости и узла измерения пройденного расстояния. Посредством механической и электрической передачи данные о величине давления на мембрану поступают на ось стрелки указателя скорости и прибор, регистрирующий пройденное кораблем расстояние.

Гидравлические лаги достаточно точны, но следует иметь в виду, что пройденное расстояние дается ими с некоторой ошибкой. Ее величина зависит от скорости корабля, определяется на специально оборудованном участке моря, называемом мерной линией, и в виде поправки лага учитывается судоводителями при ведении прокладки. Созданы и успешно применяются на флотах индукционные лаги, также измеряющие скорость корабля (судна) относительно воды.

Еще более совершенными и точными лагами являются гидроакустические и геомагнитные, которые учитывают перемещение плавающих объектов относительно Земли.

5. Лоты и эхолоты

Для измерения глубин на море применяются специальные приборы, называемые лотами. Они бывают ручные, механические и гидроакустические (эхолоты).

Ручным лотом измеряют глубины до 50 м при скорости хода до 5 узлов. Ручной лот – это свинцовая или чугунная гиря с привязанным к ней лотлинем. Гиря в нижней части имеет углубление для вмазывания в него смеси толченого мела с салом или размятого мыла при определении характера грунта. На расстоянии 2–3 м от ушка гири в лотлинь вделывают клевант – колышек из дерева, за который лотовый держит лот перед бросанием. При разметке лотлиня за нуль принимают ушко гири и через 10 м вплеснивают флагдуки – куски материи с такой последовательностью цветов: 10 м – красный, 20 м – синий, 30 м – белый, 40 м – желтый, 50 м – бело-красный. Десятиметровые участки делят пополам и вплеснивают кожаные марки с «топориками». На расстоянии 5 м – марку с одним топориком, 15 м – с двумя, 25 м – с тремя и т. д. Каждый пятиметровый участок разбивают на метры и вплеснивают марки с зубчиками: с одним зубчиком – на местах, соответствующих 1,6,11,16 м и т. д. через 5 м; марку с двумя зубчиками – на местах, соответствующих 2, 7, 12 м и т. д. через 5 м; марку с тремя зубчиками – на местах, соответствующих 3, 8, 13 м и т. д. через 5 м. При надобности метровые участки разбивают на более мелкие участки с вплесниванием кожаных марок поменьше.

Лот бросают со специальных лотовых площадок и обязательно с наветренного борта, поэтому необходимо постоянно тренироваться, чтобы уметь бросать лот как правой, так и левой рукой. Перед замером глубин лотовый обязательно надевает специальный пояс – брест-роп, конец от которого крепится на корабле.

Кроме замера глубин, ручной лот используют для определения характера грунта, для обнаружения дрейфа корабля при стоянке на якоре, для замера осадки носом и кормой.

При подходе корабля к месту якорной стоянки перед прохождением отмели, узкости и других опасных в навигационном отношении мест подается команда: «Лотовым на лот, приготовиться брать глубину!». Лотовый, заняв место, готовит лот: в руку, обращенную внутрь корабля, набирает 10–15 шлагов лотлиня, укладывая его так, чтобы лотлинь при работе мог свободно вытравливаться, гиря лота вываливается за борт и удерживается в подвешенном состоянии за клевант.

По команде «Как глубина!» лотовый раскачивает гирю вдоль борта, с силой бросает ее по ходу корабля и начинает потравливать лотлинь. При касании гирей грунта лотлинь прекращает травиться. Лотовый быстро подбирает слабину лотлиня и в момент прохождения кораблем места слегка приподнимает гирю за лотлинь и ударяет ею о грунт, замечая при этом марку лотлиня у поверхности воды. Результаты замера лотовый сразу же докладывает на ходовой мостик: «Глубина 15 метров». Если гиря не дошла до грунта, а корабль проходит место падения гири – лотовый замечает марку у поверхности воды и докладывает: «Двадцать метров пронесло». Произведя один замер, лотовый быстро выбирает лот, набирая шлаги лотлиня, и повторяет все действия по замеру глубины. О характере грунта судят по частицам, прилипшим к салу (мылу), вмазанному в выемку основания гири.

Ручной лот успешно используют для обнаружения дрейфа корабля, при стоянке его на якоре в свежую погоду. С этой целью лот опускают до грунта в носовой части корабля, дают некоторую слабину лотлиню и закрепляют его на палубе. Если через некоторое время лотлинь (при том же курсе корабля) окажется натянутым вперед, следовательно, якорь не держит (ползет).

Замер глубины механическим лотом осуществляется следующим образом. На лотлине с грузом в море опускают стеклянную запаянную с одного конца трубку. Внутренние стенки трубки покрыты легко смывающейся краской. По мере погружения воздух в трубке сжимается под действием давления заполняющей ее воды. Вода, заполняя трубку до соответствующего глубине предела, смывает окраску со стенок трубки. Глубину определяют при помощи специальной шкалы, к которой прикладывают трубку после ее подъема. Недостатком этого лота является трудоемкость при измерении глубин.

В настоящее время на кораблях устанавливаются эхолоты, принцип работы которых основан на измерении времени прохождения ультразвукового сигнала от вибратора-излучателя, установленного в днище корабля, до морского дна и обратно до вибратора-приемника, который расположен рядом с излучателем.

Схема устройства эхолота приведена на рис. 31. Преобразователь электротока через сопротивление заряжает конденсатор, к которому через контакты подключена обмотка вибратора-излучателя. При замыкании этих контактов импульс тока высокого напряжения от конденсатора пойдет на обмотку излучателя, где вызовет появление переменного электромагнитного поля, и поверхность вибратора совершит несколько колебаний. Механические колебания вибратора в виде импульса передадутся воде и распространятся до морского дна. Отраженный сигнал импульса частично достигнет вибратора-приемника, вызовет колебания его намагниченного никелевого пакета, что наведет в нем небольшую электродвижущую силу. Возникшее на концах обмотки вибратора-приемника напряжение поступит на усилитель, где повысится до 500 В. С усилителя ток поступит на неоновую лампочку, которая даст короткую вспышку. Следовательно, измерение пройденного ультразвуковым импульсом расстояния в воде производится за время с момента замыкания контактов до момента вспышки неоновой лампочки. Скорость распространения ультразвука в воде принимается равной 1500 м/с. Для измерения столь малого времени в эхолотах используется специальное устройство, но измеряется не само время, а другая величина, которая зависит от него.

^{Рис. 31. Схема действия эхолота:}

^{1 – преобразователь электротока; 2 – сопротивление; 3 – конденсатор; 4 – вибратор-излучатель; 5 – контакты; 6 – вибратор-приемник; 7 – усилитель; 8 – неоновая лампочка; 9 – электродвигатель; 10, 11 – диск}

От электродвигателя с постоянной скоростью вращаются два диска. Диск 10 с помощью кулачка один раз за полный оборот замыкает контакты. Происходит посылка сигнала вибратором-излучателем, и на диске 11, на месте, которое в этот момент находится против неоновой лампочки, ставится знак 0. До прихода эхо-сигнала диск 11 успевает повернуться на некоторый угол, пропорциональный времени прохождения сигнала. С приходом эхо-сигнала неоновая лампочка даст вспышку и отметит на диске 11 место, соответствующее этому углу. Окружность диска 11 разбита на равномерные деления, обозначающие метры. Таким образом, включив в работу эхолот, показания глубины снимают с градуированной шкалы по вспышке неоновой лампочки. К эхолотам подключают приборы-самописцы, которые на специальной ленте непрерывной линией записывают глубину места, и получается линия рельефа дна по ходу корабля.

6. Угломерные инструменты

Одним из угломерных инструментов является навигационный секстан. Он используется для измерения высот небесных светил при определении координат корабля в море астрономическим методом, измерения горизонтальных углов между земными предметами при определении места корабля по двум углам и измерения вертикального угла предмета, высота которого известна, с целью определения расстояния до него.

Устройство и принцип действия секстана основаны на следующих законах отражения света от плоских зеркал: 1) угол падения луча на плоское зеркало равен углу отражения; 2) луч падающий и луч отраженный находятся в одной плоскости с перпендикуляром к плоскости зеркала, восстановленным в точке падения.

Измерение угла между двумя предметами (светило и горизонт или два предмета на берегу) сводится к определению угла наклона зеркал, когда прямо видимое и дважды отраженное изображения предметов видны совмещенными.

Устройство секстана показано на рис. 32.

Отсчет величины измеренного угла между предметами читается на градуированном лимбе (градусы), на от-счетном барабане (минуты) и на верньере (десятые доли минуты).

При астрономических определениях координат корабля в море необходимо знать время с точностью до десятых долей секунды. Основным прибором, предназначенным для определения точного среднего гринвичского времени на кораблях, является хронометр – переносные пружинные часы наиболее точного изготовления. Хронометры обычно хранятся в штурманской рубке в специальных деревянных ящиках со стеклянными глухими крышками. Поправка хронометра определяется по специальным радиосигналам и записывается в хронометрический журнал, она должна быть известна в любой момент.

Кроме хронометра для астрономических наблюдений и других мероприятий, требующих точного времени, могут быть использованы палубные часы, представляющие собой анкерные часы карманного типа. Они также хранятся в деревянном футляре и должны иметь свою поправку.

С целью систематического контроля за правильностью показаний корабельных хранителей времени повседневная организация корабля предусматривает специальные обязанности определенным лицам экипажа.

7. Радиотехнические средства кораблевождения

Успешное решение задач, стоящих перед кораблями и судами, может быть достигнуто только в том случае, если их место в море известно с заданной точностью и известно при этом направление истинного меридиана. Для создания таких условий корабли и суда оснащаются аппаратурой радионавигационных систем.

^{Рис. 32. Навигационный секстан:}

^{1 – рама; 2 – лимб; 3 – большое зеркало; 4 – малое зеркало; 5 – астрономическая труба; 6 – алидада; 7 – отсчетный барабан; 8 – большой светофильтр; 9 – малый светофильтр; 10 – стойка. 11 – винт; 12 – рычаги зажима алидады; 13 – верньер (за отсчетным барабаном)}

Радионавигационными системами (РНС) называются технические средства, служащие для определения местоположения корабля с помощью радиоволн. Вся эта некогда фантастическая система (РНС) состоит из:

передающей или принимающей радиостанции, размещенной в опорных неподвижных точках, координаты которых известны;

приемоиндикаторов или приемопередающих станций, устанавливаемых на кораблях и других подвижных объектах, местоположение которых определяется;

наземной аппаратуры контроля и управления опорными станциями.

К средствам радионавигации кораблей (судов) относятся радиопеленгаторы, радиолокационные станции, приемоиндикаторы различных типов и радиосекстаны.

Линиями положения в результате определения места корабля могут быть: направление (пеленг), окружность (т. е. расстояние), направление и расстояние одновременно или какая-либо другая более сложная кривая, например гипербола, и т. д.

В зависимости от характеристики линии положения РНС подразделяются на: азимутальные – линия положения представляет собой прямой или обратный пеленг на опорную станцию; да льном ер ные – линии положения соответствуют расстояниям до опорных пунктов; разностно-дистанц ионные (гиперболические) – линии положения соответствуют равным разностям расстояний до опорных станций; комбинированные (например, азимутально-дистанционные) – линия положения является пеленгом на опорную станцию, по которому откладывается известное до нее расстояние. Как видим, разностно-дистанционные системы дальней радионавигации широко применяются как самостоятельно, так и в сочетании с другими навигационными средствами. Основным их достоинством является большая дальность действия, высокая точность обсервации и независимость от метеоусловий.

Возможность получения конкретной линии положения и определенной измеренной величины зависит от применяемой длины волны и от размещения соответствующей аппаратуры. В действующей ныне РНС используются радиоволны почти всех диапазонов.

Радионавигационные системы, обеспечивающие кораблю навигационные параметры на расстояниях свыше 600 км, относятся к РНС дальнего действия.

Радиотехнические средства кораблевождения с дальностью действия до 50 км призваны обеспечивать безаварийное плавание кораблей в узкостях, по каналам и фарватерам.

Размещение аппаратуры в одной точке при использовании отраженных радиоволн позволяет получить направление и расстояние до объекта. На этом принципе основана работа радиолокационных станций, полностью разрешающих проблему безаварийного прибрежного плавания судов.

Направление, служащее линией положения, может быть получено и без отражения радиоволн, но для этого надо расположить аппаратуру в двух точках, связанных между собой радиоволнами. На этом принципе работают радиопеленгаторы и радиомаяки, т. е. при помощи радиопеленгаторов, установленных на кораблях, определяется пеленг на радиомаяк, излучающий радиосигналы из определенной точки.

Размещение аппаратуры в нескольких точках, образующих единую систему и связанных радиоволнами с кораблем, ведущим определение своего места, позволяет получить гиперболические (разностно-дистанционные) или другие линии положения.

Неподвижность опорных станций не является обязательным условием успешного применения радиотехники в целях навигации. Чрезвычайно важно только то, чтобы в процессе определения направлений на опорные точки или взятия до них расстояний их координаты были известны.

Широкое применение радионавигационных систем объясняется тем, что они обеспечивают высокую точность определения места судов в любой точке Мирового океана, независимы от условий погоды, видимости.