Способы измерения скоростей при передвижении судов единицы измерения

Обновлено: 22.04.2024

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

Измерение быстроходности судов

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

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

Морская миля

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

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

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

Правила перерасчета скорости

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

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

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

Рекордсмены среди судов

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

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

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

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

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

Смена приоритетов

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

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

Видео

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

Поставь лайк, это важно для наших авторов, подпишись на наш канал в Яндекс.Дзен и вступай в группу Вконтакте

Скорость судна выражается количеством миль в час, или узлов.

Узел-единица скорости судна, равная одной миле в час.1узел = 1миля/час.

Приборы, с помощью которых измеряется скорость судна и определяется пройденное расстояние называются лагами.

Лаги в зависимости от принципа действия и устройства подразделяются на

- относительные(Гидродинамические, индукционные), измеряющие скорость судна относительно воды

- абсолютные(Доплеровские лаги, инерциальные и геоэлектромагнитные системы), измеряющие скорость судна относительно грунта.

1. Гидродинамические. Работа этих лагов основана на измерении разности статического и динамического давления воды, зависящей от скорости судна.

2. Индукционные. Принцип работы основан на использовании зависимости между скоростью судна и ЭДС, индуцируемой в воде источником магнитного поля, закрепленном на днище судна.

3. Допплеровские. Принцип работы основан на использовании эффекта Допплера, заключающийся в изменении наблюдаемой частоты вследствие относительного движения источника излучаемой энергии

Движение судна так же принято делить на относительное со скоростью V_о (V_л), абсолютное со скоростью V (V_а, V_и) и переносное V_c под воздействием ветра, течения или их совместном воздействии.

На судах в основном используются относительные лаги, которые измеряют скорость и пройденное расстояние относительно воды с учётом ветра, но без учёта течения. Как правило, лаги имеют погрешность, называемую поправкой лага.

Поправкой лага называется систематическая погрешность, выраженная в процентах.

ΔЛ= -----------100%

РОЛ

где S – фактическое (истинное) расстояние, снятое с карты;

РОЛ – разность отсчётов лага. РОЛ=ОЛ₂ – ОЛ₁.

Часто поправку лага выражают через коэффициент лага k_л.

Поправку лага и скорость судна определяют после постройки или ремонта на специальных полигонах – мерных линиях при следующих условиях: волнение не более 3 баллов, ветер до 8 м/с, глубина не менее 6 средних осадок.

Поправка лага и скорость судна определяются на ППХ, СПХ, МПХ, СМПХ в грузу и в балласте.

Полученные результаты заносят в таблицу маневренных элементов.

При отсутствии течения на мерной линии делается 1 пробег.

При наличии постоянного течения для его исключения делается 2 пробега, т.к. на взаимно обратных курсах из формулы (1) на первом пробеге, предположим, V₀ = V₁ - V_T , тогда на втором пробеге V₀ = V₂ - V_T . Совместное решение этих двух уравнений позволяет исключить течение и определить скорость судна относительно воды.

Соответственно определится и поправка лага: рассчитываются по формуле (2) для двух пробегов.

Если на судне установлен винт фиксированного шага, то во время пробегов замечают скорость оборотов винта N и составляют зависимость от неё скорости судна V_об. Тогда пройденное расстояние можно определить по формуле: , где a - аванс, т.е. расстояние проходимое судном относительно воды за один оборот движителя. Рассчитывается по V_об и соответствующей ей частоте вращения движителей N: . .

В море скорость и поправка лага определяются по свободно плавающему ориентиру (для исключения течения) с помощью РЛС или с помощью высокоточных обсерваций (по спутникам) с исключением течения графически или по формулам. Для исключения накапливающихся погрешностей длина одного пробега должна составлять при скорости 10 уз. – 2,3 м.мили; 15уз. – 3,6 м. мили; 18 уз. – 4,3 м.м или; 20 уз. – 4,9 м.мили (Н. В. Авербах, Ю. К. Баранов Определение маневренных элементов морского судна и поправки лага). Тогда

.

Задачи, решаемые при ведении счисления.

Предвычисление отсчёта лага: ОЛ_i+1=РОЛ+ ОЛ_i, где РОЛ=Sл/kл.

1. Классификация современных измерителей скорости судна.

1. Определение пройденного судном расстояния по относительному лагу.

3. Работа на мерной линии по определению скорости судна и поправки лага.

Классификация современных измерителей скорости судна.

Для определения скорости и пройденного расстояния на судах устанавливают технические средства, которые получили на­звание лагов. Лаги классифицируют по виду измеряемой скорости и по физическим принципам измерения скорости.

Перемещающееся по водной поверхности Земли судно, в общем случае совершает движение и в водной и в воздушной средах. Вод­ные и воздушные массы, кроме того, имеют самостоятельное дви­жение относительно земной коры (дна морей и океанов). Таким об­разом, движение судна - сложное движение. За абсолютную систе­му отсчета в морской навигации принята система, неподвижная от­носительно поверхности Земли, и поэтому перемещение судна от­носительно дна морей и океанов называют абсолютным.

Движение судна относительно водной среды принято считать относительным движением,а перемещение судна за счет движения водных или воздушных масс называют переносным движением. Каждый вид движения характеризуется соответствующим векто­ром скорости – абсолютной Va , относительной Vo и переносной

Vп.При этом (рис.1).

Современные лаги подразделяются на абсолютные и относи­тельные, исходя из того, какую скорость судна они измеряют.

Существует несколько физических принципов измерения абсо­лютной скорости, из которых в настоящее время на практике реа­лизованы два: измерение абсолютной скорости по доплеровскому сдвигу частот и определение абсолютной скорости по результатам измерения ускорений судна в инерциальном пространстве. Пер­вый принцип реализован в гидроакустических доплеровских лагах. Второй принцип реализован в инерциальных навигационных сис­темах (ИНС).

Наибольшее распространение получили относительные лаги, которые измеряют скорость судна относительно воды, однако не учитывают движения судна вместе с ее массами. Это переносное движение судна судоводителям приходится учитывать отдельно решая задачу графического счисления с учетом течения.

Относительные лаги по физическим принципам измерения скоростей подразделяются на гидродинамические и индукцион­ные (электромагнитные) лаги.

Принцип работы гидродинамических лагов (см. рис.2) основан на измере­нии динамического давления воды РД возникающего при движе­нии судна относительно массы воды. Величина этого давления за­висит от скорости судна Vo относительно воды:

РД = f(Vo); Vo = F(РД).

Достоинством гидродинамических лагов является относитель­но низкая стоимость при достаточной для практики точности из­мерения скорости. К недостаткам этих лагов относят низкую на­дежность работы на скоростях до трех узлов. Во всех лагах устанавливается интегрирующее устройство, ко­торое по измеренной относительной скорости Vo и времени плава­ния t вырабатывает пройденное судном расстояние относительно воды

Показания измеренной скорости и выработанного пройденно­го расстояния транслируются на репитеры лага - указатели скоро­сти и счетчики пройденного расстояния (СПР), установленные в различных частях судна.

Принцип работы индукционного лага(см.рис.3)основан на явлении элект­ромагнитной индукции. В таких лагах с помощью специального устройства за бортом судна создается магнитное поле. При движе­нии судна в морской воде как в проводнике наводится электродви­жущая сила Е (ЭДС). Величина ЭДС зависит от скорости судна. Измеряя величину ЭДС, определяют относительную скорость суд­на - скорость судна относительно воды Vo:

Достоинством индукционных лагов является высокая точность работы на всем диапазоне скоростей судна, в том числе и на заднем ходу. Некоторые их модели позволяют измерять скорость судна и в боковом направлении. К основным недостаткам таких лагов отно­сят ненадежность работы в пресной воде, а также подверженность помехам при воздействии на измерительное устройство внешних электромагнитных полей.

Принцип работы гидроакустического лага (см.рис.4)основан на явлении действия эффекта Доплера, заключающимся в изменении частоты волны переданного и полученного сигнала. Лаг работая как гидролокатор на определенной частоте под известным постоянным углом наклона, излучает импульсы ко дну моря, а по величине сдвига частоты определяется абсолютная скорость судна. Надо отметить, что на глубинах более 300 метров работа такого лага становится не устойчивой, так как приемники начинают принимать сигнал не только от дна моря но и от плотных слоев воды, и появляются помехи.

Вследствие того, что основной единицей измерения расстояний на море является морская миля, скорость судна выражается числом миль, проходимых за 1 час.

Единица скорости, равная одной миле в час, получила название – узел (уз.)

1 узел = 1 миля/час.

Из истории происхождения названия «узел» – как единицы скорости:

«В эпоху парусного флота скорость судна измерялась по длине выпущенного за борт на ходу судна лаглиня, прикрепленного к деревянному сектору. Измерение скорости производилось за 30 сек. (1/120 часа), поэтому и лаглинь разбивался на части, равные 1/120 части м.мили (≈ 15,43 м), которые отмечались вплетенными в лаглинь кончиками и узелками. Таким образом, длина «одного узла» должна была быть 6076,1 фут/120 = 50,63 фута = 15,43 м. Следовательно, сколько узлов лаглиня вытравлено за борт на ходу судна за 30 сек., столько миль в час и проходит судно».

При решении отдельных задач судовождения удобно скорость судна выражать в кабельтовых в минуту (кб/мин).

Vкб./мин = Vуз./6

Vуз. = 6 · Vкб./мин

Например:	Если Vуз. = 18 уз., то Vкб./мин = 3 кб./мин.
Если Vкб./мин = 5 кб./мин., то Vуз. = 30 уз.

Связь между различными единицами скорости дана в табл. 37 «МТ-75» (с. 308) или в табл. 5.6и «МТ-2000» (с. 427)

1 уз. = 1,852 км/час = 30,8667 м/мин = 0,5144 м/с = 1 миля/час.

1 км/час = 0,54 уз. = 16,6667 м/мин = 0,2778 м/с.

1 м/с = 3,6 км/час = 60 м/мин = 1,9438 уз.

Лаги

Для измерения скорости судна и пройденного им расстояния используются технические средства навигации (ТСН), которые называются лагами.

В тех случаях, когда лаг по какой-либо причине не работает, а также для контроля за работой лага, скорость судна может быть определена по таблице соответствия скорости судна оборотам его винтов или рассчитана по показаниям суммарных счетчиков числа оборотов движителей.

Лаги классифицируют по виду измеряемой скорости и по физическим принципам измерения скорости. Изучают лаги в дисциплине технические средства судовождения (ТСС).

Лаги подразделяются на абсолютные и относительные, исходя из того, какую скорость судна они измеряют.

Абсолютные лагиизмеряют абсолютную скорость (относительно поверхности Земли (дна).

Относительные лагиизмеряют относительную скорость (относительно воды).

Для осуществления безопасного мореплавания положение судна должно быть известно относительно поверхности Земли, т. е. нанесенных на МНК навигационных опасностей, ориентиров и т. п. Поэтому при счислении пути судна на карте необходимо прокладывать абсолютное перемещение суда.

На большинстве судов устанавливают относительные лаги. Они определяют пройденное судном расстояние и скорость относительно воды, которая, в общем случае, сама движется относительно грунта. Перемещение судна с водными массами относительно грунта с помощью таких лагов измерить невозможно. В этом случае абсолютную скорость получают путем геометрического сложения векторов относительной и переносной скорости.

Переносную скорость чаще всего выбирают из специальных навигационных пособий – таблиц течений в виде направления и скорости течения.

Суда занимают важнейшее место в жизни общества — они основная составляющая развития торговли.

Суда занимают важнейшее место в жизни общества — они основная составляющая развития торговли. Поэтому важнейшим развитием для человечества стало, развитие морского транспорта. Из-за отсутствия видимости берегов в море конструктора и изобретатели стремились создать устройство помогающее определять скорость движения судна по морской глади. Скорость необходима для расчётов местоположения.

Как определяли скорость

Солнце и звёзды дали возможность определения путёвого угла, часы отмеряют время, но как же определить скорость? Людям помогла смекалка, которая закрепила за морской скоростью такое понятие, как узел. Раньше моряки использовали доску, служащей плавучим якорем, к ней привязывался линь, на котором отмечались на равном расстоянии узелки. Принцип действия такого ручного лага сводился к следующему: доска сбрасывалась в воду, из-за противодействия воды она оставалась на месте, а судно в это время шло дальше, но разматывая верёвку с узелками вслед за остающейся доской. Тем самым за определённый период уходило определённое количество узелков в воду. Рассчитывая соотношение ушедших узелков и время получали скорость судна в узлах. Принято считать 1 узел равен 1 морской миле за 1 час преодоления судном. Так и появился относительный, ручной или секторный лаг, ставший прародителям целой плеяды сложнейших лагов.

Какие лаги бывают

Они классифицируются на относительные и абсолютные, те в свою очередь на индукционные и гидродинамические лаги, а также на гидроакустические доплеровские лаги, спутниковый лаг и корреляционные соответственно.

Относительные лаги

Он обеспечивает измерение пройденного расстояния и скорости относительно воды. Тем самым скрывая в себе первоначально ошибку в измерениях скорости, ведь вода накладывает ошибку на измерения, добавляя составляющие своего вектора движения. Таким образом, относительные лаги являются менее точными для судовождения.

Индукционный лаг

Имеют в основе, скрытое в классификации электромагнитное явление под названием индукция. Оно формируется на базе перемещения проводящего элемента внутри электромагнитного поля, тем самым возникает электродвижущая сила внутри проводника. Его вектор замеряется, и путём исчислений получается вектор движения судна. Электромагнитное поле возникает в воде под действием датчика, имеющего в своём составе магнит, и вода, являясь проводником, начинает создавать внутри себя электродвижущую силу, параметры которой и снимаются датчиком. Большой недостаток такого лага — нарастающие на дно биоорганизмы. Они сильно уменьшают создание магнитного поля и чувствительность приёмника. Ярким представителем таких типов лагов является ЛЭМ2-1М, производства «Электроприбор» в Санкт-Петербурге. Он имеет три различные версии в зависимости от установки приёмного устройства ЛЭМ2-1МН, ЛЭМ2-1МВ и ЛЭМ2-1МК.

Гидродинамический лаг

Вторым по популярности относительный лаг. Он основан на измерении давлении воды на датчик либо катушку. Давление создаётся благодаря гидродинамическим показателям набегающей воды. К данному вектору присоединяется масса ошибок, таких как качка, снос, дифферент и обрастание. Поэтому такие лаги чаще всего показывают ошибочные данные, но при этом довольно просты в изготовлении. Так что являются самыми бюджетными и часто используемыми на судах не поднадзорных сертификационным обществам. Популярными в данном виде является линейка лагов от производителя морской навионики Raymarina T111, T121 и Т915. Маломерные суда также используют гидродинамические лаги Lowrance, Furuno и Simrad.

Абсолютные лаги

Это следующий вид классификации морских лагов. Под термином абсолютный лаг понимают лаги, которые измеряют скорость судна относительно грунта.

Гидроакустический доплеровский лаг

Его работа основана на эффекте Доплера — при одинаковом излучении волн, объект, движущийся на источник излучения будет принимать волны быстрее, относительно своей скорости. Судно излучая прямо по курсу волны, посредством гидроакустического излучателя, принимает их отражёнными. Частота приёма увеличивается пропорционально скорости движения судна. Проведя подсчёт, получается расчётная скорость как по направлению движения судна, так и его смещение по оси У. Погрешность измерений в данном случае довольно мала, до 0,1%. Так достигается точность порядка 0,015 узла, что является довольно хорошим показателем в современных условиях, и развития морской электротехники.

Если доплеровские лаги доработать несколькими антеннами, возможно получить скорость смещения более точно по осям Х и У. Для крупнотоннажных судов это помогает контролировать движение. Данная функция также вносит облегчение швартовки. Но работает такой лаг при небольших глубинах, максимум 350 метров, что для глубоководных переходов является критичным. При увеличении глубины гидроакустическая волна начинает отражаться от более плотных слоёв воды на глубине порядка 320 метров, и принимается как абсолютная, но по факту являющаяся относительной.

Датчики доплеровских лагов являются критичными элементами системы, и поэтому убираются в клинкеты и танки, для защиты их ото льда, топляка и иных опасных предметов. Так как механическое повреждение антенны приведёт за собой дорогостоящие работы по его восстановлению. Увеличить ошибку замеров могут погрешность измерений частоты, появление вертикальной составляющей и наклон датчиков. Совместно это может увеличивать ошибку с 0,1 до 0,5 процента. Доплеровских лаги производят компании JRC модели JLN-550, JLN-652, JLN-205, JLN-740 и Furuno модели DS-80, DS-60 и DS-85.

Спутниковый лаг

Следующим абсолютным лагом является спутниковый тип лагов. Он работает так же, как и обыкновенные приёмники сигналов ГНСС. Рассчитывает своё местоположение благодаря альманаху спутников. Для этого достаточно трёх спутников. Определяя своё местоположение, лаг считает скорость относительно спутников, но так как они дают местоположение относительно земли, то и скорость рассчитывается относительно Земли. Поэтому лаги классифицируются как абсолютные. В зависимости от спутниковой системы используются ГЛОНАСС лаги, GPS лаги и другие. Ошибкой расчётов может стать только погрешности часов, находящихся в приёмниках лага, и время расчёта сигнала. Поэтому точность достигает порой до 0,01%, что является одним из лучших в классе. Непогода, сильное волнение, туман и прочие метеоусловия могут значительно отклонить точность показаний. Спутниковые лаги представлены японскими моделями JRC JLN-720 и Furuno GS-100.

Гидроакустические корреляционный лаг

Третий тип абсолютных лагов. Их принцип действия основан на временном прохождении одинаковыми акустическими сигналами, направленными в сторону дна от двух антенн, находящихся на разных расстояниях относительно центра корабля. То есть сигнал, отражённый от одной и той же точки в разное время, придёт в различные интервалы до первого и второго приёмника, тем самым возможно будет высчитать скорость относительно двух сигналов. Такой принцип действия зарекомендовал себя лучше, чем доплеровский принцип. Потому что у него отсутствует погрешность от скорости распространения звука в воде и компенсации качки. Но как и доплеровский лаг на больших глубинах, а в данном случае это более 200 метров, он становится относительным — сигнал отражается от воды в более плотных слоях. Яркими представителями данных лагов являются производитель Consillium и его станции SAL t2 и SAL R1a.

Автор статьи

Куприянов Денис Юрьевич

Юрист частного права

Страница автора

Читайте также:

  
• Как написать объяснительную для суда при банкротстве
  
• Ходатайство об обеспечении иска
  
• Дела рассматриваются арбитражным судом по правилам рассмотрения дел о защите прав не менее чем лиц
  
• Какие документы должен предоставить адвокат своему клиенту за свои услуги
  
• Обжалование верховного суда чувашской республики