Основы морского дела, судовождения и промышленного рыболовства

Раздел: Учебники и учебные пособия

Навигация учит способам безопасного мореплавания по наивыгоднейшим путям и средствам обеспечения такого мореплавания. На судне ведется постоянный учет перемещения судна по направлению его движения и пройденному расстоянию. Такой способ определения места судна называют счислением. Навигационные приборы, позволяющие ориентироваться в море по направлению (компасы), и указатели пройденного расстояния (лаги) имеют свои ошибки. На судно воздействуют неучтенные внешние факторы (снос течением, ветром). Эти ошибки, суммируясь с ошибками графических построений на карте, приводят к накоплению ошибок счисления и потере правильного ориентирования на местности.

Второй после счисления важной задачей навигации считается контроль места судна по обсервациям — определениям места судна по навигационным ориентирам и небесным светилам. Точность счисления и обсерваций зависит от методов ведения счисления, способов определения места судна, точности навигационных приборов, а также от достоверности морских навигационных карт.

Форма и размеры Земли. Земля представляет собой неправильное геометрическое тело, называемое геоидом. В первом приближении Землю принимают за шар, во втором - за сфероид. Сфероид — это эллипсоид, который получается вращением эллипса вокруг малой оси ( 68). Первопричиной приплюснутости Земли с полюсов является ее суточное вращение вокруг собственной ocuPNPs.

Плоскость, проходящая через центр Земли перпендикулярно оси вращения, называется плоскостью экватора. След от сечения этой плоскостью поверхности Земли дает большой круг, называемый экватором. Экватор делит земной шар на два полушария — северное, в котором находится полюс северный, и южное, в котором находится полюс южный.

Малые круги, образующиеся на земной поверхности при пересечении ее плоскостями, параллельными плоскости экватора, называют географическими параллелями.

Большие круги, образующиеся от сечения поверхности земного шара плоскостями, проходящими через ось вращения Земли, называют географическими меридианами.

Параллели и меридианы используются в качестве координатных линий. Начальной географической параллелью является экватор, а начальным меридианом — меридиан, проходящий через Гринвичскую обсерваторию (предместье Лондона). Гринвичский меридиан делит поверхность земного шара на два полушария — восточное и западное.

Географические координаты. Положение судна на земной поверхности определяется двумя географическими координатами — широтой iр и долготой X ().

Географической широтой называется угол между плоскостью экватора и нормалью к поверхности земного сфероида в данной точке. Этот угол измеряется дугой меридиана FM от экватора до параллели данной точки. Широта изменяется в пределах от 0° до 90° и имеет наименование северной или южной в зависимости от того, в каком полушарии находится точка. Широта любой точки на экваторе равна 0°, северного полюса 90° N, а южного 90° S.

Географической долготой называется угол между плоскостью начального меридиана и плоскостью меридиана данной точки. Этот угол измеряется дугой экватора GF от нулевого меридиана в сторону востока или запада до меридиана данной точки в пределах от 0° до 180°. Восточной долготе приписывается наименование Ost, западной — W.

При плавании судна координаты его меняются. Эти изменения характеризуются разностью широт РШ и разностью долгот РД ( 70),

Морские единицы длины и скорости. Основной единицей измерения расстояний в судовождении является морская миля, равная длине одной минуты дуги меридиана земного шара: 1 миля = 2irR/(360-60) = = 1852,3 м. В действительности меридианное сечение Земли имеет форму эллипса, а радиус кривизны меридиана R меняется по широте. Поэтому на экваторе морская миля составляет 1842,9 м, на полюсе 1861,6 м, в широте, близкой к 45°,— 1852 м.

В практике судовождения используют условную среднюю величину морской мили (стандартная миля), равную 1852 м. Производными от мили являются: кабельтов — 0,1 морской мили (185,2 м), артиллерийский кабельтов — 183 м, морская сажень — 0,01 артиллерийского кабельтова, т. е. 1,83 м, ярд - 3 фута ( 91,44 см), фут - '/б морской сажени (30,48 см).

Скорость морского судна измеряют в узлах — одна морская миля в час. К примеру, 15 уз означают скорость 15 миль в час. Для ориентировочных расчетов можно считать, что 1 уз =« 0,5 м/с.

Система счета горизонтальных углов. Плоскость, касательная к земной поверхности ( 71) в точке наблюдателя А, называется плоскостью истинного горизонта. След от пересечения плоскости истинного горизонта с меридианом наблюдателя дает линию истинного меридиана NS. Направление этой линии в любой точке земного шара указывает на северный (N) и южный (S) полюса Земли. Плоскость, перпендикулярная плоскости истинного горизонта и меридиана наблюдателя, называется плоскостью первого вертикала. След от сечения плоскости истинного горизонта и плоскости первого вертикала дает линию Ost - W, перпендикулярную линии NS. Наблюдатель, обращенный яйцом на север, будет иметь справа направление на Ost, а слева — на W. Линии N — S и Ost — W делят плоскость истинного горизонта на четыре четверти: NOst, SOst, SWh NW.

Все направления в плоскости истинного горизонта принято определять по отношению к линии истинного меридиана N — S.

В судовождении используют следующие системы счета направлений: круговую, полукруговую, четвертную и румбовую.

В круговой системе счет направлений ведется от кордовой (N) части истинного меридиана по часовой стрелке от 0° до 3&0 .

В четвертной системе счета направления считаются от N и S в сторону Ost или W в пределах от 0° до 90°. Направления даются в градусах с указанием четверти, в которой отсчитан угол. Например NOst 32°, SW56°.

Румбовая система счета ( 72) делит весь горизонт на 32 румба. Величина одного румба равна 360°/32 = 11,25°. Направления на главные точки горизонта N, Ost, S и W называются главными румбами. Направления, делящие каждую четверть горизонта пополам, называются четвертными румбами. Они обозначаются так же, как четверть, в которой они находятся: NOst, SOst, SW и NW. Остальные 24 румба называются промежуточными. Промежуточные румбы с четными номерами (счет от 0 до 8 в пределах четверти от главных направлений) обозначаются буквами тех главных и четвертных направлений, между которыми они находятся, при этом первой пишется буква главного румба. Промежуточные румбы с нечетными номерами обозначаются буквами ближайшего главного или четвертного румба с прибавлением приставки t(ten), обозначающей предлог "к", и буквой главного румба, в сторону которого уклонен данный нечетный румб.

Румбовая система счета углов, бывшая основной в эпоху парусного флота, по причине низкой точности сейчас используется лишь для указания направления ветра, волнения, а иногда и течения.

Истинный курс, истинный пеленг, курсовой угол. Направление движения судна в плоскости истинного горизонта определяется истинным курсом ( 73).

Истинный курс (ИК) — это угол между нордовой частью истинного меридиана и диаметральной плоскостью судна. Истинный курс прокладывается на морской навигационной карте при ведении счисления пути судна. Он отсчитыва- ется от 0° до 360° от нордовой части истинного меридиана по часовой стрелке.

Истинным пеленгом (ИП) называется угол между нордовой частью истинного меридиана и направлением на предмет. Он отсчитывается от нордовой части истинного меридиана по часовой стрелке от 0° до 360°. Истинные пеленги используются на морских навигационных картах для определения места судна (обсервации) по маякам, береговым приметным ориентирам и т. д.

Курсовым углом (КУ) называется угол между носовой частью диаметральной плоскости судна и направлением на предмет. Он служит для определения относительного положения ориентиров при ориентировании относительно судна (при маневрировании и др.). Счет курсовых углов ведется в полукруговой системе от носовой части диаметральной плоскости в пределах от 0° до 180°. В зависимости от того, с какого борта наблюдается ориентир, курсовому углу приписывают наименование — п. б (правого борта) и л. б (левого борта) . Частный случай курсового угла, равного 90° правого или левого борта, называют траверзом правого или левого борта соответственно.

При исправлении радиопеленгов счет курсовых углов производится в круговой системе счета, т. е. от носовой части диаметральной плоскости судна по часовой стрелке от 0° до 360°. В этом случае принято применять термин отсчет курсового угла (ОКУ).

Если в расчетах ИП получается больше 360°, то из него надо вычесть 360°. Если истинный пеленг получается отрицательным (это равносильно счету его против часовой стрелки), то к его величине надо прибавить 360°. При необходимости расчета ИК и КУ формулу разрешают относительно искомой величины.

Если КУ получается положительным, то ему приписывают наименование п.б, а если отрицательным — л.б. Если абсолютная величина отрицательного КУ больше 180°, то к нему надо прибавить 360°. При абсолютной величине положительного КУ больше 180° от него надо отнять 360°. В обоих случаях КУ получается в полукруговой системе счета.

Если ИК больше 360°, то из него вычитают 360°, при отрицательном Ж" к его величине прибавляют 360°.

Направления в море (курс судна, пеленг на земные ориентиры и небесные светила, направления ветра и течения), а также курсовые углы определяют по компасу. По принципу работы они делятся на магнитные (чувствительный элемент реагирует на магнитное поле Земли) и гироскопические (чувствительный элемент реагирует на вращение Земли). На современных морских судах имеются,'как правило, оба компаса. Основное достоинство гироскопического компаса — высокая точность, поэтому он используется как основной курсоуказатель. Достоинство магнитного компаса состоит в его автономности (не требует питания) и простоте устройства.]

Магнитный компас. Чувствительный элемент магнитного компаса ( 74) — картушка состоит из 6 магнитных стрелок, размещенных в запаянных пеналах, поплавка, на котором крепятся пеналы с магнитными стрелками и агатовая топка (элемент подвеса картушки), диска с градусной шкалой. Наблюдатель снимает курс со шкалы напротив зачерненной курсовой нити. Картушка находится в котелке и, плавая в поддерживающей жидкости, опирается агатовой топкой на острие шпильки. Гидростатическая разгрузка картушки применением поплавка с поглощением малой остаточной отрицательной плавучести (всего 4 г) на агатовой опоре позволяет оградить магнитный компас от вредных посторонних возмущающих моментов и прежде всего от моментов сил сухого трения, порождающих зону застоя (нечувствительности) .

Для удобства работы котелок компаса в сборе (вместе с картушкой) размещается в деревянном или силуминовом (немагнитном) нактоузе с использованием карданова подвеса, который обеспечивает котелку относительно судна две углрвые степени свободы — по углу крена и дифферента. Такой подвес обеспечивает вертикальное положение котелка в условиях качки.J На советских судах используется 127-миллиметровый компас (пятидюймовый), названный так по диаметру картушки.

Земля как физическое тело имеет / собственное магнитное поле. Полюса намагниченности не совпадают с истинными полюсами Земли Ppj и , но находятся от них относительно близко: координаты северного магнитного полюса vj = 74°N, X=100°W, а южно- ' го у = 69° S, X = 145° 0я. Это позволяет использовать магнитное поле Земли для целей курсоуказания. Свободно подвешенная за центр тяжести магнитная стрелка располагается по направлению магнитной силовой линии. Северный ее конец покажет на Северный магнитный полюс, а южный — на Южный полюс.

Полную силу земного магнетизма Т ( 75) можно изобразить вектором АВ (вектор напряженности поля), направленным по касательным к силовым "линиям в любой точке магнитного поля Земли. Вертикальная плоскость NM AZB, в которой располагается вектор АВ, а значит, и ось свободно подвешенной магнитной стрелки, называется плоскостью магнитного меридиана. Эта плоскость составляет с плоскостью истинного меридиана NnAZ угол NKANU, который называют магнитным склонением и обозначают буквой d.

Магнитное склонение отсчитывают от нордовой части истинного меридиана к Ost или W от 0° до 180°. Восточному магнитному склонению приписывают знак (+), а западному — знак (—).

Силу земного магнетизма Т можно разложить на две составляющие: горизонтальную Я и вертикальную Z. Их величины определяются выражениями: Н = 7cos/;_Z = Tsinl, где I — угол магнитного наклонения (отклонение вектора Т от плоскости истинного горизонта).

Полезную функцию в магнитном компасе выполняет лишь горизонтальная составляющая силы земного магнетизма Н. Если стрелка магнитного компаса оказывается не в плоскости магнитного меридиана, то именно магнитная сила Н заставляет ее вернуться в эту плоскость. Сила Я при / = 0° (на магнитном экваторе) максимальная, а на магнитном полюсе при / = 90° равна 0. Очевидно, что с приближением к магнитным полюсам направляющий момент уменьшается и работа компаса ухудшается.

Величины Н, Z, I, d, определяющие магнитное поле Земли в данной точке, называются элементами земного магнетизма. Информация о них приводится на специальных магнитных картах, где точки с одинаковым значением магнитной величины соединяются изолиниями — линиями равных значений величины рассматриваемого параметра.

Изолинии напряженности магнитного поля называют изодинами, изолинии наклонения — изоклинами, изолинии магнитного склонения - изогонами. Величина того или иного элемента земного магнетизма в заданной точке определяется методом линейной интерполяции между двумя ближайшими изолиниями.

Для навигации наибольшее значение имеет величина магнитного склонения. В заголовках карт указан год, к которому приведены сведения о магнитном склонении и величине его годового увеличения или уменьшения. Поскольку склонение нестабильно во времени, его приводят к году плавания.

Стальной корпус судна, находясь в магнитном поле Земли, намагничивается и, становясь сам большим магнитом, оказывает искажающее влияние на показания магнитного компаса. В результате действия сил магнитного поля судна стрелка компаса отклоняется от магнитного меридиана и устанавливается по направлению так называемого компасного меридиана. Угол между магнитным и компасным меридианами называется девиацией магнитного компаса (5).

Различают два вида судового железа — магнитожесткое и магнито- мягкое, которые по-разному влияют на девиацию компаса.

Магнитожесткий брусок железа (твердый в смысле физической жесткости), намагнитившись, долго сохраняет свой магнетизм. Влияние продольно расположенного на судне магнитожесткого бруска на девиацию магнитного компаса в зависимости от магнитного курса показано на  76, а. Как видно из рисунка, где Я3 и Нм - векторы магнитной напряженности Земли и магнитного бруска, эта зависимость носит синусоидальный характер. Такой же брусок, расположенный поперек судна, порождает аналогичную девиацию, меняющуюся по закону косинуса магнитного курса.

Магнитомягкий брусок железа (мягкий в смысле физической 1*       99

жесткости) намагничивается, располагаясь в магнитном поле вдоль его силовых линий, и сразу теряет свой магнетизм, как только поворачивается поперек магнитных силовых линий. Влияние продольно расположенного на судне магнитомягкого бруска на девиацию магнитного компаса в зависимости от магнитного курса представлено на  76, б. Зависимость девиации от удвоенного магнитного курса носит синусоидальный характер. Такой же брусок, расположенный поперек судна, порождает девиацию, меняющуюся по тому же закону, но противоположную по знаку.

Такой взгляд на природу появления девиации позволяет выделить различные виды девиации и скомпенсировать их размещением в нактоузе компенсационных магнитов и кусков магнитомягкого железа. Компенсирующую силу постоянных магнитов регулируют выбором направления полюсов магнитов и расстояния магнитов от котелка компаса. Девиацию магнитомягкого железа исключают путем уравнивания магнитного действия на компас продольного и поперечного магнитомягкого железа. Действительно, два одинаковых магнитомягких бруска, расположенные под углом 90°, создают взаимоисключающее влияние на компас на любом курсе ( 77).

 Устранить девиацию раз и навсегда нельзя, так как магнитожесткое железо может перемагничиваться при долгом лежании на одном курсе (в ремонте, у причала), при изменении широты плавания судна (меняются составляющие земного магнетизма Н, Z), при плавании в штормовых условиях и при швартовках (ударные нагрузки приводят к размагничиванию магнитожесткого железа). По этой причине девиацию принято периодически уничтожать, а после уничтожения определять остаточную девиацию и учитывать ее при плавании.

Взаимное расположение истинного, магнитного и компасного меридианов определяется значениями углов магнитного склонения и девиации магнитного компаса ( 78) . С магнитного компаса снимают компасные курсы и пеленги (КК и КП), а на картах прокладывают истинные (ИК и ИП). Переход от компасных направлений к истинным осуществляется посредством выражений: ИК = КК + АМК; ИП = КП + + АМК. При этом поправку магнитного компаса АМК рассчитывают по формуле АМК = d + 5. Такие задачи называются прямыми. Когда по заданным истинным курсам и пеленгам находят компасные, задачи называются обратными. Формулы для решения обратных задач: КК = = ИК- АМК; КП=ИП- АМК.

Компасный курс при известном истинном рассчитывают для того, чтобы задать его рулевому матросу или ввести в авторулевой. Компасные пеленги вычисляют для ориентирования в характерных ситуациях (выход на пеленг поворота, плавание по створам, использование ограждающего пеленга и т. п.) .

Если девиация 5=0° (на деревянной шлюпке), то принято говорить не о компасных, а о магнитных курсах и пеленгах (МК и МП), которые отсчитывают от магнитного меридиана. Формулы для расчета ИК и ИП приобретают вид: ИК = МК + d ; ИП = МП + d.

При решении обратных задач (в основном при девиационных работах) пользуются формулами: МК - ИК — d\ МП = ИП — d.

Гироскопические компасы. Основу чувствительного элемента гирокомпаса составляет гироскоп. В классическом виде он представляет собой уравновешенный, быстро вращающийся маховик. Угловая скорость собственного вращения гироскопа в гирокомпасе типа "Амур" £2 = = 3120 с"1, а в гирокомпасе типа "Курс" П = 2072 с-1. Гироскоп, имеющий три степени свободы, огражденный от действия внешних возмущающих моментов, обладает способностью сохранять неизменным свое первоначальное положение в инерциальном пространстве. Это означает, что если главную ось (ось вращения) гироскопа направить на какую- либо звезду, то он будет показывать на нее все время. При этом относительно Земли главная ось гироскопа будет поворачиваться вслед за звездой. Если гироскоп подвесить гидростатическим способом в камере (гиросфере) с пониженным центром тяжести G ( 79), то такой гироскоп приобретает компасные свойства.

При наличии начальных отклонений а0 главной оси гиросферы от истинного меридиана, а также от равновесного положения по угловой высоте главная ось чувствительного элемента совершает колебательное движение в азимуте и по высоте ( 80). Специальными устройствами эти колебания погашаются и гиросфера устанавливается главной осью (осью вращения гироскопа) в плоскости Л/Л/, меридиана. Курс с гиросферы можно снимать визуально, а также при помощи специальных следящих систем с дистанционной передачей курса.

Главное преимущество гирокомпаса перед магнитным компасом то, что он показывает истинный меридиан, а посторонние магнитные поля не оказывают на него вредного влияния, как это наблюдается у магнитного компаса.

Гирокомпас имеет свою поправку АГК. Обычно она существенно меньше поправки магнитного компаса и за время рейса меняется в меньших пределах.

Вахтенному штурману на судне предписывается определять поправки магнитного (АМК) и гироскопического (АГК) компасов при любой возможности как по береговым ориентирам, так и по небесным светилам.