Оценка точности показаний судовых технических средств навигации

 

Министерство транспорта РФ

Санкт-Петербургский  Государственный Университет Водных Коммуникаций

 

 

 

 

Кафедра технических  средств судовождения и связи

 

Курсовая работа на тему:

«ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ПОКАЗАНИЙ СУДОВЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

НАВИГАЦИИ»

Вариант №1.

 

 

 

 

 

 

группа CВ-52

Выполнил: Андреев В.Е.

Проверил: Шахнов С.Ф.

 

 

 

 

 

2011г.

 

 

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

ЗАДАНИЕ..................................................................................3

ПЕРВЫЙ РАЗДЕЛ...................................................................6

1.1. Двухгироскопные компасы..........................................6

1.2. Корректируемые гирокомпасы.................................... 9

1.3. Гироскопический тахометр.......................................... 13

1.4. Эхолоты.......................................................................... 13

1.5. Магнитные компасы......................................................14

ВТОРОЙ  РАЗДЕЛ...................................................................16

2.1. Гидродинамические лаги............................................16

2.2. Индукционные лаги.....................................................17

Использованная  литература....................................................18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАДАНИЕ К ПЕРВОМУ РАЗДЕЛУ

Оценка точности показаний гирокомпасов, гироазимутов, гиротахометров, эхолотов и магнитных компасов при их эксплуатации на судах.

1.1. Двухгироскопные компасы.

Исходные данные:

Н=15.5[Н*м*с];[г*с*м²*с ^-1];   ω₃=7,29*10^-5 [с ^-1]; В=0,657[Н*м];[г*см²*с^-2];         R₃=6,4*10⁶ [м]

1.1.1.   Рассчитать   период   собственных   незатухающих колебаний  гирокомпаса.

Данные: V_с=8 [уз];    ИК=92°;    φ=45°;

 

 

 

1.1.2. Рассчитать критическую широту  гирокомпаса. Данные: V_с=18[уз];   ИК=94°;

1.1.3. Рассчитать и построить график  скоростной девиации гирокомпаса.

Данные: V_с=10[уз];  ИК=0°;    φ=60°;

1.1.4. Рассчитать погрешности в  определении скоростной девиации и её суммарного значения.

Данные: ∆V_с=1,3[уз];    ∆КК=1,0°;      ∆ φ =3,0°;

1.1.5. Рассчитать суммарную инерционную  девиацию и построить график  зависимости i=f(t).

         Данные: V1=18[уз]; КК1=005°;     φ=70°;          

                         V₂=13 [ уз ]; КК₂=175°;

1.1.6. Рассчитать поперечный снос  судна после манёвра и расстояния, на которых будут иметь место  первый и второй максимальные  сносы.

1.2. Корректируемые гирокомпасы.

Исходные данные:

Н=1,1*10⁷[г*см²*с^-1];   М=2,5*10² [г];

1.2.1. Рассчитать погрешности корректируемого  гирокомпаса, вызванные неточным  введением значений скорости  судна и широты плавания.

Данные: V_с= 16[уз];   ИК=75°;     φ = 70°; ∆V_с=1[уз];    ∆φ=2°;

1.2.2. Рассчитать величины инструментальной, методической и карданной погрешностей  корректируемого гирокомпаса на  качке. Объяснить причину возникновения  карданной погрешности и отсутствие  её в гирокомпасах типа "Амур". Объяснить, когда и почему карданная  погрешность максимальна, когда  и почему равна нулю.

Данные: КК=43°;Θ=6°; Ψ=2°; ρ=4,7[м]; τ_к=8[с];

τ_ur=31[с]; ∆В=4*10^-6 [Н*м]; А_y=55*10^-3 [Н*м];

1.2.3. Объяснить, почему корректируемый  гирокомпас при отключении индикатора  горизонта от горизонтального  канала управления переходит  на режим гироазимута. Рассчитать   величину   дрейфа   отсчётной   оси   гироазимута, вызванного дисбалансом гироузла, неточным учётом широты плавания, неучётом восточной составляющей скорости судна, использованием КК вместо ИК.

Рассчитать случайную суммарную  погрешность гироазимута, вызванную перечисленными выше причинами.

           Данные: V_с=9[уз];  ИК=10°;     ∆φ=1°; ά=10°;

                                φ = 30°;     М=2,5*10²[г];   d = 0.1 *10 ^-7 [м];

1.3. Гироскопический тахометр.

1.3.1. Рассчитать чувствительность  гиротахометра и линейный снос судна без коррекции курса.

Данные: Н = 1*10⁶ [г*см²*с ^-1];       L_тр= 0,5*10 ^-4[Н*м]; 
V_с = 8[уз]; S  = 0,5[км];

1.4. Эхолоты.

1.4.1. Рассчитать поправку к измеренной  глубине из-за отклонения действительной  скорости распространения звука  в воде от расчётного значения, погрешности эхолота, обусловленные  наклоном дна, отклонением от  расчётной скорости вращения  двигателя указателя глубин или  самописца, базой вибраторов. Составить  таблицу поправок Ы к п_изм за базу вибраторов.

Данные:       hизм1= 400[м]; h_изм2=550[м]; h_изм3= 50[м]; h_изм4=4,5[м];С=1536[м*с ^-1]; σ=5°; N=3000[об/мин];

I=1,8[м]; N₀=3100[об/мин];

1.5. Магнитные компасы.

1.5.1. Рассчитать угол застоя магнитного  компаса для порта Марсель.

Данные: Q=0,04*10 ^-6[Н*м];  М=1,5[А*м²];

μо=1,256637*10 ^-6[Н*А ^-2];

 

1.5.2. Рассчитать изменение девиации  магнитного компаса при плавании  судна из порта  Санкт Петербург в порт  Мариуполь.

 

Данные: C= -0,07; λ=0,9;

 

 

 

ЗАДАНИЕ КО ВТОРОМУ РАЗДЕЛУ

Регулировка лагов на мерной линии.

2.1. Гидродинамические лаги.

Определить установочные значения регуляторов «А» и «Б» лага МГЛ-25М.

   Данные: V_л1 = 4,3 [уз];  V_и1=4,1[уз];

                  V_л2= 8,6  [уз];          V_и2=8,2[уз];

                  V_л3=12,6 [уз];  V_и3=12,1[уз];

 

 

 

 

 

 

2.2. Индукционные лаги.

Рассчитать значение масштабного  коэффициента М₂ для 
лага ИЭЛ-2М по результатам испытаний на мерной линиии. 

Данные:    РОЛ1=1,22 мили;                  S=1,2 мили;

                   РОЛ₂=1,21 мили;                   М₁=26,8[уз];

                   РОЛ₃=1,23 мили;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПЕРВЫЙ  РАЗДЕЛ

1.1.       Двухгироскопные компасы.

1.1.1.   Рассчитать   период   собственных   незатухающих колебаний  гирокомпаса.

Т₀ =√ 2πV Н/(В*(ω₃*соsφ+V_Е/R₃))

где:

Н=15,5 [Н*м*с] - кинетический момент гиросферы

ω3=7,29*10 ^-5 [с ^-1] -угловая скорость

В=0,65 7[Н*м] - модуль момента маятника

R₃=6,4* 10⁶ [м] - радиус Земли

V_с=8[уз]=4,1[м/с] - скорость судна

ИК=92° - курс судна

φ=45° - широта плавания

V_Е=V_с*sinИК=4,1*sin92⁰=4,09[м/с]

Т₀ = 2π√ 15,5/(0,667*(7,29*10 ^-5 *соs71+0,45/6,4* 10⁶)) = 4228 [с]

Т₀ = 4228[с]=70,5[мин]

1.1.2. Расчёт критической  широты гирокомпаса.

Из формулы 1.1. следует, что при  движении судна вдоль параллели  к западу слагаемое, стоящее в  знаменателе, в высоких широтах  может обратиться в нуль и тогда  гирокомпас перестанет быть курсоуказателем. Это произойдёт в критической широте.

соsφ_кр= - V_c*sinИК/900

где V_с=18 уз = 9,26 м/с - скорость судна

ИК=94°; соsφ_кр= 0,01026        агссоsφ_кр=89,4°

При данном курсе критическая широта φ_кр=89,4°

1.1.3. Расчёт скоростной  девиации гирокомпаса.

δ_v= -57,3*( V_с*соsИК/(900* соsφ+ V_с*sinИК))

где:

V_с=10[уз] - скорость судна

ИК=0° - курс судна

φ=60° - широта плавания

δ_v=-1,3°

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Скоростная девиация.

 

1.1.4. Расчёт погрешности  в определении скоростной девиации и её суммарного значения.

Учёт скоростной девиации производится с погрешностью из-за неточного знания значения абсолютной скорости судна, разности между истинным курсом и путевым  углом судна, неточного знания широты плавания.

∆ δ_v = -57,3*(соsКК/900соs φ)* ∆ V_с

∆ δ_К= (V_с*sinКК/900соs φ)* ∆ КК

∆ δ_φ=(V_С* соsКК*tg φ /900соs φ)* ∆ φ

Σ∆δ=√(∆ δ_v)²+(∆ δ_К)²+(∆ δ_φ)²

где:

 

 

∆ V_с =1,3[уз] - погрешность в скорости

∆ КК =1,0° - погрешность из-за разности между ИК и ПУ

∆ φ =3,0° - погрешность из-за неточного учёта широты

КК=0° - компасный курс

V_с=10[уз] - скорость судна

φ=60° - широта плавания

∆ δ_v = - 0,16° ∆ δ_К = 0,0°                 ∆ δ_φ=0,03°

Σ∆δ =0.16°

1.1.5. Расчёт суммарной  инерционной девиации. 
Инерционными (баллистическими) девиациями называют 
погрешности,     вызванные     воздействием     ускорений     при маневрировании   судна.   В   показаниях   гирокомпаса  будет возникать инерционная девиация как 1-го, так и 2-го рода. Для определения суммарной инерционной девиации гирокомпаса воспользуемся    таблицей    2.4    на    странице    96    учебника "Электронавигационные    приборы".    Получили    следующие данные инерционной девиации j для широты φ_ср=70°: 

 

     

 

 

 

       t =    0 мин     d_j = 1,8             t = 110 мин      d_j = 0,1

t =   10 мин     d_j = 2,8             t = 120 мин      d_j = 0,4

t =   20 мин     d_j = 2,3             t = 130 мин      d_j = 0,7

t =   30 мин     d_j = 1,1             t = 140 мин      d_j = 0,8                 

t =   40 мин     d_j = -0,2             t = 150 мин      d_j = 0,6                

t =   50 мин     d_j = -1,3            t = 160 мин      d_j = 0,3                                            

t =   60 мин     d_j = -1,9            t = 170 мин      d_j = 0,1                                       

t =   70 мин     d_j = -2,2            t = 180 мин      d_j = -0,1

        t =   80 мин     d_j = -2,0           t = 190 мин       d_j = -0,3             

t =   90 мин     d_j = -1,4            t = 200 мин      d_j = -0,3               

t = 100 мин     d_j = -0,7            t = 210 мин      d_j = -0,2

                                                t = 220 мин        d_j = 0,1

 

 

 

 

 

 

 

 

Суммарная инерционная  девиация:

 

 

 

 

Рассчитываем величину изменения  северной составляющей скорости:

∆V_N=V₂*соsКК₂ – V1соsКК1

где:

V₁ =18 [уз] - скорость до манёвра

V₂=13[уз] - скорость после манёвра

КК1=5° - курс до манёвра

КК₂=175° - курс после манёвра

∆V_N=13*соs175° - 18*соs5°= -30,88[уз]

∆V_N/30 = -1,02=-1

δj=f(t)*(-1)

t=10 мин

С графика снимаем величину δj =2,8

δj = 2,8*(- 1)= -2,8° (2,8W)

1.1.6. Расчёт поперечного  сноса судна после манёвра  и расстояний, на которых будут иметь место первый и второй максимальные сносы.

С помощью рисунка 2.23 на странице 99 учебника "Электронавигационные приборы" определим величины сноса dmax₁    и   dmax₂

где:

V₂=13[уз] - скорость после манёвра

φ=70° - широта плавания

∆V_N/30 = -1

dmах₁ ⁼ 0,26

dmах₂⁼0,11

Определяем действительные значения сносов:

dmах₁= 0,26*( -1)=-0,26 мили (снос влево)

dmах₂= 0,11*( -1)=-0,11 мили (снос вправо)

 

Снос dmах₁ через время t₁=41 мин, а dmах₂ через время t₂=107 мин,

при этом путь судна составит расстояние S₁= V₂*t

 

S₁= V₂*t₁=13*0,68=8,9 мили.

S₂= V₂*t₂=13*1,78=23,1 мили.

 

1.2.        Корректируемые гирокомпасы.

1.2.1. Расчёт погрешностей  корректируемого гирокомпаса, вызванных неточным введением значений скорости судна и широты плавания.

Оценка погрешности  из-за неточного введения значения скорости судна:

δ_∆V=∆V*((соsИК - δd*sinИК) / (R₃*ω₃*соsИК+V_с* sinИК)) где

ω₃=7,29*10 ^-5 [с^-1] -угловая скорость

R₃=6,4*10⁶ [м] -радиус Земли

ИК=75°; - курс судна

V_с=16[уз] - скорость судна

δd ⁼(А_z/А_у)*tgφ - девиация затухания

А_у Нм/рад - удельный момент по горизонтальному каналу

А_z Нм/рад - удельный момент по вертикальному каналу

Учитывая,    что    ГАК   "Вега"    А_z/А_у=    0,045    то   для практических целей можно использовать следующую формулу:

δ_∆V =0,64*соsИК*sekφ*∆V

где

∆V = 1 уз - погрешность скорости

φ=70° - широта плавания

δ_∆V =0,64*соs75⁰*sес70°*1 =0,484^о= 0,5°

При наличии погрешности  ∆φ, погрешность гирокомпаса может быть рассчитана по формуле:

δ_∆V =0,05*(1+0,01*V_с*sinИК*sес³ φ)* ∆φ

где

∆φ =2° - погрешность широты

δ_∆V =0,05*(1+0,01* 16*sin75°*sес³70°)*2 = 0,48^о=0,5°

 

 

 

1.2.2. Влияние  качки на корректируемый гирокомпас.

 Инструментальная погрешность:

 

δ_и = 1,75*10 ^-2((4π⁴*Θ²*p²*∆B)/(H*ω3*cosφ*g²*τ²))*sin2KK

 

где

Θ =6° - крен судна

ρ =4,7[м] - удаление чувствительного элемента от центра качания судна

∆B =4*10 ^-6[Н*м]- допустимый модуль момента

Н=1,1*10⁷ [г*см²*с^-1]=2[кг*м²*с^-1] - кинетический момент гироскопа

ω₃=7,29*10^-5 [с^-1] - угловая скорость

φ=70° - широта плавания

g=9,8 [м/с²] - ускорение свободного падения

τ _к=8[с] - период качки судна