Относительные лаги

В настоящее время на судах морского транспортного флота применяются индукционные, гидродинамические и радиодоплеровские лаги, измеряющие скорость относительно воды.

Индукционные лаги. Их действие основано на свойстве электромагнитной индукции. Согласно этому свойству при перемещении проводника в магнитном поле в проводнике индуктируется э. д. с., пропорциональная скорости его перемещения.

С помощью специального магнита под днищем судна создается магнитное поле. Объем воды под днищем, на который воздействует магнитное поле лага, можно рассматривать как множество элементарных проводников электрического тока, в которых индуктируется э. д. с.: значение такой э. д. с. позволяет судить о скорости перемещения судна.

Индукционный лаг, независимо от конструктивного решения его узлов, включает:

электромагнит, токосъемные контакты (электроды) для съема наведенного в воде сигнала; измерительное устройство для измерения сигнала на электродах и преобразования его в скорость; корректирующее устройство, исключающее методическую погрешность измеряемой скорости; счетно-решающее устройство для выработки пройденного судном расстояния; трансляционное устройство для передачи данных о скорости и пройденном расстоянии на репитеры и в судовую автоматику.

Эксплуатируемые на судах морского флота индукционные лаги ИЭЛ-2 и ИЭЛ-2М построены по одинаковой схеме:

они измеряют только продольную составляющую относительной скорости; выступающих за корпус судна частей нет. Вся измерительная и счетно-решающая часть лагов ИЭЛ-2 и ИЭЛ-2М выполнена на полупроводниковых элементах с максимальным использованием интегральных микросхем. Блочно-функциональный принцип построения обеспечивает быстрое отыскание неисправностей и их устранение путем замены отдельных узлов (плат) без последующей регулировки лага. Лаг ИЭЛ-2М является модернизацией лага ИЭЛ-2. Серийно изготовляется в настоящее время только лаг ИЭЛ-2М. Лаг ИЭЛ-2 снят с производства в 1980 г. Лаг ИЭЛ-2М может устанавливаться на всех морских судах, включая ледоколы и суда на подводных крыльях.

Рекомендации по эксплуатации заключаются в следующем. С обрастанием корпуса судна лаги ИЭЛ-2 и ИЭЛ-2М начинают давать заниженные показания. При этом проверка «рабочего нуля», нуля измерительной схемы и масштаба никаких изменений не показывает. Для исключения погрешности за счет обрастания корпуса необходимо установить новый масштаб. Значение нового масштаба:

,

где М — первоначально установленный масштаб;

Vл — наблюдаемая скорость по лагу;

Vи — действительная скорость судна относительно поды в момент наблюдения.

После вычисления нового масштаба необходимо перевести лаг в режим масштабирования (переключатель рода работы в приборе 6 перевести в положение «Масштаб») и с помощью потенциометров «Масштаб грубо» и «Масштаб точно» установить новое значение масштаба. После этого вернуть лаг в рабочий режим. Новое значение масштаба записать в формуляр лага и на карту в приборе 6. Установку нового масштаба можно производить как на ходу, так и при стоянке судна у причала и на якоре.

В схемы лагов ИЭЛ-2 и ИЭЛ-2М включен фильтр, осредняюший их показания. Поэтому при изменении судном скорости лаг фиксирует это изменение с некоторым запаздыванием. Фильтры имеют две постоянные времени, устанавливаемые по желанию судоводителя специальным тумблером. Первой постоянной рекомендуется пользоваться при плавании вблизи берегов и спокойном состоянии моря, второй постоянной - при плавании в открытом море и на сильном волнении.

Гидродинамические лаги. Принцип действия основан на измерении гидродинамического давления, создаваемого скоростным напором набегающего потока воды при движении судна.

Поправка гидродинамического лага, как правило, нестабильна. Основными причинами, обусловливающими ее изменения во время плавания, являются дрейф судна, дифферент, обрастание корпуса, качка и изменение плотности морской воды с изменением района плавания.

Рассчитать изменение поправки лага от влияния первых трех причин не представляется возможным.

Практика показывает, что наибольшую погрешность в измерении скорости вызывает дрейф судна. При больших углах дрейфа погрешность может достигать 3-4%. От изменения дифферента и обрастания корпуса погрешность не превышает 1-2%. При использовании штевневого приёмного устройства погрешность от обрастания корпуса судна вообще не возникает.

Погрешности от дрейфа, дифферента и обрастания корпуса носят систематический характер. Поэтому, будучи определены из наблюдений, они могут учитываться в дальнейшем при счислении.

Погрешность лага за счет качки носит периодический характер. При выработке пройденного расстояния эта погрешность интегрируется и в случае симметричной качки обращается в ноль.

Погрешность (в %) лага от изменения плотности морской воды с изменением района плавания может быть рассчитана по формуле

,

где  - изменение плотности морской воды;

 - плотность воды в районе плавания. Наибольшее значение, которого может достигатьv - 1,0—1,5%. При плавании в одном бассейне (Балтийское, Черное, Каспийское моря) эта погрешность не превышает 0,5%.

2. Абсолютные лаги.

Под абсолютными понимаются лаги, измеряющие скорость судна относительно грунта. Разработанные в настоящее время абсолютные лаги являются гидроакустическими и делятся на доплеровские и корреляционные.

Гидроакустические доплеровские лаги (ГДЛ). Принцип работы ГДЛ заключается в измерении доплеровского сдвига частоты высокочастотного гидроакустического сигнала, посылаемого с судна и отраженного от поверхности дна.

Результирующей информацией являются продольная и поперечная составляющие путевой скорости. ГДЛ позволяет измерять их с погрешностью до 0,1%, Разрешающая способность высокоточных ГДЛ составляет 0,01— 0,02 уз.

Для измерения только продольной составляющей путевой скорости ГДЛ должен иметь двухлучевую антенну А₁ (на рис. 4.1 лучи 1 и 3). Для измерения продольной и поперечной составляющих антенна должна быть четырехлучевой, Лучи 2 и 4 используются в этом случае для измерения поперечной составляющей путевой скорости. На основании измеряемых продольной и поперечной составляющих путевой скорости гидроакустический доплеровский лаг позволяет определять вектор путевой скорости судна в каждый момент времени и снос судна под влиянием ветра и течения.

При установке дополнительной двухлучевой антенны A₂ (см. рис. 4.1) ГДЛ позволяет контролировать перемещение относительно грунта носа и кормы, что облегчает управление крупнотоннажным судном при плавании по каналам, в узкостях и при выполнении швартовных операций.

Большинство существующих ГДЛ обеспечивают измерение абсолютной скорости при глубинах под килём до 200-300 м. При больших глубинах лаг перестаёт работать или переходит в режим измерения относительной скорости, т. е. начинает работать от некоторого слоя воды как относительный лаг.

Антенны ГДЛ не выступают за корпус судна. Для обеспечения их заменыбез докования судна они устанавливаются в клинкетах.

В качестве электроакустических преобразователей в антеннах доплеровских лагов используются пьезокерамические элементы.

Источниками погрешности ГДЛ могут быть: погрешность измерения доплеровской частоты; изменение скорости звука в морской воде; изменение углов наклона лучей антенны; наличие вертикальной составляющей скорости судна. Суммарная погрешность по этим причинам у современных лагов не превышает 0,5%.

Корреляционные лаги. Принцип действия гидроакустического корреляционного лага (ГКЛ) заключается в измерении временного сдвига между отраженным от грунта акустическим сигналом, принятым на разнесенные по корпусу судна антенны (рис. 4.2). Сигнал U₂(t), принятый задней приемной антенной, повторяет форму сигнала U₁(t), принятого передней антенной со сдвигом по времени , равным:

,

где l — расстояние между антеннами;

V — скорость судна.

Определение временного сдвига производится путем корреляционной обработки принятых сигналов. Для этой цели в тракт сигнала передней антенны вводится переменная временная задержка, производится вычисление взаимнокорреляционной функции огибающих сигналов разнесенных антенн и отслеживаются ее максимальные значения.

На глубинах до 200 м ГКЛ измеряет скорость относительно грунта и одновременно указывает глубину под килем. На больших глубинах он автоматически переходит на работу относительно воды.

Достоинствами ГКЛ по отношению к ГДЛ являются независимость показаний от скорости распространения звука в воде и более надежная работа на качке.