Классификация методов измерителей скорости

Как известно, целью навигации является обеспечение безопасного и в то же время экономичного по затратам времени и топлива приведения судна в заданную точку пространства в определенный момент времени с установленной точностью.

При этом для обеспечения безопасности мореплавания приходится решать такие задачи, как:

- определение местоположения судна;

- обеспечение счисления при плавании;

- обеспечение прибрежного плавания;

- обеспечение плавания во льдах;

- обеспечение расхождения со встречными судами;

- обеспечение подхода судна к гавани, узкости;

- обеспечение проходов судна по каналу, фарватеру;

- обеспечение постановки судна на якорь;

- обеспечение швартовки судна.

Ни одна из этих задач практически не решается без информации о текущем значении скорости судна. Так, при сближении судна с причалом точность измерения скорости должна быть 0,02 узла, что соответствует 0,01 м/с.

Актуальность измерения скорости подчеркивается и таким фактом, что простейшие методы, приемы и устройства для решения этой задачи существовали еще в римском флоте, когда с бортов судна опускались колеса большого диаметра и подсчитывались их обороты за фиксированное время. На смену этому методу пришел так называемый способ "голландского лага", при котором с носа (бака) судна бросали в воду какой-нибудь плавающий яркий предмет (например, яблоки или цитрусовые). Затем фиксировалось время, за которое этот яркий предмет проходил расстояние между двумя наблюдателями, находящимися на судне на известном между ними расстоянии. Измеренное время и известное расстояние позволяло определить скорость судна.

К началу XII столетия отмечаются первые попытки создать измеритель скорости, в основу которого был бы положен принцип вертушки или винта, вращающегося на ходу судна от набегающего потока воды. Практическое применение получил вращающийся, или винтовой лаг, изобретенный Э. Массеем в 1802 г. Конструктивно он состоял из вертушки с лаглинем и коробки с часовым механизмом и циферблатом, показывающим число пройденных миль и кабельтовых.

С 1933 г. на судах нашего флота получил применение механический лаг типа "ГО марки 3", использующий также принцип вертушки. С 1940 г. на судах стали устанавливаться гидродинамические лаги, в разработку которых внес большой вклад русский ученый Даниил Бернулли. В середине XX века был разработан индукционный лаг, позволяющий измерить скорость судна как на переднем, так и на заднем ходах.

Рассмотренные измерители скорости судна, обладая общим недостатком - измерением скорости относительно воды, с 70-х г. стали заменяться гидроакустическими абсолютными лагами, реализующими различные физические принципы обработки отраженных сигналов. Первый доплеровский гидроакустический лаг (ДГАЛ) для судов ММФ был разработан отечественной промышленностью в 1976 г. как составная часть автоматизированного комплекса "Бриз". При этом были разработаны два варианта ДГАЛ:

- измерительная система с одной антенной, позволяющая определять продольную и поперечную составляющие путевой скорости судна и пройденного им по этим направлениям расстояниям;

- измерительная система имеет две антенны, установленные в носовой и кормовой оконечностях судна, что позволяет дополнительно к вектору абсолютной скорости иметь информацию о линейных скоростях оконечностей судна. Эта дополнительная информация необходима при швартовке, при маневрировании в узкостях и т.д.

Учитывая тенденции развития флота, можно отметить, что современный измеритель скорости должен отвечать следующим основным требованиям:

- высокая надежность и удобство эксплуатации;

- соответствующая точность с учетом решаемых задач;

- унифицированность и информативность;

- автономность;

- сопряжение с ЦВМ для работы в судовом автоматизированном навигационном комплексе;

- невысокая стоимость и массогабаритные характеристики;

- эстетичность исполнения;

- конкурентоспособность по отношению к лучшим образцам приборов.

Существующее многообразие измерителей скорости судна требует введения единой терминологии и соответствующих определений, поясняющих физический смысл принципа их работы.

Лаг - судовое навигационное устройство, предназначенное для измерения скорости и выработки пройденного расстояния.

Абсолютный лаг - лаг, производящий измерение скорости относительно дна.

Относительный лаг - лаг, производящий измерение скорости относительно воды.

Трехмерный лаг - лаг, предназначенный для измерения скорости судна в трехмерном пространстве.

Вертушечный лаг (ВЛ) - лаг, определяющий скорость судна в зависимости от частоты вращения вертушки в воде.

Гидродинамический лаг (ГЛ) - лаг, определяющий скорость судна в зависимости от динамического давления воды, обтекающей судно при его движении.

Индукционный лаг (ЛИ) - лаг, определяющий скорость судна в зависимости от электродвижущей силы, индуктируемой в потоке воды, обтекающем судно при его движении.

Доплеровский лаг (ДЛ) - лаг, основанный на использовании эффекта Доплера.

Геомагнитный лаг - лаг, основанный на использовании свойств магнитного поля Земли.

Корреляционный лаг (КЛ) - лаг, определяющий скорость судна путем анализа корреляционной связи между двумя сигналами, принятыми на движущемся судне на разнесенные в направлении движения первичные преобразователи скорости.

Геоэлектромагнитный лаг - геомагнитный лаг, основанный на использовании явления наведения электродвижущей силы в проводнике при его движении в магнитном поле Земли.

Гидроакустический лаг (ГАЛ) - лаг, основанный на использовании законов распространения акустических волн в воде.

Радиолаг (РЛ) - лаг, основанный на использовании законов распространения радиоволн.

Доплеровский гидроакустический лаг (ДГАЛ) – гидроакустический лаг, основанный на использовании эффекта Доплера.

Доплеровский радиолаг (ДРЛ) - радиолаг, основанный на использовании эффекта Доплера.

Швартовый лаг (ШЛ) - лаг, предназначенный для измерения скорости движения носа и кормы судна при его швартовке.

Приведенный выше перечень измерителей скорости может быть объединен и классифицирован по следующим признакам:

1. В зависимости от выбранной опорной системы координат, относительно которой происходит измерение скорости:

- абсолютные лаги;

- относительные лаги.

2. В зависимости от числа измеряемых составляющих скорости:

- однокомпонентные, служащие для измерения составляющей скорости в диаметральной плоскости судна V _x (V _дп);

- двухкомпонентные, служащие для измерения составляющей скорости в диаметральной плоскости судна (vx) и составляющей скорости в плоскости, перпендикулярной диаметральной плоскости судна (vy).

3. В зависимости от точности измерения скорости:

- повышенной точности для обеспечения швартовки судна и выполнения специальных работ на научно-исследовательских судах;

- точные для обеспечения плавания в узкостях, каналах, акватории порта и прибрежных районах;

- средней точности для обеспечения плавания в открытом море и океанском плавании;

- пониженной точности для обеспечения плавания маломерных судов, катеров, яхт и т.д.