Расчёт инерционной погрешности гирокомпасов

КУРСОВАЯ РАБОТА

ПО ДИСЦИПЛИНЕ:

Электронавигационные приборы




Содержание



1. Введение

2. Исходные данные

3. Расчёт суммарной инерционной погрешности гирокомпасов

Задание 1.(А)

Задание 1.(Б)

4. Оценка влияния погрешностей гирокомпаса на точность судовождения

4.1 Оценка возможной погрешности определения места судна

Задание 2.1 (А)

Задание 2.1 (Б)

4.2. Оценка погрешностей определения поправки гирокомпаса

Задание 2.2 (А)

Задание 2.2 (Б)

4.3 Оценка возможной величины поперечного смещения судна

Задание 2.3 (А)

Задание 2.3 (Б)

5. Расчёт остаточной девиации магнитного компаса

Задание 3

6. Расчёт установочных данных для корректора индукционного лага

Задание 4

7. Расчёт поправок эхолота

Задание 5

8. Анализ функционирования и эксплуатации ЭНП

Задание 6

9. Список литературы




1. Введение



На современных судах применяются различные технические средства, с помощью которых судоводитель получает навигационную информацию. Гирокомпас, магнитный компас, эхолот, лаг и авторулевой относятся к группе электронавигационных приборов и занимают существенное место в обеспечении безопасного процесса навигации судна и управления его движением. Это значит, что судоводитель должен в совершенстве владеть навигационным оборудованием, доверять ему, однако критически оценивая показания приборов и результаты вычислений.

навигация инерция погрешность гирокомпас 




2. Исходные данные



n=

13

-порядковый номер в списке группы

l=

1

-последняя цифра номера группы

m=n+l=

14

r=

1




3. Расчёт суммарной инерционной погрешности гирокомпасов



Расчёт Задания 1.(А)



Исходные данные:

φ = 500

ГКК1 = 3460

ГКК2 = 1930

V1 = 23 уз.

V2 = 24 уз.



А

С

Ψ

-0,1484E-0,2

-0,634Е-0,3

-79,66



1. Рассчитываем значение северной составляющей скорости судна ΔVN 

ΔVN=V2·cosГКК2-V1·cosГКК1=24·cos(193/57,3) -23·cos(346/57,3)= -45,7 уз.

Выражаем значение северной составляющей в м·с-1:

ΔVN=-45,7·1852/3600= -23,6 м·с-1 

2. По формуле δj =-57.3·Vω[Аe-mt +Ce-ht sin(ωdt+ Ψ)] рассчитываем значение δj с шагом Δt=180 c, где h=3.344·10-4, m=8,312·10-4, ωd=11.05·10-4 

δj=-57,3·[-0,1484·10-4e3.344·10^-4t -0,634·10-3e8.312·10^-4t·sin(11.05·10-4 t-79,66/57.3)]

Результаты расчёта представляем в табл.1 и на рис. 1.1



Таблица1

t

δj

t

δj

t

δj

t

δj

t

δj 

0

2.85

1620

0.32

3240

-0.1

4860

0,16

6480

0,06

180

2.48

1800

0.18

3420

-0.07

5040

0,17

6660

0,04

360

2.12

1980

0.07

3600

-0.03

5220

0,17

6840

0,02

540

1.79

2160

-0.01

3780

0

5400

0,167

7020

0

720

1.48

2340

-0.08

3960

0,04

5580

0,157

7200

-0,02

900

1.19

2520

-0.12

4140

0,07

5760

0,14





1080

0.93

2700

-0.13

4320

0,1

5940

0,12





1260

0.7

2880

-0.14

4500

0,13

6120

0,1





1440

0.5

3060

-0.12

4680

0,15

6300

0,08







Расчёт Задания 1.(Б)



Исходные данные:

φ = 500

ГКК1 = 3460

ГКК2 = 1930

V1 = 23 уз.

V2 = 24 уз. 

ΔtM = 54 cек



N

M

Ψ

-0,1445

0,1414

88.72



1. Рассчитываем значение средней угловой скорости поворота судна ω по формуле: 

= (ГКК2-ГКК1)/57,3· ΔtM =(193-346)/57,3·54=-0,049 с-1

2. Выражаем V в м·с-1:

V= 23·(1852/3600)= 11.83 м·с-1

3.По формуле 



δj =-57.3·Vω[Ne-mt +Me-ht sin(ωdt+ Ψ)],


где m=25.65·10-3, h=3,875·10-4, ωd=0,82·10-3 рассчитываем значение δj с шагом Δt=180 c 

δj =-57,3·[-0,1445e 25.65·10-3 t +0,1414e3,875·10-4 t·sin(0,82·10-3t+88,72/57.3)]

Результаты расчёта представляем в табл.2 и на рис. 1.2



Таблица 2

t

δj

t

δj

t

δj

t

δj

t

δj 

0

-0,11

1620

0,66

3240

-1,18

4860

-0,49

6480

0,21

180

4,34

1800

0,28

3420

-1,18

5040

-0,38

6660

0,24

360

3,97

1980

-0,07

3600

-1,15

5220

-0,28

6840

0,26

540

3,51

2160

-0,36

3780

-1,09

5400

-0,18

7020

0,27

720

3,02

2340

-0,61

3960

-1,02

5580

-0,09

7200

0,27

900

2,52

2520

-0,81

4140

-0,93

5760

-0





1080

2,03

2700

-0,97

4320

-0,83

5940

0,06





1260

1,55

2880

-1,08

4500

-0,72

6120

0,12





1440

1,09

3060

-1,15

4680

-0,6

6300

0,17








4. Оценка влияния погрешности гирокомпасов на точность судовождения.



4.1 Оценка возможной погрешности определения места судна по двум пеленгам.



Задание 2.1.(А)



A. Работа с гирокомпасом «Курс-4». 

Расстояние между ориентирами L=(20+0.1·m)=20+0,1·14= 21.4 (мили); 

Азимут ориентиров А12=(10·n+m)=10·13+14= 144˚;

ГКП1=A12+130-n=144+130-13=269˚;

ГКП2=A12+50+n=144+50+13=207˚.

В качестве момента времени tоб, по заданию, выбираем время 1-го экстремума кривой суммарной инерционной погрешности. tоб = te1=2610 c, δj(tоб) = -0,1˚. (Из задания 1.А.) 

 Порядок выполнения следующий:

В произвольном масштабе наносим ориентир O1 и строим относительно него ориентир O2(по азимуту A12 и расстоянию L).

Прокладываем на плане линии компасных пеленгов ориентиров ГКП1 и ГКП2 , пересечение которых дает точкуM1.

Используя график суммарной инерционной погрешности, полученной в задании, на момент времени tоб находим величины суммарной инерционной погрешности. 

Так, 

 tоб = te1=2610 c, δj(tоб)= -0,1˚

Рассчитываем значения истинных пеленгов ориентиров ИП1 и ИП2, исправляя значения ГКП1 и ГКП2 поправкой δj(tоб) по формуле:

ИП1= ГКП1 + δj(tоб) = 261˚ -0,1˚= 260,9˚

ИП2= ГКП2 + δj(tоб) = 207˚ -0,1˚= 206,9˚

На плане прокладываем истинные пеленга ИП1 и ИП2 и, таким образом, получаем истинное место суднаM2.

Оцениваем погрешность, допущенную в данном определении места судна, выражаемую в линейных единицах (милях) расстоянием r между точками M1 и M2. 

Полученное значение r= миль.

Графическое решение задачи А предоставлено на рис. 1.3

Б. Работа с гирокомпасом «Вега». 

Порядок выполнения аналогичен указанному в пункте (А), за исключением того, что значение суммарной инерционной погрешности определяется по кривой суммарной инерционной погрешности для гирокомпаса «Вега», полученной в задании 1.(Б). 

Так, tоб = te1=180 c, δj(tоб)= 4.3˚

Графическое решение задачи осуществляется по образцу рисунка 3 Рассчитываем значения истинных пеленгов ориентиров ИП1 и ИП2, исправляя значения ГКП1 и ГКП2 поправкой δj(tоб) по формуле:

ИП1= ГКП1 + δj(tоб) = 261˚ +4.3˚= 265.3˚

ИП2= ГКП2 + δj(tоб) = 207˚ +4.3˚= 211.3˚

Погрешность, допущенная при определении места судна, аналогично определяется ) расстоянием r между точками M1 и M2. 

Полученное значение r= миль.

Графическое решение задачи Б предоставлено на рис. 1.4



4.2 Оценка погрешностей определения поправки гирокомпаса



Задание 2.2.(А)



Произвести оценку погрешности определения поправки гирокомпаса по створу после маневра судна.

A. Определение поправки гирокомпаса «Курс-4».

Исходные данные:

V’1=V1+5= 23+5=28 уз.;

V’2=V2-5= 24+5=19 уз.;

ГКК’1=180˚+(-1)n·m=180-14=166˚;

ГКК’2=360˚+(-1)m·n=360+13=373˚=13˚;

tΔГК = 0 сек.

ΔVN= -23.6 м/с-1

Порядок выполнения такой:

Используя кривую суммарной инерционной погрешности δj для гирокомпаса «Курс-4», полученную в задании 1.(A), выбираем значение суммарной инерционной погрешности на момент времени tΔГК= 0, δj=0. Рассчитываем значение изменения северной составляющей скорости судна:

ΔV’N=V’2·cosГКК’2-V’1·cosГКК’1=19·0.99-28·0.99=18.81-27.72= -8.91 (м/с-1)

Определяем фактическую величину погрешности δ j(tΔГК)ф , учитывая изменившееся значение ΔV’N по отношению к ΔVN для задания 1.(A), пересчет производится по формуле:

δ j(tΔГК)ф= δ j(tΔГК)·(ΔV’N/ΔVN),

δ j(tΔГК)ф=2.9·(-8.91/-23.6)=1˚

Величина погрешности εΔГК, допущенной при определении величины поправки гирокомпаса в момент времени tΔГК определяется по формуле:

εΔГК= -δ j(tΔГК)ф= -1˚

Полученные данные представим в таблице 3.



Таблица 3

tΔГК,сек

φ,˚

V’1,уз.

V’2, уз.

ГКК’1,˚

ГКК’2,˚

ΔV’N, м/с-1

δ j(tΔГК)ф,˚

εΔГК,˚

0

50

28

19

166

13

-8.91

1

-1



Б. Определение поправки гирокомпаса «Вега».

Исходные данные такие же, как и в задании 1.(Б).

Порядок выполнения остается таким же, как и в предыдущем пункте, за исключением: значение δ j(tΔГК) выбирается по графику суммарной инерционной погрешности для гирокомпаса «Вега». Пункт 2 не выполняется, полагая δ j(tΔГК)= δ j(tΔГК)ф .

Таким образом, εΔГК= 0,1˚.



4.3 Оценка возможной величины поперечного смещения судна



Задание 2.3 (А)



Исходные данные: 

td1= 2100 сек; td2= 3780 сек; φ=50˚; V1=23 уз. ; V2=24 уз.;



А

С

Ψ

-0,1484E-0,2

-0,634Е-0,3

-79,66



Расчёт задания производим по следующей формуле, 

где h=3.344·10-4, m=8,312·10-4, ωd=11.05·10-4 







B результате расчёта получим: d1= 156м; d2= -35м.

Рассчитываем ширину безопасной полосы движения:

Δ=| d1|+| d2|=|156|+|-35|= 195м

Полученные данные представим в таблице 4.



Таблица 4

td1, сек

td2, сек

d1, м

d2, м

Δ, м

2100

3780

156

-35

195




Задание 2.3 (Б)



Исходные данные: 

td1= 1 сек; td2= 1945 сек; φ=50˚; V=23 уз.;

N

M

Ψ

-0,1445

0,1414

88.72



Расчёт задания производим по следующей формуле, 

где m=25.65·10-3, h=3,875·10-4, ωd=0,82·10-3 







B результате расчёта получим: d1= -162м; d2= 3396м.

Рассчитываем ширину безопасной полосы движения:

Δ=| d1|+| d2|=|-162|+|3396|= 3558м

Полученные данные представим в таблице 5.



Таблица 5

td1, сек

td2, сек

d1, м

d2, м

Δ, м

1

1945

-162

3396

3558




5. Расчёт остаточной девиации магнитного компаса



Магнитный компас

Магнитный компас является автономным высоконадежным датчиком направления, поправка которого равна сумме магнитного склонения d и девиации :







Величина d для данного района плавания снимается с навигационной карты и приводится к году плавания, а δ выбирается из таблицы девиации в зависимости от компасного курса.

Периодически производится уничтожение девиации магнитного компаса и составление новой таблицы остаточной девиации. В случае необходимости (когда фактическая девиация отличается более чем на  от табличной) производится исправление таблицы девиации. В обоих случаях широко используется гирокомпас. При выполнении девиационных работ, маневрирование судна производится на малом ходу, поэтому инерционные девиации гирокомпаса пренебрежительно малы и в расчет не принимаются. 



Задание 3 Определение магнитного компаса по сличению с гирокомпасом



Рассчитываем остаточную девиацию магнитного компаса для восьми главных и четвертных курсов по формуле:



 



где Кгк=Кмк+В·sin Кмк+C·cos Кмк; 

B=0.1·(l+n)=0.1·(1+13)=1.4˚

C=2+0.1·(l-n)=2+0.1·(1-13)=0.8˚

ΔГК=0.01·m=0.01·14= 0.14˚

d = 0.01·(l-n)=0.01·(1-13)= -0.12˚



Таблица 6. Расчёт девиации по счислению

Кмк

N(0˚)

NE(45˚)

E(90˚)

SE(135˚)

S(180˚)

SW(225˚)

W(270˚)

NW(315˚)

Кгк,˚

0.8

46.6

90.9

134.3

178.4

224

270.5

316.6

δj,˚

1

1.9

1.2

-0.4

-1.3

-0.7

0.8

1.8



Для расчета таблицы остаточной девиации компаса на 36 равноотстоящих компасных курсах (с интервалом 10˚), необходимо вначале вычислить значение коэффициентов девиации A, B, C, D и E по формулам, где δj-значение девиации из табл. 5.:



 

 

  ,



A= (1+1.9+1.-0.4-1.3-0.7+0.8+1.8)/8=0.53˚

B= (1.2-0.8+0.71(1.9-0.4+1.3-1.8)/4=0.15˚

C= (1+1.3+0.71(1.9+0.4+0.7+1.8)/4=1.46˚

D = (1.9+0.4-0.7-1.8)/4=-0.08˚

E = (1-1.2-1.3-0.8)=-0.56˚

По полученным значениям коэффициентов девиации A, B, C, D и E рассчитываем таблицу остаточной девиации для 36 компасных курсов (через 10˚), используя основную формулу девиации:



Строим таблицу остаточной девиации (табл. 7).


Таблица 7

























0

1,4

60

-1,4

120

1,6

180

-0,4

240

1,5

300

0,9

10

-1,0

70

1,6

130

0,2

190

1,3

250

1,3

310

0,2

20

1,6

80

0,7

140

0,9

200

1,5

260

-0,4

320

1,5

30

1,2

90

0,4

150

1,5

210

-0,9

270

1,4

330

-1,5

40

-0,2

100

1,5

160

-1,3

220

1,4

280

-1,3

340

1,6

50

1,5

110

-1,5

170

1,5

230

-0,9

290

1,6

350

0,4




6. Расчёт установочных данных для корректора индукционного лага



Задание 4. Лаг



Исходные данные: Vи1=4+0,1(l+n)=4+1.4=5.4 (уз.)

ΔV1 =(-1)n+1[0.4+0.01(l+n)]= 0.4+0.14=0.54 (уз.)

Vи2= 8+0.2(l+n)=8+0.2·14= 8.28 (уз.)

ΔV2= (-1)n+1[0.7+0.01(l+n)]= 0.7+0.14=0.84 (уз.)

Vи3=13+0.3(l+n)=13+0.3·14=13+4.2=17.2 (уз.)

ΔVз=(-1)n+1 0.005(l+n)=0.07 (уз.)

M1=40+(l+n)=40+14=54.

Для удобства привидём исходные данные в таблице 8.



Таблица 8

Vи1, уз.

малый ход

ΔV1 уз.

Vи2, уз.

средний ход

ΔV2, уз.

Vи3, уз.

полный ход

ΔVз, уз.

M1

5.4

0.54

8.28

0.84

17.2

0.07

54



Vл3= Vи3- ΔVз =17,2-0,07=17,13 уз. 

M2=M1·( Vи3/Vл3)=54·(17,2/17,13)=54,22

Построим зависимость ΔV от Vи в виде ломанной линии, которую будем называть экспериментальной. Для рассматриваемого примера такая зависимость показана пунктирной линией (OABC) на рис.6. Причём масштаб должен соответствовать масштабу специального трафарета, изображённого на рис.7. Используя весовые коэффициенты каждого участка регулировочной ломанной лини, установим коммутационные перемычки в гнёзда корректора рис.8. Данные для устанвоки перемычек возьмём из таблицы 8.1



Таблица 8.1 Данные для установки коммутационных перемычек

Зона (2-ая)





Участок



1

2

3

4

Узлы

(истинная скорость начала участка)

2

6

8

16

Знак

+

+

-



Коэффициенты

1,2,4

1,2,4

1,4






7. Расчёт поправок эхолота



Задание 5. Эхолот



Исходные данные: Сэ= 1500 м/c - расчетная скорость звука в воде:

t,˚C = 5r+5=5·1+5=5+5=10˚C 

S,˚/00=(n+l)/2+20=14/2+20=7+20=27 промилле

hизм=10(n+2l)=10·(13+2)=10·15=150 м. - глубина, измеренная эхолотом

γ =10+(n+l)=10+14=24˚ - наклон морского дна



t,˚C

S,˚/00

hизм

γ˚

10

27

150

24



1. Рассчитываем поправку эхолота из-за отклонения скорости звука в воде от расчетного значения по формуле: 

Δhc= hизм·(c/cэ-1) =150·(1482.49/1500)=148.25 м

c=co+Δc+Δch=1449.14 + 30.87+2.48=1482.49 м/c

co=1449.14 м/c- опорная скорость звука

Δc=30.87 м/c –берем из таблицы (Табл. 34-а, МТ-75)

Δch=2.48 м/c –берем из таблицы (Табл. 34-б, МТ-75)

2.Рассчитываем поправку эхолота из-за наклонения морского дна, как:

Δhγ= hизм(secγ-1)=150·(sec24˚-1)= 14.19 м

3. Полная поправка эхолота вычисляется как алгебраическая сумма полученных поправок:

Δh=Δhc+Δhγ=148.25+14.19= 162.44 м

Полученные данные представим в таблице 9.



Таблица 9

Δhc ,м

Δhγ ,м

Δh,м

148.25

14.19

162.44




8. Анализ функционирования и эксплуатации ЭНП



Задание 6



«Уничтожение полукруговой девиации магнитного компаса, порядок действий; табличный способ определения коэффициентов девиации»

Существует несколько способов уничтожения полукруговой девиации, например способ Эри и способ Колонга.

Рассмотрим первый способ Эри для уничтожения полукруговой девиации магнитного компаса. 

Этот способ предусматривает компенсацию двух сил: BλH и CλH.Задача состоит в том, чтобы в результате наблюдений найти такое положение магнитов-уничтожителей, при котором продольные магниты будут компенсировать силу BλH, а поперечные – силу CλH.

Рассмотрим самый распространённый вариант применения данного способа, когда приведение судна на заданный магнитный курс осуществляется с помощью гирокомпаса. В этом случае рекомендуется такая последовательность действий:

1) привести судно на магнитный курс N (0˚). Для этого надо лечь по гирокомпасу на курс



Kг.к=MK+d – Δгк (1)



2) выдержав судно на магнитном курсе N (0˚) в течении нескольких минут заметить отсчёт курса судна по магнитному компасу и вычислить девиацию по формуле:



δN= MK- Kм.к. (2)



Для магнитного курса МК = 0˚ формула (2) принимает вид:

δN=0˚- Kм.к (при Kм.к<180˚); δN=360˚- Kм.к (при Kм.к>180˚);

3) продолжая лежать на магнитном курсе N (0˚) и действуя поперечными магнитами-уничтожителями, добиться, чтобы отсчёт курса Kм.к судна по картущке магнитного компаса стал равен 0˚, т.е. надо довести значение девиации δN до нуля; 

4) привести судно на магнитный курс S(180˚). Для этого надо лечь по гирокомпасу на курс



Kг.к=MK+d – Δгк =180˚+ d – Δ;



5) выдержав судно на магнитном курсе в течении нескольких минут ,заметить отсчёт Kм.к курса по магнитному компасу и определить девиацию δS по формуле:



 δS=180˚- Kм.к



Действуя поперечными магнитами-уничтожителями добиться того, чтобы девиация δS уменьшилась в два раза. При этом сила CλH будет скомпенсирована; 

6) привести судно на магнитный курс E(90˚), т.е. лечь по гирокомпасу на курс



	Kг.к=90˚+d – Δгк 



Спустя несколько минут определить девиацию δE (δE= 90˚- Kм.к) и, действуя поперечными магнитами-уничтожителями довести наблюдаемую девиацию до нуля (отсчёт курса по картушке магнитного компаса при этом должен стать равным 90˚)

7) привести судно на магнитный курс W(270˚), т.е. лечь по гирокомпасу на курс

 Kг.к=270˚+d – Δгк. Спустя несколько минут определить девиацию и, действуя продольными магнитами-уничтожителями, довести наблюдаемую девиацию до половинного значения. При этом сила BλH будет скомпенсирована.

Полукруговая девиация уничтожена.

 Второй способ уничтожения полукруговой девиации магнитного компаса на чётырёх главных компасных курсах( способ Колонга).Эту работу следует выполнять в такой последовательности:

 лечь на компасный курс N (непосредственно по картушке компаса), измерить дефлектором результирующую силу H’N ,снять дефлектор;

 лечь на компасный курс S, измерить дефлектором cилу H’S , рассчитать средне значение H˚N=( H’N+H’S)/2. Не снимая дефлектора (судно продолжает лежать на компасном кусе S), передвинуть каретку дефлектора на отсчёт H˚N. При этом делении 270˚(W картушки) уйдёт из-под призмы пеленгатора. Действуя продольными магнитами-уничтожителями в нактоузе, добиться, чтобы под призму пеленгатора снова подошел отсчет 270˚. Действие силы BλH скомпенсировано;

лечь на компасный курс E, измерить силу H’E и снять дефлектор;

лечь на компасный курсW , измерить силу H’W. Не снимая дефлектора (судно продолжает лежать на компасном курсе W), рассчитать среднее значение H˚E=( H’E -+H’W)/2 и передвинуть каретку дефлектора на отсчёт H˚E. Деления 270˚ (W картушки) уйдёт из-под призмы пеленгатора. Действуя поперечными магнитами-уничтожителями в нактоузе, добиться того чтобы деление 270˚ (W картушки) снова подошло под призму пеленгатора. Действие силы скомпенсировано и полукруговая девиация уничтожена.

Определение остаточной девиации. Расчёт коэффициентов. Составление рабочей таблицы девиации. Остаточную девиацию определяют, как обычно, на восьми компасных курсах. Результаты наблюдений записывают в таблицуA, форма 1 которой имеет вид:


Таблица A

КК

ОКП

δ= ОМП-ОКП

КК

ОКП

δ= ОМП-ОКП

N





S





NE





SW





E





W





SE





NW







где ОМП= 1/8ΣОКП=…

Значения остаточной девиации, занесённые в эту форму, переносят в форму2(столбцы I и II), рассчитывают коэффициенты остаточной девиации ABCDE с погрешностью до десятых долей градуса (коэффициент А должен быть близок к нулю).




Список литературы



1. Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине « Технические средства судовождения». Алексейчук М.С. – М.:Одесса.1986-58 с.

2. Блинов И.А. и др. «Электронавигационные приборы». – М.:Транспорт,1980.

3. Воронов В.В и др. «Технические средства судовождения». – М.:Транспорт,1988.

4. Воронов В.В., Яловенко А.В. «Учебное пособие гирокомпас «Вега»». – М.:В/О «Мортехинформреклама, 1988.





1