КОМПЛЕКС ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТОВ КРЕНОВАНИЯ СУДНА

Решение относится к судостроению и может быть использовано для проведения опытов кренования судна.
Для точного измерения углов крена используются гировертикали (см. Ривкин С.С.Теория гироскопических устройств. Т. 1, Л., "Судпромгиз", 1962, с.417, 232.2. Л.Р.Аксютин. Борьба с авариями морских судов от потери остойчивости. Л., "Судостроение", 1986, с.57.) построенные на различных гироскопах и индикаторах горизонта (маятниках, акселерометрах).
Гировертикали представляют собой достаточно сложный электромеханический прибор, включающий в себя карданов подвес, гироскоп, маятники (акселерометры), гироскопическую следящую систему, схему маятниковой (акселерометрической) коррекции. Большая номенклатура и сложность входящих устройств и прибора в целом определяют недостатки гировертикалей: ограниченную надежность, сравнительно высокую стоимость, необходимость периодического обслуживания.
Также широко используются механические инклинографы, построенные на физическом маятнике (номенклатура продукции акционерно общество закрытого типа научно-производственное предприятие "Эладин", см. приложение 1), применяемые непосредственно при проведении опытов кренования. Инклинографы простые, надежные приборы, не требующие обслуживания, однако они не предусматривают возможности автоматизации процесса.
В качестве прототипа выбран статодинамический кренометр (патент РФ №2057679 МКИ8 В63В 39/14, опубликован: 10.04.1996), содержащий акселерометр и табло статического и динамического углов крена, снабженный измерителем угловых ускорений, вычислительным блоком и табло полного угла крена, причем вычислительный блок выполнен двухканальным и включает в себя сумматор, подключенный к выходам упомянутых каналов, при этом выходы акселерометра и измерителя угловых ускорений подключены к входу вычислительного блока, выходы которого подключены к соответствующим табло, статического, динамического и полного углов крена. Данный прибор используется в области навигационного приборостроения и не способен выполнять задачу измерения с достаточной точностью и фиксации данных при проведении опытов кренования.
Кренование - искусственное создание крена судна для проверки положения его центра тяжести и начальной метацентрической высоты. В процессе кренования
определяют кренящий момент, углы крена и период свободных колебаний. Кренование производят после постройки или ремонта судна. Кренование применяют также для обнажения борта судна на плаву. (См. Политехнический словарь под ред. И.И.Артоболевского «Советская энциклопедия», М. 1997, с.240).
Фактически опыты кренования необходимы для контроля координат центра тяжести судна (а, соответственно, и поперечной метацентрической высоты) в процессе его строительства либо изменения нагрузки масс постоянных грузов более чем на 2% (например, ремонт или переоборудование судна). Опыты кренования предусматривают расчетную документацию, являющуюся необходимым элементом для сдачи судна классификационному обществу. В процессе эксплуатации нет необходимости проводить опыты кренования. При этом минимально требуемые углы наклонения судна варьируются в пределах (1÷1,5)°.
По отношению к проведению опытов кренования данный прибор имеет следующие недостатки.
1) Относительно низкая точность. Опыт кренования для проверки требуемых характеристик остойчивости требует прецизионного подхода и максимальной точности при минимальном наклонении судна. При использовании акселерометров и датчиков угла наклона определяющую роль играет слабо варьируемая относительная погрешность, а потому абсолютная погрешность в первую очередь зависит от рабочего диапазона, который должен быть оптимизирован.
2) Применение прибора ориентировано на контроль статических и динамических углов крена в процессе эксплуатации судна. Поэтому он включает в себя необязательные для проведения опытов кренования компоненты, а именно, измеритель угловых ускорений и табло динамических углов крена.
3) Конечным результатом являются аналоговые данные.
4) Получаемые данные не фиксируются, что исключает возможность их дальнейшей обработки.
5) Измерительный элемент является единичным, что противоречит требованиям к проведению опытов кренования на некоторых типах судов различными классификационными обществами.
6) Не осуществляет контроля дифферента.
7) Не является электрически автономным, что и не требуется для применения во время эксплуатации.
Решаемая задача - создание комплекса для проведения опытов кренования судна с автоматическим формированием пакета документов в электронном виде.
Техническим результатом изобретения является.
1) Повышение точности статического измерения углов крена;
2) Упрощение комплекса.
3) Преобразование результата до готовых документированных протоколов о проведении опыта кренования, что позволяет сделать программный пакет на персональном компьютере, получающий данные из цифровых массивов, полученных от аналого-цифрового преобразователя.
4) Данные об изменении углов крена записываются в цифровой массив для последующей обработки.
5) В соответствии с существующими регламентируемыми методиками количество датчиков угла наклона варьируется от одного и более.
6) Контролирует крен и дифферент судна в процессе опыта.
7) Является электрически автономным (часто на судне в процессе постройки либо переоборудования отсутствует электрическая сеть).
Этот технический результат достигается тем, что в комплексе для проведения опытов кренования судна, содержащем измеритель угла наклона и вычислительный блок, в качестве измерителя угла наклона использован, по меньшей мере, один прецизионный двухкоординатный датчик угла наклона с автономным источником питания, выход которого подключен к аналого-цифровому преобразователю вычислительного блока с персональным компьютером, содержащим программный пакет обработки данных опыта кренования.
Повышение точности измерений крена достигается за счет сокращенного рабочего диапазона датчика угла наклона до ±2° с получением абсолютной погрешности до ±0,007°. Упрощение комплекса достигается за счет исключения из него измерителя угловых ускорений. Данные об изменении углов крена записываются в цифровой массив за счет сохранения данных в памяти персонального компьютера вычислительного блока, что предусматривает возможность автоматически сформировать пакет документов. Контроль дифферента судна достигается применением двухкоординатных датчиков угла наклона. Комплекс является электрически автономным за счет применения источника питания совместно с каждым датчиком, при этом персональный компьютер может являться ноутбуком либо компактным персональным компьютером (КПК) с автономным источником питания, питающим также и аналогово-цифровой преобразователь.
На чертеже приведена блок-схема предлагаемого комплекса (фиг.1). На фиг.2 - электрическая схема датчика.
В состав программно-аппаратного комплекса для проведения опытов кренования входят, меньшей мере, один прецизионный двухкоординатный датчик 1 угла наклона (например, может быть использован датчик ПН-5, номенклатуры продукции ЗАО НТП «Горизонт») с автономным источником питания 2, выход которого подключен к аналого-цифровому преобразователю 3 вычислительного блока с персональным компьютером 4. При этом риски на корпусах датчиков должны соответствовать: ось x - оси диаметральной плоскости (ДП) судна, а ось y - перпендикулярно к ДП, т.е. в плоскости шпангоута установки датчика. При этом выходной сигнал, соответствующий оси x, регистрирует дифферент судна, а оси y - крен судна. Выходными параметрами датчиков преобразования угла наклона являются величины, описываемые функциями:
ΔR<sub>x</sub>=F<sub>x</sub>(R<sub>1</sub>, R<sub>2</sub>);
ΔR<sub>y</sub>=F<sub>y</sub>(R<sub>3</sub>, R<sub>4</sub>).
1
2
3
4
Где R, R, R, R, - электрические сопротивления между выходами измерителя, изменяющиеся пропорционально наклону.
Функционирование программно-аппаратного комплекса для проведения опытов кренования осуществляется следующим образом. При необходимости провести опыт кренования, элементы комплекса монтируются на судне в соответствии с регламентированной методикой классификационного общества, соответствующего данному судну.
Зависимости выходных параметров преобразования от составляющих угла наклона (функции преобразования по измерительным осям) описываются следующими соотношениями:
ΔR<sub>x</sub>=S<sub>x</sub>(φ<sub>x</sub>, φ<sub>x</sub><sup>°</sup>);
ΔR<sub>y</sub>=S<sub>y</sub>(φ<sub>y</sub>, φ<sub>y</sub><sup>°</sup>);.
x
y
х
х
y
y
°
°
S, S - функции; φ, φ  φ, φ  - потенциалы.
Выходной сигнал датчика 1 угла наклона в виде электрических напряжений, соответствующих углам крена и дифферента судна, поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 3, преобразуется до электронных файлов, содержащих массивы цифр на персональном компьютере 4. Затем программный пакет, использующий файлы массивов измерений, преобразует их до готовых документов по существующим методикам классификационных обществ.