Чем измеряют скорость судна
Определение скорости судов в узлах и перевод в километры в час
В нашей жизни скорость передвижения транспортных средств измеряется в километрах в час (км/час). Так характеризуется движение автомобиля, поезда, самолета. Но из этого правила есть одно исключение. В морской навигации скорость движения судна обозначается в узлах. Эта единица измерения не входит в Международную систему СИ, но традиционно допускается для использования в мореходстве.
Измерение быстроходности судов
Такой порядок сложился исторически. Когда-то быстрота движения судна определялась при помощи специального прибора, который назывался секторный лаг. Он представлял собой доску, на конце которой был закреплен линь — тонкий корабельный трос. На всем его протяжении через равные промежутки были завязаны узлы. Моряк, касаясь троса рукой, подсчитывал количество узлов, прошедших через его руку за определенное время, определяя таким способом скорость сразу в узлах. Важно, что при этом способе не требовалось производить никаких дополнительных расчетов.
Лагами подобной конструкции уже давно никто не пользуется. Сейчас для измерения скорости морских судов применяют приборы на основе последних научных и технических достижений в области гидроакустики и гидродинамики. Популярностью пользуются измерители на основе эффекта Доплера. Существуют и более простые способы — при помощи специальных металлических вертушек, помещенных в воду. В этом случае скорость определяется исходя из количества их оборотов в единицу времени.
Морская миля
В переводе на обычный язык один узел означает скорость, с которой корабль проходит за час одну морскую милю. Поначалу ее величина равнялась 1853,184 метра. Именно такова длина поверхности Земли по меридиану в одну угловую минуту. И только в 1929 году Международная конференция в Монако установила длину морской мили в 1852 метра.
Необходимо помнить, что, кроме морской мили, существуют и другие. В прошлом в разных государствах в качестве единиц измерения длины существовало несколько десятков различных миль. После введения метрической системы мер мили в качестве единицы измерения расстояний стали стремительно терять популярность. Сегодня из всего многообразия сухопутных миль осталось лишь около десяти. Самой распространенной из них является американская миля. Ее длина составляет 1609,34 метра.
К длине земного меридиана привязана не только морская миля. Старинная французская мера длины морское лье равняется 5555,6 метрам, что соответствует трем морским милям. Интересно, что, кроме морского лье, во Франции существовало еще сухопутное, также привязанное к длине меридиана, и почтовое лье.
Правила перерасчета скорости
Сегодня быстроходность морских судов все так же измеряется в узлах. Для того чтобы представлять эту характеристику в привычной для нас форме, необходимо переводить их в километры в час. Это можно сделать несколькими способами:
Сделав подобный перерасчет, легко сравнить между собой скорости движения морских судов и других транспортных средств.
Рекордсмены среди судов
Быстроходность морских пассажирских судов обычно выше, чем торговых. Последний официальный рекорд («Голубая лента Атлантики») принадлежит американскому скоростному трансатлантическому лайнеру «Юнайтед Стейтс». Он был установлен в 1952 году. Тогда лайнер пересек Атлантику со средней скоростью 35 узлов (64,7 км/час).
Печально знаменитый «Титаник» в своем единственном рейсе в момент столкновения с айсбергом в ночь с 14 на 15 апреля 1912 года шел практически на пределе своих технических возможностей со скоростью 22 узла. Наивысшая тогда скорость пассажирских лайнеров («Мавритании» и «Лузитании») равнялась 25 узлам (46,3 км/час).
Вот некоторые из морских судов, бывшие когда-то обладателями «Голубой ленты Атлантики»:
Существует отдельная категория судов — на подводных крыльях, которые используются для пассажирских перевозок и береговой охраны. Они могут развивать скорость свыше 100 км/час (60 узлов), но их область применения в море сильно ограничена исключительно прибрежной зоной и низкими экономическими характеристиками.
Смена приоритетов
С развитием авиации подобное активное соперничество среди океанских пассажирских судов потеряло свою актуальность. Пассажиры для пересечения Атлантики стали отдавать предпочтение самолетам, а судовладельческим компаниям пришлось переориентироваться на обслуживание туристов. Для круизных лайнеров важнейшими показателями стали надежность, комфортабельность и экономическая эффективность.
Оптимальная скорость современных океанских круизных теплоходов составляет обычно от 20 до 30 узлов, а для грузовых судов — примерно 15 узлов. Рекордное для того времени достижение «Юнайтед Стейтс» так и осталось наивысшим в истории. Для торговых судов приоритетными показателями сегодня являются прежде всего экономические. Погоня за рекордами окончательно ушла в прошлое.
Видео
В этой видеоподборке вы найдете много интересной информации по поводу измерения скорости морского транспорта.
Как на судах измеряют скорость
Суда занимают важнейшее место в жизни общества — они основная составляющая развития торговли. Поэтому важнейшим развитием для человечества стало, развитие морского транспорта. Из-за отсутствия видимости берегов в море конструктора и изобретатели стремились создать устройство помогающее определять скорость движения судна по морской глади. Скорость необходима для расчётов местоположения.
Как определяли скорость
Солнце и звёзды дали возможность определения путёвого угла, часы отмеряют время, но как же определить скорость? Людям помогла смекалка, которая закрепила за морской скоростью такое понятие, как узел. Раньше моряки использовали доску, служащей плавучим якорем, к ней привязывался линь, на котором отмечались на равном расстоянии узелки. Принцип действия такого ручного лага сводился к следующему: доска сбрасывалась в воду, из-за противодействия воды она оставалась на месте, а судно в это время шло дальше, но разматывая верёвку с узелками вслед за остающейся доской. Тем самым за определённый период уходило определённое количество узелков в воду. Рассчитывая соотношение ушедших узелков и время получали скорость судна в узлах. Принято считать 1 узел равен 1 морской миле за 1 час преодоления судном. Так и появился относительный, ручной или секторный лаг, ставший прародителям целой плеяды сложнейших лагов.
Какие лаги бывают
Они классифицируются на относительные и абсолютные, те в свою очередь на индукционные и гидродинамические лаги, а также на гидроакустические доплеровские лаги, спутниковый лаг и корреляционные соответственно.
Относительные лаги
Он обеспечивает измерение пройденного расстояния и скорости относительно воды. Тем самым скрывая в себе первоначально ошибку в измерениях скорости, ведь вода накладывает ошибку на измерения, добавляя составляющие своего вектора движения. Таким образом, относительные лаги являются менее точными для судовождения.
Индукционный лаг
Имеют в основе, скрытое в классификации электромагнитное явление под названием индукция. Оно формируется на базе перемещения проводящего элемента внутри электромагнитного поля, тем самым возникает электродвижущая сила внутри проводника. Его вектор замеряется, и путём исчислений получается вектор движения судна. Электромагнитное поле возникает в воде под действием датчика, имеющего в своём составе магнит, и вода, являясь проводником, начинает создавать внутри себя электродвижущую силу, параметры которой и снимаются датчиком. Большой недостаток такого лага — нарастающие на дно биоорганизмы. Они сильно уменьшают создание магнитного поля и чувствительность приёмника. Ярким представителем таких типов лагов является ЛЭМ2-1М, производства «Электроприбор» в Санкт-Петербурге. Он имеет три различные версии в зависимости от установки приёмного устройства ЛЭМ2-1МН, ЛЭМ2-1МВ и ЛЭМ2-1МК.
Гидродинамический лаг
Вторым по популярности относительный лаг. Он основан на измерении давлении воды на датчик либо катушку. Давление создаётся благодаря гидродинамическим показателям набегающей воды. К данному вектору присоединяется масса ошибок, таких как качка, снос, дифферент и обрастание. Поэтому такие лаги чаще всего показывают ошибочные данные, но при этом довольно просты в изготовлении. Так что являются самыми бюджетными и часто используемыми на судах не поднадзорных сертификационным обществам. Популярными в данном виде является линейка лагов от производителя морской навионики Raymarina T111, T121 и Т915. Маломерные суда также используют гидродинамические лаги Lowrance, Furuno и Simrad.
Абсолютные лаги
Это следующий вид классификации морских лагов. Под термином абсолютный лаг понимают лаги, которые измеряют скорость судна относительно грунта.
Гидроакустический доплеровский лаг
Его работа основана на эффекте Доплера — при одинаковом излучении волн, объект, движущийся на источник излучения будет принимать волны быстрее, относительно своей скорости. Судно излучая прямо по курсу волны, посредством гидроакустического излучателя, принимает их отражёнными. Частота приёма увеличивается пропорционально скорости движения судна. Проведя подсчёт, получается расчётная скорость как по направлению движения судна, так и его смещение по оси У. Погрешность измерений в данном случае довольно мала, до 0,1%. Так достигается точность порядка 0,015 узла, что является довольно хорошим показателем в современных условиях, и развития морской электротехники.
Если доплеровские лаги доработать несколькими антеннами, возможно получить скорость смещения более точно по осям Х и У. Для крупнотоннажных судов это помогает контролировать движение. Данная функция также вносит облегчение швартовки. Но работает такой лаг при небольших глубинах, максимум 350 метров, что для глубоководных переходов является критичным. При увеличении глубины гидроакустическая волна начинает отражаться от более плотных слоёв воды на глубине порядка 320 метров, и принимается как абсолютная, но по факту являющаяся относительной.
Датчики доплеровских лагов являются критичными элементами системы, и поэтому убираются в клинкеты и танки, для защиты их ото льда, топляка и иных опасных предметов. Так как механическое повреждение антенны приведёт за собой дорогостоящие работы по его восстановлению. Увеличить ошибку замеров могут погрешность измерений частоты, появление вертикальной составляющей и наклон датчиков. Совместно это может увеличивать ошибку с 0,1 до 0,5 процента. Доплеровских лаги производят компании JRC модели JLN-550, JLN-652, JLN-205, JLN-740 и Furuno модели DS-80, DS-60 и DS-85.
Спутниковый лаг
Следующим абсолютным лагом является спутниковый тип лагов. Он работает так же, как и обыкновенные приёмники сигналов ГНСС. Рассчитывает своё местоположение благодаря альманаху спутников. Для этого достаточно трёх спутников. Определяя своё местоположение, лаг считает скорость относительно спутников, но так как они дают местоположение относительно земли, то и скорость рассчитывается относительно Земли. Поэтому лаги классифицируются как абсолютные. В зависимости от спутниковой системы используются ГЛОНАСС лаги, GPS лаги и другие. Ошибкой расчётов может стать только погрешности часов, находящихся в приёмниках лага, и время расчёта сигнала. Поэтому точность достигает порой до 0,01%, что является одним из лучших в классе. Непогода, сильное волнение, туман и прочие метеоусловия могут значительно отклонить точность показаний. Спутниковые лаги представлены японскими моделями JRC JLN-720 и Furuno GS-100.
Гидроакустические корреляционный лаг
Третий тип абсолютных лагов. Их принцип действия основан на временном прохождении одинаковыми акустическими сигналами, направленными в сторону дна от двух антенн, находящихся на разных расстояниях относительно центра корабля. То есть сигнал, отражённый от одной и той же точки в разное время, придёт в различные интервалы до первого и второго приёмника, тем самым возможно будет высчитать скорость относительно двух сигналов. Такой принцип действия зарекомендовал себя лучше, чем доплеровский принцип. Потому что у него отсутствует погрешность от скорости распространения звука в воде и компенсации качки. Но как и доплеровский лаг на больших глубинах, а в данном случае это более 200 метров, он становится относительным — сигнал отражается от воды в более плотных слоях. Яркими представителями данных лагов являются производитель Consillium и его станции SAL t2 и SAL R1a.
Почему скорость движения судна измеряют в узлах
Что это за узел такой, откуда он взялся и где его завязывают?
Стоит отметить, что узел является единственной широко распространённой единицей скорости, имеющей собственное название. Десятичные приставки, служащие для образования кратных и дольных единиц, с узлом не используются. Узел — это самостоятельная единица измерения, которая применяется без добавок вроде «в час» или «в секунду». Один узел равен скорости равномерного движения, при которой тело за один час проходит расстояние в одну морскую милю.
По международному определению, один узел таким образом равен 1852 м/ч или 0,51444 м/с. Эта единица измерения, хотя и является внесистемной, допускается для использования наряду с единицами Международной системы единиц. В России узел допущен к использованию в качестве внесистемной единицы без ограничения срока действия с областью применения «морская навигация». Узел входит в Общероссийский классификатор единиц измерения.
Распространённость узла как единицы измерения связана со значительным удобством его применения в навигационных расчётах: судно, идущее на скорости в 1 узел вдоль меридиана, за один час проходит одну угловую минуту географической широты. Происхождение названия этой единицы связано с использованием ручного лага – прибора для измерения скорости судна, в простейшем варианте представлявшем собой доску, привязанную к длинному тросу (линю) таким образом, чтобы при выбрасывании за борт движущегося судна она тормозилась о воду.
На лине были завязаны узелки на одинаковом друг от друга расстоянии – оно заранее подбиралось таким образом, чтобы количество узлов на выброшенном за борт лаге, прошедших через руку измеряющего за определённое время, численно равнялось скорости судна, выраженной в морских милях в час. Измерения скорости всегда выполняли с подветренной стороны, чтобы вывести лаг в кильватер, поскольку при плавании под парусами он всегда отклонялся к наветренной стороне.
В чём измеряется скорость судна? Исторические названия этой еденицы измерения?
Измерять скорость в УЗЛАХ сложилось исторически. В те древние времена матросам было достаточно тяжело ориентироваться на море. Постепенно они научились определять долготу и широту значениями расстояний от экватора или нулевого градуса. Когда пытались определить какой градус нулевой, дело было в обсерватории в городе Гринвич, так и решили что через это место пройдет нулевой градус.
На этой веревке через определенные промежутки завязывались узлы. Кидая бревно за борт веревку придерживали и засекали сколько узлов пройдет пока она натянется. Определяя скорость корабля тем самым. Именно поэтому за морской скоростью закрепилось слово узел. Скорость узлов величина постоянная и легко переводится в любые величины.
На данный момент синонимом морского узла, является морская. Одна морская миля или один морской узел равен 1852 метра, зная это можно легко перевести скорость в узлах в километры/час.
И даже в наши дни на некоторых лодках используют некое подобие лаг. Они конечно выглядят немного иначе, в форме металлических вертушек с плоскими лопастями, но принцип действия схож. Корабль плывет по волнам, вертушка крутится и приводит в движение механизм, который сразу же рассчитывает нынешнюю скорость корабля.
У́зел — единица измерения скорости, равная одной морской миле в час. Применяется в мореходной и авиационной практике.
Так как существуют разные определения морской мили, соответственно, и узел может иметь разные значения.
По международному определению, один узел равен 1,852 км/ч или 0,514 м/с. Эта единица измерения, хотя и является внесистемной, допускается для использования наряду с единицами СИ.
Распространенность узла как единицы измерения связана со значительным удобством его применения в навигационных расчётах: судно, идущее на скорости в 1 узел вдоль меридиана, за один час проходит одну угловую минуту географической широты.
Приборы для измерения скорости судна и расстояния
На лаглине через каждые 7,71 м завязаны узлы. Лаглинь изготавливается из бельного растительного троса толщиной 25 мм.
Для измерения скорости сектор бросается за борт и замечается число узлов, прошедших за 15 с. Это число укажет величину скорости судна (1 уз. = 7,71 м за 15 с).
Механический лаг (рис. 213) представляет собой прибор, состоящий из вертушки, линя и счетчика. Вертушка буксируется судном на лине и в зависимости от числа оборотов вертушки на счетчике показывается пройденное расстояние в милях. Имеются модели счетчика, которые помимо расстояния показывают и скорость судна в узлах, которая определяется по числу десятых долей мили, пройденных за 6 минут.
Вертушечный лаг имеет вертушку (турбинку) типа мельничного колеса или турбинки (небольшого винта), частота вращения которой с. помощью электронных средств или механических передается па дистанционный указатель скорости и пройденного расстояния.
Вертушка устанавливается ниже уровня ватерлинии с креплением к корпусу (днищу) судна. Это обстоятельство имеет преимущество перед механическим лагом, который из-за буксирующего линя не может применяться в местах интенсивного движения судов.
Гидродинамический лаг (рис. 214).
Гидродинамические лаги измеряют скорость хода судна более точно, чем механические и электромеханические, но из-за выдвижной трубки Пито могут быть повреждены при плавании на мелководье.