Навигационное оборудование, используемое в малотоннажном судостроении

Навигационное оборудование для маломерных судов – это источники электропитания, навигационные приборы, метеоприборы, средства связи и сигнализации, спасательные средства.

Общие определения

Состав навигационного оборудования определяется типом судна (табл. 1), его автономностью и районами плавания.

Такие суда, как морские яхты, для обеспечения навигационной безопасности плавания должны иметь оборудование, позволяющее плавать в любых гидрометео-навигационных условиях, вести навигационную прокладку, определять место судна и расходиться со встречными судами.

Источники электропитания

На малых судах, как правило, в качестве источников электроэнергии используют 6-и 12-вольтные аккумуляторные батареи, которые обеспечивают безопасность, экономичность и возможность непосредственного подключения переносной электроосветительной, навигационной, радиоэлектронной и измерительной аппаратуры массового производства. Иногда для получения напряжения 12 В применяют пару одинаковых 6-вольтных последовательно включенных батарей. В зависимости от условий эксплуатации на малых судах применяют различные аккумуляторы (табл. 2). Аккумуляторы на парусных судах должны обладать большой емкостью, необходимой для обеспечения работы навигационных огней, приборов и минимального освещения кают в условиях длительного плавания. На яхтах преимущественно используются 12-вольтные щелочные (кадмиево-никелевые и железоникелевые) аккумуляторы. Для моторных катеров, где имеется возможность подзаряжать аккумулятор от генератора на ходу, требования к емкости батарей ниже.

Для расчета аккумуляторной установки производят суммарную оценку расхода электроэнергии всеми потребителями с учетом их мощности и длительности использования в течение суток (табл. 3). Энергия аккумуляторной установки A_а оценивается произведением емкости ее элементов в ампер-часах (Q = H) на напряжение всей батареи U в вольтах: A_а = UIt · 3 600 Дж.

Суммарный расход энергии всеми потребителями не должен превышать полной энергии, накопленной аккумуляторной установкой. Качество аккумуляторов оценивается коэффициентами, характеризующими отдачу энергии или заряда.

Щелочные аккумуляторы

Щелочные кадмиево-никелевые и железоникелевые аккумуляторы обладают большой прочностью, высокой надежностью в эксплуатации и неприхотливостью в уходе, нечувствительностью к перезарядкам, недозарядкам и продолжительному нахождению в разряженном состоянии. Они отличаются длительным сроком службы (10-12 лет) и поэтому очень удобны для работы на малых судах, где не требуются импульсные токовые нагрузки при стартерных и других режимах.

Номинальный режим разрядки щелочных аккумуляторов – восьмичасовой. При разрядке необходимо следить за тем, чтобы температура электролита не поднималась выше 40 °C. При номинальной разрядке следует прекращать разряд при снижении напряжения до 1 В на элемент, а при 5 – 7-часовой и 1-часовой разрядках – соответственно до 0,8 и 0,5 В.

Электролитом в щелочных аккумуляторах служит раствор химически чистого едкого кали в дистиллированной воде. Для заполнения новых или хранившихся в сухом виде бывших в употреблении аккумуляторов рекомендуется применять раствор плотностью 1,19-1,21 г/см³ при температуре 15 °C.

Для приготовления электролита необходимое количество едкого кали стальными щипцами или пинцетом кладут в чистый стальной, чугунный или глиняный сосуд и заливают дистиллированной водой, масса которой должна быть в три раза больше массы едкого кали. Стеклянной или стальной палочкой размешивают жидкость до полного растворения едкого кали, раствор при этом нагревается. После охлаждения раствора до 16-20 °C его заливают в аккумулятор. Плотность электролита регулируют добавлением едкого кали или дистиллированной воды. При заливании раствора в аккумуляторы пользуются чистой воронкой. После приготовления электролита банку с едким кали необходимо запаять.

Электролит в аккумуляторы заливают с таким расчетом, чтобы уровень его после двухчасовой пропитки был выше пластин на 5-12 мм. После того как установлен нормальный уровень электролита, аккумуляторы включают на зарядку. Ее производят в две ступени продолжительностью по 6 ч:

• на первой – током в четыре раза менее емкости самого аккумулятора (нормальным током);
• на второй – током, составляющим восьмую часть емкости аккумулятора.

Разряд аккумуляторов следует производить током второй ступени в течение 4 ч. В указанном режиме производят два-три цикла, после чего аккумуляторы можно эксплуатировать.

Температура электролита при нормальной зарядке не должна превышать 30 °C. При температуре ниже —10 °C (до —30 °C) зарядку аккумуляторов производят нормальной силой тока в течение 7 ч. Окончание зарядки определяется по напряжению (1,9-2,0 В на элемент) и по установившейся плотности электролита.

Один раз в месяц аккумуляторы заряжают по описанному выше режиму, а раз в сезон меняют в них электролит. Для замены электролита батарею разряжают нормальным током до напряжения 1 В на элемент, промывают дистиллированной водой и после высыхания снова заливают электролитом. Рекомендуется не реже одного раза в год проводить измерение электрической емкости каждого аккумулятора в батарее. Элементы, отдающие менее 80 % номинальной емкости, подлежат замене.

При переводе на длительное хранение (свыше одного года) аккумулятор разряжают до 1 В током нормального восьмичасового разряда, выливают электролит и, не промывая, плотно закрывают крышкой. Периодически бездействующие аккумуляторы можно хранить с электролитом до 1 года в разряженном или полузаряженном состоянии. Заводы-изготовители выпускают аккумуляторы готовыми для хранения. Хранить аккумуляторы следует в сухом вентилируемом помещении при температуре 15-25 °C. При вводе в эксплуатацию аккумуляторов после хранения с электролитом до одного года замену электролита не производят; при более длительном хранении электролит необходимо заменить.

Кислотные аккумуляторы

По сравнению со щелочными кислотные аккумуляторы имеют более высокий КПД, меньшее внутреннее сопротивление, большую кратность допустимого разрядного тока, меньшее влияние изменения температуры на величину емкости и меньшую стоимость. Они применяются как для сетей освещения и электродвигателей, так и в качестве стартерных, так как обладают значительно лучшими стартерными качествами и прекрасной отдачей как по заряду (89-90 %), так и по энергии (65-70 %). Однако для них требуется более сложный и частый уход, а срок их службы обычно составляет 3-4 года. Отрицательный электрод кислотных аккумуляторов представляет собой пластину из губчатого свинца, а положительный – из пластин, содержащих двуокись свинца. В электролите, представляющем 30 %-ный раствор серной кислоты в дистиллированной воде, в результате реакции окислов свинца на всех пластинах образуется тонкий слой сульфата свинца PbSO₄.

На отрицательных пластинах в процессе зарядки сульфат свинца восстанавливается в губчатый свинец, а на положительных образуется двуокись свинца. Электролит участвует в реакции, и его плотность уменьшается при разрядке аккумулятора. При слишком глубоком разряде свинцового аккумулятора (менее 1,8 В на банку) на пластинах образуется труднорастворимый белый налет солей свинца, что повышает внутреннее сопротивление аккумулятора, и он может быть выведен из строя.

Электролит для заливки батарей готовят путем вливания в дистиллированную воду чистой серной кислоты (а не наоборот!). Плотность электролита должна соответствовать заводской инструкции на данный тип аккумулятора. Для приготовления раствора следует использовать керамическую, стеклянную или эбонитовую посуду. Уровень электролита должен быть на 12-15 мм выше кромок пластин, а температура при заливке не должна превышать 25 °C. Зависимость плотности электролита от степени разряженности батареи приведена в табл. 4.

Первую зарядку аккумуляторной батареи можно производить при незаряженных пластинах через 4-6 ч после заливки, при заряженных – через 3 ч.

Продолжительность зарядки:

• 25-30 ч для батарей с незаряженными пластинами;
• и 5-8 ч – с сухозаряженными.

При температуре электролита более 45 °C зарядку следует временно прервать или снизить силу зарядного тока, чтобы обеспечить охлаждение электролита.

При зарядке кислотных аккумуляторов выделяется значительное количество вредных газов, паров кислоты, а при загрязнении электролита солью, морской водой – и хлор. Поэтому аккумуляторы следует заряжать в хорошо вентилируемом помещении, а пробки снимать и устанавливать их на место только через 3-4 ч после окончания зарядки. Свинцовые аккумуляторы очень чувствительны как к перезарядке, так и к недозарядке, в связи с чем обязательным условием зарядки является строгий контроль этого процесса и своевременное его окончание.

Окончание зарядки батареи определяется по обильному газовыделению и постоянству плотности электролита и напряжения, практически остающимся неизменным в течение 2 ч. После первой зарядки следует, разрядить батарею током, соответствующим 10-часовому режиму разрядки. Батарею можно считать подготовленной к эксплуатации, если в режиме разрядки она отдает около 90 % своей емкости. В противном случае следует провести еще несколько циклов зарядки — разрядки.

При эксплуатации кислотных аккумуляторов следует обеспечивать нормальные режимы разрядки и зарядки. Во избежание чрезмерной разрядки батарей необходимо наблюдать за напряжением и плотностью электролита, сравнивая их значения при контроле со значениями при заряженных батареях. Одновременно следует замерять температуру электролита, с тем чтобы вводить в полученные с помощью ареометра значения плотности соответствующие температурные поправки согласно табл. 5. Срок службы кислотных аккумуляторов допускает не менее 200 циклов.

Серебряно-цинковые аккумуляторы по своим эксплуатационным свойствам близки к кислотным, хотя и работают на щелочном электролите. К недостаткам их следует отнести склонность к внезапным внутренним коротким замыканиям и высокую стоимость.

Навигационные приборы

Компасы

В соответствии с Правилами по конвенционному оборудованию морских судов все суда оснащаются магнитными компасами (МК) независимо от наличия на них других навигационных средств, причем на малых судах магнитный компас является единственным измерителем курса. По принятой терминологии магнитный компас – это компас, магнитный чувствительный элемент (МЧЭ) которого основан на использовании свойств горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли (МПЗ).

По принципу действия первичных измерительных преобразователей МК могут быть стрелочными, индукционными, холловскими и квантово-оптическими, по наличию дистанционной передачи – визуальными и дистанционными, а по назначению – морскими, авиационными, ручными и т. п. Морские МК подразделяются на судовые, катерные и шлюпочные; судовые и катерные, в свою очередь – на главные и путевые. Путевые компасы служат для курсоуказания, а главные, помимо этого, и для измерения направлений на ориентиры.

Наиболее распространенными на маломерных судах по их стоимости и надежности являются стрелочные магнитные компасы. Типы стрелочных МК устанавливаются в зависимости от диаметра их картушек. Так, на малых судах используются стрелочные МК с диаметрами картушек 127, 100, 75 и 69 мм (табл. 6, рис. 1 и 2). Малогабаритный сферически МК (масса 0,5 кг) с диаметром картушки 48 мм (рис. 3) специально предназначен для катеров и яхт.

МК каждого типа имеют ряд модификаций, отличающихся друг от друга назначением и составом функциональных устройств. Номера модификаций обозначаются арабскими цифрами через дефис после обозначения типа компаса, например компас КМ100-3 – третья модификация компаса КМ-100.

Главной частью любого МК является котелок с МЧЭ. Помимо него в зависимости от модификации компаса могут входить пеленгатор, нактоуз, девиационный прибор и устройство освещения. Основной частью котелка является МЧЭ. Магнитная система МЧЭ состоит из собранных по определенным правилам магнитных стрелок. Она стремится расположить свою ось N-S в плоскости компасного меридиана на судне и в плоскости магнитного меридиана на берегу.

Картушка посажена своей агатовой топкой на шпильку и для повышения чувствительности помещена в компасную жидкость, заполняющую полость котелка, чем достигается значительное снижение массы картушки и уменьшение трения топки о шпильку. В качестве компасной жидкости у 127- и 75-мм компасов применяется 43 %-ный раствор этилового спирта в дистиллированной воде, а у 100-, 69- и 48-мм компасов – кремнийорганическая жидкость. Компасная жидкость обеспечивает работу компасов при температуре от —40 до +60 °С и демпфирует картушку в условиях рыскания и качки. Работоспособность компасов конструктивно обеспечена при качке до 30°, а для компаса КМ-48 (яхтенного варианта) практически не ограничена.

Для компенсации изменения объема жидкости при перепадах температуры в котелке предусматривается устройство температурной компенсации. Для этого используются мембраны или сильфоны, а также воздушные объемы, заключенные в эластичные оболочки или размещенные в компенсационных камерах.

Поплавок и груз, в качестве которого часто используются магниты, представляет собой физический маятник, выполняющий функции горизонтирующего устройства МЧЭ. Восстанавливающий момент физического маятника во много раз (на 12 порядка) превышает восстанавливающий момент магнитного маятника, поэтому погрешность удержания МЧЭ в плоскости горизонта даже при максимальных изменениях вертикальной составляющей индукции МПЗ не более ±2°. При горизонтальном положении МЧЭ он находится под действием только горизонтальной составляющей индукции МПЗ.

Отсчетным устройством МК является шкальное устройство. Оно состоит из шкалы-картушки с градусными, цифровыми и буквенными отметками, а также курсового указателя. Картушка крепится на МЧЭ в горизонтальной плоскости, проходящей через его точку опоры. Картушки морских МК, предназначенных для судов ограниченного и неограниченного районов плавания в соответствии с требованиями ИСО и ИМО ИСО – Международная организация по стандартизации; ИМО – Международная морская организацияx, градуируются через 1°.

Их оцифровка выполняется через 10° трехзначными цифровыми отметками. Главные румбы обозначаются также литерами N, Е, S, W; четвертные румбы также могут обозначаться соответствующими буквенными литерами: NO, SO, NW, SW. Градуировка и оцифровка картушек МК для шлюпок, катеров и т. п. плавсредств обычно упрощается. Курсовой указатель крепится на котелке. Он выполняется в виде нити, черты, отметки и т. п.

Отсчетное устройство должно обеспечивать съем показаний МК как в светлое, так и в темное время суток с расстояния 1 и 1,4 м соответственно на судах ограниченного и неограниченного района плавания. Для облегчения съема показаний МК часто снабжаются съемной компасной лупой. Для обеспечения съема показаний в темное время суток в МК предусматривается осветительное устройство, снабженное регулятором освещения.

Эксплуатация МК на малых судах часто сопровождается различного рода механическими воздействиями:

• качкой;
• статическим креном;
• ударами и вибрациями.

Удержание МЧЭ в плоскости горизонта при качке и статических кренах осуществляется с помощью упомянутого выше физического маятника, а воздействие вибраций и ударов ослабляется противоударными и противовибрационными амортизирующими устройствами.

Пеленгатор МК представляет собой устройство для визирования предметов, позволяющее одновременно произвести отсчет по картушке или измерить курсовой угол по азимутальной шкале. Магнитный компас на судне (в том числе и на малом) находится под воздействием возмущающих магнитных полей, вызывающих магнитную девиацию. По характеру проявлений магнитная девиация МК может быть постоянной, полукруговой, четвертной, креновой и широтной. Постоянная девиация неизменна на любом курсе судна. Полукруговая девиация дважды, а четвертная четырежды меняют свой знак при изменении курса на 360°.

При крене, дифференте или качке судна проявляется креновая девиация, а при значительном изменении географической широты возникает широтная девиация. Компенсирующие устройства, входящие в комплект многих компасов, служат для уничтожения девиации. Они создают в области МЧЭ компенсирующие магнитные поля, векторы магнитной индукции которых равны и противоположны возмущающим. В различных МК могут использоваться компенсаторы полукруговой, четвертной, креновой и широтной магнитной девиации. На судах, обладающих электромагнитным полем, возникает проблема уничтожения электромагнитной девиации.

При установке компасов необходимо руководствоваться специальными требованиями:

• главные компасы обязательно, а прочие по возможности следует размещать в ДП судна, при невозможности – параллельно ей;
• вблизи компасов (не менее 1 м) не должно быть устройств, создающих магнитные поля;
• нактоузы располагают дверцами в корму;
• главный компас не должен иметь “мертвых” углов обзора;
• компас устанавливают таким образом, чтобы его продольная плоскость, определяемая линией 0-180° азимутального круга или вертикальной плоскостью, проходящей через носовую и кормовую линии, совпадала с ДП судна;
• доступ к компасу должен быть удобным.

В соответствии с Правилами Регистра компасы должны отвечать следующим требованиям:

• цена деления картушки судового компаса должна быть не более 2°;
• застой картушки компаса не должен быть более 1°;
• должно быть предусмотрено автономное освещение картушки.

При использовании магнитных компасов не допускается смещение компенсационных магнитов и брусков мягкого железа. Азимутальный круг и пеленгатор компаса необходимо периодически протирать и смазывать вазелином. По окончании навигации котелки компасов необходимо вынимать на зимнее хранение и контрольную проверку.

На малых судах прибрежного и внутреннего плавания часто используют авиационные полукомпасы КИ-11 и КИ-13, монтируемые непосредственно на приборной панели перед рулевым. Эти компасы обеспечивают курсоуказание при крене до 15°. Они имеют встроенные антидевиационные компенсаторы. В связи с тем, что эти полукомпасы рассчитаны на работу в условиях сильных вибраций, их картушки при использовании на неподвижной платформе могут иметь застой до 5-7°, а поэтому их рекомендуется устанавливать только на моторных судах.

Лаги

На малотоннажных судах для определения пройденного расстояния и скорости применяют:

• вертушечные;
• гидродинамические;
• индукционные лаги.

Они определяют движение судна относительно воды. На рассматриваемых малых судах часто применяются самодельные лаги, обычно вертушечкого типа.

На яхтах наиболее распространенными являются польские лаги YL-12 и YL-22:

• импульсные;
• вертушечные;
• клинкетные;
• днищевые.

Модификации этих лагов обеспечивают измерение скорости судна и пройденного расстояния в диапазоне скоростей от 0 до 14 уз при точности соответственно 1 % и 0,1 уз. Лаги работают от судовой сети 12 В и потребляют 0,15 А. Их клинкетное устройство позволяет при необходимости иметь легкий доступ к вертушке для ее осмотра, чистки и смазки. Выносной индикатор скорости и пройденного расстояния имеет регулируемую подсветку.

Гидродинамические штевневые и индукционные лаги обладают преимуществом перед вертушечными: их датчики практически не выступают за днище судна. Кроме того, индукционные лаги имеют большие чувствительность и точность измерений.

При установке лагов необходимо руководствоваться следующими основными требованиями: подводный механизм гидромеханического лага размещают возможно ближе к центру вращения судна, но не менее чем на расстоянии 0,3 длины судна от форштевня. Это делается с таким расчетом, чтобы при наименьшей осадке судна и наличии качки подводный механизм не обнажался и не вносились бы ошибки в показания лага из-за искажения проточных струй форштевнем или подсоса воды винтами; впереди подводного механизма не должно быть выступающих частей, приемных и отливных отверстий, которые могут повлиять на параллельность струй; основной прибор лагов размещают вблизи ДП судна в местах наименьших вибраций и амплитуд качки; места расположения приемных отверстий лагов не должны оголяться при качке судна.

К гидромеханическим, гидродинамическим и индукционным лагам Правилами Регистра предъявляются такие основные требования:

• начальная чувствительность электромеханического и гидродинамического лагов должна быть не более 2 уз, а индукционного – 0,2 уз;
• погрешность гидродинамического лага в определении пройденного пути не должна превышать ±5 %, а индукционного лага ±2 % фактического пути для эксплуатационной скорости судна. Погрешность этих лагов в определении скорости не должна превышать 0,3 уз;
• расхождение между счетчиками и репитерами пройденного расстояния допускается не более 0,01 мили, а между репитерами – не более 0,02 мили;
• расхождение в показаниях скорости между репитерами и основным прибором гидродинамического лага не должно превышать ±0,25 уз, а для индукционного лага ±1,5 % верхнего предела скорости, измеряемой лагом.

Популярными стали доплеровские лаги, основанные на измерении доплеровского сдвига излученной с судна частоты акустического луча, отраженного от дна моря. Доплеровские лаги являются абсолютными, так как они измеряют параметры движения судна относительно дна, с их помощью можно также определять вектор течения. Однако эти лаги сложны в изготовлении и дороги, поэтому на малых судах пока применения не имеют.

Лоты

Для измерения глубин на малых судах применяют ручные лоты и эхолоты. Ручным лотом измеряют малые глубины при скорости судна не более 5 уз или при стоянке на якоре для определения дрейфа. Длина лотлиня ручных лотов — 25 и 50 м, масса гири — 3-4 кг.

Эхолоты (табл. 7) основаны на использовании пьезоэлектрического или магнитострикционного эффекта.

Установка и эксплуатация эхолотов регламентируется Правилами Регистра:

• вибраторы эхолота должны размещаться в местах наименьшей вибрации на днище судна с удалением от бортов и штевней на расстояние, исключающее их обнажение при качке;
• рекомендуется устанавливать вибраторы на расстоянии от 0,1 до 0,5 длины судна от носа и вблизи ДП судна;
• вблизи вибраторов не должны находиться ультразвуковые излучающие устройства других приборов, работающие одновременно с эхолотом, а также выступающие части корпуса, приемные и отливные отверстия, которые могут создавать помехи работе эхолота;
• излучающая и принимающая поверхности должны находиться на одном уровне и быть параллельными горизонтальной плоскости;
• поверхности вибраторов не должны закрашиваться и подвергаться механическим воздействиям (ударам, жесткому трению и т. п.);
• для устранения электромагнитных помех линия вибратор — приемник — усилитель должна быть удалена от линии вибратор – излучатель на расстояние не менее 1 м и от других параллельно идущих кабелей на 0,5 м.

Указанные требования относятся также и к переносным вибраторам.

Радиопеленгаторы

Эти приборы обеспечивают навигацию судов как средство контроля счисления при плавании вне видимости берегов, а также в тумане и при плохой видимости, исключающих возможность визуальных способов определения места в море. Для спортивных и туристских судов промышленность выпускает супергетеродинный переносной радиопеленгатор “Баркас” (рис. 4). Его питание от судовой сети напряжением 24 В (или аккумуляторных батарей) осуществляется током до 80 мА.

Радиопеленгатор имеет встроенную поворотную ферритовую антенну и рассчитан на прием сигнала с уровнем в точке приема 0,5 мВ/м в диапазонах 250-370, 370-550, 1 600-3 350 кГц. Стрелочный и слуховой индикаторы позволяют получать при благоприятных условиях точность пеленгования 3-7°.

На малых судах получили признание ручные радиопеленгаторы прямого усиления со встроенным компасом, ручной настройкой, визуальным стрелочным и телефонным нуль-индикатором и светодиодным (например, радиопеленгатор “Сификс”). Выпускаются более совершенные радиопеленгаторы, например “Аптель” DDF-300, позволяющие без поиска нажатием кнопки устанавливать необходимую для настройки на радиомаяк частоту и показывающие отсчет времени цикла работы радиомаяка с помощью встроенного кварцевого таймера.

В качестве радиопеленгатора можно использовать транзисторный приемник после несложной его предварительной доработки.

Для этой цели более всего подходят приемники:

• ВЭФ-12;
• ВЭФ-202;
• ВЭФ-204;
• ВЭФ-206;
• “Океан”;
• “Спидола”;
• “Кварц-404”.

Доработки в основном производятся с целью повышения чувствительности приемника и сопряжения пеленгационной антенны с компасом.

Спутниковая навигационная аппаратура (СНА). Эта аппаратура обеспечивает навигацию судов всех классов. Процесс решения задачи определения места судна полностью автоматизирован и практически не требует вмешательства оператора.

При наличии на судне компаса и лага с дистанционной передачей курса и пройденного расстояния СНА может вести автоматическое счисление пути судна с выдачей на дисплей счислимых координат места. Масса некоторых образцов подобных СНА вместе с антенной и автономным блоком питания не превышает 10 кг.

СНА, работающая с использованием спутников системы “Цикада” и “Транзит”, позволяет определять координаты судна через интервалы времени около 1 ч в любой точке Мирового океана и в любых метеоусловиях. СНА “Челн” дает возможность определять координаты с точностью не хуже 100 м с использованием указанных двух систем. При применении спутников системы “Глонасс” и “Навстар” обеспечивается непрерывное определение места судна и его скорости также в глобальных географических и метеоусловиях.

На рис. 5 показан внешний вид СНА марки JLR-4000 системы “Навстар”. В комплект этой аппаратуры входят антенна (высота 43 см, диаметр 6 см, масса 0,7 кг) и приемник-вычислитель (размеры 21 × 13 × 32 см, масса 6 кг). Питание осуществляется постоянным током 10-40 В, потребляемая мощность до 30 Вт.

Среднеквадратичная ошибка обсервации – 30 м, а скорости – 0,1 м/с. Аппаратура полностью автоматизирована и по простоте ее эксплуатации доступна мореплавателю любой квалификации.

Данные о месте судна обновляются каждую секунду. Координаты места непрерывно индицируются на дисплее СНА.

По запросу оператора аппаратура выдает следующие сведения:

• расстояние, пеленг и время движения (при фактической скорости) от настоящего места до заданной точки по маршруту плавания;
• величину отклонения судна от заданного пути (по нормали к линии пути);
• сигнал о приходе в заданную точку маршрута и об отклонении от заданного пути;
• общее пройденное расстояние.

Секстаны

На малотоннажных судах могут применяться навигационные секстаны, служащие для измерения высот светил над видимым морским горизонтом и углов между береговыми предметами для целей кораблевождения, и промерные секстаны, предназначенные преимущественно для измерения горизонтальных углов при гидрографических работах.

Промышленность выпускает навигационные секстаны с осветителем в тропическом исполнении СНО-Т, хотя используют также секстаны прежних выпусков:

• СН-ЗШП;
• СНО;
• СН-2м.

Правила эксплуатации секстанов детально изложены в Правилах штурманской службы №1 и в технических формулярах секстанов.

Измерители времени

При движении судна со скоростью до 12 уз в интересах точной навигации время достаточно измерять с точностью до 1 мин, а со скоростью до 24 уз – с точностью до 0,5 мин. В случае определения поправки компаса по светилу время измеряют с точностью до 0,2 мин, при определении места по высотам светил — с погрешностью не более 1 с. Указанные точности измерения времени обеспечиваются механическими часами, которые необходимо проверять по радиосигналам времени не менее двух-трех раз в сутки, а также кварцевыми и электронными часами, не требующими ежесуточной проверки. Для измерения интервалов времени до 30 мин применяют секундомеры.

Метеорологические приборы

Степень оснащенности судов метеорологическими приборами зависит от типа, автономности и дальности плавания. При автономном морском плавании любое судно должно быть укомплектовано приборами для измерения давления, температур воздуха и воды, направления и силы ветра и иногда – для измерения влажности воздуха. В прибрежном плавании, а также на прогулочных спортивных судах и мотолодках эти приборы обычно не нужны.

Для измерения атмосферного давления чаще всего применяется на судах барометр-анероид. Шкала его градуирована в миллиметрах ртутного столба, а в приборах производства последних лет — в гектопаскалях (гПа). Показания снимают, не вынимая барометра из футляра, и исправляют поправками из паспорта прибора.

Непрерывную запись атмосферного давления, на специальной бумажной ленте — барограмме — ведет барограф. Этот прибор позволяет судить об изменении атмосферного давления во времени, иначе, о барометрической тенденции.

Наиболее удобны барографы М22-Н с недельным оборотом барабана.

Барограмма такого прибора имеет сетку, на которой нанесены по горизонтали временные интервалы – часы и сутки, а по вертикали – давление в миллибарах.

Прибор повышенной чувствительности — микробарометр МБЦ фиксирует барометрическую тенденцию с компенсацией начального уровня давления.

Транзисторный электротермометр ТЭТ-2 для дистанционного измерения температуры воды и воздуха в диапазоне от —40 до +80 °C в некоторых случаях вытесняет обыкновенные ртутные и спиртовые термометры.

Ручные и дистанционные анемометры служат для измерения силы ветра. На малом судне более эффективны дистанционные анемометры.

Анеморумбометры с комбинированными датчиками, монтируемыми на топе мачты с чашечной вертушкой и двухперым флюгером, устанавливают на крейсерских яхтах и моторно-парусных судах.

Средства сигнализации и связи

Все суда независимо от размеров и назначения должны быть оборудованы и снабжены средствами сигнализации и связи в соответствии с Правилами Регистра, Международными правилами для предупреждения столкновений судов в море (МППСС) и Правилами плавания по внутренним судоходным путям (ППВСП). Малые суда должны быть оборудованы всеми огнями и средствами подачи звуковых сигналов, предписанными указанными Правилами.

В зависимости от типов судов и района плавания малые суда могут быть укомплектованы различными визуальными, звуковыми или радиотехническими средствами сигнализации и связи. К визуальным относятся сигнальные флажки для отмашки и флажного семафора. Международный свод сигналов, радиолокационный отражатель и светосигнальные устройства для связи по азбуке Морзе, а также для привлечения внимания к своему судну яркими вспышками. Для этих целей применяют различные газоразрядные лампы типа ИФК, цветные люминесцентные сигнальные лампы и осветительные люминесцентные лампы типа ЛБ. Из пиротехнических средств используются ракеты разных цветов.

Маркерная веха относится к визуальным средствам сигнализации. Она предназначена для отметки места падения человека или имущества с судна с целью облегчения его поиска. На топе вехи имеются вымпел и фонарь на высоте 120 см над уровнем моря. Масса вехи 4 кг, запас плавучести 5,5 кг. Фонарь начинает работать при сбрасывании вехи в воду, режим работы импульсный, продолжительность 42 ч.

Звуковые сигналы передают свистками, сиренами, воздушными тифонами или туманным горном и колоколом. Кроме того, для связи на малых судах используют мегафон и электромегафон.

Радиотехнические средства устанавливаются на малых судах в целях обеспечения радиотелефонной УКВ связи с берегом и другими судами, приема широковещательной радиотрансляции и сигналов времени, а также для передачи сигналов аварии. Этими средствами оснащаются главным образом некоторые крупные катера и морские яхты.

Аварийные радиобуи (АРБ) предназначены для своевременного оповещения о бедствии с цельно последующего проведения спасательных работ. Согласно требованиям Поправок к Международной конвенции по охране человеческой жизни на море 1974 г. (СОЛАС-74), принятых в 1983 г. ИМО, все суда в обязательном порядке должны оснащаться аварийными радиобуями, являющимися одним из элементов спутниковой системы для определения места потерпевших бедствие судов и самолетов КОСПАС – CAPCAT.

Радиобуй “Поиск-Б” имеет две рабочие частоты – 121,5 и 243 МГц, излучение сигнала на них происходит одновременно. Конструктивно буй выполнен в виде цилиндра длиной 570 и диаметром 84 мм; его масса 2,2 кг. Кроме того, промышленностью разработаны более совершенные АРБ, работающие на частоте 406 МГц, их масса 5 кг (рис. 6). В АРБ на борту судна вводится информация, имеющая постоянную и переменную части. Постоянная часть включает коды, указывающие тип и название объекта, потерпевшего бедствие, его государственную принадлежность, переменная — тип аварии и время в часах, прошедшее с ее момента.

Постоянная часть на судне вводится заблаговременно, переменная — при сбрасывании буя. АРБ начинает излучать информацию при включении (автоматически или вручную) и сбрасывании в воду. Время непрерывной работы буя 48 ч. С вероятностью 0,95 координаты АРБ определяются спутником системы за одно его прохождение; после определения координат начинается этап спасательных работ. Точность определения координат при использовании АРБ, работающем на частоте 406 МГц, составляет 2,7 мили, а с использованием АРБ на частоте 121,5 МГц — 8-10 миль. АРБ оснащены более 10 тыс. судов.

Индивидуальные спасательные средства — спасательные круги, жилеты и костюмы — предназначены для того, чтобы поддержать спасающегося на плаву в течение некоторого промежутка времени и предохранить его от переохлаждения.

Спасательный круг представляет собой жесткий пенопластовый объем, обшитый тканями синтетического волокна. Его внутренний диаметр должен быть не менее 400 мм, а наружный — не более 800 мм. Спасательный круг должен быть способен поддерживать на плаву железный круг массой 14,5 кг в течение суток и не подвергается вредному воздействию морской воды, нефтепродуктов и солнечных лучей. Он не должен загораться, будучи помещенным на 2 с в открытое пламя. С наружной стороны спасательный круг имеет леер длиной порядка 30 м. Каждый второй спасательный круг должен быть снабжен автоматически зажигающимся огнем. Промышленностью выпускаются также круги, снабженные самоактивирующимися дымовыми сигналами.

Спасательные жилеты изготавливаются из синтетической прорезиненной ткани ярко-оранжевого цвета. Основную часть жилета составляют камеры плавучести (рис. 7). Жилет имеет поясной и подъемный ремни, а также систему газозаполнения, состоящую из баллончика, заполненную жидкой углекислотой под давлением 200 атм, и головки с устройством заполнения. При вытягивании верхней части головки жилет заполняется газом за 2-3 с.

В верхней части жилета находится трубка поддува, позволяющая надуть камеру жилета при неисправности автоматической системы газозаполнения. С наружной стороны жилета имеется сигнальная лампочка, которая может включаться в ночное время; для этого надо открыть пробку доступа морской воды к батарейке. В специальном кармане имеется свисток.

Для спортсменов разработаны и начали выпускаться спасательные жилеты новой конструкции (рис. 8), которые обеспечивают:

• надежную фиксацию на теле человека, исключающую сдергивание его даже в аварийной ситуации;
• постоянную плавучесть воротника;
• переворачивание человека лицом вверх и поддержание лица выше уровня воды;
• надежную защиту тела (и особенно позвоночника) от ударных нагрузок.

Жилеты состоят из двух полочек, спинки и воротника. Между полотнищами прорезиненной с внутренней стороны ткани расположены пластины из полиуретанового поропласта, обеспечивающего необходимую поддерживающую силу жилета и защищающего тело от ударных нагрузок.

Основные характеристики спасательных жилетов (соответственно для водомоторников, яхтсменов и детей):

• положительная плавучесть – 11,5; 7,9 и 5,6 кг;
• масса – 2,2; 1,2 и 0,9 кг;

Спасательные костюмы в основном предназначены для предотвращения переохлаждения спасающихся или работающих в холодной воде людей. Они изготовляются из водонепроницаемой ткани, не подверженной разрушающему воздействию нефтепродуктов, стойкой к гниению и к солнечным лучам, а также не поддерживающей горения.

Имеются два типа костюмов. Один из них надевается поверх зимней одежды и обеспечивает необходимый для сохранения жизни человека микроклимат. Скорость охлаждения тела человека в костюме примерно 1 °C в час. Для поддержания на поверхности воды человека, одетого в костюм поверх зимней одежды, дополнительно на него надевают спасательный жилет.

Второй тип спасательного костюма не требует использования спасательного жилета; он обладает достаточными изолирующими свойствами, обеспечивающими при шестичасовом пребывании человека в ледяной воде понижение температуры его тела не более чем на 2 °C. Костюм этого типа обеспечивает безопасность человека при спрыгивании в воду с высоты до 5 м, а также его безопасное при потере сознания положение в воде вверх лицом при расстоянии от поверхности воды до рта не менее 10 см. Костюм снабжен средствами сигнализации (лампочкой и свистком) и наклеенной на видных местах отражающей пленкой, облегчающей, его поиск. Конструктивно костюм выполнен таким образом, чтобы его можно было надеть без посторонней помощи за 2 мин.

Надувные спасательные плоты являются коллективным средством спасения. Ими оснащаются главным образом морские яхты. Для изготовления плотов применяют однослойную прорезиненную синтетическую ткань, капрон и нейлон, иногда многослойную хлопчатобумажную ткань с резиновой прослойкой. Днище плота из нескольких слоев ткани с воздушной прослойкой и двухслойное закрытие обеспечивают термо- и влагозащиту. Спасательные плоты снабжены системой газозаполнения. Скорость заполнения плота газом при температуре 18-20 °C порядка 1 мин, а при температуре —30 °C — около 3 мин. В качестве наполнителя используется углекислый газ, к которому добавляется примерно 5 % азота. Плот разделен на камеры плавучести, каждая из которых имеет предохранительный клапан, стравливающий излишнее давление, и клапан для ручной подкачки.

В нижней части плотов расположены водяные карманы, увеличивающие их остойчивость и уменьшающие дрейф. Заполненные водой карманы наветренного борта обнажаются и создают восстанавливающий момент. Сверху на тенте находится фонарь, питаемый от водоналивной батарейки. Там же имеется устройство для сбора дождевой воды.

Плоты на палубе яхты могут крепиться в контейнерах или без них. Существенным преимуществом надувных спасательных плотов является их компактность. С малых судов плоты на воду сбрасывают вручную после из заполнения газом. Характеристики российских и английских надувных спасательных плотов приведены в табл. 8.

В штормовую погоду в целях предупреждения падения за борт, особенно ночью, на яхтах и некоторых других малых судах пользуются специальным страховочным снаряжением. Это снаряжение заводского производства или изготовляется самостоятельно из капроновой ленты в виде обвязки вокруг груди (рис. 9) и страховочного линя с карабином, который крепят к леерам, обушкам и т. п.

Малые суда должны быть обеспечены водоотливными и противопожарными средствами. К водоотливным относятся:

• мото- и ручные помпы;
• ведра;
• лейки и т. п.

Все суда в зависимости от их класса должны быть снабжены противопожарным инвентарем: топорами, ведрами, кошмами, матами, ломами, баграми, пешнями и огнетушителями. На малых судах чаще применяют углекислотное огнетушители ОУ-2 и ОУ-5. Они заряжены углекислым газом, который при истечении из баллона образует снежную массу и поглощает большое количество теплоты. Огнетушитель ОУ-2 работает 40-45 с и дает полезную струю длиной до 1,5 м, а ОУ-5 — соответственно 90 с и 2 м. Полнота зарядки проверяется раз в 3 мес.

Масса заряженного ОУ-2 – 7 кг, незаряженного – 5,6 кг, масса заряда – 1,4 кг; для ОУ-5 соответственно 14,4; 10,8; 3,6 кг. При уменьшении массы заряда неиспользованного огнетушителя на 15 % его необходимо перезарядить.

Средства автоматизации вычислений на малых судах

Для автоматизации навигационных и эксплуатационных расчетов на малых судах могут применяться малогабаритные специализированные ЭВМ – СЦВМ (например, типа “Контакт-Н”, “Клейстер-Н”) и программируемые микрокалькуляторы (ПМК) типа “Электроника” марок БЗ-34, МК-54, МК-61, МК-52. Эти ПМК имеют единое программное обеспечение. К МК-52 может быть дополнительно подключен блок расширения памяти типа БРП-2 с навигационными программами.

СЦВМ “Клейстер-Н”

Предназначена для решения навигационных задач при ручном вводе исходных данных на языке общематематических и стандартных навигационных терминов.

Автоматически вычисляет элементы любых линий положения: стадиометрических, азимутальных, гиперболических радионавигационных, астронавигационных (для Солнца и звезд – без Морского астрономического ежегодника). По любым двум и более линиям положения вычисляет обсервованные координаты места судна и оценивает его точность. Вычисляет курс и расстояние для выхода в заданную точку, координаты точки прихода по курсу и расстоянию от исходной точки, вектор путевой скорости по серии обсерваций. Возможно решение математических задач общего типа.

ПМК МК-54

При использовании блока питания типа Д-2-10 м возможна круглосуточная работа, а от элементов А-316 – “Квант” – до 3 ч.

Близкие параметры имеют ПМК БЗ-34 и МК-61. Предназначен для инженерных, в том числе навигационных, научных и статистических расчетов. Характеристика калькулятора следующая:

Например, для вычисления истинного пеленга светила при определении поправки компаса и счислимой высоты светила при астронавигационной обсервации целесообразно применение формул линейного интерполирования экваториальных координат светил, приводимых на 00^ч каждых календарных суток в Морском астрономическом ежегоднике (МАЕ, изд. ГУНнО МО):

$\delta ={\delta }_{00}+\left[\right({\delta }_{24}–{\delta }_{00})/24]T_{гр};$

$t_{м}=t_{00}+\left[\right(t_{24}–t_{00}+360)/24]T_{гр}\pm {\lambda }_{cW}^E+{\tau }^{*},$

где:

• δ₀₀, t₀₀ – склонение и гринвичский часовой угол светил на момент 00^ч00^мин00^с заданной гринвичской даты;
• δ₂₄ и t₂₄ – то же на момент 00^ч следующей гринвичской даты;
• T_гр — момент наблюдений светила по всемирному времени;
• λ_с — долгота точки, принятой для вычисления пеленга и высоты светила;
• τ* — звездный угол (звездное дополнение) светила, выбранный из МАЕ;
• для Солнца τ* = 0.

Далее по широте, принятой для вычислений точки φ_с, и склонению δ и местному часовому углу t_м светила методом перехода к полярной системе координат ρ – ψ вычисляют высоту h_с, азимутальный угол ψ и истинный пеленг светила ИП_с:

$x=\cos {\phi }_c \sin \delta –\sin {\phi }_c \cos \delta \cos t_{м};$

$y=–\cos \delta \sin t_{м};$

$\rho =\sqrt{x^2+y^2};$

$+h=arc\cos \rho ;$

$\pm \psi =arctg (y/x);$

$И{П}_c=360°\pm \psi \pm 180°.$

Программа вычислений по приведенным выше формулам на ПМК типа БЗ-34, МК-54, МК-61 дана в табл. 9. Для ее ввода в ПМК необходимо предварительно нажать клавиши В/О F ПРГ. Правильность ввода программы проверяют, вновь нажав клавиши В/О F ПРГ и затем последовательно нажимая клавишу ШГ. Порядок ввода исходных данных в регистры памяти ПМК и организация вычислений показаны в табл. 10.

Инструкция для вычислений высоты и азимута светила (пример):

• Находясь в счислимой точке с координатами φ_с = 34° 41,3′ N; λ_с = 155° 59,8′ E, в момент по всемирному времени T_гр = 19^ч09^мин33^с з октября 1981 г. измерили компасный пеленг звезды α Большой Медведицы КП* — 35,7°;
• обсервованная высота звезды была h — 39° 24,7′.

Определить поправку компаса и элементы высотной линии положения.

Решение:

1. Широту φ_с выразить в градусах и их десятичных долях (южной широте придать знак “минус”), ввести ее по адресу ПО.
2. Долготу λ_с выразить в градусах и их десятичных долях (западной долготе придать знак “минус”), ввести ее по адресу П1.
3. Выбрать из МАЕ величины t₀₀, δ₀₀, t₂₄, δ₂₄, выразить в градусах и их десятичных долях (южному склонению придать знак “минус”). Ввести эти величины по адресам, указанным табл. 10.
4. По адресу П6 ввести момент T_гр наблюдения светила, выразив его в долях часа; по адресу П7 ввести обсервованную высоту светила, выразив ее в градусах и их десятичных долях. Если наблюдали Солнце, то по адресу П9 ввести 0. При наблюдениях звезд по этому адресу вводят из ежегодника звездный угол (звездное пополнение) τ*, склонение звезды вводят дважды – в П4 и в П5, часовой угол точки Овна – в П2 и в ПЗ.
5. По адресам памяти 8, А, В, С, Д вводят указанные в табл. 10 константы, после чего ПМК пускают на счет.
6. После первого останова счета на табло видно местное звездное время 

   $t_{м}^w$

   , используемое при необходимости для установки звездного глобуса с целью опознания наблюдавшейся звезды или планеты. Счет продолжают нажатием клавиши с/п.

После второго останова счета на табло и по адресу ИП А находится местный часовой угол светила; если он получился более 360°, то из него операциями на пульте надо исключить 360° и получить:

$t_{м}^W<360°$

который затем ввести по адресу ПА. Продолжить счет нажатием клавиши с/п.

После третьего останова счета на табло и по адресу ИП В находится истинный пеленг светила ИП_с из счислимого места φ_с; λ_с, а по адресу ИП В определяется положительная счислимая высота светила h_с. Перенос высотной линии положения от счислимого места, равный разности обсервованной и счислимой высот светила, в морских милях и их десятичных долях получают после выполнения на пульте ПМК следующих операций:

На табло получается перенос n = h – h_c, используемый совместно с ИП_c для прокладки линии положения на карте.

При необходимости определить поправку компаса ИП_c светила сравнивают с его измеренным компасным пеленгом: △K = ИП_c – KП* = 35,0 – 35,7 = – 0,7°

ПМК МК-52. Питание от блока типа БП-2-3К, подключаемого к сети ~50Гц, 220 В, или от элементов А-316 “Квант”. Мощность не более 0,8 Вт. Масса 250 г, размеры 212 × 78 × 34 мм. Объем энергозависимой памяти 512 шагов программы, сохраняемой до 5 000 ч. Объем памяти самого ПМК для записи программ равен 105 шагам (при 15 адресуемых регистрах памяти). Предназначен для индивидуального выполнения инженерных, научных и статических расчетов при возможности хранения исходных данных и программ при выключенном питании до 200 сут.

Наличие полупостоянного запоминающего устройства (ППЗУ) с энергозависимой памятью существенно увеличивает эффективность применения ПМК МК-52 при навигационных и эксплуатационных расчетах, позволяя вводить заранее несколько программ, потребующихся в конкретных условиях предстоящего плавания. Например, кроме программы для расчета элементов высотных линий положения из табл. 9 может быть введена программа вычисления координат обсервованного места судна φ_о; λ_о по двум высотным линиям положения, показанная в табл. 11.

При этом решение задачи двух высот может быть выполнено в двух вариантах:

1 “Солнечный метод” – каждая высотная линия положения вычисляется для своей расчетной точки, являющейся счислимым местом судна в момент измерения высоты светила.

Вычисленные обсервованные поправки координат Δφ₀; Δλ₀ прибавляют к счислимым координатам на момент вторых наблюдений и получают обсервованные координаты судна на второй момент судового времени:

${\phi }_0={\phi }_{c2}+∆{\phi }_0;$

${\lambda }_0={\lambda }_{c2}+∆{\lambda }_0;$

$T_{c2}=T_{гр2}\pm {№}_{cW}^E,$

где:

• №_с — номер часового пояса, принятый для счета судового времени.

2 “Звездный метод” – элементы обеих высотных линий положения вычисляют для одной и той же расчетной точки φ_с; λ_с (например, на момент наблюдения второй высоты), но тогда первую высоту приводят к месту вторых наблюдений исправлением ее поправкой:

$∆h_z=V(T_2–T_1)\cos К{У}_1,$

где:

• V – скорость судна, а КУ₁ – курсовой угол первого светила.

Этот метод пригоден при интервале времени T₂ – T₁, за который судно пройдет не более 20 миль.

Решение задачи двух высот по программе из табл. 11 выполняется в следующем общем порядке:

1. По адресу xП а вводится счислимая широта φ_с.
2. По адресу xП в вводится счислимая долгота λ_с.
3. По адресу xП 6 вводится первый перенос n₁ (в минутах дуги и их десятичных долях).
4. По адресу xП 7 вводится первый ИП_с (в градусах и дуговых минутах).
5. По адресу xП 8 вводится второй перенос n₂.
6. По адресу xП 9 вводится второй ИП_с.

развернуть таблицу

Примечания:

1. Для повторного решения восстановить данные по адресам регистров памяти 1, 4, 8, А, В, С.
2. В табл. 9 и 10 использованы символы пультов ПМК “Электроника” БЗ-34 и МК-54. Их соответствие:

Другие навигационные программы для МК-52 можно найти в “Астронавигационном альманахе на 1986-1990 гг.” (ГУНиО МО, 1987), а также в техническом руководстве по эксплуатации блока расширения памяти МК-52 БРП-2 “Электроника-Астро”.

развернуть таблицу

При работе с МК-52 в режиме использования ППЗУ и БРП-2 происходит большое потребление мощности и, если значение напряжения элементов питания “Квант” близко к границе разряда, могут наблюдаться неверное считывание или неверная запись информации. Поэтому рекомендуется предусмотреть питание ПМК от аккумулятора с напряжением 5-6 В при силе тока 0,1-0,2 А.