Прилади для дослідження мореплавства суден, Морехідні випробування суден
Серед приладів, застосовуваних під час натурних випробувань для дослідження мореплавства суден, основне місце займає апаратура, призначена для вимірювання характеристик качки судна, що протікає в процесі. Як і при дослідженні морського хвилювання, основним методом таких вимірювань є безперервна реєстрація коливань кутів крену та диференту, вертикальних переміщень судна та відповідних цих коливань швидкостей та прискорень. Нерідко використовують також прилади для реєстрації кутів нишпорення та перекладки керма, необхідної для утримання судна на прямому курсі. Крім того, до складу вимірювальної апаратури входять прилади для вимірювання швидкості судна та частоти обертання гребного гвинта.
Найкращими показниками точності, надійності і компактності мають електричні прилади. Тому найбільш широке застосування під час проведення морехідних випробувань суден знаходять електричні методи вимірювання всіх зазначених вище величин. Ці ж методи дозволяють простими та надійними засобами здійснити синхронізацію записів різних процесів та забезпечити централізоване дистанційне керування вимірювальними та реєструючими приладами [2].
Як реєструючі прилади використовують багатоканальні магнітоелектричні осцилографи з оптичним записом типу KIV-51 (4 канали, запис на папері шириною 120 мм), К12-21 (12 каналів, запис на папері шириною 100 мм), Н115 (12 каналів, запис на папері шириною до 120 мм, можливий запис на самопроявляється папір типу УФ), а також швидкодіючі електронні потенціометри типу ЕПП-09 і КСП-2 (запис чорнилом на діаграмній стрічці).
Не зупиняючись на численних конструкціях приладів, опис яких ниніпредставляє лише історичний інтерес і які можна знайти у відомій монографії Г. Є. Павленка [41] (маятники, рідинні реєстратори, примітивні гіроскопічні прилади з механічним записом, фотореєстратори, рейки тощо), розглянемо сучасні способи вимірювання хитавиці та пов'язаних з нею процесів, засновані головним чином використання гіроскопічних приладів. За допомогою цих приладів, які набули повсюдного поширення, надійно і з високою точністю можуть бути вирішені завдання, пов'язані з вимірюванням та реєстрацією качки суден.
| Межі вимірів | |
| Качка: бортова, град кільова, град вертикальна, м Розшукання, град Кутові швидкості, град/с Кут перекладки керма, град Частота обертання гребного гвинта , об/хв Прискорення, м/с2: в ЦТ у носовій частині горизонтальні Швидкість судна, зв'язок Втрата швидкості | +45 ±20 ±10 ±45 +30 ±40 До 600 |
±5 ±10 ±2,5 40 10
Апаратура, що застосовується для широких досліджень мореплавства судна, дозволяє здійснити вимірювання всіх зазначених основних характеристик мореплавства. При проведенні здавачів судів проводять реєстрацію обмеженої кількості процесів (наприклад, реєструють кути бортової, кільової гойдання та нишпорення). Апаратура для морехідних випробувань є, як правило, універсальною, тобто розрахована на застосування на суднах різних розмірів та конструктивних типів та за різних умов плавання. Тому зазначені вище діапазони зміни є граничними, і за необхідності вимірювати процеси з малою інтенсивністю у схемі апаратури обов'язково слід передбачати збільшеннямасштабу запису.
Вимірювання кутів качки судна можна проводити у різних системах координат: у пов'язаній з судном системі чи системі, що з площиною горизонту. Між кутами, виміряними в першій та другій системах, мають місце такі співвідношення [19]: tg ψ2 = tg ψ1 cos θ1; (3.9) tg θ2 = tg θ1 cos ψ1, (3.10) де θ, ψ — кути крену та диферента.
Співвідношення (3.9) і (3.10) дозволяють визначити кути способу в одній системі координат, якщо виміряно значення цих кутів в іншій системі. З формул (3.9) і (3.10) видно, що різницю між кутами, виміряними в різних системах координат, може досягати помітної величини, яку слід враховувати при точних вимірах. Так, при вугіллі крену 20° та диференті 10° різниця між кутами диферента, виміряними в різних системах координат, становить 0,6°. Вибір системи координат залежить від завдання дослідження. Крім того, на вибір впливає прагнення підвищити точність та спростити обробку результатів вимірів качки. Остання вимога задовольняє ті схеми вимірювань, які забезпечують безпосереднє визначення кутів за записами гіроскопічного вимірювача хитавиці.
Аналіз кінематичних схем різних типів карданових підвісів показує [32], що одночасне безпосереднє вимірювання кутів нахилу і диферента незалежно від кутів нишпорення можна здійснити за допомогою схем, в яких вісь ротора гіроскопа розташовується вертикально, а вісь зовнішнього кільця паралельна поздовжній або поперечній.
У першому випадку (вісь зовнішнього кільця паралельна поздовжній осі судна) кут повороту внутрішнього кільця дорівнює куту диферента у пов'язаній з ватерлінією системі координат α = -ψ2, кут повороту зовнішнього кільця дорівнює куту крену у пов'язаній з судном системі координат β = — θ1, У другому випадку (вісь зовнішнього кільця паралельна поперечній осі судна) зв'язок між кутами повороту кілець карданова підвісу та судна має більш складний вигляд