1.Klasyfikacja logów i statystyczna DOKŁADNOŚĆ POSZCZEGÓLNYCH rodzajów:

1.Logi mierzące prędkość względną (względem wody otaczającej statek) -logi mechaniczne + -4%

-logi ciśnieniowe + -2%; -logi korelacyjne + -1% -logi elektromagnetyczne + -1%

2.Logi mierzące prędkość bezwzględna (względem dna)

-logi hydroakustyczne + -0,5% -logi laserowe

2. ZASADA PRACY LOGÓW:

- elektromagnetycznych

Elementem pomiarowym jest czujnik umieszczony w dnie lub pod dnem kadłuba na wypuście. W czujniku cewka zasilana napięciem przemiennym, wytwarza pulsujące pole magnetyczne prostopadłe do kierunku ruchu statku. Znajdujące się w wodzie jony otrzymują energię Lorentza, proporcjonalną do prędkości przesuwającego się pola magnetycznego. Energia ta nadaje jonom kierunek ruchu prostopadły do kierunku ruchu statku. Zjawisko to powoduje indukowanie się potencjału na elektrodach na płaszczyźnie pomiarowej logu. Potencjał ten zasila wzmacniacz, w którym jest on porównywany z sygnałem kompensacyjnym. Jeżeli powstanie różnica to zostanie ona wzmocniona oraz zasili uzwojenie siłownika natomiast siłownik spowoduje usunięcie tej różnicy pociągając za sobą palec potencjometru proporcjonalnego stąd napięcie podawane jest na gen. napięci odniesienia zachodzi tam formowanie sygnału wzbudzenia na czujnik logu.

-ciśnieniowych

Są znacznie doskonalsze od mechanicznych. Do pomiaru prędkości wykorzystuje się w nich różnicę ciśnienia całkowitego i statycznego, czyli wielkość ciśnienia dynamicznego mierzonego za pomocą manometru różnicowego. Ciśnienie wody doprowadzone jest do logu przez 2 rurki do części komory różnicowej przedzielonej membraną. Ciśnienie dynamiczne powstaje na skutek ruchu statku do przodu, odkształca membranę i połączony z nią popychacz wskaźnika prędkości pokazuje pewną wartość ciśnienia dyn, co pozwala określić prędkość statku.

Potwierdza to równanie Bernoulliego: V₁²/2g+p₁/γ=V₂²/2g+p₂/γ

-hydroakustycznych

Mierzą one prędkość statku względem dna, jeśli głębokość morza jest znaczna log mierzy prędkość statku względem warstwy wody zalegającej na głębokości konstrukcyjnej logu, a więc nie ulegającej pływom, prądom. Wykorzystano w nich zjawisko Dopplera. Polega ono na zmianie częstotliwości syg odbieranego w stosunku do częstotliwości syg nadanego w funkcji przemieszczania się źródła emisji syg względem obiektu odbijającego lub odwrotnie. Wykorzystuje się zakres częstotliwości od 100-1000 kHz.

-logi mechaniczne- zasada pracy tych logów polega na działaniu naporu wody wywieranego na skrzydła śruby logu podczas ruchu statku do przodu. Oś śruby musi być równoległa do osi wzdłużnej statku. Pomiar prędkości względnej.

-logi ciśnieniowe do pomiaru prędkości względnej wykorzystuje się różnicę ciśnienia całkowitego i statycznego, czyli wielkość ciśnienia dynamicznego mierzonego za pomocą manometru różnicowego;

-logi korelacyjne wyposażone są w dwie echosondy o impulsowym charakterze pracy. Pierwsza echosonda wysyła sygnał który odbija się od odległości konstrukcyjnej (120cm) a odbiera go druga echosonda i mierzą prędkość względną za pomocą techniki hydroakustycznej pomiaru. Prędkość więc wynosi V=S/T; T- czas korelacji, S-stała odległość pomiędzy oscylatorami.

3. ZALETY I WADY LOGÓW HYDROAKUSTYCZNYCH

Wady:

-wpływ zmian temperatury wody i jej zasolenia, co pogarsza dokładność

-dużą rolę odgrywają błędy bezwzględne logu, które powstają na skutek małej prędkości statku (manewry), zachodzi potrzeba obniżenia progu czułości aparatury

-ograniczona odległość propagacji fali akustycznej w wodzie morskiej

-silne zakłócenia środowiska

-trudny wybór miejsca instalowania przetwornika w kadłubie statku

-wysoka cena instalacji i napraw.

Zalety:

-dokonywanie pomiaru prędkości bezwzględnej

-brak elementów wystających i ruchomych pod dnem statku

-możliwość uzyskania dodatkowych informacji podczas manewrów kotwiczenia statku, czy podchodzenia do nabrzeża

-możliwość łatwego łączenia z innymi urządzeniami

-łatwa budowa systemów pomiarowych prędkości

-możliwość wykorzystania układu elektronicznego logu do współpracy z systemami hydronawigacji i hydrolokacji.

4.FUNKCJE REGULATORÓW LOGU CIŚNIENIOWEGO.

Regulatory służą do wprowadzenia poprawek do wskazań logu. I tak:

-reg. A wprowadza poprawkę niezależną od prędkości statku,

-reg. B -zależną tylko dla danej prędkości,

-reg. C służy do ustawienia wskazówki w położeniu zerowym, gdy statek nie płynie

5.PARAMETRY I WŁAŚCIWOŚCI ŻYROSKOPU SWOBODNEGO.

Żyroskopem swobodnym nazywamy takie urządzenie mechaniczne, w którym żyroskop posiada bezwładność newtonowską oraz trzy stopnie swobody ruchu. Wirujący żyroskop określają następujące parametry:

- prędkość kątowa i liniowa,

- moment bezwładności,

- kręt i moment kinetyczny.

właściwości:

- zachowanie stałego kierunku,

- precesja,

- reakcja żyroskopowa.

6. METODY PRZEKSZTAŁCANIA ŻYROSKOPU SWOBODNEGO W KOMPAS ŻYROSKOPOWY.

Kompasem żyroskopowym jest urządzenie, które wykorzystuje cechy żyroskopu swobodnego oraz posiada zdolności samoczynnego ustawiania swojej głównej osi, będącej wskaźnikiem kierunku tj. w płaszczyźnie południka rzeczywistego oraz w płaszczyźnie horyzontu. Źródłem informacji o położeniu wskaźnika jest wahadło fizyczne. Efekt wahadła uzyskuje się na dwa sposoby:

1.przez zawieszenie w osi głównej żyroskopu naczyń połączonych częściowo wypełnionych cieczą które stanowią układ balistyczny ( kompasy jednożyroskopowe)

2.przez obniżenie środka ciężkości (kompasy dwużyroskopowe).

Kompasy zbudowane według tej zasady noszą nazwę kompasów z korekcją wewnętrzną.

7.METODY TŁUMIENIA GŁÓWNEJ OSI X W KOMPASACH 1 I 2 ŻYROSKOPOWYCH.

Tłumienie realizowane jest dwoma metodami:

-przez przesunięcie o kąt ε punktu zamocowania układu balistycznego do obudowy z

żyroskopu (metoda mimośrodu)

-przez zastosowanie dodatkowej masy umieszczanej po zachodniej stronie elementu pomiarowego.

8.DEWIACJE KOMPASÓW ŻYROSKOPOWYCH.

a) dewiacja statyczna (nie zależą od ruchu kadłuba statku, nie ulegają zmianie) , która jest sumą:

- dewiacji czułości elementu pomiarowego δ_cz - wyrażona jest najmniejszą wartością zmiany kąta kursu, na który zareaguje ukł śledzący kompasu żyroskopowego (0,05-0,1^o),

dewiacja odczytu (paralaksy)δ_o - zależy od sposobu rejestracji kursu, minimalizację tej wielkości uzyskuje się poprzez stosowanie tzw. dokładnych skal odczytowych, a eliminuje przez stosowanie cyfrowych technik rejestracyjnych,

dewiacja konstrukcyjna δ_k - wynika z pracy kompasu w innej szerokości geograficznej niż konstrukcyjna, czyli z niespełnienia warunku Schulera, wartość jej jest niewielka i na półkuli południowej zmienia znak na przeciwny,

dewiacja montażu δ_m - wynika z niedokładności zamontowania kompasu na statku (dokładnie w płaszczyźnie wzdłużnej symetrii kadłuba statku lub równolegle do niej)

δ_st=δ_cz+δ_o+δ_k+δ_m (0,5-1^o)

b) dewiacja dynamiczna (wywołane na skutek ruchu statku i jego przemieszczania się) :

dewiacja prędkościowa δ_v jest to uchyb wynikający z tego, że predkosc statku ma znaczący wpływ na ustalenie się osi głównej elementu pomiarowego płaszczyźnie południka Wraz ze wzrostem prędkości statku dewiacja ta rośnie. Zależy ona od :

a) prędkości statku

-składowej prędkości statku leżącej na równoleżniku

-składowej prędkości leżącej na południku

b) promienia kuli ziemskiej

c) pędkości kątowej obrotu płaszczyzny południka w dobowym ruchu kuli ziemskiej,

dewiacja inercyjna δ_i - Powstaje na skutek oddziaływania na element pomiarowy przyśpieszeń ( zmian prędkości , kursu , wykonywania cyrkulacji ) które powstają przy manewrach statku. Wyróżnia się 1 i 2 rodzaju δ_i=δ_i^I+δ_i^II

δ_i^I - zależy od różnicy dewiacji prędkościowej przed i po manewrze oraz od odległości manewrującego statku od szerokości konstrukcyjnej.

δ_i^II - (dewiacja tłumienia) występuje na skutek oddziaływania sił inercyjnych na płyn ukł tłumienia, występują na każdej szerokości geograficznej,

dewiacja środowiskowa δ_s - dzieli się na dewiację falowania i stałego przechyłu δ_s= δ_f+δ_p

δ_f - (ćwiartkowa) nie jest uwzględniana w szerokościach geograficznych do 50^o N i S (+-0,5-1,5^o),

δ_p - nie uwzględnia się jej dla statków handlowych z uwagi na ograniczony stały kąt przechyłu statku uprawiającego żeglugę na wodach otwartych,

δ_d=δ_v+δ_k+δ_s

9. UKŁADY KOMPASU ŻYROSKOPOWEGO.

W urządzeniach kompasów żyroskopowych można wyróżnić cztery funkcjonalne podstawowe układy:

a) Układ śledzący - zwany układem zależnym służy do śledzenie elementu pomiarowego i przekazywania jego wskazań w orientacji głównych kierunków świata do wskaźników głównych i nadajnika układu powtarzania.

b)Układ powtarzania (synchronicznego przekazywania wskazań) - służy do przekazywania sygnału kursu statku a więc wartości konta pomiędzy wzdłużną linią symetrii statku a linią północnego kierunku wskazywanego przez element pomiarowy do wszystkich odbiorników i powtarzaczy znajdujących się w różnych miejscach statku.

c) Układ korekcyjny - służy do kompensacji błędu wskazywanego przez element pomiarowy kierunku. Korektory mogą być wewnętrzne i zewnętrzne. W zależności od rozwiązania mogą one znajdować się w obudowie kompasu lub stanowić oddzielne urządzenie.

d) Układ zasilania - funkcją zasilaczy jest przetwarzanie energii elektrycznej z sieci statkowej na prąd o parametrach potrzebnych do zasilania poszczególnych układów i elementów kompasu żyroskopowego. W tym wypadku może być zastosowany jeden lub kilka przekształtników, albo maszyna rotacyjna wielouzwojeniowa z urządzeniem ruchowym oraz przekształtnik statyczny z falownikiem.

Istnieją również układy pomocnicze: regulacji temperatury, kontroli stanu pracy, alarmowy.

10. UKŁAD STEROWANIA KURSEM STATKU.

R - regulator

CW - człon wykonawczy (urządzenie sterowe)

S - statek (obiekt)

SZ1 - główne sprzężenie zwrotne

SZ2 - wewnętrzne sprzężenie zwrotne

Ψ - kurs

Ψz - kurs zadany

U - sygnał na urządzenie sterowe

α - kąt wychylenia steru

Z - wektor zakłóceń.

11.Wymagania dotyczące autopilotów.

Autopilotom stawia się różne wymagania. Jednym z podstawowych jest ciągłe porównywanie, bez udziału człowieka, rzeczywistego kąta kursowego z kątem zadanym i utrzymanie tego stanu mimo występowania zakłóceń.

12. PARAMETRY NASTAWIALNE WEDŁUG TS (autopilot).

Dobierane są one eksperymentalnie i poprzez modelowanie matematyczne:

a) wychylenia - powodują zmianę wartości kąta wychylenia steru, czyli współczynnika wzmocnienia Kp, a więc członu P

b) tłumienie - zmiana wartości współczynnika wagowego członu D

c) czułość - zmiana zakresu strefy martwej regulatora, czyli funkcji członu całkującego

d) ograniczenia wychylenia - pozwala ograniczyć wielkość maksymalnego kąta wychylenia steru podczas pełnej prędkości statku w czasie pracy automatycznej.

13.FUNKCJA BLOKU ADAPTACJI.

Blok adaptacji w autopilotach stanowi integralną część składową członu regulacji. Funkcją bloku adaptacji jest dobór optymalnych wartości parametrów nastawialnych autopilota. Jest to dokonywane na podstawie wartości mierzalnych i programowalnych .Funkcją bloku jest również wyprzedzenie ruchu steru w stosunku do ruchu statku, co jest szczególnie istotne z uwagi na duże stałe czasowe członu wykonawczego i obiektu sterowania . W nowych rozwiązaniach autopilotów zadaniem bloku jest dalsze zmniejszenie częstotliwości i wartości kąta wychyleń steru .

14. Wyjaśnić dynamiczną stateczność statku.

Statek posiadający dynamiczną sterowność statku (krzywa Dieudonne'a przechodzi przez poczatek układu odniesienia ), przy zerowym położeniu steru (α=0) , będzie poruszał się w przybliżeniu kuresem prostym. Statek posiadający niestateczną sterowność dynamiczną (przy α=0), wejdzie w cyrkulacje z prędkością kątową proporcjonalną do stopnia niestateczności. Krzywe Dieudonne'a określają zdolność manewrową przy próbie spiralnej.

RYSUNEK:

Przykład wyznaczenia krzywych Dieudonne dla 3 predkości.

15. Sposoby napędu sterów strumieniowych (3 metody)

1. Pierwszy sposób ma miejsce gdy stery strumieniowe napedzane są silnikiem do mocy 375kW i mogą posiadać wyłącznie stałe śruby napędowe. Stery te są napędzane za pomącą silników asynchronicznych klatkowych, rewersywnych, jedno lub dwubiegowych z rozruchem bezrośrednim ( za pomocą przełącznika gwiazda w trójkat) na napięcie 380V/50Hz bądź 440V/60Hz lub autotransformatora oraz silniki asynchroniczne pierścieniowe, względnie pradu stałego.

2. Drugi sposób to stery strumieniowe ze śrubą nastawną stosowane są nienawrotne, stałoprędkościowe układy napędowe. Zastosowanie prostych układów napędowych wynika ze sposobu sterowania wartością i kierunkiem wytwarzania siły naporu steru, polegające tylko na zmianie skoku skrzydeł śruby.

3. Trzeci sposób to stosowanie silników na wyższe napięcia w związku ze wzrostem mocy instalowanych sterów, tzn. 3,3kV i 6kV. Silniki dobierane są do pracy dorywczej na czas 30 lub 60 minut.

16. Funkcje steru strumieniowego.

1.Możliwość zapewnienia sterowności statku przy niewielkich prędkościach do przodu i wstecz.

2.Możliwość samodzielnego wykonywania dużych zwrotów na obszarach ograniczonych.

3.Możliwośc zatrudnienia mniejszej liczby holowników przy statkach duzych oraz całkowita rezygnacja z usług holowniczych na małych i średnich jednostkach.

4.Niezawodność poprawnego kierunku działania urzadzenia sterowego ze stanowiska dowodzenia statkiem.

17. EFEKTYWNOŚĆ POPRZECZNEGO STERU STRUMIENIOWEGO.( NARYSOWAĆ I OPISAĆ)

RYSUNEK:

Efektywność poprzecznego steru strumieniowego zależy w dużym stopniu od prędkości. Ewentualne zmiany skuteczności działania sterów strumieniowych w ruchu naprzód i wstecz przy różnych prędkościach powodowane są:

-tworzeniem w obszarze kadłuba ewentualnych nad i pod ciśnień hydrodynamicznych na skutek odchylenia strumienia wody pochodzącej od steru strumieniowego

-zakłóceń równomierności dopływu strumienia wody do śruby steru

W celu poprawy efektywności stosuje dodatkowe tunele wyrównawczy ciśnień przyburtowych, który poprawia efektywność do 20%.

18. METODY STABILIZACJI PRZECHYŁÓW BOCZNYCH.

Wyróżniamy 3 podstawowe metody klasyfikacji stabilizatorów przechyłów bocznych:

-wodne mają zastosowanie na statkach średnich gdzie można zainstalować burtowe zbiorniki przechyłowe o znacznych pojemnościach. Największą zaletą tych stabilizatorów jest prostota ich budowy i skuteczność ich działania

-żyroskopowe są stosowane na statkach o mniejszej pojemności Pomijając kłopotliwe układy rozruchowe oraz odpowiednie zabezpieczenie pomieszczenia, mają tę zaletę, że działanie układu odbywa się samoczynnie

-płetwowe znajdują zastosowanie na statkach o dużych pojemnościach. Płetwy są wysuwane hydraulicznie na zewnątrz kadłuba statku pod linią wody.

19.SKUTECZNOŚĆ RÓŻNYCH METOD KOMPENSACJI.

Krzywe:

1-bez kompensacji (swobodne kołysanie),

2-bierna, niesterowalna płynowa,

3-czynna, sterowana płynowa,

4-bierna mechaniczna (żyroskopowa),

5-czynna, mechaniczna płetwowa.

20.RODZAJE FAL HYDROAKUSTYCZNYCH I ICH PARAMETRY.

a) płaska

b) kulista

c) złożona

PARAMETRY:

- moc akustyczna promieniowania - ilość energii wysłanej przez źródło w jednostce czasu,

- rezystancja ośrodka,

- natężenie akustyczne - moc akustyczna przypadająca na jednostkę powierzchni prostopadłej do kierunku rozchodzenia się fali hydroakustycznej,

- intensywność fali dźwiękowej.

21. RÓWNANIE ECHOSONDY, ZASIĘGI I ZAKRESY.

a) równanie

b)zakres

Zakresem sondowania nazywa się ten odcinek drogi syg hydroakustycznego w wodzie, z którego zbierane echa mogą być rejestrowane na wskaźniku. Jeżeli pisak mija 0 i zaczyna swój bieg po papierze, to początek odcinka zakresu znajduje się w wodzie, a zakres nazywa się podstawowym zakresem sondowania.

c) zasięg

Echosonda nawigacyjna ma 1 zasięg, kilka zakresów oraz nieskończoną ilość podzakresów.

22.SCHEMAT STRUKTURALNY ECHOSONDY I ZASADA PRACY.

Zasada pracy:

Impuls jest przekazywany z indykatora poprzez generator na przetwornik nadawczy, z którego jest wysyłany w kierunku dna, po odbiciu odbierany jest przez przetwornik odbiorczy i przekazywany poprzez wzmacniacz na indykator gdzie następuje pomiar czasu od chwili nadania do chwili powrotu, który zostaje uwidoczniony na wskaźniku i wyrażony w jednostkach długości. Impuls pokonuje drogę do dna i z powrotem w czasie t=2h/C (h - mierzona głębokość [m], C - pr syg akustycznego w wodzie [m/s]).

Zadaniem echosondy jest, więc dokładny pomiar czasu od chwili wysłania do chwili powrotu syg.

23. ZASADA PRACY INDYKATORA.

Indykator w układzie echosondy spełnia następujące funkcje:

- wyznacza f impulsowania,

- dokonuje wyboru zakresu sondowania,

- wyznacza wybór kanału pracy (nadawczy lub odbiorczy),

- dokonuje pomiaru czasu od chwili pobudzenia przetwornika do chwili odebrania echa (pomiar odległości),

- podaje syg rejestracji do wskaźnika.

Podstawową częścią, na której oparto działanie indykatora jest silnik el utrzymujący stałą prędkość obrotową. W echosondach nawigacyjnych ten sam silnik, poprzez przekładnię mech, napędza pisak rejestratora graficznego.

1

---