CC BY
102
Кораблестроение
УДК 629.5.018.75: 624.396.932.1: 629.783
Ю.А. Комаровский
КОМАРОВСКИЙ ЮРИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ - кандидат технических наук, доцент кафедры управления транспортными средствами (Дальневосточный институт коммуникаций, Владивосток). Каплунова ул., 7, Владивосток, 690013. E-mail: komarovskiy.yu.a@gmail.com
Использование GPS-аппаратуры для оценки
остойчивости судна по углу крена на установившейся циркуляции
Статья посвящена оперативной оценке безопасности судна с точки зрения его остойчивости. Здесь в качестве критерия остойчивости рассматривается начальная метацентрическая высота, которая в масштабе реального времени определяется с помощью угла наклонения судна на установившейся криволинейной траектории. Показано, что точность вычисления метацентрической высоты зависит от погрешностей измерения угла крена. Предложено в качестве прибора для измерения угла крена использовать судовой трехантенный GPS-компас. Исследована точность измерения угла крена GPS-компаса JLR-20 на ошвартованном пароме. Обработка экспериментальных данных показала, что средняя квадратическая погрешность составила ± 0,07°. Показано направление дальнейших исследований, приводящих к дальнейшему увеличению точности измерения угла крена.
Ключевые слова: GPS-компас, начальная метацентрическая высота, остойчивость судна, угол крена.
Введение
Из всех судов, погибших из-за потери остойчивости, около половины опрокидывались внезапно. Из числа зарегистрированных случаев на долю аварий судов в результате медленного накренения приходится до 31%, в 19% случаев гибель судна сопровождалась затоплением с креном. К сожалению, в 23% случаев опрокидывания судна экипажу спастись не удавалось. В 46% аварий от потери остойчивости участвовали суда, длина которых варьировалась от 40 до 60 м. Угроза этого вида аварии не исчезла и в условиях современного судоходства, несмотря на весьма затратные усилия по устранению причин, вызывающих потерю остойчивости судна.
Решение о пригодности судна к выполнению рейса принимается на основе анализа, в том числе и критериев остойчивости. Расчет таких критериев представляет трудоемкий процесс, нередко сопровождающийся ошибками. В свое время были разработаны и внедрены на судах специализированные аналоговые и цифровые вычислительные устройства, автоматизирующие расчеты. Их точность полностью зависела от тщательного учета принятых на судно грузов. Но они были непригодны в случаях поступления воды внутрь корпуса судна или при смещении груза во время шторма. Поэтому позже появились приборы, оценивающие реальную остойчивость судов по динамике бортовой и килевой качки судна. К числу таких приборов можно отнести прибор компании «Сименс», чувствительным элементом которого был маятник, а также прибор остойчивости Вен-
© Комаровский Ю.А., 2015
деля. Принцип действия прибора Венделя заключался в измерении угловых ускорений во время качки [2].
В последние годы суда оснащаются всевозможными приборами спутниковых радионавигационных систем (СРНС) Навстар GPS и Глонасс. На их основе стали создаваться судовые автоматизированные системы контроля мореходности (АСКМ), предназначенные для своевременной оценки мореходных качеств судна в данных условиях плавания при движении выбранными скоростями и курсами относительно волны [3, 10]. Эти системы обеспечивают вахтенных помощников капитана оперативной информацией, необходимой для предотвращения аварии от потери остойчивости. Основой бортовой АСКМ служит высокопроизводительный персональный компьютер, к которому через мультиплексор могут подключаться датчики параметров качки, датчики напряжений элементов корпуса, гирокомпас, лаг, гиротахометр, инерциальные измерители движения, датчики направления и скорости ветра, приемники Навстар GPS и Глонасс, а также датчики упора, частоты вращения и момента гребного винта. С развитием СРНС в состав комплектов АКСМ стали входить спутниковые датчики параметров качки судна GPMS (GPS Motion Sensor). Они имели не менее четырех разнесенных антенн и один специализированный приемник. С помощью GPMS измерялись углы кренов и дифферентов, обсервованные координаты, вектор абсолютной скорости судна и вертикальные перемещения. Понятно, что АКСМ из-за своей высокой стоимости пока имеют перспективу установки только на крупнотоннажных судах. Для малых судов, которые чаще гибнут от потери остойчивости, требуются недорогие, но не менее точные приборы, с помощью которых можно вычислять в реальном масштабе времени критерии остойчивости и оперативно оповещать о грозящей опасности вахтенных помощников капитанов.
В работе [5] автором было показано, как можно использовать серийные судовые спутниковые трехантенные компасы для оперативной оценки текущей остойчивости судна по измерениям периода бортовой качки. В предлагаемой статье обосновывается применение спутниковых трехан-тенных компасов для оценки остойчивости судна по углу крена на установившейся циркуляции.
Постановка задачи
Будем рассматривать положение судна на циркуляции после достижения стационарного состояния всех сил, действующих на его корпус. На корпус судна будет действовать сила тяжести, приложенная в центре тяжести судна (ЦТ). Она всегда направлена вертикально вниз вдоль отвесной линии. Действует также сила плавучести или сила поддержания, равная по величине силе тяжести, но направленная вертикально вверх из точки приложения равнодействующей сил плавучести. Эта точка находится в центре погруженного в воду объема корпуса и называется центром плавучести или центром величины (ЦВ).
Когда транспортное судно движется на установившейся циркуляции, то из положения равновесия оно отклоняется в сторону от центра циркуляции под действием центробежной силы, приложенной к ЦТ. Так возникает кренящий момент Mr. Кренящий момент на циркуляции, выраженный в кНм, надлежит определять по следующей формуле, предписываемой документом [12]:
где у0 - эксплуатационная скорость судна, м/с; А - весовое водоизмещение, т; Ьм,1 - длина судна по ватерлинии, м; 2ё - аппликата центра тяжести судна, м; ё - осадка судна, м. Формула кренящего момента имеет другую запись:
где V 0,8 - скорость судна на установившейся циркуляции, принимаемая в расчетах равной 0,8 скорости полного хода на прямом курсе; g - ускорение свободного падения.
(1)
(2)
Во время выполнения циркуляции нос судна отклоняется во внутреннюю сторону от траектории движения ЦТ из-за приложения к перу руля разворачивающей силы. Дрейф судна на циркуляции пренебрежимо мал, поскольку боковому смещению судна препятствуют силы сопротивления воды, пропорциональные площади проекции погруженной части судна на боковую плоскость. Сила бокового сопротивления прикладывается к точке, которая располагается у транспортного судна ниже ЦТ. Потому кренящий момент возникает под действием центробежной силы и силы бокового сопротивления.
Как следует из формул (1) и (2), кренящий момент растет по мере повышения ЦТ над центром бокового сопротивления, а также с уменьшением ширины судна, с увеличением его скорости на циркуляции и уменьшением диаметра циркуляции.
Под действием кренящего момента судно начнет наклоняться на угол, который будем называть углом крена и обозначать буквой 0. Если судно находится в прямом положении, то к ЦВ прикладывается равнодействующая всех выталкивающих сил воды, равная произведению объемного веса воды у на объем погруженной части корпуса V и направленная всегда вертикально вверх. Условием того, что судно сохранит свою плавучесть, будет выполнение равенства А = у V. Когда судно получит угол крена 0, то ЦВ переместится, и, таким образом, возникнет пара сил А и yV, стремящаяся вернуть судно в прямое положение. Кратчайшее расстояние между направлениями сил А и yV будет плечом l восстанавливающего момента Me, Me = Al.
Характерной точкой, возникающей при угле крена судна, будет точка пересечения вертикальной оси судна z с линией, проходящей через ЦВ и направленной по линии действия силы y V. Эту точку принято называть метацентром (МЦ). Обозначим ее возвышение через Zm. Возвышение МЦ над ЦТ принято в теории судна называть метацентрической высотой и обозначать буквой h. Для малых углов крена плечо восстанавливающего момента можно вычислить с помощью простой формулы l = hsin0. Отсюда выражение для вычисления восстанавливающего момента примет следующий вид [2]:
MC =Ah sin 0 . (3)
Выражение (3) называют метацентрической формулой остойчивости судна [2]. Ее можно применять в инженерных расчетах с приемлемой для практических нужд точностью при 0 < 12°. Произведение Ah часто называют коэффициентом остойчивости.
Наклонение судна на циркуляции будет увеличиваться до тех пор, пока не наступит равенство кренящего момента восстанавливающему моменту, MR = Me. Этому состоянию будет соответствовать угол крена 0. Для его определения можно применять следующее выражение [11, 13]: 2 7—7 7 —7
Q V0 2 Zg Zr т-,2 2 Zg Zr /а
0 = —— ^ —-ю = Frs —-ю , (4)
gLwl h h
где ^ - относительная скорость судна, равная отношению v/v0; v - линейная скорость судна; Zr -возвышение центра приложения поперечных гидродинамических сил над основной линией; ю - безразмерная угловая скорость, равная отношению Lwl/R; R - радиус циркуляции центра тяжести судна; Fr - число Фруда при прямолинейном движении судна.
В добавление к формулам (1) и (2) следует отметить, что наклонение судна будет тем больше, чем меньше метацентрическая высота.
В приближенных расчетах углов крена в градусах используют формулу Г.А. Фирсова [см. 3, 13]:
v
0 = 1,4-^
2 ' d
Zz-~2\, (5)
где \с - скорость судна на циркуляции.
Формула (5) удобна тем, что для вычислений по ней не требуется предварительного расчета поворотливости судна. Формула применима для углов крена при диаметре циркуляции порядка 5,2
длины корпуса судна, если угол перекладка пера руля максимален. Формула Г.А. Фирсова относится с категории эмпирических формул. Поэтому она применима для следующих допущений: а) момент от сил, действующих на перо руля, не учитывается; б) центр приложения гидродинамических сил от дрейфа расположен на ё/2. В силу этого удовлетворительные по точности результаты будут получены для судов с отношением ширины к осадке в пределах 2,5-3,5 и с высоким расположением пера руля. Следовательно, формулу (5) можно применять только для тихоходных транспортных судов.
В формулы (3)-(5) метацентрическая высота к входит без учета влияния свободных поверхностей в судовых цистернах. Когда же свободные поверхности жидких грузов присутствуют, то метацентрическую высоту необходимо исправить с учетом воздействия центробежных сил инерции. Исправленная таким образом метацентрическая высота кс вычисляется следующим образом:
hc = h-bh
f v2^ 1 + ■vc-
v
где bh - поправка на влияние жидких грузов.
Из приведенных выше рассуждений следует, что угол крена на установившейся циркуляции в значительной степени зависит от метацентрической высоты, которая, в свою очередь, является критерием остойчивости судна. Следовательно, если измерить угол крена на установившейся циркуляции, то можно рассчитать величину метацентрической высоты. Если приравнять величину
кренящего момента MR на циркуляции К восстанавливающему моменту Me и выразить величину Zg как разность между возвышением метацентра Zm и метацентрической высоты, Zg = Zm - h, то величину метацентрической высоты можно вычислить с помощью следующей формулы [2]:
0,233vo28(2Zm - d)
h =-,-у-. (6)
2gR sin 0 + 0,466V(2,8
Использовать формулу (6) в практических расчетах довольно просто, так как величина d всегда известна. По величине d из кривых элементов теоретического чертежа судна выбирается значение Zm. Для определения радиуса циркуляции R можно порекомендовать способы, разработанные в [4, 7-9]. Следовательно, процесс расчета метацентрической высоты можно автоматизировать, если иметь прибор, измеряющий угол крена на циркуляции. Крайне желательно, чтобы с помощью этого же прибора определялся с высокой точностью и радиус циркуляции. В качестве такого прибора в данной работе рассматривается судовой спутниковый компас JLR-20.
Вид формулы (6) позволяет сделать вывод о высокой чувствительности h к точности измерения угла крена 0. Поэтому главная цель предлагаемой работы заключается в экспериментальной оценке точности измерения угла крена спутниковым компасом JLR-20.
Описание спутникового компаса JLR-20
Прибором, с помощью которого можно измерять угол крена на установившейся циркуляции, а также определять радиус циркуляции, может служить трехантенный GPS-компас JLR-20, изготавливаемый японской компанией JRC (Japan Radio Corporation). В последние годы этот прибор, а также подобные ему спутниковые компасы стали все чаще устанавливаться на морских и речных судах. GPS-компас JLR-20 является навигационным приемником СРНС Навстар GPS, с помощью которого определяются текущие геодезические координаты судна и вектор его абсолютного перемещения. Кроме того, прибор определяет и выводит на внешние запоминающие устройства точное время, курс судна, текущие углы крена и дифферента судна, а также скорости изменения курса, крена и дифферента.
ВЕСТНИК ИНЖЕНЕРНОЙ ШКОЛЫ ДВФУ. 2015. № 2 (23)
Рис. 1. Пульт управления судового GPS-компаса JLR-20 [15]
t.
J
Внешний вид пульта управления и контроля судового спутникового компаса JLR-20 представлен на рис. 1. Его габариты составляют 230*142*85 мм.
Особенность JLR-20 заключается в антенной системе, представляющей собой конструкцию, состоящую из трех одинаковых антенн для приема сигналов СРНС Навстар GPS, приемника и процессора. Приемник и процессор находятся в центре под полусферой. Конструкцию антенного устройства можно видеть на рис. 2.
Благодаря такой конструкции, комплект приборов и устройств компаса сведен к минимуму. В него входят антенное устройство, пульт управления, соединяющий их кабель и кабель питания. Вес антенного устройства составляет 6,2 кг. Представление о габаритных размерах (в мм) антенного устройства дает рис. 3.
Прибор питается постоянным током с напряжением в диапазоне от 10,8 до 31,2 В и потребляет мощность 5,5 Вт. Эти характеристики, а также размеры и вес приборов комплекта спутникового компаса JLR-20 позволяют устанавливать его на прогулочных, добывающих, пассажирских и транспортных судах практически любого водоизмещения. Поэтому компас JLR-20 выглядит более перспективным по сравнению с существующими редкими АКСМ, которые устанавливаются в основном на крупнотоннажных судах.
Через два порта ввода-вывода, расположенных с тыльной стороны пульта управления, происходит передача генерируемых компасом данных на внешнюю судовую аппаратуру. К ней следует отнести аппаратуру автоматической идентификационной системы (АИС), радиолокационную станцию и приборы автоматизированной радиолокационной прокладки, авторулевой, аппаратуру регистрации, аппаратуру электронной картографии и отображения информации, аппаратуру ГМССБ и т.д. Спутниковый компас JLR-20 выводит в стандарте NMEA 0183 с периодом обновления от 20 мс до 9 с следующие данные: дату и точное время, обсервованные координаты судна в автономном и в дифференциальном режимах работы, показатель точности определения координат, истинный курс, угловую скорость изменения курса, вектор абсолютной скорости судна, высоты и азимуты спутников относительно судна, характеристики станции DGPS. Следовательно, компас JLR-20 способен либо заменить, либо задублировать работу гирокомпаса и гиротахометра.
Определение истинного курса, а также углов крена и дифферента происходит в процессе сравнения фаз сигналов радиовидимых спутников в трех антеннах. В зависимости от расположения спутников относительно судна меняется точность определения истинного курса и углов крена и дифферента. Когда спутники СРНС Навстар GPS располагаются ближе к горизонту, то курс определяется с высокой точностью, но точность крена и дифферента будет ниже. Наиболее благоприятным условием для оценки крена и дифферента становятся ситуации, когда спутники во время своего суточного движения располагаются ближе к зениту. По этим причинам крайне необходимы экспериментальные исследования динамики точности генерируемого угла крена.
Рис. 2. Антенное устройство судового GPS-компаса JLR-20 [15]
&Г
450 («11
Рис. 3. Размеры антенного устройства судового GPS-компаса JLR-20 [15]
Экспериментальные наблюдения
Главным препятствием в проведении экспериментальных наблюдений с целью получения статистического материала для оценки точности определения угла крена заключалось в отсутствии в распоряжении автора комплекта компаса JLR-20. Поэтому для наблюдений в итоге был выбран компас, установленный на пароме «Бригадир Ришко». Для чистоты эксперимента требовалось, чтобы паром достаточно долго был ошвартованным лагом к причалу, чтобы было безветрие, и чтобы во время регистрации данных мимо не проходили суда, создающие волны. Днем, когда перечисленные требования выполнялись, оказалось 3 июля 2014 г. Паром стоял ошвартованным левым бортом к пассажирскому пирсу Чуркинской переправы, носом на юг, вблизи южного устоя моста через бухту Золотой Рог. В этот день на пароме не было пассажиров и не производились грузовые операции. Стоял туман при слабом прижимном ветре не более 3 м/с, а волнение в бухте отсутствовало. Фиксация данных проводилась в обеденное время (с 12:16) в течение часа, чтобы снизить вероятность прохода судов вблизи парома.
На время наблюдений компас JLR-20 был настроен на осреднение угловой скорости за 1 с и на диапазон изменения крена и дифферента 5°. Порты ввода-вывода компаса были подключены к другим навигационным приборам, из-за чего подключить ноутбук в качестве регистратора процесса изменения угла крена не представлялось возможным. Поэтому запись данных с экрана пульта управления компаса производилась на цифровую видеокамеру Samsung SSD.
О том, как располагались спутники СРНС Навстар GPS относительно парома на момент времени 12 ч 20 мин владивостокского времени, можно судить по их координатам, представленным в табл. 1, где сокращение PRN (Pseudo Range Number) означает номер спутника.
Таблица 1
Координаты спутников над горизонтом во время эксперимента 3 июля 2014 г.
PRN Азимут, градус Высота, градус PRN Азимут, градус Высота, градус
14 158,9 33,9 25 53,6 27,3
16 237,2 23,5 29 84,9 46,2
20 292,7 13,3 31 1,8 74,8
23 318,9 10,3 32 253,9 22,1
Наглядное представление о расположении спутников во время эксперимента дает рис. 4. На нем подписанные концентрические окружности означают высоту спутника над горизонтом, а середина рисунка соответствует зениту наблюдателя.
В результате анализа табл. 1 и рис. 4 было сделано предположение о неудачном расположения спутников для достижения высокой точности определения угла крена. Видно, что наиболее благоприятными для его определения являются спутники PRN31, PRN29 и PRN14. Но так как сигналы PRN29 частично блокировались конструкциями моста, то помимо неизбежного присутствия случайных погрешностей в показаниях угла крена следовало ожидать проявление систематической погрешности.
Рис. 4. Расположение спутников во время эксперимента 3 июля 2014 г.
Обработка экспериментальных данных
Для съемки на цифровую камеру был выбран отображаемый компасом навигационный экран D, вид которого представлен на рис. 5.
Для дальнейшей обработки с экрана считывались моменты времени (вторая строка сверху, обозначенная буквой U) и соответствующие им величины угла крена (ROL). Как следует из рис. 5, моменты времени определялись с точностью до секунды по шкале времени UTC, а углы крена - с точностью 0,1°. В результате предварительной обработки экспериментального материала был сформирован массив данных, состоящий из 3736 строк, что соответствует непрерывным наблюдениям в течение 62,27 мин.
Текущие измеренные значения угла крена парома далее рассматривались как случайные величины. С применением стандартных способов обработки были получены статистические характеристики распределения углов крена (табл. 2).
Таблица 2
Статистические характеристики распределения углов крена парома «Бригадир Ришко»
в эксперименте 3 июля 2014 г.
Характеристика Величина
Средний угол крена 0,246°
Среднее квадратическое отклонение ±0,088°
Эксцесс - 0,24
Асимметрия - 0,119
Минимальный крен 0°
Максимальный крен 0,5°
Размах варьирования 0,5°
Объем выборки 3736
Результаты табл. 2 позволяют сделать вывод о присутствии у парома постоянного небольшого крена на правый борт. Величина случайной погрешности оказалась практически в пять раз меньше заявленной в технической документации компаса 1ЬЯ-20 погрешности ±0,5°.
На рис. 6 показана гистограмма эмпирической плотности распределения углов крена парома в эксперименте 3 июля 2014 г.
0,45 -|
04----
0,35--ГП- -
0,3--- -
0,25--- -
0,2--- -
0,15--—- - -
0,1--- - -1—|-
0,05--- - - -
0 Н—' '-1——-1——-1——-1——-1—-1-
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
Крен, градусы
Рис. 6. Гистограмма распределения углов крена в эксперименте 3 июля 2014 г.
На рис. 6 можно видеть асимметрию в распределении углов крена. Чаще всего в эксперименте фиксировался угол крена 0,3°. На его долю приходится 40% от всех зафиксированных зна-
Рис. 5. Вид экрана D [15]
чений углов крена. Чтобы понять причину возникновения обнаруженной асимметрии в распределении углов крена компаса JLR-20, был построен график изменения крена за все время наблюдений (рис. 7).
з
а, 1-,
й" к
о £
Время, часы "ЦТС
Рис. 7. Изменение угла крена во время эксперимента 3 июля 2014 г.
На графике рис. 7 прослеживается монотонно увеличивающийся тренд, представляющий собой воздействие систематической погрешности измерения угла крена парома. Аппроксимация результатов наблюдений полиномом второй степени позволила вычислить величины коэффициентов аналитического выражения тренда. График тренда нанесен на рис. 7 пунктирной линией. Регрессионное выражение тренда с учетом вычисленных коэффициентов получило следующий вид:
9° (/) = -0,2416/2 +1,035/ - 0,8113, (7)
где / - время в часах, исчисляемое с момента начала наблюдений 3 июля 2014 г.
Дальнейшая обработка статистического материала предпринималась с целью устранения воздействия монотонной систематической погрешности. Для этого из каждого элемента массива зарегистрированных углов крена 0г- вычиталось соответствующее ему значение крена 6(/г), рассчитанное по формуле (7). Характеристики исправленных таким образом углов крена содержатся в табл. 3.
Таблица 3
Статистические характеристики распределения откорректированных углов крена
эксперимента 3 июля 2014 г.
Характеристика Величина
Средний угол крена - 0,000057°
Среднее квадратическое отклонение ±0,07°
Эксцесс - 0,179
Асимметрия 0,136
Минимальный крен - 0,2246°
Максимальный крен 0,2221°
Размах варьирования 0,4467°
Объем выборки 3736
Сравнение табл. 2 и 3 позволяет сделать вывод о достижении положительного эффекта от исключения систематической погрешности. Среднее квадратическое отклонение уменьшилось почти на 0,02°, уменьшился и размах варьирования. Но увеличилась по абсолютной величине асимметрия. Стал больше эксцесс распределения, что дает основание выдвинуть предположение о целесообразности
представлять и выводить на внешние устройства углы крена и дифферента с разрядностью 0,01°. О том, как изменилась форма эмпирической плотности распределения, можно судить, сравнивая рис. 6 и 7.
Как иллюстрирует рис. 8, в гистограмме продолжает сохраняться ярко выраженная асимметрия распределения, что является признаком неполного устранения влияния систематической погрешности. Следовательно, помимо монотонного тренда (7) величины измеряемого угла крена находятся под влиянием более сложной закономерности изменения систематической погрешности.
п
-0,3 -0,2 -0,1 0 0,1 0,2 0,3 Исправленный крен, градусы
Рис. 8. Гистограмма распределения исправленного крена в эксперименте 3 июля 2014 г.
Более тщательное изучение рис. 7 позволяет сделать вывод о присутствии в графике изменения угла крена дополнительного колебательного процесса. Видно, как в самом начале эксперимента систематическая погрешность изменяется с периодом, приблизительно равным 12 мин. На завершающем этапе экспериментальных наблюдений период уменьшился до 4,5 мин. Поэтому систематическую погрешность, присутствующую в зарегистрированных углах крена парома «Бригадир Ришко», следует в дальнейшем изучать, рассматривая ее как суперпозицию монотонного тренда и широкополосного низкочастотного тренда. Гипотезы о природе возникновения систематических погрешностей с такими характеристиками можно выдвигать и проверять только после анализа работы компаса 1ЬЯ-20 на неподвижном основании. Вполне возможно, что после компенсации монотонной и периодической компонент погрешность измерения углов крена трехантенным спутниковым компасом повысится до ± 0,04°.
Выводы
Подводя итог проделанной работе, мы можем следующие выводы.
1. Полученные предварительные характеристики точности определения угла крена трехан-тенным ОРБ-компасом 1ЬЯ-20 позволяют рассматривать его в качестве технического средства для оперативной оценки метацентрической высоты судна, что будет способствовать повышению безопасности мореплавания.
2. С помощью спутникового компаса 1ЬЯ-20 можно в масштабе реального времени определять радиус циркуляции судна и скорость судна на циркуляции, что повышает точность и оперативность оценки метацентрической высоты по формуле (6).
3. Трехантенные ОРБ-компасы появились на судах давно, но эксплуатационные характеристики этих приборов до сих пор не подвергались детальному изучению. В то же время перспективность ОРБ-компасов может в корне поменять традиционный подход к оснащению судов навигационной аппаратурой, так как вполне может вытеснить дорогие АСКМ, гирокомпас, гировертикаль, гиротахометр и лаг.
4. Систематическая компонента погрешности изменения углов крена имеет сложную структуру, поэтому необходимо продолжить исследования, направленные на повышение точности работы компаса JLR-20.
5. Компас JLR-20 пригоден для исследовательских работ по уточнению формулы Фирсова не только для обычных транспортных судов, но и для скоростных судов-катамаранов и для судов на воздухоопорных гусеницах [1].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Азовцев А.И., Огай С.А., Москаленко О.В. Прорыв в области внедорожного амфибийного транспорта // Судостроение и судоремонт: спецвыпуск. 2011. С. 48-50.
2. Аксютин Л.Р. Контроль остойчивости морских судов: изд. 3-е, перераб. и доп. Одесса: Фешкс, 2003. 178 с.
3. Вагущенко Л.Л., Вагущенко А.Л., Заичко С.И. Бортовые автоматизированные системы контроля мореходности. Одесса: Фешкс, 2005. 274 с.
4. Комаровский Ю.А. Алгоритмы расчета радиуса установившейся циркуляции судна с помощью диаметральных прямых // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2013. № 2. С. 153-156.
5. Комаровский Ю.А. Использование трехантенных GPS-компасов для оперативной оценки остойчивости судна // Морские интеллектуальные технологии: спецвыпуск. 2013. № 1. С. 67-69.
6. Комаровский Ю.А. Одновременное определение элементов вектора течения и диаметра циркуляции судна // Проблемы транспорта Дальнего Востока.. Пленарные докл. юбилейной ХХ междунар. научн.-практ. конф., посвященной 200-летию адм. ГИ. Невельского, 2-4 окт. 2013 (FEBRAT-13). Владивосток: ДВО Российской академии транспорта, 2013. С. 67-70.
7. Комаровский Ю.А. Определение с помощью GPS-буя радиуса установившейся циркуляции на течении // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2013. № 1. С. 145-148.
8. Комаровский Ю.А. Определение с помощью GPS-приемника радиуса установившейся циркуляции по пройденному расстоянию // Проблемы транспорта Дальнего Востока: материалы юбилейной ХХ междунар. научн.-практ. конф., посвященной 200-летию адм. Г.И. Невельского, 2-4 окт. 2013 (FEBRAT-13). С. 24-25.
9. Комаровский Ю.А. Применение бортовых GPS-приемников для определения элементов установившейся циркуляции судна на постоянном течении // Вестник Инженерной школы ДВФУ. 2013. № 1(14). С. 75-84. URL: http://vestnikis.dvfu.ru/vestnik/archive/2013/1/13/ (дата обращения: 10.04.2015).
10. Маков Ю.Л., Глянько В.И., Морозов В.Ф. Система автоматизированного контроля остойчивости и посадки судна. URL: http://www.intemevod.eom/rus/academy/sci/04/sistema/.shtm (дата обращения: 16.11.2014).
11. Павленко В.Г. Маневренные качества речных судов (Управляемость судов и составов). М.: Транспорт, 1979. 184 с.
12. Правила классификации и постройки морских судов. Т. 1. СПб.: Российский морской регистр судоходства, 2008. 500 с.
13. Тихонов В.И. Крен судна при его криволинейном движении // Речной транспорт (XXI век). 2011. № 3. С. 70-71.
14. Юдин Ю.И., Юдин А.Ю. Использование судовой спутниковой навигационной аппаратуры СНС «Навстар GPS» для определения маневренных элементов судна и поправки лага. Мурманск: Изд-во Мурман. гос. техн. ун-та, 2003. 40 с. Деп. во ВНИЭРХ от 10.12.03 N 1398 рх 2003.
15. GPS компас JLR-20/30. Руководство пользователя. Japan Radio Co., Ltd. 85 с.
THIS ARTICLE IN ENGLISH SEE NEXT PAGE
Shipbuilding
Komarovskiy Yu.
YURI A. KOMAROVSKIY, Ph.D. (Technics), Assistant Professor of Management Vehicles, Far Eastern Institute of Communications, Vladivostok. 7, Kaplunov St., Vladivostok, Russia, 690013, e-mail: komarovskiy.yu.a@gmail.com
The GPS equipment used to determine the stability of the ship by the roll angle on the steady turn
The article deals with the prompt determination of the safety of the ship as regards its stability. It considers the initial metacentric height as the stability criterion which, in real time, is determined by the roll angle of the vessel on the steady curved path. It demonstrates that the accuracy of calculation of the metacentric height depends on the roll measurement errors. It has been suggested that a tri-antenna GPS-compass be used as an instrument to measure the roll angle of a ship. The accuracy of measurement of the roll angle with the GPS-compass JLR-20 was examined on a moored ferry. The experimental data demonstrated that an average square error made up ± 0,07 degrees. The work outlines the avenue of further investigations resulting in a further improvement of the accuracy of the measurement of roll angles. Key words: GPS-compass, initial metacentric height, ship's stability, roll angle.
REFERENCES
1. Azovtsev A.I., Ohie S.A. Moskalenko O.V. A breakthrough in the field of off-road amphibious vehicle. Shipbuilding and ship repair: special issue. Science and Transportation. 2011:48-50. (in Russ.). [Azovcev A.I., Ogaj S.A., Moskalenko O.V. Proryv v oblasti vnedorozhnogo amfibijnogo transporta // Sudostroenie i su-doremont: specvypusk. 2011. S. 48-50].
2. Aksyutin L.R. Control stability ships: ed. third. Odessa, Feniks, 2003, 178 p. (in Russ.). [Aksjutin L.R. Kontrol' ostojchivosti morskih sudov: izd-e 3-e, pererab. i dop. Odessa: Feniks, 2003. 178 s.].
3. Vaguschenko L.L. Vaguschenko A.L., Zaichko S.I. Onboard automated control system of seaworthiness. Odessa, Feniks, 2005, 274 p. (in Russ.). [Vagushhenko L.L., Vagushhenko A.L., Zaichko S.I. Bortovye avtomatizirovannye sistemy kontrolja morehodnosti. Odessa: Feniks, 2005. 274 s.].
4. Komorowski Y.A. Algorithms for calculating the radius of the circle vessel via direct diametrical. Scientific problems of transportation in Siberia and the Far East. 2013;2:153-156. (in Russ.). [Komarovskij Ju.A. Algoritmy rascheta radiusa ustanovivshejsja cirkuljacii sudna s pomoshh'ju diametral'nyh prjamyh // Nauchnye problemy transporta Sibiri i Dal'nego Vostoka. 2013. № 2. S. 153-156].
5. Komorowski Y.A. Using trehantennyh GPS-compass for the rapid assessment of the vessel's stability. Marine intelligent technologies: special issue. 2013;1:67-69. (in Russ.). [Komarovskij Ju.A. Ispol'zovanie trehantennyh GPS-kompasov dlja operativnoj ocenki ostojchivosti sudna // Morskie intellektual'nye tehnologii: specvypusk. 2013. № 1. S. 67-69].
6. Komorowski Y.A. Simultaneous determination of the elements of the vector flow and the diameter of the vessel's transport. Problems of the Far East. The plenary of the reports. the twentieth anniversary Int. Conf., dedicated to the 200th anniversary of the Admiral. G.I. Nevelskoi, 2-4 October. 2013 (FEBRAT-13). Vladivostok, FEBR Academy of Transport, 2013. S. 67-70. (in Russ.). [Komarovskij Ju.A. Odnovremennoe opredelenie jelementov vektora techenija i diametra cirkuljacii sudna // Problemy transporta Dal'nego Vostoka. Plenarnye dokl. jubilejnoj XX mezhdunar. nauchn.-prakt. konf., posvjashhennoj 200-letiju adm. G.I. Nevel'skogo, 2-4 okt. 2013 (FEBRAT-13). Vladivostok: DVO Rossijskoj akademii transporta, 2013. S. 67-70].
7. Komorowski Y.A. Determination with help of GPS-buoy on the radius of the circle within. Scientific problems of transportation in Siberia and the Far East. 2013;1:145-148. (in Russ.). [Komarovskij Ju.A. Opredelenie s pomoshh'ju GPS-buja radiusa ustanovivshejsja cirkuljacii na techenii // Nauchnye problemy transporta Sibiri i Dal'nego Vostoka. 2013. № 1. S. 145-148].
8. Komorowski Y.A. Determination using GPS-receiver radius of the circle for the distance traveled. Transport Problems of the Far East: the twentieth anniversary materials Intern. Conf. dedicated to the 200th
anniversary of the Admiral G.I. Nevelskoi, 2-4 October. 2013 (FEBRAT-13). S. 24-25. (in Russ.). [Koma-rovskij Ju.A. Opredelenie s pomoshh'ju GPS-priemnika radiusa ustanovivshejsja cirkuljacii po projdenno-mu rasstojaniju // Problemy transporta Dal'nego Vostoka: materialy jubilejnoj XX mezhdunar. nauchn.-prakt. konf., posvjashhennoj 200-letiju adm. G.I. Nevel'skogo, 2-4 okt. 2013 (FEBRAT-13). S. 24-25].
9. Komorowski Y.A. Use of on-board GPS-receivers to determine the elements of the circle the vessel at a constant flow. FEFU: School of Engineering Bulletin. 2013;1 (14):75-84. URL: http://vestnikis.dvfu.ru/vestnik/archive/2013/1/13/ (10.04.2015). (in Russ.). [Komarovskij Ju.A. Primenenie bortovyh GPS-priemnikov dlja opredelenija jelementov ustanovivshejsja cirkuljacii sudna na postojannom techenii // Vestnik Inzhenemoj shkoly DVFU. 2013. № 1(14). S. 75-84. URL: http://vestnikis.dvfu.ru/vestnik/archive/2013/1/13/ (data obrashhenija: 10.04.2015)].
10. Macs J.L., Glyanko V.I., Morozov V.F. Sistema automated control stability and landing vessel. URL: http://www.internevod.com/rus/academy/sci/04/sistema7.shtm (16.11.2014). (in Russ.). [Makov Ju.L., Gljan'ko V.I., Morozov V.F. Sistema avtomatizirovannogo kontrolja ostojchivosti i posadki sudna. URL: http://www.internevod.com/rus/academy/sci/04/sistema/.shtm (data obrashhenija: 16.11.2014)].
11. Pavlenko V.G. Maneuverability of river vessels (Manageability vessels and convoys). M., Transport, 1979, 184 p. (in Russ.). [Pavlenko V.G. Manevrennye kachestva rechnyh sudov (Upravljaemost' sudov i sostavov). M.: Transport, 1979. 184 s.].
12. Rules for the classification and construction of sea vessels. Vol. 1. SPb., Russian Maritime Register of Shipping, 2008, 500 p. (in Russ.). [Pravila klassifikacii i postrojki morskih sudov. T. 1. SPb.: Rossijskij morskoj registr sudohodstva, 2008. 500 s.].
13. Tikhonov V.I. Ship heels when curvilinear motion. River transport (XXI century). 2011;3:70-71. (in Russ.). [Tihonov V.I. Kren sudna pri ego krivolinejnom dvizhenii // Rechnoj transport (XXI vek). 2011. № 3. S. 70-71].
14. Yudin Yu.I., Yudin A.Yu. Use of satellite navigation equipment ship SNA "NAVSTAR GPS" to determine the maneuvering elements of the ship and the lag correction. Murmansk: Izd Moorman. State. Tehn. Univ. Press, 2003, 40 p. (in Russ.). [Judin Ju.I., Judin A.Ju. Ispol'zovanie sudovoj sputnikovoj navigacion-noj apparatury SNS «Navstar GPS» dlja opredelenija manevrennyh jelementov sudna i popravki laga. Murmansk: Izd-vo Murman. gos. tehn. un-ta, 2003. 40 s. Dep. vo VNIJeRH ot 10.12.03 N 1398 rh 2003].
15. GPS Compass JLR-20/30. User Manual. Japan Radio Co., Ltd. 85. [GPS kompas JLR-20/30. Rukovodstvo pol'zovatelja. Japan Radio Co., Ltd. 85 s.].
