35

3. DETERMINAREA DIRECIILOR, VITEZEI, DISTANEI PARCURSE I ADNCIMII APEI

3.1 DETERMINAREA DIRECIILOR PE MARE

Orientarea pe mare, msurarea sau determinarea unor direcii n planul orizontului adevrat al observatorului se fac n raport cu direcia Nord adevrat, materializat la bordul navei printr-o direcie apropiat, nordul giro i nordul compas cu ajutorul compasului giroscopic i magnetic. Compasul magnetic indic "Nordul magnetic" i funcioneaz pe baza proprietii acului magnetic liber suspendat de a se orienta pe direcia liniilor de cmp magnetic terestru. Compasul giroscopic indic "Nordul giro" i funcioneaz pe baza proprietilor giroscopului (ineria i precesia giroscopic) ce pemit transformarea acestuia n compas giroscopic. Pentru a nelege modul de funcionare a unui compas magnetic se prezint cteva noiuni despre magnetismul terestru i al magnetismul navei. 3.1.1. Magnetismul terestru

Observaia 3.1 Pmntul se comport ca un imens magnet permanent, polii magnetici se afl la o anumit adncime, iar poziia lor variaz n timp (n prezent poziia geografic a Polului Nord magnetic este n = 71o N, = 96o W, iar a Polului Sud magnetic n = 73o S, = 156o E).

Axa polilor magnetici este nclinat fa de axa polilor geografici cu 11o 1/ 3.

n mod convenional s-a stabilit c n Polul Nord magnetic este concentrat magnetism sudic i n Polul Sud magnetic se afl concentrat magnetism nordic. DEFINIIA 3.1 Intensitatea magnetismului terestru F este fora care acioneaz pe direcia tangentei la linia de for a cmpului magnetic terestru i orienteaz acul magnetic. DEFINIIA 3.2 Izodinamele sunt curbele de egal intensitate magnetic. DEFINIIA 3.3 nclinaia magnetic m este unghiul dintre axa magnetic a acului magnetic liber suspendat i orizontul adevrat al locului (v.fig.3.1).

36

nclinaia magnetic ia valori de la 0o la Ecuatorul magnetic la 90o la polii magnetici; dac acul magnetic se afl sub planul orizontului adevrat m este pozitiv, iar dac acul este deasupra planului orizontului adevrat este negativ i reprezint de fapt latitudinea magnetic.

Locul punctelor de pe sfera terestr de m = 0o formeaz Ecuatorul magnetic (Ecuatorul magnetic este o curb neregulat care nconjoar Pmntul n apropierea Ecuatorului geografic); ecuatorul magnetic mparte sfera terestr n dou emisfere magnetice, nordic i sudic. DEFINIIA 3. 4 Paralelele magnetice sau izoclinele sunt curbele de egal nclinaie magnetic. DEFINIIA 3. 5 Planul meridianului magnetic este planul vertical care trece prin axa magnetic a unui ac magnetic aflat sub influena cmpului magnetic terestru. DEFINIIA 3.6 Meridianul magnetic (linia magnetic N-S sau direcia Nord magnetic) este intersecia dintre planul meridianului magnetic i planul orizontului adevrat al locului. DEFINIIA 3.7 Declinaia magnetic d este unghiul cu vrful la centru n punctul de suspensie al acului magnetic dintre direcia Nord adevarat i direcia Nord magnetic v.fig.3.1 i 3.2).

Declinaia magnetic ia valori cuprinse ntre 0o i 180o (pozitive sau negative) dac sunt la est sau la vest de nordul adevrat i se nscrie, pentru zone determinate, pe hrile marine. DEFINIIA 3.8 Izogonele sunt curbele de egal declinaie magnetic. DEFINIIA 3.9 Agona este izogona de valoare d = 0.

n fig.3.1 este reprezentat deplasarea unui ac magnetic n plan orizontal i vertical, H este componenta orizontal a magnetismului terestru n planul orizontului adevrat, pe direcia Nm:

H = F cos (3.1)

iar Z este componenta vertical a magnetismului terestru, n planul verticalei locului:

Z = F sin (3.2) de unde: tg =

HZ (3.3)

rezult: F = ( H2 + Z2)1/2 (3.4)

37

V

V

Z

F

Hd

OA

Na

Nm

MA

MM

Fig.3.1

Concluzia 3.1 Componenta orizontal a magnetismului terestru are valoarea maxim la Ecuatorul magnetic. Concluzia 3.2 Componenta orizontal a magnetismului terestru este nul la polii magnetici.

d

NmNa

Fig.3.2 Calculul declinaiei magnetice

Valoarea diferenei unghiulare dintre direcia nord adevrat i direcia nord compas se numete corecia compasului magnetic c. Aceast corecie este necesar n navigaie pentru convertirea

38

drumurilor i relevmentelor compas n drumuri i relevmente adevrate.

Corecia compasului magnetic se compune din declinaia magnetic i din deviaia compasului magnetiic.

Calculul declinaiei magnetice fiind prezentat mai jos iar cel al deviaiei compasului va fi prezentat la capitolul despre magnetismului navei. Declinaia magnetic are variaii zilnice, anuale i seculare; pentru navigaie intereseaz variaiile anuale i de aceea acestea sunt menionate pe harta marin, la precizie de minut pentru anul editrii hrii, ct i sensul de cretere sau descretere n valoare absolut. Calculul declinaiei magnetice const n actualizarea valorii declinaiei magnetice inscrise n hart prin adugarea valorii variaiei declinaiei magnetice pentru numrul de ani, dintre anul editrii hrii i cel n care se face calculul.

Tipul de calcul Actualizarea declinaiei pentru anul n curs d (pentru anul din hart) =

+var(nr. de ani x valoarea variaiei din hart = ---------------------------------------------------------------------------------- d (pentru anul n curs) =

3.1.2 Magnetismul navei

Observaia 3.2 Nava se comport ca un magnet permanent datorit componentelor magnetice din care este construit. Cmpul magnetic propriu navei are dou componente: una permanent de valoare constant ce se formeaz odat cu construcia navei i cealalt temporar de valoare variabil.

Cmpul magnetic se caracterizeaz printr-o direcie fix n raport cu un sistem de axe XYZ indiferent de drumul navei i o intensitate variabil funcie de drumul navei i de latitudinea magnetic.

La bordul navei un ac magnetic liber suspendat se orienteaz pe direcia nordului compas, direcie rezultant a influenei combinate a magnetismului terestru i cel al navei. DEFINIIA 3.10 Planul meridianului compas este planul vertical care trece prin axa magnetic N - S a rozei compasului magnetic. DEFINIIA 3.11 Meridianul compas sau Nordul compas este intersecia dintre planul meridianului compas i planul orizontului adevrat al rozei compasului magnetic.

39

DEFINIIA 3.12 Deviaia compasului magnetic m este unghiul cu vrful la centrul rozei compasului magnetic (v.fig.3.3).

Deviaia compasului magnetic ia valori cuprinse ntre 0o i 180o (pozitive sau negative) la est sau la vest de nordul magnetic.

Pentru reducerea valorii deviaiei compasului magnetic se execut compensarea compasului magnetic, operaiune practic prin care se micoreaz influena cmpului magnetic al navei asupra compasului magnetic de la bord. Observaia 3.3 Valorile maxime admise ale deviaiei compasului magnetic sunt m = 3o la 5o.

Valorile deviaiei compasului magnetic al navei obinute n urma compensrii compasului magneticse nscriu ntr-un tabel numit Tabelul deviaiilor compasului magnetic propriu fiecrui compas magnetic; acesta se actualizeaz periodic iar valorile deviaiei compasului magnetic se controleaz, de regul, o dat n cart prin diferite procedee ( se msoar Rc sau Dc i se compar cu valoarea Ra sau Da precis determinate). Calculul deviaiei compasului magnetic const n determinarea, prin interpolare, a valorii deviaiei compasului magnetic, funcie de drumul magnetic (compas) n care se deplaseaz nava.

Tipul de calcul

Calculul deviaiei compasului magnetic m (pentru Dc (Dm) inferior ) =

m (pentru Dc (Dm) superior) = ------------------------------------------------------------ m (pentru Dc (Dm) =

d

NmNa

Nc

O

Fig.3.3

40

3.1.3. Compasul magnetic

DEFINIIA 3.13 Compasul magnetic este un aparat folosit la bordul navei pentru determinarea direciilor compas i se bazeaz pe proprietatea rozei sale magnetice, elementul su sensibil, de a se orienta pe direcia nordului compas.

Prile mari componente ale unui compas magnetic sunt : - elementul sensibil roza compasului cu sistemul magnetic;

- cutia compasului cu sistemul cardanic; - postamentul; - habitaclul; - dispozitivul de compensare; - instalaia de iluminare;

la nav exist dou tipuri de compase magnetice: compasul etalon i compasul de drum (compasele moderne cumuleaz ambele caliti). Utilizarea compasului magnetic la bordul navei

Cu ajutorul compasului magnetic se execut guvernarea navei

prin meninerea navei pe un drum compas determinat, ct i msurarea relevmentelor compas la diterite repere. DEFINIIA 3.14 Drumul compas Dc este unghiul cu vrful n centrul rozei compas n planul orizontului adevrat al observatorului ntre direcia Nc i direcia la reperul la care se msoar relevmentul compas (v.fig.3.4). Convertirea drumurilor i a relevmentelor compas

Convertirea drumurilor i a relevmentelor compas reprezint operaiunea de transformare a acestora n drumuri i relevmente adevrate prin adugarea coreciei compasului magnetic (v.fig.3.4).

Calculul coreciei compasului magnetic

Determinarea coreciei compasului magnetic const n nsumarea algebric a valorilor declinaiei magnetice actualizate i a deviaiei compasului magnetic pentru fiecare drum compas n parte. c = d + m (3.5)

41

Tipul de calcul

Calculul coreciei compasului magnetic d = m =

--------------------------------------------------------- c =

d

NmNa

Nc

DN

Re

c

RaRm

RcRp

Fig.3.4

Sensul variaiei declinaiei magnetice se poate determina i grafic

(v.fig.3.5).

NmNaNm

O

creste creste

scade scade

Fig.3.5

42

Convertirea drumurilor compas (magnetice) Relaiile de convertire a drumurilor compas (magnetice) sunt: Dc + m = Dm Dm - m = Dc (3.5)

Dm + d = Da Da - d = Dm (3.6) Dc +c = Da Da - c = Dc (3.7)

Tipul de calcul

Calculul Dm Calculul Dc Dc = Dm = + m = - m = Dm = Dc = Calculul Da Calculul Dm Dm = Da = + d = - d = Da = Dm = Calculul Da Calculul Dc Dc = Da = + c = - c = Da = Dc = Convertirea relevmentelor compas (magnetice) Relaiile de convertire a relevmentelor compas (magnetice) sunt: Rc + m = Rm Rm - m = Rc (3.8)

Rm + d = Ra Ra - d = Rm (3.9)

43

Rc +c = Ra Ra - c = Rc (3.10) Tipul de calcul

Calculul Rm Calculul Rc Rc = Rm = + m = - m = Rm = Rc = Calculul Ra Calculul Rm Rm = Ra = + d = - d = Ra = Rm = Calculul Ra Calculul Rc

Rc = Ra = + c = - c = Ra = Rc = 3.1.4. Compasul giroscopic

DEFINIIA 3.16 Compasul giroscopic este o instalaie complex destinat determinrii (la bordul navei) direciilor giro de valoare apropiat direciilor (drumuri i relevmente) adevrate. Observaia 3.4 Compasul giroscopic funcioneaz pe baza propietilor giroscopului. DEFINIIA 3.17 Giroscopul este un dispozitiv electromecanic care poate executa o micare combinat fa de trei axe de simetrie, ceea ce i asigur unu la trei grade de libertate de libertate; se caracterizeaz prin proprietile sale fundamentale, ineria giroscopic i precesia giroscopic. DEFINIIA 3.18 Ineria giroscopic este proprietatea giroscopului de a-i menine axa de rotaie proprie paralel cu ea nsi indicnd aceeai direcie n spaiu. DEFINIIA 3.19 Precesia giroscpic este proprietatea giroscopului de a executa o micare de rotaie sub aciunea unei fore exterioare n jurul axei verticale ntr-un plan perpendicular pe aceasta, proprietate care permite transformarea giroscopului n girocompas.

44

Observaia 3.5 Axa giroscopului cu dou grade de libertate i un grad de libertate limitat n orizont tinde s se orienteze n planul meridianului locului sub aciunea micrii de rotaie a Pmntului iar extremitatea axei principale (de unde rotaia torului se vede n sens direct) se orienteaz spre direcia nord giro. Observaia 3.6 Cu ajutorul unui dispozitiv de amortizarea oscilaiilor acest tip de giroscop se transform in girocompas. DEFINIIA 3.20 Corecia girocompasului g este unghiul plan dintre direcia nord adevrat i direcia nord giro.

Corecia giro este: g = g + A (3.11) unde: g este deviaia giro; A - eroarea constant a girocompasului

rmas n urma instalrii la bordul navei.

Corecia giro este format g este format din urmtoarele elemente:

- deviaia giro g sau eroarea de vitez, ce este funcie de drum, vitez i latitudinea locului;

- eroarea cauzat de variaia vitezei sau de schimbare de drum e;

- eroarea rmas g ca fiind unghiul dintre axa principal a girocompasului i noua direcie Ng, corespunztoare noilor elemente de micare a navei;

- eroarea de balans; - eroarea de colimaie a rozei girocompasului; - erori accidentale. Deviaia giro g poate fi estic sau vestic:

tang = -

coscosR

DV N = - cos900

cos NDV (3.12)

Deviaia giro este direct proporional cu viteza navei i are valori

negative pentru drumuri nordice i valori pozitive pentru drumuri sudice.

g = 0 pentru DN = 90o sau 270o (3.13)

g = max pentru DN = 0o sau 180o (3.14)

45

n fig.3.6 s-au notat: VTe viteza de rotaie a Terrei; V1 componenta

sa meridian; V2 componenta sa pe paralela locului ce se poate considera neglijabil n raport cu viteza de rotaie a Pmntului de la est la vest unde:

V1 = VTe cos DN (3.15) V2= VTe sin DN (neglijabil) (3.16)

Prin compunerea lui V1 cu E rezult micarea real a navei DNreal; La girocompasele moderne influena erorilor de funcionare asupra

indicaiilor sale se corecteaz cu ajutorul unui dispozitiv numit corector automat.

DNNaNg

g

DaDg

VV1

V2

W

G

F

g

g

pentru A=0

Fig.3.6 Convertirea drumurilor giro Relaiile de convertire a drumurilor giro sunt : Dg + g =Da (3.17) Da - Dg = g (3.18) Da - g =Dg ( 3.19)

46

Tipul de calcul Calculul Dg Calculul g Calculul Da Da = Da = Dg = - g = - Dg = + g = Dg = g = Da = Convertirea relevmentelor giro Relaiile de convertire a relevmentelor sunt : Rg + g = Ra (3.20)

Ra - g = Rg (3.21)

Ra - Rg = g (3.22)

Rg = Dg + Rp (3.23)

Dg = Rg - Rp (3.24) Tipul de calcul

Calculul g Calculul Rg Calculul Ra Ra = Ra = Rg = - Rg = - g = + g = g = Rg = Ra = 3.2 DETERMINAREA VITEZEI I DISTANEI PE MARE

Determinarea (msurarea) distanelor i vitezelor pe mare reprezint o operaiune de mare importan n navigaia maritim i, de aceea, pentru aceasta s-a dezvoltat o baz teoretic solid i o gam divers de echipamente specializate. Domeniile de referin implicate n rezolvarea acestei probleme sunt hidrodinamica i teoria propagrii ultrasunetelor n mediul marin. de-a lungul vremii, odat cu dezvoltarea teoriei au aprut i instrumentele necesare msurrii distanei i vitezei pe mare.

47

Echipamentul de navigaie specializat pentru msurarea vitezei i a distanei parcurse se numete loch.

Lochurile se clasific dup felul parametrilor msurai, viteza prin ap sau viteza deasupra fundului, n:

- lochuri relative; - lochuri absolute sau reale.

3.2.1. Clasificarea lochurilor

Dup principiul de funcionare lochurile se clasific n:

- loch improvizat; - loch mecanic; - loch hidromecanic; - loch electromagnetic; - loch ultrason.

Lochul hidrodinamic DEFINIIA 3.20 Lochul hidrodinamic este un loch relativ al crui principiu de fucionare l reprezint msurarea diferenei dintre presiunea static i presiunea dinamic creat prin deplasarea navei prin ap (v.fig.3.7).

Hh

u

Fig.3.7

g

VPsH N2

2

+=

(3.25)

PdPsPt += (3.26) unde: Ps este presiunea static; Pd - presiunea dinamic; Pt - presiunea total; H - nlimea coloanei de ap msurat de loch; h

48

nlimea constant coloanei de ap determinat de presiunea static; u - nlimea coloanei de ap determinat de presiunea dinamic; VN - viteza navei; g - acceleraia gravitaional; - greutatea specific a apei. Proprietile lochului hidrodinamic Proprietile lochului hidrodinamic sunt urmtoarele:

- indicaii continue; - nu are pri imerse n micare; - instalare, ntreinere i depanare relativ simple; - erorile pot fi reduse prin reglaje; - determin parametri relativi fa de masele de ap; - sensibilitate de msurare a vitezei, ncepnd de la

valoarea vitezei prin ap de un nod. Observaia 3.6 Eliminarea erorilor n indicaiile lochului se execut practic prin operaiunea de etalonare a lochului ntr-o baz de viteze, fcndu-se diferena dintre distana real parcurs (dup hart) i cea rezultat din citirile (indicaiile) la loch. Eroarea constant n indicaiile lochului se elimin printr-o cerecie calculat numit factor de corecie f sau corecie procentual l (n %). Eroarea maxim admis pentru un loch bun n funciune este de f = 0,951,05.

Lochul ultrason (Doppler) Lochul ultrason este un loch absolut ce indic valori msurate deasupra fundului (parametri reali). Principiul de funcionare se bazeaz pe msuarea distanei pn la un obstacol prin msurarea diferenei dintre frecvena de emisie i cea de recepie a ultrasunetelor n apa de mare f (pentru temperatura de 130 viteza ultrasunetelor n apa de mare este de 1500 m/s): lN fv

Vf

=

cos2 (3.27)

unde: f este diferena de frecven; - unghiul sub care se emite fascicolul de ultrasunete; VN - viteza navei; fl - frecvena de lucru a lochului; v este de propagare a ultrasunetelor n apa de mare.

49

Proprietile lochului ultrason

Proprietile lochului ultrason sunt: - indicaii continue; - precizie foarte bun chiar i pentru viteze mici de

deplasare ale navei i adncimi mici ale apei; - msoar parametri reali viteza deasupra fundului; - nu are pri componente n afara corpului navei; - poate msura viteza i la mar napoi.

3.2.2. Calculul factorului de corecie a lochului

Relaiile de calcul ale factorului de corecie sunt:

mlmf = (3.28)

%100%

mlmlml = (3.29)

unde: m este distana real parcurs dup hart; ml este distana parcurs dup loch (dat de diferenele de citiri la loch, Cl2-Cl1).

3.2.3. Msurarea vitezei i a distanei parcurse cu ajutorul lochului

Msurarea vitezei i a distanei parcurse se face prin citirea lochului (indicaiile lochului) i corectarea acestor valori:

- cnd f > 1 spaiul real prin ap este mai mare dect spaiul indicat de loch i l > 0;

- cnd f < 1 spaiul real prin ap este mai mic dect spaiul indicat de loch i l < 0;

( ) %1001% = fl (3.30)

Corectarea vitezei se face cu relaiile:

100VllVlVn

VlfVn

=

= (3.31)

Corectarea distanei parcurse se face cu relaiile:

50

fV

Vl

VlV

f

mllmlm

mlfm

N

N

=

=

=

=

100 (3.32)

3.3 MSURAREA ADNCIMILOR PE MARE Msurarea adncimilor pe mare reprezint o operaiune de o importan deosebit n navigaia maritim modern i n special n navigaia costier i n zone cu pericole de navigaie. Baza teoretic a acestui capitol al navigaiei maritime l reprezint fizica propagrii ultrasunetelor n apa de mare. Adncimea pe mare se msoar cu ajutorul sondei marine. 3.3.1. Clasificarea sondelor marine Dup principiul de funcionare sonda marin poate fi.

- simpl; - mecanic; - ultrason.

Sonda simpl Sonda simpl sau sonda de mn se compune dintr-o greutate i o saul gradat i se folosete la viteze mici ale navei (5-6 noduri) i adncimi de pn la 40-50 metri; este un mijloc de rezerv i de control al indicaiilor sondei ultrason. Sonda ultrason Sonda ultrason funcioneaz pe principiul propagrii ultrasunetelor n apa de mare i anume a proprietilor acestora de a se reflecta i refracta.

Sonda ultrason se compune din: - generatorul de impulsuri; - emitor receptorul de ultrasunete; - indicatorul; - amplificatorul de semnal;

51

- nregistratorul. Sonda ultrason indic vizual adncimea msurat prin

msurarea timpului necesar parcurgerii, dus ntors, a distanei nav / fundul mrii; de asemenea, indic, grafic pe hrtia nregistratorului, configuraia fundului mrii.

Proprietile sondei ultrason sunt: - asigur msurtori pn la adncimi de 500 m; - funcionare continu cel puin 12 ore; - precizie bun de 3% la adncimi mai mari de 20 m.

3.3.2. Msurarea adncimilor pe mare cu ajutorul sondei ultrason Efectuarea msurtorilor de adncime se face prin:

- citirea indicaiilor de adncime de pe indicatorul i /sau nregistratorul sondei; - corectarea msurtorilor funcie de pescajul navei

utiliznd valori de corecie cuprinse n tablele nautice;

- controlul preciziei adncimilor msurate prin comparaie cu adncimea din hart i acolo unde se poate cu msurtorile efectuate cu sonda simpl.