Файл: Нечаев П.А. Электронавигационные приборы учебник.pdf

Естественно, что при отклонении действительной скорости распро­ странения звука в воде от ее расчетного значения в показаниях эхоло­ та будут ошибки. Неточные показания эхолота в этом случае следует исправить соответствующей поправкой.

Для расчета шкалы эхолотов пользуются обычно формулой

где Я 0 ■— глубина, измеренная эхолотом; с0'— расчетная скорость распространения звука в воде.

В случае, если акустическая волна распространяется в воде с дей­ ствительной скоростью с, отличной от с0, то действительная глубина в данном районе должна быть

Н=- с(

2

Поправкой АН за скорость распространения звука в воде называет­ ся разность между действительной глубиной Я и глубиной Я0, изме­ ренной эхолотом,

АЯ = Я - Я 0 = 4 ~ £^- = Я 0( ^ - ) .

Из полученного выражения следует:

1) поправка вследствие отклонения действительной скорости распространения звука в воде от расчетного значения прямо пропор­ циональна измеренной эхолотом глубине Я0 и относительной разно­

сти действительной и расчетной скорости звука

2) поправку, обусловленную отклонением расчетной скорости зву­ ка от ее действительного значения, целесообразно учитывать при из­ мерении больших глубин в тех районах плавания, для которых раз­ ность с—с0 сравнительно велика, т. е. составляет 60—70 м/с.

Обоснуем с физической точки зрения знак такой поправки. Соглас­ но формуле для АН знак поправки определяется знаком разности ско­ ростей с—с0.

Если действительная скорость распространения звука в воде боль­ ше расчетной, то поправка положительна. В этом случае время, потреб­ ное на измерение той или иной глубины, будет меньше, нежели пред­ полагалось при расчете шкалы эхолота. Меньшему времени между посылкой и приемом будет соответствовать меньшая глубина, показан­ ная на шкале эхолота; заниженные показания эхолота следует испра­ вить положительной поправкой.

361

Если же действительная скорость звука в воде меньше расчетной, то измеренная глубина будет завышена: время, потребное на измере­ ние этой глубины, будет в реальных условиях больше, нежели пред­ полагалось при расчете. Завышенные показания эхолота в этом слу­ чае следует исправить отрицательной поправкой.

Для определения поправки за скорость распространения звука в

дна, а следовательно, невозможно определить действительную глуби­ ну или величину поправки, обусловленной наклоном дна. Это означает, что в случае сильного наклона дна, при относительно широкой харак­ теристике направленности вибраторов (а ^ 60°), показания эхолота будут сомнительными. Уменьшить величину погрешности, обусловлен­ ной наклоном дна, можно только за счет увеличения направленных свойств вибраторов.

Погрешность, обусловленная качкой судна. Бортовая и килевая качка является одним из внешних факторов, снижающих точность и устойчивость работы эхолота в реальных морских условиях.

Бортовая качка приводит к тому, что акустическая энергия излу­ чается не перпендикулярно дну, а под тем или иным к нему углом, зависящим от угла качки. Вследствие этого показания эхолота будут увеличиваться пропорционально углу качки.

При сильной качке и острой направленности вибраторов в показа­ ниях эхолота появляются пропуски: эхолот работает неустойчиво.

362

Практически определить погрешность эхолота, обусловленную кач­ кой, невозможно. Однако поскольку период качки больше времени, потребного на промер навигационных глубин, отсчет глубин следует производить в момент, когда угол крена судна равен нулю. В этот мо­ мент показания эхолота будут минимальны, и соответствовать действи­ тельной глубине.

Для повышения устойчивости и точности работы эхолота на качке следует:

1) не применять в навигационных эхолотах очень высоких ультра­ звуковых частот с тем, чтобы не иметь сильной направленности виб­ раторов;

2) располагать вибраторы эхолота симметрично относительно диа­ метральной плоскости судна; при таком их расположении опускание одного вибратора компенсируется подъемом другого, и общая погреш­ ность измерения за счет бортовой качки будет снижена.

Килевая качка также влияет на устойчивость и надежность работы эхолота. В зависимости от обтекаемости судна и его загрузки на волне­ нии под судном образуется возмущенный слой воды, содержащий пу­ зырьки воздуха, поэтому эхолот может давать ложные показания или работать с перебоями.

Из рассмотрения погрешностей эхолота, обусловленных влиянием внешней среды, следует, что ошибки, причиной которых являются особенности района плавания, пропорциональны измеряемой глубине. Поэтому в навигационной практике ими пренебрегают.

Погрешности, обусловленные установкой эхолота

Погрешность из-за наличия базы. За редким исключением, во всех навигационных эхолотах оба вибратора устанавливаются на некото­ ром расстоянии друг от друга (см. рис. 172).

Влияние базы L на показания эхолота учитывает точная формула для глубины Я под вибраторами (65).

Из формулы (65) следует, что наличие базы приводит к нарушению прямой пропорциональности между измеряемым эхолотом промежут­ ком времени t и глубиной Я.

Для данной установки эхолота величина ^ будет постоянной, но

ее влияние будет больше сказываться на малых глубинах, т. е. при ма­ лых значениях промежутков времени. С увеличением же глубины быстро растет первый член под корнем, и влияние постоянной величи­

ны ^2') становится малым. Кроме того, очевидно, что влияние базы

между вибраторами на измеряемую глубину будет тем меньше, чем меньше сама база.

Современные эхолоты создаются с равномерной шкалой, что удоб­ нее с точки зрения расчета и конструирования прибора. При этом полагают, что L = 0; тогда глубина Я0, даваемая прибором, будет равна

363

Разность A # между истинной глубиной Я и глубиной # 0, показы­ ваемой прибором, называется « п о п р а в к о й з а б а з у » ; она опре­ деляется так:

"«-iA t H t )1Hr-

Поправка АЯ всегда будет о т р и ц а т е л ь н о й и должна вычи­ таться из показаний прибора.

Для сравнения степени влияния величины базы на показания при­

Из таблицы видно, что большая база между вибраторами увеличи­ вает показания прибора. Влияние базы сказывается только на малых глубинах.

Работа на ультразвуковых частотах позволяет в современных эхо­ лотах устанавливать вибраторы с базами от 0,5 до 3 м. При такой их установке в навигационной практике отпадает необходимость учиты­ вать поправку, обусловленную базой, даже при измерении малых глубин.

В случае необходимости точного измерения малых глубин эту по­ правку можно учесть, пользуясь, например, таблицами, рассчитан­ ными для различных величин базы (0,5; 1; 1,5 м и т. д.). С помощью та­ кой таблицы можно, зная показания прибора # 0, определить дейст­ вительную глубину Я. Подобные таблицы укреплены например, на крышке указателя глубин в эхолоте НЭЛ-4.

Измерение глубины от поверхности воды и от киля судна. Рассма­ тривая принцип действия эхолота, мы считаем, что посылка сигнала производится в момент, когда неоновая лампочка или перо самописца находятся на нуле шкалы. Измеренная в этом случае эхолотом глу­ бина Н0 будет глубиной от линии вибраторов (см. рис. 180). Однако в морской практике судоводителя интересует не глубина под вибрато­ рами, а глубина под килем; в некоторых же случаях, например при гидрографическом промере, желательно непосредственно получать глубину от поверхности воды.

364

Регулировка Эхолота на показание глубины от киля или от поверх­ ности воды достигается путем смещения во времени момента посылки сигнала и момента прохождения индикатора через нуль шкалы. Обычно смещают посылочные контакты относительно кулачков.

При измерении глубины от поверхности воды следует к глубине Я0 вводить поправку на осадку вибраторов Для этого нужно по­ сылку сигнала производить в тот момент, когда индикатор показывает осадку вибраторов. В случае измерения глубины от киля надлежит

измерение расстояния h2.

Расположение вибраторов по длине судна Этот вопрос тесно свя­

зоной приема.

На глубине Н при угле направленности а радиус действия источ­ ника будет

г — tftga.

Промежуток времени, потребный на измерение глубины, в данном случае определяется:

2АК __ 2Н

сс ■cos a

За это время судно, двигаясь со скоростью vc, пройдет расстояние S, равное

2 н

S = vct = vc

с • cos а

За счет движения судна вибратор-приемник В будет также пере­ мещаться по направлению к точке D со скоростью vc. Чтобы приемник под влиянием движения судна не вышел из зоны приема, нужно вы­ полнить следующее условие: путь, пройденный судном за время tt

365