Средства радиосвязи
Радиосвязь является одним из оперативных и экономичных видов связи, наиболее полно отвечающим специфике работы морского флота. С помощью радио можно осуществлять связь с судами, удаленными от береговых баз на сотни и тысячи миль. Основное назначение радиосвязи морской подвижной службы состоит в обеспечении безопасности мореплавания и оперативно-диспетчерского руководства работой флота.
Поэтому на каждом судне предусмотрен специалист по обслуживанию радиооборудования, обычно это электромеханик или электрик, реже встречаются специалисты более узкого профиля, радисты. Кстати, для обеспечения нормального функционирования радио техники, а также своевременного ремонта навигационного оборудования, используются специальные наборы инструментов связиста, обычно сюда входят наборы отверток и ключей, инструменты для обработки кабеля (витой пары и коаксиального кабеля), щупы, крючки, длинногубцы и др.
Радиосвязь осуществляется радиотелеграфом и радиотелефоном. Радиотелеграф применяют в навигационно-эксплуатационной, внутрибассейновой и магистральной связи; связь может производиться двумя способами — ручным и автоматическим. Радиотелефон используют для рейдовой связи, связи судов в караване, диспетчерской связи в портах и как вспомогательное средство связи в дальнем плавании.
С ростом технической оснащенности морского флота в морской подвижной службе все более распространяется радиотелефонная связь, так как она имеет преимущества перед радиотелеграфной связью и не требует специальной подготовки корреспондентов.
Существуют два основных способа организации связи между корреспондентами: симплексная (односторонняя) и дуплексная (двусторонняя).
Симплексная связь позволяет вести передачу и прием в каждом из двух направлений поочередно. Каждый корреспондент включает свой передатчик во время передачи и выключает его во время приема. Симплексный способ позволяет вести работу двум корреспондентам на одной частоте, но обмен информацией замедленный и перебить корреспондента невозможно.
Дуплексная связь позволяет вести передачу одновременно в обоих направлениях канала связи. В этом случае передатчики и приемники обоих корреспондентов включены в течение всего времени, пока осуществляется связь. Дуплексная связь, в отличие от симплексной, требует использования двух частот, но свободна от недостатков симплексной связи.
Принцип радиосвязи заключается в следующем. Радиопередатчик вырабатывает ток высокой частоты. Преобразователь изменяет форму тока и подает его на антенну. При этом высокочастотный ток поступает в антенну непрерывно, а амплитуда тока изменяется в соответствии со звуковыми колебаниями, действующими на микрофон передатчика. Этот процесс называется модуляцией.
Радиоволны, излучаемые антенной передатчика, возбуждают в приемной антенне слабую э. д. с. высокой частоты, амплитуда которой изменяется по закону передаваемого звукового сигнала. В радиоприемнике этот сигнал усиливается, детектируется и подается на телефон или громкоговоритель.
В настоящее время в связи с возрастанием числа транспортных судов и «теснотой» в эфире отечественный флот переведен на новую радиотелефонную аппаратуру, которая выполнена с учетом требований Всемирной административной радиоконференции по радиосвязи морской подвижной службы (ВАКР—67) и новейших достижений радиоэлектроники. Эта аппаратура обеспечивает работу в однополосном режиме. К ней относятся: передатчики «Берег», «Корвет», «Муссон» с пультом управления «Дюна»; приемники «Шпиль», «Шторм», «Сибирь», аварийный комплекс «Сирена»; ультракоротковолновые радиостанции «Рейд», «Катер», «Ласточка», «Тюльпан»; трансляционный узел «Рябина»; буквопечатающая аппаратура Т63; система избирательного вызова «Селектор-С»; системы исправления данных «Сокол-МР» и «Симплекс-ТОР».
Однополюсные передатчики позволяют одновременно передавать сигналы нескольких десятков телеграфных аппаратов, работающих с устройствами для автоматического исправления ошибок, автоматического подавления шума и помех и т. д.
Радионавигационные приборы
К судовым радионавигационным устройствам относятся радио-пеленгаторы, радиолокационные станции и радионавигационные системы.
Радиопеленгование — это определение направления на передающую радиостанцию — один из основных способов определения местонахождения судна радиотехническими средствами. Определение положения судна по радиопеленгам сводится к решению треугольника по одной стороне и двум углам. Известной стороной треугольника является расстояние между передающими станциями, а углы измеряются с помощью радиопеленгаторов. В качестве радиопеленгатора используют радиостанцию с направленной приемной антенной.
Радиопеленгатор состоит из трех основных частей: антенного и радиоприемного устройств и слухового или визуального индикатора. В радиопеленгаторах применяется рамочная направленная антенна. Плоскость рамки образует с направлением на радиомаяк (радиопередающая станция) угол Q. Если Q = 90°, то расстояния от радиомаяка до активных вертикальных сторон антенны одинаковы и наводимые в них э. д. с. равны по величине и по фазе, поэтому результирующая э. д. с. рамки равна нулю и сигналы радиомаяка не принимаются.
Если рамочную антенну повернуть на какой-то угол, то э. д. с. ближней к радиомаяку стороны рамки будет опережать по фазе э.д.с., наведенную в дальней от радиомаяка стороне. Результирующая э.д.с. принимает какое-то значение и изменяет его по мере поворота рамки, сигналы радиомаяка прослушиваются. Наибольшее значение результирующая э.д.с. принимает при Q = 0°, т. е. когда направление на радиомаяк лежит в плоскости рамки. Обычно пеленг определяется по минимальной слышимости (Q = 90°) сигнала. Положение вращающейся антенны в момент минимальной слышимости определяют по лимбу, разбитому на 360°, причем 0° соответствует диаметральной плоскости судна.
В последнее время на судах применяют радиопеленгаторы с неподвижными рамочными антеннами, в установку которых входит радиогониометр. Две рамки антенны устанавливают на судне так, чтобы плоскость одной из них была параллельна диаметральной плоскости судна, а плоскость другой — перпендикулярна первой.
Гониометр состоит из двух взаимно перпендикулярных неподвижных катушек, внутри которых находится катушка-искатель, вращающаяся вокруг оси на 360°. На оси искателя находится указатель, а концы его катушки подключены к приемнику. При вращении искателя гониометра на 360° получаются два минимума и два максимума слышимости. Для получения однонаправленного приема искатель имеет две взаимно перпендикулярные катушки.
Комплекс приборов, служащих для определения координат каких-либо объектов и их обнаружения, называют радиолокационной станцией (РЛС). Работа РЛС основана на явлении отражения радиоволн, излучаемых станцией, от объектов, находящихся на пути распространения радиоволн. РЛС включает в себя антенну направленного действия, передатчик импульсов, приемник отраженных радиосигналов, индикатор и синхронизатор.
Радиопередатчик вырабатывает электромагнитную энергию сверхвысокой частоты, которая излучается импульсами в нужном направлении. Волны сверхвысокой частоты обладают способностью отражаться от препятствий. Этот процесс называется вторичным излучением. Электромагнитная энергия вторичного излучения рас-пространяется по всем направлениям, а незначительная часть ее улавливается антенной радиолокатора, усиливается, преобразуется в приемнике в импульсное напряжение и подается на индикатор.
Измерением промежутка времени между посылкой и приемом импульса можно определить расстояние до объекта, а положение антенны в момент посылки импульса показывает курсовой угол. Антенна РЛС автоматически переключается с приема на передачу и обратно. Для точного измерения расстояния необходима синхронность запуска развертки индикатора с излучением зондирующего импульса. Для этого служит синхронизатор.
В последние годы большое развитие получили радионавигационные системы (РНС), представляющие собой разнесенные, связанные одна с другой береговые радиостанции. Принцип действия РНС состоит в определении разности расстояний до двух береговых передающих станций. По величине этой разности па специальной карте находят линию положения, представляющую собой геометрическое место точек, разность расстояний от которых до двух фиксированных точек — постоянная величина. Так находят линию, на которой находится судно. Точка пересечения двух линий положения (двух гипербол), найденных по показаниям приемника сигнала от двух пар станций, дает место нахождения судна.
С помощью гиперболических РНС, можно определить местона-хождение судов при удалении их на 600 км и более. Местонахождение судна в море определяют с помощью РНС «Декка», «Лоран-А» и «Лоран-С». Дальность действия РНС «Декка» 300— 1000 миль, точность определения положения судна 10—450 м. Дальность действия РНС «Лоран» — до 2000 миль, точность определения 0,2—9 миль.
Судовые электронавигационные приборы
К судовым электронавигационным приборам относятся гироком-пасы, лаги и эхолоты. Гирокомпас — прибор для определения курса судна, представляет собой сложное электромеханическое устройство. Гирокомпас состоит из основного прибора и следящей системы, обеспечивающей работу основного прибора. Принцип действия гирокомпаса основан на свойстве свободного гироскопа отыскивать направление географического меридиана и удерживать это направление в течение всего времени действия.
В основном на судах отечественной постройки устанавливают, гирокомпасы типа «Курс-4». Чувствительный элемент гирокомпаса представляет собой гиросферу — латунный шар, внутри которого размещены два гироскопа. Гироскоп — трехфазный синхронный двигатель с массивным внешним короткозамкпутым ротором. При напряжении 120В и частоте 330Гц ротор вращается с частотой 20 тыс. об/мин. Гиросфера герметична, а питание к гиромоторам и другим потребителям подается через графито-эбонитовые и угольные электроды. Электрическая схема гиросферы и следящей сферы приведена; на рис. 1. Трехфазная обмотка статора гиромотора получает питание от полярных электродов и экваториального широкого электрода. Гиросфера плавает в поддерживающей электропроводной жидкости внутри следящей сферы. По экватору следящей сферы двумя сплошными кольцами расположены металлические электроды одной фазы, два других подводятся к полярным электродам следящей гиросферы. Между кольцами с противоположных сторон расположены электроды, а между ними — электрод выключателя затухания. Все электроды следящей сферы соединены с шестью контактными кольцами, к которым подводится трехфазное напряжение частотой 330 Гц.
7 — обмотка катушки электромагнитного дутья; 8 — обмотка реле выключателя затухания.
Гиросфера имеет в нижней части катушку электромагнитного дутья, центрирующую гиросферу внутри следящей гиросферы, а также круглый угольный электрод для подачи питания на катушку электромагнита выключателя затухания.
Работу гирокомпаса в следящем режиме можно пояснить, пользуясь схемой рис. 2. Допустим, гиросфера находится в динамическом равновесии, ее главная ось — в плоскости меридиана, судно движется с постоянной скоростью по курсу. При этом электроды гиросферы 3 и следящей сферы 2 расположены друг против друга, а равные зазоры между ними обусловливают равные сопротивления r1, r2 поддерживающей жидкости.
Основной мост, состоящий из постоянных резисторов R1, R2 и переходных сопротивлений r1, r2 поддерживающей жидкости, находится в равновесии, ток в его диагонали АВ отсутствует, поэтому во вторичных полуобмотках фазового трансформатора ФТр индуктируются равные по величине и направлению напряжения, которые через выпрямители В1 и В2 питают управляющие обмотки ОУ1 и ОУ2 усилительных дросселей ДрУ1 и ДрУ2. Дроссели ДрУ1 и ДрУ2 одинаково подмагничены, и в их рабочих обмотках ОР1 и ОР2 протекают равные токи. Рабочие обмотки включены в схему дополнительного моста, в диагональ которого включена управляющая обмотка следящего двигателя, так как дополнительный мост уравновешен, следящий двигатель СМ не работает.
Предположим теперь, что судно уходит с курса влево. При этом переходное сопротивление r1 уменьшается, а г2 увеличивается. Основной мост выходит из равновесия, и в его диагонали появляется ток, который в точке А разветвляется во вторичные полуобмотки фазового трансформатора ФТр. Теперь напряжения, снимаемые на обмотки управления ОУ1 и ОУ2, не равны между собой, дроссели ДрУ1 и ДрУ2 подмагничиваются в разной степени, а рабочие обмотки ОР1 и ОР2 имеют разные сопротивления. Дополнительный мост выходит из равновесия, и в обмотке управления следящего двигателя СМ начинает протекать ток. Следящий двигатель начинает вращаться, поворачивает ротор датчика Д, выдающего команду азимут-мотору АМ. Азимут-мотор запускается и поворачивает следящую сферу 2 до тех пор, пока переходные сопротивления r1 и г2 станут равными. Основной и дополнительный мосты уравновешиваются, следящий двигатель останавливается и останавливает азимут-мотор.
В схеме следящей системы предусмотрена жесткая отрицательная обратная связь, осуществляемая регулируемым резистором R4. При увеличении сопротивления резистора скорость отработки следящей системы и ее чувствительность увеличиваются. Тумблер ВК служит для отключения следящего двигателя.
Для измерения пройденного расстояния и скорости судна применяют гидродинамический лаг МГЛ-25. Принцип его действия заключается в измерении давления скоростного потока воды на мембрану чувствительного элемента. Чувствительный элемент с диафрагмой и тремя сильфонами разделен на две полости: статического и динамического давления. При движении судна на диафрагму действует результирующее давление, равное разности динамического давления, обусловленного скоростью, и статического давления, обусловленного осадкой.
Известно, что давление скоростного напора пропорционально квадрату скорости потока, т. е. при изменении скорости от 1 до 25 уз давления будут отличаться в 625 раз, в результате чего сильфоны чувствительного элемента будут испытывать большие напряжения. Для компенсации действия на диафрагму гидродинамического давления в лагах МГЛ-25 применяют механическое компенсационное устройство.
Когда судно неподвижно, разностное давление на мембрану чувствительного элемента отсутствует и система находится в равновесии (рис. 3,а). В этом случае направление действия силы натяжения компенсационной пружины проходит через ось вращения рычага. При увеличении скорости судна диафрагма поднимается вверх и через шток поворачивает компенсационный рычаг против часовой стрелки. При этом замыкается контакт в цепи электродвигателя «Скорость», который разворачивает коноид по часовой стрелке.
Каретка и верхний конец компенсационной пружины смещаются вправо. Появляется момент силы натяжения пружины относительно оси ее поворота. Этот момент стремится развернуть компенсационный рычаг по часовой стрелке.
Поворот коноида продолжается до тех пор, пока не станут равными по величине действия пружины и штока, в результате чего рычаг возвратится в исходное положение, а скользящий контакт разомкнётся и остановит электродвигатель «Скорость». Вращение электродвигателя «Скорость» через механическую передачу поступает на шкалы грубого и точного отсчета скорости.
а — компенсационной системы (1 — каретка; 2 — компенсационная пружина; 3 — рычаг; 4 — шток; 5 —ось; 6 — скользящий контакт; 7 —коноид);
б — пройденного расстояния (1—ролик; 2 —каретка; 3 — конус)
Профиль коноида рассчитывают так, что его радиус изменяется пропорционально квадрату угла поворота, поэтому шкала скорости лага — линейная.
На рис. 3,б приведена кинематическая схема узла пройденного расстояния, который состоит из фрикционного конуса, вращаемого электродвигателем «Время» со строго постоянной скоростью, каретки с роликом, десятичного счетчика и датчика пройденного расстояния. Ролик, укрепленный в каретке, может перемещаться вдоль образующей фрикционного конуса вращением червячного винта. При стоянке судна ролик находится на вершине конуса и не вращается. При появлении хода и увеличении скорости ролик перемещается к основанию конуса и частота вращения его увеличивается. Таким образом происходит механическое умножение скорости I движения судна и времени II, в результате чего десятичный счетчик, учитывающий частоту вращения фрикционного ролика, покажет пройденное расстояние (III — пройденное расстояние).
В качестве электродвигателей «Скорость» и «Время» применяют двухфазные асинхронные двигатели типа АДП-262. Лаг МГЛ-25М имеет бесконтактное управление электродвигателями на усилительных дросселях.
Для измерения глубины под килем судна применяют навигационные эхолоты, принцип действия которых основан на использовании акустической энергии. В днище судна симметрично диаметральной плоскости на расстоянии 2 м устанавливают источник акустической энергии — вибратор-излучатель (ВИ) и приемник отраженного от дна моря эха — вибратор-приемник (ВП).
Вибратор-излучатель периодически посылает импульс акустической энергии частотой 21 кГц. Ультразвуковые колебания распространяются в воде, достигают грунта, отражаются от него и в виде эха возвращаются к ВП. Измерив промежуток времени I между посылкой и приемом импульса акустической энергии и зная скорость распространения ультразвука C0=1500м/с, можно определить глубину H под килем: H=(C0*t)/2
Эхолот НЭЛ-5, предназначенный для установки на крупнотоннажных судах, измеряет глубины под килем от 1 до 2000 м. Эхолот может работать на самописец либо на указатель глубин. Принцип действия эхолота рассмотрим по электрокинематической схеме рис. 4.
1—усилитель; 2 — реле переключения; 3, 10 — электродвигатели; 4, 11— трансформаторы; 5 — барабан; 6 — контактная линейка; 7 —проволока; 8 — контакт; 9 — выключатель; 12 — неоновая лампочка; 13 — кулачок; 14 — посылочное реле; 15 — конденсатор
При работе эхолота с самописцем I электродвигатель 3 с постоянной частотой вращает барабан, на поверхности которого уложен виток проволоки. За один оборот барабана точка соприкосновения витка прово-локи и контактной линейки совмещается сверху вниз вдоль образующей барабана. В момент, когда точка соприкосновения витка и линейки находится в верхней части (отметка 0), контакт отключает посылочное реле. Контакты реле подключают конденсатор, заряженный до 1500 В, к ВИ. Образуется колебательный контур, и вибратор посылает импульс, ко-торый в виде отраженного от грунта эха принимается вибратором ВП. Принятый импульс усиливается ламповым усилителем и подается на первичную обмотку трансформатора 4. Со вторичной обмотки трансфор-матора импульс поступает на пишущую линейку и прожигает на протягиваемой между барабаном и линейкой электротермической бумаге отметку, положение которой соответствует измеряемой глубине, отметки на бумажной ленте прожигаются с каждым оборотом барабана и сливаются в линию рельефа дна. Глубина определяется по шкале, расположенной над контактной линейкой.
При работе эхолота на указатель глубин II выключателем подают питание на электродвигатель 10 и реле переключения, контакты которого отключают самописец и подключают указатель глубин. Электродвигатель с постоянной частотой вращает планку с неоновой лампочкой и кулачок. В момент прохождения лампой отметки нулевой шкалы кулачок размыкает контакты, управляющие работой посылочного реле. Выход усилителя включен на первичную обмотку вращающегося трансформатора 11, во вторичную обмотку которого включена неоновая лампочка. В момент принятия эхо-импульса лампочка вспыхивает. Отсчет глубин ведется на круглой шкале по светящемуся пятну вспышек лампы.
Радиосвязь является одним из оперативных и экономичных видов связи, наиболее полно отвечающим специфике работы морского флота. С помощью радио можно осуществлять связь с судами, удаленными от береговых баз на сотни и тысячи миль. Основное назначение радиосвязи морской подвижной службы состоит в обеспечении безопасности мореплавания и оперативно-диспетчерского руководства работой флота.
Поэтому на каждом судне предусмотрен специалист по обслуживанию радиооборудования, обычно это электромеханик или электрик, реже встречаются специалисты более узкого профиля, радисты. Кстати, для обеспечения нормального функционирования радио техники, а также своевременного ремонта навигационного оборудования, используются специальные наборы инструментов связиста, обычно сюда входят наборы отверток и ключей, инструменты для обработки кабеля (витой пары и коаксиального кабеля), щупы, крючки, длинногубцы и др.
Радиосвязь осуществляется радиотелеграфом и радиотелефоном. Радиотелеграф применяют в навигационно-эксплуатационной, внутрибассейновой и магистральной связи; связь может производиться двумя способами — ручным и автоматическим. Радиотелефон используют для рейдовой связи, связи судов в караване, диспетчерской связи в портах и как вспомогательное средство связи в дальнем плавании.
С ростом технической оснащенности морского флота в морской подвижной службе все более распространяется радиотелефонная связь, так как она имеет преимущества перед радиотелеграфной связью и не требует специальной подготовки корреспондентов.
Существуют два основных способа организации связи между корреспондентами: симплексная (односторонняя) и дуплексная (двусторонняя).
Симплексная связь позволяет вести передачу и прием в каждом из двух направлений поочередно. Каждый корреспондент включает свой передатчик во время передачи и выключает его во время приема. Симплексный способ позволяет вести работу двум корреспондентам на одной частоте, но обмен информацией замедленный и перебить корреспондента невозможно.
Дуплексная связь позволяет вести передачу одновременно в обоих направлениях канала связи. В этом случае передатчики и приемники обоих корреспондентов включены в течение всего времени, пока осуществляется связь. Дуплексная связь, в отличие от симплексной, требует использования двух частот, но свободна от недостатков симплексной связи.
Принцип радиосвязи заключается в следующем. Радиопередатчик вырабатывает ток высокой частоты. Преобразователь изменяет форму тока и подает его на антенну. При этом высокочастотный ток поступает в антенну непрерывно, а амплитуда тока изменяется в соответствии со звуковыми колебаниями, действующими на микрофон передатчика. Этот процесс называется модуляцией.
Радиоволны, излучаемые антенной передатчика, возбуждают в приемной антенне слабую э. д. с. высокой частоты, амплитуда которой изменяется по закону передаваемого звукового сигнала. В радиоприемнике этот сигнал усиливается, детектируется и подается на телефон или громкоговоритель.
В настоящее время в связи с возрастанием числа транспортных судов и «теснотой» в эфире отечественный флот переведен на новую радиотелефонную аппаратуру, которая выполнена с учетом требований Всемирной административной радиоконференции по радиосвязи морской подвижной службы (ВАКР—67) и новейших достижений радиоэлектроники. Эта аппаратура обеспечивает работу в однополосном режиме. К ней относятся: передатчики «Берег», «Корвет», «Муссон» с пультом управления «Дюна»; приемники «Шпиль», «Шторм», «Сибирь», аварийный комплекс «Сирена»; ультракоротковолновые радиостанции «Рейд», «Катер», «Ласточка», «Тюльпан»; трансляционный узел «Рябина»; буквопечатающая аппаратура Т63; система избирательного вызова «Селектор-С»; системы исправления данных «Сокол-МР» и «Симплекс-ТОР».
Однополюсные передатчики позволяют одновременно передавать сигналы нескольких десятков телеграфных аппаратов, работающих с устройствами для автоматического исправления ошибок, автоматического подавления шума и помех и т. д.
Радионавигационные приборы
К судовым радионавигационным устройствам относятся радио-пеленгаторы, радиолокационные станции и радионавигационные системы.
Радиопеленгование — это определение направления на передающую радиостанцию — один из основных способов определения местонахождения судна радиотехническими средствами. Определение положения судна по радиопеленгам сводится к решению треугольника по одной стороне и двум углам. Известной стороной треугольника является расстояние между передающими станциями, а углы измеряются с помощью радиопеленгаторов. В качестве радиопеленгатора используют радиостанцию с направленной приемной антенной.
Радиопеленгатор состоит из трех основных частей: антенного и радиоприемного устройств и слухового или визуального индикатора. В радиопеленгаторах применяется рамочная направленная антенна. Плоскость рамки образует с направлением на радиомаяк (радиопередающая станция) угол Q. Если Q = 90°, то расстояния от радиомаяка до активных вертикальных сторон антенны одинаковы и наводимые в них э. д. с. равны по величине и по фазе, поэтому результирующая э. д. с. рамки равна нулю и сигналы радиомаяка не принимаются.
Если рамочную антенну повернуть на какой-то угол, то э. д. с. ближней к радиомаяку стороны рамки будет опережать по фазе э.д.с., наведенную в дальней от радиомаяка стороне. Результирующая э.д.с. принимает какое-то значение и изменяет его по мере поворота рамки, сигналы радиомаяка прослушиваются. Наибольшее значение результирующая э.д.с. принимает при Q = 0°, т. е. когда направление на радиомаяк лежит в плоскости рамки. Обычно пеленг определяется по минимальной слышимости (Q = 90°) сигнала. Положение вращающейся антенны в момент минимальной слышимости определяют по лимбу, разбитому на 360°, причем 0° соответствует диаметральной плоскости судна.
В последнее время на судах применяют радиопеленгаторы с неподвижными рамочными антеннами, в установку которых входит радиогониометр. Две рамки антенны устанавливают на судне так, чтобы плоскость одной из них была параллельна диаметральной плоскости судна, а плоскость другой — перпендикулярна первой.
Гониометр состоит из двух взаимно перпендикулярных неподвижных катушек, внутри которых находится катушка-искатель, вращающаяся вокруг оси на 360°. На оси искателя находится указатель, а концы его катушки подключены к приемнику. При вращении искателя гониометра на 360° получаются два минимума и два максимума слышимости. Для получения однонаправленного приема искатель имеет две взаимно перпендикулярные катушки.
Комплекс приборов, служащих для определения координат каких-либо объектов и их обнаружения, называют радиолокационной станцией (РЛС). Работа РЛС основана на явлении отражения радиоволн, излучаемых станцией, от объектов, находящихся на пути распространения радиоволн. РЛС включает в себя антенну направленного действия, передатчик импульсов, приемник отраженных радиосигналов, индикатор и синхронизатор.
Радиопередатчик вырабатывает электромагнитную энергию сверхвысокой частоты, которая излучается импульсами в нужном направлении. Волны сверхвысокой частоты обладают способностью отражаться от препятствий. Этот процесс называется вторичным излучением. Электромагнитная энергия вторичного излучения рас-пространяется по всем направлениям, а незначительная часть ее улавливается антенной радиолокатора, усиливается, преобразуется в приемнике в импульсное напряжение и подается на индикатор.
Измерением промежутка времени между посылкой и приемом импульса можно определить расстояние до объекта, а положение антенны в момент посылки импульса показывает курсовой угол. Антенна РЛС автоматически переключается с приема на передачу и обратно. Для точного измерения расстояния необходима синхронность запуска развертки индикатора с излучением зондирующего импульса. Для этого служит синхронизатор.
В последние годы большое развитие получили радионавигационные системы (РНС), представляющие собой разнесенные, связанные одна с другой береговые радиостанции. Принцип действия РНС состоит в определении разности расстояний до двух береговых передающих станций. По величине этой разности па специальной карте находят линию положения, представляющую собой геометрическое место точек, разность расстояний от которых до двух фиксированных точек — постоянная величина. Так находят линию, на которой находится судно. Точка пересечения двух линий положения (двух гипербол), найденных по показаниям приемника сигнала от двух пар станций, дает место нахождения судна.
С помощью гиперболических РНС, можно определить местона-хождение судов при удалении их на 600 км и более. Местонахождение судна в море определяют с помощью РНС «Декка», «Лоран-А» и «Лоран-С». Дальность действия РНС «Декка» 300— 1000 миль, точность определения положения судна 10—450 м. Дальность действия РНС «Лоран» — до 2000 миль, точность определения 0,2—9 миль.
Судовые электронавигационные приборы
К судовым электронавигационным приборам относятся гироком-пасы, лаги и эхолоты. Гирокомпас — прибор для определения курса судна, представляет собой сложное электромеханическое устройство. Гирокомпас состоит из основного прибора и следящей системы, обеспечивающей работу основного прибора. Принцип действия гирокомпаса основан на свойстве свободного гироскопа отыскивать направление географического меридиана и удерживать это направление в течение всего времени действия.
В основном на судах отечественной постройки устанавливают, гирокомпасы типа «Курс-4». Чувствительный элемент гирокомпаса представляет собой гиросферу — латунный шар, внутри которого размещены два гироскопа. Гироскоп — трехфазный синхронный двигатель с массивным внешним короткозамкпутым ротором. При напряжении 120В и частоте 330Гц ротор вращается с частотой 20 тыс. об/мин. Гиросфера герметична, а питание к гиромоторам и другим потребителям подается через графито-эбонитовые и угольные электроды. Электрическая схема гиросферы и следящей сферы приведена; на рис. 1. Трехфазная обмотка статора гиромотора получает питание от полярных электродов и экваториального широкого электрода. Гиросфера плавает в поддерживающей электропроводной жидкости внутри следящей сферы. По экватору следящей сферы двумя сплошными кольцами расположены металлические электроды одной фазы, два других подводятся к полярным электродам следящей гиросферы. Между кольцами с противоположных сторон расположены электроды, а между ними — электрод выключателя затухания. Все электроды следящей сферы соединены с шестью контактными кольцами, к которым подводится трехфазное напряжение частотой 330 Гц.
Рис. 1. Электрическая схема чувствительного элемента гирокомпаса
1, 6 — верхняя и нижняя полярные шапки; 2 — обмотки статоров гиромоторов; 3, 4 — угольные и экваторные электроды; 5 — круглый электрод;7 — обмотка катушки электромагнитного дутья; 8 — обмотка реле выключателя затухания.
Гиросфера имеет в нижней части катушку электромагнитного дутья, центрирующую гиросферу внутри следящей гиросферы, а также круглый угольный электрод для подачи питания на катушку электромагнита выключателя затухания.
Работу гирокомпаса в следящем режиме можно пояснить, пользуясь схемой рис. 2. Допустим, гиросфера находится в динамическом равновесии, ее главная ось — в плоскости меридиана, судно движется с постоянной скоростью по курсу. При этом электроды гиросферы 3 и следящей сферы 2 расположены друг против друга, а равные зазоры между ними обусловливают равные сопротивления r1, r2 поддерживающей жидкости.
Рис. 2. Принципиальная электрическая схема следящей системы гирокомпаса «Курс-4»
Основной мост, состоящий из постоянных резисторов R1, R2 и переходных сопротивлений r1, r2 поддерживающей жидкости, находится в равновесии, ток в его диагонали АВ отсутствует, поэтому во вторичных полуобмотках фазового трансформатора ФТр индуктируются равные по величине и направлению напряжения, которые через выпрямители В1 и В2 питают управляющие обмотки ОУ1 и ОУ2 усилительных дросселей ДрУ1 и ДрУ2. Дроссели ДрУ1 и ДрУ2 одинаково подмагничены, и в их рабочих обмотках ОР1 и ОР2 протекают равные токи. Рабочие обмотки включены в схему дополнительного моста, в диагональ которого включена управляющая обмотка следящего двигателя, так как дополнительный мост уравновешен, следящий двигатель СМ не работает.
Предположим теперь, что судно уходит с курса влево. При этом переходное сопротивление r1 уменьшается, а г2 увеличивается. Основной мост выходит из равновесия, и в его диагонали появляется ток, который в точке А разветвляется во вторичные полуобмотки фазового трансформатора ФТр. Теперь напряжения, снимаемые на обмотки управления ОУ1 и ОУ2, не равны между собой, дроссели ДрУ1 и ДрУ2 подмагничиваются в разной степени, а рабочие обмотки ОР1 и ОР2 имеют разные сопротивления. Дополнительный мост выходит из равновесия, и в обмотке управления следящего двигателя СМ начинает протекать ток. Следящий двигатель начинает вращаться, поворачивает ротор датчика Д, выдающего команду азимут-мотору АМ. Азимут-мотор запускается и поворачивает следящую сферу 2 до тех пор, пока переходные сопротивления r1 и г2 станут равными. Основной и дополнительный мосты уравновешиваются, следящий двигатель останавливается и останавливает азимут-мотор.
В схеме следящей системы предусмотрена жесткая отрицательная обратная связь, осуществляемая регулируемым резистором R4. При увеличении сопротивления резистора скорость отработки следящей системы и ее чувствительность увеличиваются. Тумблер ВК служит для отключения следящего двигателя.
Для измерения пройденного расстояния и скорости судна применяют гидродинамический лаг МГЛ-25. Принцип его действия заключается в измерении давления скоростного потока воды на мембрану чувствительного элемента. Чувствительный элемент с диафрагмой и тремя сильфонами разделен на две полости: статического и динамического давления. При движении судна на диафрагму действует результирующее давление, равное разности динамического давления, обусловленного скоростью, и статического давления, обусловленного осадкой.
Известно, что давление скоростного напора пропорционально квадрату скорости потока, т. е. при изменении скорости от 1 до 25 уз давления будут отличаться в 625 раз, в результате чего сильфоны чувствительного элемента будут испытывать большие напряжения. Для компенсации действия на диафрагму гидродинамического давления в лагах МГЛ-25 применяют механическое компенсационное устройство.
Когда судно неподвижно, разностное давление на мембрану чувствительного элемента отсутствует и система находится в равновесии (рис. 3,а). В этом случае направление действия силы натяжения компенсационной пружины проходит через ось вращения рычага. При увеличении скорости судна диафрагма поднимается вверх и через шток поворачивает компенсационный рычаг против часовой стрелки. При этом замыкается контакт в цепи электродвигателя «Скорость», который разворачивает коноид по часовой стрелке.
Каретка и верхний конец компенсационной пружины смещаются вправо. Появляется момент силы натяжения пружины относительно оси ее поворота. Этот момент стремится развернуть компенсационный рычаг по часовой стрелке.
Поворот коноида продолжается до тех пор, пока не станут равными по величине действия пружины и штока, в результате чего рычаг возвратится в исходное положение, а скользящий контакт разомкнётся и остановит электродвигатель «Скорость». Вращение электродвигателя «Скорость» через механическую передачу поступает на шкалы грубого и точного отсчета скорости.
Рис. 3. Кинематические схемы узлов гидродинамического лага МГЛ-25
а — компенсационной системы (1 — каретка; 2 — компенсационная пружина; 3 — рычаг; 4 — шток; 5 —ось; 6 — скользящий контакт; 7 —коноид);
б — пройденного расстояния (1—ролик; 2 —каретка; 3 — конус)
Профиль коноида рассчитывают так, что его радиус изменяется пропорционально квадрату угла поворота, поэтому шкала скорости лага — линейная.
На рис. 3,б приведена кинематическая схема узла пройденного расстояния, который состоит из фрикционного конуса, вращаемого электродвигателем «Время» со строго постоянной скоростью, каретки с роликом, десятичного счетчика и датчика пройденного расстояния. Ролик, укрепленный в каретке, может перемещаться вдоль образующей фрикционного конуса вращением червячного винта. При стоянке судна ролик находится на вершине конуса и не вращается. При появлении хода и увеличении скорости ролик перемещается к основанию конуса и частота вращения его увеличивается. Таким образом происходит механическое умножение скорости I движения судна и времени II, в результате чего десятичный счетчик, учитывающий частоту вращения фрикционного ролика, покажет пройденное расстояние (III — пройденное расстояние).
В качестве электродвигателей «Скорость» и «Время» применяют двухфазные асинхронные двигатели типа АДП-262. Лаг МГЛ-25М имеет бесконтактное управление электродвигателями на усилительных дросселях.
Для измерения глубины под килем судна применяют навигационные эхолоты, принцип действия которых основан на использовании акустической энергии. В днище судна симметрично диаметральной плоскости на расстоянии 2 м устанавливают источник акустической энергии — вибратор-излучатель (ВИ) и приемник отраженного от дна моря эха — вибратор-приемник (ВП).
Вибратор-излучатель периодически посылает импульс акустической энергии частотой 21 кГц. Ультразвуковые колебания распространяются в воде, достигают грунта, отражаются от него и в виде эха возвращаются к ВП. Измерив промежуток времени I между посылкой и приемом импульса акустической энергии и зная скорость распространения ультразвука C0=1500м/с, можно определить глубину H под килем: H=(C0*t)/2
Эхолот НЭЛ-5, предназначенный для установки на крупнотоннажных судах, измеряет глубины под килем от 1 до 2000 м. Эхолот может работать на самописец либо на указатель глубин. Принцип действия эхолота рассмотрим по электрокинематической схеме рис. 4.
Рис. 4. Принципиальная электро-кинематическая схема эхолота НЭЛ-5
1—усилитель; 2 — реле переключения; 3, 10 — электродвигатели; 4, 11— трансформаторы; 5 — барабан; 6 — контактная линейка; 7 —проволока; 8 — контакт; 9 — выключатель; 12 — неоновая лампочка; 13 — кулачок; 14 — посылочное реле; 15 — конденсатор
При работе эхолота с самописцем I электродвигатель 3 с постоянной частотой вращает барабан, на поверхности которого уложен виток проволоки. За один оборот барабана точка соприкосновения витка прово-локи и контактной линейки совмещается сверху вниз вдоль образующей барабана. В момент, когда точка соприкосновения витка и линейки находится в верхней части (отметка 0), контакт отключает посылочное реле. Контакты реле подключают конденсатор, заряженный до 1500 В, к ВИ. Образуется колебательный контур, и вибратор посылает импульс, ко-торый в виде отраженного от грунта эха принимается вибратором ВП. Принятый импульс усиливается ламповым усилителем и подается на первичную обмотку трансформатора 4. Со вторичной обмотки трансфор-матора импульс поступает на пишущую линейку и прожигает на протягиваемой между барабаном и линейкой электротермической бумаге отметку, положение которой соответствует измеряемой глубине, отметки на бумажной ленте прожигаются с каждым оборотом барабана и сливаются в линию рельефа дна. Глубина определяется по шкале, расположенной над контактной линейкой.
При работе эхолота на указатель глубин II выключателем подают питание на электродвигатель 10 и реле переключения, контакты которого отключают самописец и подключают указатель глубин. Электродвигатель с постоянной частотой вращает планку с неоновой лампочкой и кулачок. В момент прохождения лампой отметки нулевой шкалы кулачок размыкает контакты, управляющие работой посылочного реле. Выход усилителя включен на первичную обмотку вращающегося трансформатора 11, во вторичную обмотку которого включена неоновая лампочка. В момент принятия эхо-импульса лампочка вспыхивает. Отсчет глубин ведется на круглой шкале по светящемуся пятну вспышек лампы.
