Curs NEC 6-11

Navigaie estimat i costier

CURSUL 6 1. DETERMINAREA DIRECIILOR LA BORDUL NAVEI1.1 GENERALITI n principiu, orientarea pe mare presupune determinarea continu i precis a direciei de deplasare a navei, precum i a poziiilor succesive ocupate de nav. Acest lucru nu ar fi posibil fr modelarea la bord a meridianului adevrat al locului (adic direcia Na), care este direcia de referin din planul orizontului adevrat fa de care se realizeaz orientarea. Direcia Na se materializeaz la bordul navei cu ajutorul compasului care poate fi magnetic sau giroscopic, funcie de principiul fizic ce st la baza construciei aparatului. Exist i alte tipuri de compase pentru utilizri speciale cum sunt astrocompasul (sau compasul solar) care se utilizeaz n zonele polare, i compasul giromagnetic, cu utilizri la navele rapide ori la bordul aeronavelor. 1.2. MAGNETISMUL TERESTRU. DECLINAIA MAGNETIC. Se definete magnetismul ca fiind proprietatea anumitor minerale cu coninut de Fe de a atrage mase metalice (Fe, Ni, Co, Cr, etc.); un corp metalic avnd aceast proprietate se numete magnet natural. Oxidul de fier (Fe3O4), cunoscut i sub numele de magnetit, este cel mai cunoscut magnet natural. Magneii artificiali sunt masele metalice cu proprieti magnetice dobndite pe cale artificial (printr-un procedeu industrial oarecare). Magnetizarea nu produce modificri fizice ori chimice materialului fa de care se manifest. Se numete fier tare din punct de vedere magnetic, acel material care, supus aciunii unui cmp magnetic, i pastreaz proprietile magnetice dobndite, o lung perioad de timp; aceti magnei se numesc magnei permaneni. Se definete fierul moale din punct de vedere magnetic, ca fiind materialul care, supus aciunii unui cmp magnetic, nu i pastreaz proprietile magnetice dect pe timpul procesului de magnetizare. Aceti magnei se numesc magnei temporari. Se definesc urmtoarele proprieti fundamentale ale magnetismului: - orice magnet, indiferent de forma pe care o are, are doi poli magnetici: polul nord (sau pozitiv) i polul sud (sau negativ); la bordul navei, magneii utilizai pentru compensarea compasului magnetic sunt piturai dup urmtorul cod: rou jumatatea nordic i albastru cea sudic. Cele dou poriuni polarizate diferit ale unui magnet sunt separate de o zon neutr din punct de vedere magnetic; de asemenea, se definete axa magnetic a unui magnet ca fiind dreapta ce unete cei doi poli magnetici(fig.1a). - dac un magnet se rupe n mai multe buci, fiecare dintre acestea capt proprietile unui magnet; - dac un magnet permanent se apropie cu polul nord de un magnet moale ori de o mas metalic nemagnetizat, atunci aceasta din urm se va magnetiza formnd un pol magnetic sud la captul su expus magnetizrii; - spectrul magnetic se definete ca fiind totalitatea liniilor de cmp magnetice; acestea au forma unor curbe care sunt dispuse n plane diferite i au urmatorul sens convenional: ies din polul nord magnetic i intra n polul sud magnetic; - doi magnei aflai unul fa de celalalt la o distan suficient de mic, vor aciona reciproc astfel: o polii de acelai nume se vor respinge; o polii de nume contrare se vor atrage; Sunt analizate mai jos proprietile directive ale acului magnetic (se nelege prin ac magnetic, un magnet de forma din fig.1b ). Acul magnetic liber suspendat n centrul su de greutate, supus aciunii unui cmp magnetic uniform, se va comporta astfel: - se va orienta pe linia de cmp magnetic care trece prin centrul su de greutate. Dac linia de cmp este curb, atunci acul magnetic se va orienta pe direcia tangent la linia de cmp magnetic ce trece prin centrul su de greutate.Pagina 1


-

polul nord al acului magnetic se va orienta ctre polul sud al magnetului inductor (fig.2).

a) bara magnetic [Fig.1] Proprietile magneilor permaneni

b) ac magnetic

[Fig.2] Aciunea cmpului magneticasupra acului magnetic

S-a notat cu intensitatea cmpului magnetic. Este cunoscut faptul c Pamntul are proprieti magnetice, comportndu-se ca un uria magnet sferic. El are doi poli, o ax magnetic, o linie neutr, linii de cmp. Datorit acestor proprieti, este posibil ca un ac magnetic liber suspendat n centrul su de greutate, plasat la suprafaa sferei terestre ntr-un loc ndeprat de alte mase magnetice, s se orienteze (dup cteva oscilaii) pe o direcie stabil n spaiu. Fora care acioneaz asupra acului magnetic este intensitatea cmpului magnetic terestru. Cercetrile au relevat faptul c poziia polilor magnetici teretri nu coincide cu cea a polilor geografici; astfel, n 1972 coordonatele polilor magnetici erau urmtoarele (Balaban, 1972): - polul nord magnetic LAT = 071 00.0 N ; LON = 096 00.0 W ; - polul sud magnetic LAT = 073 00.0 S ; LON = 156 00.0 E . Observnd coordonatele geografice se constat c un pol magnetic nu se afl la antipodul celuilalt, deci axa polilor magnetici nu trece prin centrul sferei terestre; axa polilor magnetici are o nclinare de aproximativ 11 3/4 fa de axa polilor geografici. n fig.3 sunt evideniate elementele cmpului magnetic terestru precum i modul de orientarePagina 2

H


a unui ac magnetic liber suspendat n centrul su de greutate, plasat la suprafaa sferei terestre. In scopul de a se menine denumirea polilor magnetici n funcie de emisfera geografic n care se afl, s-au stabilit n mod convenional ca n polul nord magnetic terestru s se afle concentrat ntreaga mas magnetic sudic i invers, pentru a nu modifica denumirea polaritii acelor magnetice.Astfel, ca urmare a acestei convenii, acul magnetic se va orienta cu polul sau nordic ctre polul nord magnetic terestru.

[Fig.3] Cmpul magnetic terestru

S-au fcut urmtoarele notaii: - HH' - planul orizontului adevrat al observatorului; - PNm - polul nord magnetic terestru; - PSm - polul sud magnetic; - PN - polul nord geografic; - PS - polul sud geografic; - N - polul magnetic nord al acului magnetic; - S - polul magnetic sud al acului magnetic. Considernd acul magnetic suspendat liber n centrul su de greutate n punctul A la o latitudine oarecare, fr influene magnetice din exterior, se observ c acesta se orienteaz pe direcia tangentei la linia de for a cmpului magnetic terestru ce trece prin punctul considerat, adic se va orienta cu polul su N ctre polul nord magnetic terestru (P Nm). Aceast direcie (NS) face cu planul orizontului adevrat al observatorului (HH') un unghi notat cu ( ) i care se numete nclinaie magnetic. Dac polul nord al acului magnetic (N) se afl sub orizont, atunci se consider pozitiv. Dac se deplaseaz acul magnetic ctre polul nord magnetic, valoarea nclinaiei magnetice crete (punctul B), astfel c n polul nord magnetic aceasta ia valoarea maxim, +90 (punctul C). Dac se deplaseaz acul magnetic ctre sud, valoarea nclinaiei magnetice scade, astfel c pentru poziia D pe ecuatorul magnetic, nclinaia magnetic este nul. Se poate deduce astfel definiia ecuatorului magnetic ca fiind locul geometric al punctelor de pe suprafaa sferei terestre cu nclinaia magnetic egal cu zero. Ecuatorul magnetic este o curb neregulat poziionat n vecinatatea ecuatorului geografic. Curbele de egal nclinaie magnetic se numesc izocline. Prin analogie cu paralelele geografice, izoclinele mai sunt denumite i paralele magnetice, iar nclinaia magnetic se mai numete i latitudine magnetic. n concluzie, nclinaia magnetic este o mrime unghiular ce ia valori de la 000 la 090, pozitiv n emisfera nord magnetic i negativ n emisfera sud magnetic.Pagina 3


Se definesc izodinamele ca fiind locul geometric al punctelor de pe suprafaa sferei terestre cu aceeai valoare a intensitii cmpului magnetic terestru. Este evident c, datorit necoincidenei polilor magnetici cu cei geografici, acul magnetic se va orienta pe direcia polului nord magnetic, numit direcia nord magnetic (Nm), care nu este identic cu direcia Na. Planul determinat de axa polilor magnetici PNm-PSm i punctul navei se numete planul meridianului magnetic. Urma lasat de acest plan pe planul orizontului adevrat, este chiar direcia Nm (fig.4).V

W

WmPlanul orizontului adevrat al observatorului Meridianul adevrat Direcia Na

d

H

Direc ia Nm

Em

E

Z FPlanul meridianului magnetic al observatorului

V

[Fig.4 ] Declinaia magnetic

Se definete declinaia magnetic (d), ca fiind unghiul din planul orizontului adevrat al observatorului, cu vrful n centrul acului magnetic, msurat de la meridianul adevrat ctre meridianul magnetic. Declinaia magnetic ia valori semicirculare, de la 000 la 180 ctre est, i de la 000 la 180 ctre vest. Declinaia magnetic este estic sau pozitiv atunci cnd meridianul magnetic se afl la est de meridianul adevrat, i vestic sau negativ cnd meridianul magnetic se afl la vest de meridianul adevrat. De asemenea, declinaia magnetic se exprim n grade i zecimi de grad. n hri valoarea declinaiei este dat de cele mai multe ori n grade i minute, ns pentru calculele de navigaie este necesar transformarea n grade i zecimi de grad, deoarece, n general, drumurile i relevmentele se exprim n grade i zecimi de grad. Curba de pe suprafaa sferei terestre care unete puncte cu aceeai valoare a declinaiei magnetice se numete izogon. Izogona de declinaie zero se numete agona. La bordul navei, acul magnetic este meninut n permanen n planul orizontului, i ca urmare doar componenta orizontal H poate fi considerat componenta directiv a acului magnetic. Ca urmare a faptului c intensitatea cmpului magnetic terestru este variabila (datorat neomogenitilor structurii interne a Pamntului), rezult c i valoarea declinaiei magnetice difer de la o zon la alta. Mai mult, s-a stabilit pe baza unor msurtori extrem de precise, ca ntr-un punct oarecare al suprafeei terestre, valoarea declinaiei magnetice variaz n timp. Exist variaii zilnice, anuale i seculare ale declinaiei magnetice. n navigaie intereseaz doar variaia anual. Pe harile marine sunt date, sub forma unei roze de declinaie (fig.5) informaii cu privire la : - valoarea declinaiei pentru anul editrii harii (n fig.4,d=1135'W=-1135'=-11 6); - variaia anual a declinaiei; poate fi cresctoare sau descresctoare, i se d ntotdeauna n minute. Informaia este util pentru calculul valorii declinaiei pentru anul n curs (n fig.4, declinaia scade anual 8').Pagina 4


[Fig.4 ] Roza de declinaie magnetic

[Fig.5 ] Relaia dintre drum adevrat i drum magnetic

OBSERVATIE : pe hrile englezeti, sunt utilizai urmtorii termeni: * variation = declinaie magnetic; * increasing = cretere ; * decreasing = descretere . Inscripia de pe roza de declinaie din fig.4 trebuie interpretat astfel: declinaia pentru anul 1959 este d1959 = -1135', scade anual 8' . Pe harile romneti, n interiorul rozei se gsete urmtorul tip de inscripie: "d1987=352'E (4'E) ", care trebuie interpretat astfel "declinaia magnetic n anul 1987 este d1987 = +352',crete anual 4' ". n problemele de navigaie este necesar actualizarea declinaiei magnetice, adic determinarea valorii declinaiei magnetice pentru anul n curs. Pentru aceasta, trebuie reinut ca expresiile: "crete" i "descrete" se refer la valoarea absolut a declinaiei dat n roz. S se actualizeze (deci s se calculeze pentru anul 2007) valoarea declinaiei nscris n fig.4. Actualizarea declinaiei se va face ntotdeauna dup urmtorul tip de calcul : Calculul d2007 d1959 = -1135' var(8*48)= +0624' d2007 = -0511' = -052 Este deci evident faptul c expresia descrete semnific faptul c ncepnd cu 1959 declinaia scade n valoare absolut. Acesta este i motivul pentru care se pune semnul + variaiei (linia a dou a calculului) i nu semnul -, aa cum am fi tentai (dat fiind termenul "descrete anual 8').n concluzie, n faa valorii variaiei se va pune semnul + sau -, astfel nct s fie satisfacut condiia de descretere n valoare absolut. Se definete noiunea de drum magnetic (Dm) ca fiind unghiul din planul orizontului adevrat al observatorului msurat de la direcia nord magnetic (Nm) pn la axul longitudinal al navei (fig.5). Relaia dintre drumul adevrat i drumul magnetic este: Da = Dm + d , relatie algebric (deci declinaia intr n relaie cu semnul su algebric).

Pagina 5


CURSUL 72.1. MAGNETISMUL NAVEI. DEVIAIA MAGNETIC. Consideraiile fcute asupra comportrii acului magnetic n cmpul magnetic terestru au avut ca premiz fundamental lipsa oricrei fore magnetice deviatoare a acestuia. La bordul navei ns, datorit aciunii cmpului magnetic propriu al navei, acul magnetic va fi deviat de la direcia Nm. Cmpul magnetic propriu al navei este cmpul magnetic indus n masele metalice ale navei de ctre cmpul magnetic terestru. Se vor considera urmtoarele ipoteze simplificatoare: - cmpul magnetic terestru este unica for magnetic inductoare la bordul navei; - cmpul magnetic terestru se consider a fi uniform; - din punct de vedere magnetic, masele metalice din structura navei se vor cosidera de dou categorii: mase de fier tare i mase de fier moale; - polul nord al cmpului magnetic indus n masele metalice ale navei (de ctre cmpul magnetic terestru) se va considera n zona n care acioneaz polul nord terestru; de asemenea, acest cmp magnetic indus se considera a fi uniform; Fierul moale (din punct de vedere magnetic) de la bord se magnetizeaz instantaneu sub aciunea cmpului inductor terestru, dar i pierde aceste proprieti la ncetarea aciunii inductive; magnetismul indus n fierul moale de la bord genereaz cmpul magnetic temporar al navei. Vectorul intensitii cmpului magnetic temporar al navei se noteaz cu Pt, i experimental, sa constatat ca depinde de drumul magnetic i de latitudinea (magnetic) la care se navig. Fierul tare (din punct de vedere magnetic) de la bord prezint proprietatea de a se magnetiza ntr-un timp ndelungat (sub aciunea cmpului magnetic terestru) i de a-si pstra proprietile magnetice dobndite o lung perioad de timp. Magnetismul indus n fierul tare de la bord genereaz cmpul magnetic permanent al navei. Fora coercitiv (fora de rezisten la magnetizare) a fierului tare este mult mai mare dect a fierului moale, ceea ce face ca procesul de magnetizare a fierului tare s fie ndelungat, iar proprietile magnetice dobndite de acesta s se menin o lung perioad de timp, sau s devin permanente. Cmpul magnetic permanent se formeaz n perioada de construcie a navei, cnd masele de fier tare sunt meninute timp ndelungat n poziie fix fa de liniile de cmp magnetic terestru. Intensitatea cmpului magnetic permanent depinde de: - orientarea calei pe care a fost construit nava fa de meridianul magnetic (adic Dm); - latitudinea magnetic a locului de construcie; - tehnologia de constructie folosit (sudur, nituire, etc.). Dup armarea navei i intrarea ei n exploatare, se consider c procesul de formare a cmpului magnetic (temporar i permanent) este ncheiat. Vectorul intensitate a cmpului magnetic permanent Pp se consider avnd o direcie fix n nav. Se definete vectorul intensitate a cmpului magnetic al navei P, vectorul sum a vectorilor Pp i Pt : P = Pp + Pt Cu alte cuvinte, definim cmpul magnetic al navei ca fiind suma cmpurilor magnetice permanent i temporar ale navei. n fig.6 este reprezentat poziia acestor vectori fa de sistemul de referin trirectangular OXYZ cu originea n centrul de suspensie al acului magnetic de la bord; planul XOY se confund cu planul orizontului adevrat, iar axa OZ se confund cu verticala punctului O. Se definete vectorul P ca fiind proiecia vectorului intensitate a cmpului magnetic al navei P n planul orizontului adevrat. Cmpul magnetic al navei (reprezentat n planul orizontului adevrat de componenta sa orizontala P') preia caracteristicile celor dou componente, i anume: - are o direcie fix n nav (fa de sistemul de referin OXYZ), indiferent de drumul navei; - are o intensitate variabil, funcie de drumul magnetic i de latitudinea magnetic la care se navig.Pagina 6


[Fig. 6 ] Cmpul magnetic al navei

[Fig.7 ] Direcia Nc

La bordul navei, acul magnetic liber suspendat n centrul su de greutate O se va afla n permanen sub influena adou cmpuri magnetice, materializate de componentele orizontale ale intensitaii lor (fig.7): - cmpul magnetic terestru, prin componenta orizontal a intensitii (notata cu H), care are ca suport direcia Nm; - cmpul magnetic propriu al navei, prin componenta sa orizontal (notata cu P'), cu direcie fix n nav; OBSERVAIE: Sistemul de ace magnetice este astfel dispus la bord, nct s se menin permanent n planul orizontului adevrat. Acesta este motivul pentru care se iau n considerare doar componentele orizontale ale celor dou intensiti. Ca urmare a aciunii simultane a componentei orizontale a cmpului magnetic terestru H i a componentei orizontale a cmpului magnetic al navei P', acul magnetic montat la bordul navei se va orienta pe direcia vectorului rezultant al celor doi vectori, notat cu H' (fig 7) i numit fora directiv a acului magnetic. Planul vertical determinat de suportul vectorului for directiv a acului magnetic se numete planul meridianului compas; acest plan determin pe planul orizontului o dreapt numit meridian compas. Semidreapta nordic a meridianului compas se numete direcia nord compas i se noteaz cu Nc. Drumul compas (Dc) al navei este unghiul din planul orizontului adevrat, msurat de la direcia Nc la axul longitudinal al navei. Drumul compas se exprim, de regul, n sistem circular, deci ia valori de la 000 la 360 n sens retrograd. Se definete deviaia magnetic ( c) ca fiind unghiul din planul orizontului adevrat, msurat de la direcia Nm la direcia Nc (fig.7). Se exprim semicircular, lund valori de la 000 la 180 ctre est (si va primi semnul algebric +), sau de la 000 la 180 ctre vest, (i va primi semnul algebric -). n fig.7, direcia Nc se gsete la est fa de direcia Nm, ca urmare este estic i va primi semnul +. Deviaia magnetic se exprim la precizie de zecime de grad. Ca urmare a faptului ca suportul vectorului P' este fix n raport cu nava, rezult c valoarea deviaiei magnetice variaz cu drumul magnetic (respectiv compas) al navei. n fig.8 este reprezentat modul de variaie al deviaiei magnetice funcie de 4 drumuri, corespunzatoare celor 4 cadrane de orizont: La bordul navei, influena deviatoare a cmpului magnetic al navei este important, astfel c deviaia compas ( c) poate lua valori foarte mari. Operaiunea de reducere a deviaiei se numete compensare.

Pagina 7


[Fig.8 ] Variaia deviaiei magnetice funcie de drumul magnetic/compas al navei

Ca mijloace de compensare, la bordul navei se utilizeaz magnei permaneni pentru compensarea forei deviatoare a cmpului magnetic permanent i corectori din fier moale pentru compensarea forelor deviatoare produse de aciunea cmpului magnetic temporar. Magneii permaneni i corectorii de fier moale folosii pentru compensarea compasului magnetic se dispun astfel fa de roza compasului, nct s genereze, n diferite drumuri ale navei, cmpuri magnetice egale i de sens contrar cu cmpurile magnetice ale navei. Deviaiile magnetice rmase n urma compensrii se determin experimental la bordul navei prin metode costiere, astronomice sau prin compararea drumurilor indicate de compasul giroscopic i compasul magnetic (pentru aceeai orientare a axului longitudinal al navei). Deviaiile astfel determinate se nregistreaz n tabela de deviaii, care este un tabel ce contine pe prima coloana valorile de drum magnetic sau drum compas din 10 n 10, iar pe a doua coloan valorile deviaiei magnetice corespunztoare acestor drumuri. Tabela de deviaie se ntocmete de regul n cadrul probelor de mare (sau ori de cte ori este nevoie), i se afieaz n camera hrilor. La navele comerciale ce transport minereuri ori materiale feroase, se ntocmesc dou tabele de deviaie, pentru fiecare stare de ncrcare n parte. Pentru exemplificare, se da mai jos o tabela de deviaii magnetice, continnd valori fictive, avnd doar utilitate didactica, i care va fi utilizat n rezolvarea viitoarelor aplicatii de navigaie: Tabela de deviaii magnetice Dc/Dm Dc/Dm c c 10 +2.3 190 -1.7 20 +1.3 200 -0.7 30 +1.0 210 +0.3 40 +0.5 220 +1.3 50 0.0 230 +2.7 60 -0.7 240 +3.5 70 -1.5 250 +4.0 80 -2.0 260 +4.3 90 -2.7 270 +4.5 100 -3.3 280 +4.5 110 -3.7 290 +4.3 120 -4.0 300 +4.0 130 -4.3 310 +3.7 140 -4.0 320 +3.5 150 -3.7 330 +3.0 160 -3.3 340 +2.7 170 -2.5 350 +2.5 180 -1.7 360 +2.3Pagina 8


Tabelele de deviaii magnetice se ntocmesc la bord pentru fiecare compas magnetic n parte. Alturi de tabela de deviaii, n camera hrilor se afieaz i diagrama deviaiilor compas funcie de drumul magnetic/compas. n fig. 9 este reprezentat aceast diagrama ridicat pentru valorile coninute n tabela de deviaii de mai sus.

[ fig. 37 ] . Variaia armonic a deviaiei funcie de Dm/Dc[Fig 9] Diagrama de deviaii magnetice

Deviaia magnetic are o variaie armonic i este exprimat de ecuaia: c = A + B sin Dc + Ccos Dc + D sin 2 Dc + E cos 2 Dc denumit ecuaia aproximativ a deviaiei sau ecuaia lui Smith. Este denumit ecuaia aproximativ a deviaiei" deoarece se verific numai la deviaii magnetice mici, nedepind valoarea de 20; ecuaia exact a deviaiei" este o expresie complex, care nu are valoare aplicativ la compasurile compensate. Ecuaia lui Smith satisface cerinele calculrii deviaiilor la bord, deoarece n mod normal la un compas magnetic valoarea acestora nu depete 5 La navele de transport maritim, deviaiile magnetice pot prezenta variaii fa de cele determinate n cadrul probelor de mare, n urmtoarele situaii: - la traversade oceanice, cnd se menine timp ndelungat acelai drum; - la schimbarea semnificativ a poziiei anumitor mase metalice de la bord (gruie, bigi) sau la ambarcarea de mase metalice; - la variaii mari de temperatur suferite de corpul navei (sudur, ndreptare la cald, etc.); - cnd nava staioneaz timp ndelungat n aceeai direcie (la cheu, pentru operaiuni de ncrcare sau descrcare, pe doc etc.); - la schimbarea poziiei maselor de fier de la bord (bigi, gruie etc), fa de cea avut la determinarea deviaiilor. De aceea, pe timpul determinrii deviaiilor toate masele de fier trebuie s fie puse la postul de mare", poziii care trebuie meninute i pe timpul navigaiei; - utilizarea de macarale electromagnetice la ncrcarea sau descrcarea navei. Pe timpul unor asemenea operaiuni se impune scoaterea cutiei compasurilor de la bord i pstrarea la uscat, pentru protejarea sistemului magnetic al rozelor i a dispozitivelor de suspensie a rozei; - cnd corpul navei este supus la vibraii puternice: la andocarea navei , cnd se execut operaiuni de ciocnire, nituire, rachetare etc.; cnd au loc explozii la bord; la euri pe fund de natur dur etc.; Ca urmare, se impune, ca pe timpul navigaiei, s se execute, ori de cte ori este posibil, controlul deviaiei magnetice printr-un procedeu oarecare (costier, astronomic, etc.);

Pagina 9


CURSUL 82.2. COMPASUL MAGNETIC 2.2.1. DESCRIEREA COMPASULUI MAGNETIC Destinaia compasului magnetic este de a materializa la bordul navei direcia nord compas. n principiu, prile componente ale oricrui compas magnetic sunt (fig.38) : - cutia compasului cu sistemul cardanic (1) ; - postamentul compasului (2) ; - dispozitivul de compensare a deviaiei compas (B,C,D,J); - habitaclul; - instalaia de iluminare

[Fig 10a ] Compasul magnetic, pari componente

[Fig 10b ] Cutia compasului magnetic

Cutia compasului (fig.10) se sprijin pe dou puncte (15) de pe cercul cardanic, astfel c se poate roti n planul longitudinal al navei; la rndul su, cercul cardanic se sprijin n dou puncte pe postamentul compasului, astfel c ntregul ansamblu cutie-cerc cardanic poate executa o rotaie n planul transversal al navei. Acest sistem cardanic permite deci cutiei compasului s execute micri att n plan transversal ct i n plan longitudinal, micri ce au rol de compensare a ruliului i tangajului navei. Elementul sensibil (adic elementul care se orienteaz efectiv pe direcia Nc) este sistemul de ace magnetice (1). Aceste ace magnetice, de forma cilindric i ntotdeauna n numr par, sunt sudate pe roza compasului (3), care este un disc din material amagnetic, gradat de la 000 la 360, i pe care se citesc Dc i Rc. De roz (3) este sudat un flotor (2), care are rol de a reduce fora de apsare a sistemului ace magnetice-roz pe pivotul (5). Pivotul sprijin sistemul roz-ace magnetice pe o piesa numit ceculi (4). La compasele magnetice moderne, cutia compasului este plin cu un lichid cu compoziia: 43% alcool + 57% ap distilat, cu rol de amortizare a oscilaiilor rozei, provocate de ruliu i tangaj, precum i de reducere a friciunii rozei (3) pe pivotul (5), (datorita forei de mpingere hidrostatic exercitat de lichid asupra flotorului (2)). Aceste compase magnetice se numesc compase umede. Exist i compase magnetice care nu utilizeaz lichid de susinere n cutia compasului, numite compase uscate. Cutia compasului este format din dou compartimente A i B, lichidul comunicnd ntre ele prin orificiile practicate n peretele separator (7); n camera superioar A se gsesc, n afara ansamblului roza-flotor-sistem de ace magnetice, dou fire reticulare (8) dispuse ntr-un plan paralel cu planul longitudinal al navei, iar dreapta determinat de cele dou fire se numete linie de credin. n dreptul firului reticular dinspre prova al liniei de credin, se citeste, pe roz, valoarea drumului compas. Este preferabil ca linia de credin s se gseasc chiar n planul longitudinal al navei, pentruPagina 10


ca influenele deviatoare s fie simetrice. De regul, la bordul navelor aceast condiie este satisfcut, compasele magnetice fiind montate chiar n planul longitudinal. Camera inferioar B, are peretele inferior (9) construit dintr-o membran elastic. Acesta are rolul de a ceda la dilatarea lichidului de suspensie, i apoi de a reveni la contracia acestuia, evitnd n acest mod formarea bulelor de aer n lichid. Calota inferioar (10) a camerei inferioare este prevazut cu o greutate (11) i un bec (12). Greutatea asigur stabilitatea la ruliu i tangaj a cutiei compasului, iar becul asigur iluminarea feei inferioare a rozei. La partea superioar, cutia se nchide ermetic cu un geam (13), fixat pe cutie cu un cerc azimutal (14), gradat pe faa exterioar de la 000 la 360 din grad n grad, i care servete la msurarea relevmentelor prova, cu ajutorul unei alidade montate pe acesta. Roza compasului, mpreun cu sistemul de ace magnetice formeaz elementul sensibil al compasului magnetic, i este format din (fig.11): - discul sau roza propriu-zis (1), gradat n sistem circular, de la 0000 la 360, pe care se fac citirile de drum compas; este confecionat din material amagnetic; - flotorul (2), prevzut n partea inferioar cu o scobitur de form conic numit ceculi (4, fig.10b); n vrful conului se afla montata o piatra dur, bine slefuit pe care se sprijin pivotul (5, fig.10b) cutiei compasului ;

[Fig.11 ] Roza, flotorul i sistemul de ace magnetice

sistemul de ace magnetice (3), format ntotdeauna dintr-un numr par de ace magnetice dispuse paralel; axa longitudinal de simetrie a sistemului de ace magnetice al rozei, se orienteaz n permanen n meridianul compas ce trece prin centrul rozei Trebuie precizat c sistemul de ace magnetice se monteaz ntotdeauna la partea inferioar a flotorului, pentru a cobor centrul de greutate al sistemului roz-ace magnetice, i deci pentru a mentine roza n planul orizontului adevrat; de asemenea, trebuie cunoscut c volumul flotorului este calculat de aa manier, nct roza compasului cu flotorul i acele magnetice s se menin n plutire cu o flotabilitate uor negativa, exercitnd o anumit presiune asupra pivotului. Postamentul compasului (2, fig.10a) este construit dintr-un material amagnetic; partea superioar a postamentului se numete guler i de el se monteaz, prin sistemul cardanic, cutia compasului. Dispozitivul de compensare (B,C,D i J, fig.10a) este format din: - magnei permaneni longitudinali, numii magnei B, (3, fig.10a); - magnei permaneni transversali, numii magnei C. - corectorul de band (J) este un magnet vertical, iar distana lui fa de roz se regleaz cu ajutorul unui lanior amagnetic. Aciunea corectorului de band asupra rozei n vederea compensrii este funcie de distana acestuia faa de roz, i de orientarea polului su nord. Astfel, n emisfera nordic, corectorul de band se va orienta cu polul su nord n sus, iar la trecerea n emisfera sudic, corectorul de band se va orienta cu polul sud n sus. - corectorii de fier moale (D).Pagina 11

-


La bordul navelor, indiferent de tipul lor, sunt instalate compase magnetice etalon i de drum. Compasul etalon este montat pe puntea etalon, n planul diametral al navei. n aceasta pozitie, compasul etalon este ferit de influene deviatoare puternice, i, n plus, ofer posibilitatea msurarii relevmentelor compas sau prova. Compasul magnetic de drum este montat n timonerie, n prova timonierului, i constituie, alturi de repetitorul de drum al girocompasului, instrumentul dup care se face guvernarea navei. Deoarece instalarea compasului de drum implic restricii n amenajarea timoneriei precum i dificulti la compensare, s-au realizat compase cu reflexie. Toate navele moderne sunt utilate cu compase cu reflexie (reflector compass), fig.12. Compasul magnetic cu reflexie reprezint o adaptare ergonomic a compasului etalon pentru o dubl funcie: de compas etalon i de compas de drum. Pentru receptarea imaginii rozei compasului de ctre timonier n timonerie, aceasta este gradat pe ambele fee; tubul telescopic (1) trece prin puntea etalon i este plasat astfel nct partea sa inferioar, prevazut cu o oglind reglabil (2) s fie observat de la timon. Recepionarea unei imagini clare a rozei n timonerie este asigurat de un sistem de lentile montate n tubul telescopic. Habitaclul este capacul de protecie al compasului (3, fig.12), i este confecionat din material amagnetic. Sistemul de iluminare asigur citirea indicatiilor de drum i a valorilor de relevment pe timp de noapte.

[Fig.12 ] Compasul magnetic cu reflexie.

Pagina 12

CURSUL 92.2.2. UTILIZAREA COMPASULUI LA BORD Proprietatea rozei compasului magnetic de a se menine orientat permanent n planul orizontului adevrat pe direcia nord compas, permite utilizarea compasului magnetic pentru materializarea unei direcii de referin la bordul navei. Gradaia 0000 de pe roza compasului magnetic materializeaz direcia Nc, n timp ce linia de credin LL' materializeaz axul longitudinal al navei. Oricum ar gira nava, linia 000 0-1800 (adic linia N-S) va rmne tot timpul fixa n orizont. Timonierul, pentru a mentine un anumit drum (ordonat de ofiterul de cart), trebuie s vin la stnga sau la dreapta, astfel nct linia de credin prova (L) s se menin permanent n dreptul gradaiei corespunztoare de pe roz. Se definete drumul compas al navei, ca fiind unghiul din Planul Orizontului Adevrat al Observatorului msurat de la direcia Nc pn la axul prova al navei (fig.13). Ia valori de la 0000 pn la 360, i se masoar n sens retrograd. Un parametru important n aprecierea preciziei de reprezentare a drumului compas, l reprezint sensibilitatea rozei compasului, care este unghiul minim (e) de abatere a rozei de la direcia meridianului compas, la care momentul directiv mai este capabil s o readuc n meridianul compas. La unghiuri de rotire a rozei mai mici dect e, momentul directiv devine att de mic, nct este anulat de frecarea rozei de pivot.

[Fig.13 ] Drum compas. Relevment compas. Relevment prova.

La bordul navelor maritime, drumul compas se tine la precizie de 000.5, valoare care reprezint sensibilitatea rozei compasului magnetic. Aceeai precizie de msurare o au i relevmentele compas msurate la compasul magnetic. Pentru micorarea valorii sensibilitii rozei, deci pentru ridicarea preciziei de indicare a compasului, se impune ca : - lungimea acelor magnetice s fie suficient de mare (astfel ca valoarea momentului magnetic s fie mare); - frecarea rozei pe pivot s fie mic; n condiii de ruliu pronunat, componenta vertical R a cmpului magnetic permanent al navei (fig.14), care pe asiet dreapt nu produce nici un efect deviator, determin prin componenta sa orizontal (Ri = Rsin i), o deviaie a rozei compasului faa de direcia Nc, numit deviaie de band. Aceasta deviaie se manifest cnd marea este rea, printr-o oscilaie (instabilitate) pronunat a rozei n plan orizontal, dei nava este stabil pe drum. Valoarea deviaiei de band se poate calcula funcie de Dm i i (unghi de band) sau se poate compensa practic, de ctre ofierul cu navigaia, n timpul marului. Aceast operaiune se execut cu

ajutorul magnetului corector de banda (J). Ofierul cu navigaia trebuie s in permanent cont de faptul c odat cu schimbarea semnificativ a latitudinii magnetice, compensarea executat de specialiti nu mai este valabil; acest fapt determin mrirea valorii deviaiei de band. n consecin, pe mare rea, roza compasului nu mai este stabil pe direcia Nc, iar ofierul de cart nu mai poate citi drumul compas al navei, dei nava este stabil pe drum. Algoritmul corectrii aproximative a erorii de band pe timpul marului este urmtorul: - corectorul de band (J), aa cum s-a mai precizat, trebuie s fie plasat cu polul sau N n sus n emisfera nordic i invers, cu polul sau S n sus n emisfera sudic; deci prima operaiune a ofiterului cu navigaia atunci cnd constat instabilitate pronunat a rozei pe mare rea, este s verifice poziia corectorului (J) n pontilul compasului; - se ia un drum ct mai apropiat de 0000 sau 1800 cu o aliura faa de val astfel ca unghiurile de ruliu i tangaj s fie maxime;

[Fig.14 ] Deviaia de band

3) se deplaseaz corectorul de banda (J) n sus sau n jos astfel ca instabilitatea rozei s scad; se fixeaz corectorul pe poziia corespunztoare celei mai mari stabilitati a rozei. Trebuie avut n vedere ca magnetul corector de banda s nu se apropie la mai puin de 60 cm de cutia compasului. Acolo unde este nevoie, se poate folosi un corector mai puternic ori mai muli corectori de band. Relevmentul compas (fig.13) se definete ca fiind unghiul din planul orizontului adevrat msurat de la direcia nord compas pn la direcia de vizare la un reper.

-

[Fig.15 ] Alidada simpl

Relevmentul compas se masoara la bord cu ajutorul alidadei simple (fig.44) montate pe cercul azimutal al cutiei compasului. Pentru msurarea relevmentelor compas se orienteaz alidada pe direcia reperului astfel nct acesta s se vad prin cresttura ocularului (1), pe firul reticular (2). Simultan cu orientarea alidadei se citete valoarea Rc la prisma (3). Relevmentul prova se va citi direct la cercul azimutal prin decuparea (4).

2.3. CORECIA TOTAL A COMPASULUI MAGNETIC. CONVERTIRI COMPAS S-a vzut c pentru orientarea pe mare se opereaz cu noiunile de drum adevrat i relevment adevrat; n plus, ca urmare a faptului c pe hrile marine sunt trasate meridiane adevrate (direcii nord adevrat), se impune ca valorile de drum i relevment msurate la compasul magnetic (Dc, Rc) s se converteasc n valori adevrate (Da, Ra). Aceste valori se vor trasa ulterior pe hart. n practica navigaiei se poate ivi situaia invers, n care ofiterul de cart determin pe hart drumul adevrat ce urmeaz a fi urmat de nav i trebuie s comande timonierului valoarea drumului compas corespunztor; pentru aceasta trebuie operat transformarea (convertirea) Da n Dc. Se numete convertire compas operaiunea de transformare a valorilor de Dc i Rc (citite la compasul magnetic) n valori de Da i Ra, ori invers, de transformare a valorilor de Da i Ra (scoase din hart) n valori de Dc i respectiv Rc. n fig.16 este reprezentat roza compasului magnetic al unei nave; cu L s-a notat axul longitudinal al navei deci linia de credin prova (la care se citesc valorile de Dc). Este evident c prin punctul navei (O) trec cele trei meridiane ale cror semnificatii se cunosc: direcia Na, direcia Nm i direcia Nc. Sunt de asemenea cunoscute semnificaiile noiunilor de declinaie magnetic (d) i de deviaie magnetic ( c); Se definete corecia total a compasului magnetic (C) ca fiind unghiul din planul orizontului adevrat msurat de la direcia Na pn la direcia Nc. Corecia total a compasului ia valori semicirculare de la 0000 la 1800 ctre est, i va primi semnul algebric + (cnd direcia Nc se afl la est fa de direcia Na), sau de la 000 la 180 ctre vest, i va primi semnul algebric - (cnd direcia Nc se gsete la vest fa de direcia Na). Corecia total a compasului (C) se mai poate defini ca fiind suma algebric a declinaiei magnetice (d) i a deviaiei compas ( c):

C = d + cn aceast relaie, att d, ct i c, intr cu semnul lor algebric. Corecia total a compasului se exprim la precizie de zecime de grad (000.1). Drumul navei, ca i relevmentul, iau numele meridianului (direciei) de la care se masoar, astfel (fig.16): - drum adevrat Da ( NaOL) ; - drum magnetic Dm ( NmOL) ; - drum compas Dc ( NcOL) ; - relevment adevrat Ra ( NaOF) ; - relevment magnetic Rm ( NmOF) ; - relevment compas Rc ( NcOF) . Relaiile de convertire compas a drumurilor i relevmentelor sunt: (21) Da = Dm + d ;............. Dm = Dc + c ;.............. Da = Dc + d + c ;............ Da = Dc + C ;........... Ra = Rm + d ;.......... Rm = Rc + c ;........... Ra = Rc + d + c ;.......... Ra = Rc + C ;......... Dm = Da - d ; Dc = Dm - c Dc = Da - d - c ; Dc = Da - C ; Rm = Ra - d ; Rc = Rm - c ; Rc = Ra - d - c ; Rc = Ra - C ; ;

(22)

[Fig.16 ] Convertiri compas

De asemenea trebuie fcut precizarea c n calcule se va opera cu Dc la precizie de 000. 1 , avnd n vedere c valoarea ce se comand timonierului s fie ns rotunjit la 000.5, ca urmare a faptului c sensibilitatea compasului magnetic este de 0005. Exemplu: La data de 01/01/1996, nava "N" navig n Dc=161.0; pe hart, cea mai apropiat roz indic d1985 =00112'W, crete anual 8'. s se calculeze Da. Rezolvare: (fig.17) 1) Calculul d2007 d1985 =-00112 var(22 8)=-00256 d2007 =-00408 =-004.1 2) Calculul Da Dc=161.0 + c=-003.2 Dm=157.8 +d=-004.1 Da=153.7

[Fig. 17]

CURSUL 103. DETERMINAREA DIRECIILOR LA BORD CU COMPASUL GIROSCOPIC. Compasul giroscopic (se mai numete girocompas sau compas giro) este un aparat (echipament) de navigaie, a crui destinaie este de a materializa la bordul navei direcia nord adevrat (Na) a punctului n care se gsete nava, fr de care, aa cum s-a precizat, orientarea pe mare nu ar fi posibil. 3.1. PROPRIETILE GIROSCOPULUI LIBER. Ca i n cazul compasului magnetic, compasul giroscopic posed un element sensibil, adic un element component care se orienteaz permanent i stabil pe direcia Na. Elementul sensibil la compasul magnetic este roza cu sistemul de ace magnetice, iar la girocompas este un dispozitiv numit giroscop. Giroscopul este compus din: (fig.18) tor giroscopic (1), corp metalic masiv, avnd masa uniform repartizat (prin centrare), capabil n acest mod s execute o micare de rotaie n jurul axei sale de rotaie (xx'), numit i axa principal, cu vitez extrem de mare (de ordinul zecilor de mii de rot/min); frecarea n lagre, la viteza de rotaie a torului este mic, practic neglijabil; sistem cardanic, compus din cercul cardanic orizontal (2), care se poate roti n jurul axei yy' i cercul cardanic vertical (3), orientabil n jurul axei zz'.

[Fig.18] Giroscopul cu trei grade de libertate Sistemul cardanic permite torului giroscopic s execute urmtoarele micri de rotaie: o rotaie proprie, cu viteza unghiular , n jurul axei principale xx'; o rotaie n jurul axei yy' , permitnd giroscopului s se orienteze n raport cu planul orizontului adevrat; o rotaie n jurul axei zz' care permite giroscopului s se orienteze n raport cu planul meridianului adevrat. Evident, giroscopul este prevzut cu un motor de antrenare a torului. Un asemenea giroscop, a crui axa principal xx' poate lua orice poziie n spaiu se numete giroscop liber sau giroscop cu trei grade de libertate. Proprietile fundamentale ale giroscopului liber sunt: INERIA, este proprietatea giroscopului liber de a-i menine, n timp, axa de rotaie xx' paralel cu ea nsi, fix fa de un reper independent de micrile Pamntului (de exemplu o stea). Aceasta nseamn c dac n momentul pornirii giroscopului, axa s principal ar fi orientat ctre o stea, atunci, n timp, axa xx' va urmri n permanen steaua respectiv n micarea s aparenta pe sfera cereasca. Ca urmare, datorita proprietii de inerie, axa principal a giroscopului

va executa, n timp, o micare aparent de ridicare i apoi de coborre fa de planul orizontului adevrat. n concluzie, giroscopul liber nu poate fi utilizat pentru a materializa direcia Na, deoarece axa xx nu este stabil n orizont. PRECESIA este proprietatea giroscopului liber de a executa o micare a axei sale principale xx' ntr-un plan perpendicular pe planul de aciune al unei fore exterioare F (fig.19). Precesia se manifest numai cnd torul giroscopic este la turaia nominal, i doar dac fora exterioara F este constant i suficient de mare; precesia nu se manifest la ocuri ori la fore al cror modul este mic. Pentru analiza precesiei giroscopice, este necesar definirea urmtoarelor noiuni: Polul giroscopului (Pg) este un punct de pe axa xx' din care sensul de rotaie al torului se percepe n sens direct; altfel spus, din Pg se vede ntotdeauna vrful vectorului . Considernd torul staionar ( =0), se definete polul (Pf) al forei exterioare (F) care actioneaz asupra axei xx' ca fiind punctul de pe axa n jurul creia tinde s se roteasca giroscopul ca efect al aciunii forei, punct din care aceasta rotaie forata se vede n sens direct (n sensul invers sensului de micare a acelor ceasornicului). Viteza unghiulara de precesie ( p) este vectorul cu originea n centrul de greutate al giroscopului, avnd suportul perpendicular pe planul miscarii de precesie i sensul dat de regula burghiului drept, aplicata miscarii de precesie. Fie giroscopul din fig.19, al crui tor executa o micare de rotaie n jurul axei principale xx' la turatia nominala, cu viteza unghiulara ; asupra axei xx' actioneaza fora exterioara F. Ca efect, axa xx' va executa o rotaie n planul xOy (perpendicular pe planul de actiune al forei), ntr-un astfel de sens, nct polul giroscopului (Pg) tinde s se suprapun peste polul forei exterioare (Pf). Aceasta reprezint regula polilor de stabilire a sensului micrii de precesie.

[Fig.19 ] Precesia giroscopic

Conform acestei reguli, vectorul p va avea suportul perpendicular pe planul miscarii de precesie cu sensul dat de regula burghiului drept. OBSERVAIE : Facnd conexiune cu cele studiate la cap.I se poate afirma c Pamntul se comport ca un imens giroscop, posednd proprietile acestuia. Astfel, Pamntul i menine, pentru aceast epoc, axa principal de rotaie (axa polar) aproximativ paralel cu ea nsasi, i orientat ctre un reper fix, Steaua Polar. 3.2. PRINCIPIUL COMPASULUI GIROSCOPIC S-a vzut c principalul neajuns al giroscopului liber este acela c, sub aciunea ineriei, axa sa principal nu se menine fix n orizont pe direcia Na, ci i modific permanent poziia fa de aceasta. Exploatnd ns i cea de-a doua proprietate a giroscopului liber, i anume precesia, s-a putut realiza un dispozitiv care s menin axa xx' permanent n orizont, orientata pe direcia Na.

Principial, aceasta se realizeaz prin crearea unei micri de precesie, care s se opun tendintei pe care o are axa xx' de a iei din orizont ca urmare a proprietii de inerie. Micarea de precesie se realizeaza prin coborrea centrului de greutate al giroscopului; practic, se ataseaz o greutate pe verticala centrului de greutate O al giroscopului, fora de greutate comportndu-se ca fora exterioar i crend efect de precesie. Aceast micare de precesie aduce axa xx' a giroscopului permanent pe direcia Na. Prin ataarea greutatii la partea inferioara a giroscopului, se limiteaza un grad de libertate al giroscopului, astfel c acesta mai este n msur s execute doar o micare de rotaie n jurul axei principale i o micare de rotaie n jurul verticalei locului. Acest efect se poate obine i prin ataarea la partea inferioara a unor vase comunicante cu mercur, ori prin montarea la partea inferioara a giroscopului a unei bobine, care va atrage giroscopul pe direcia verticalei acestuia, n jos, obtinndu-se acelasi efect. Rezult ca la un giroscop cu un grad de libertate limitat n orizont, axa principala tinde s vina n permanen pe direcia Na, sub efectul ineriei i al precesiei forate. Mai mult, sub efectul precesiei, axa xx' va reveni n poziia iniial, depasind aceasta pozitie; n continuare, sub influenta ineriei, axa xx' revine i depaseste din nou, n sens opus, meridianul locului. Procesul se va relua, astfel ca axa principala a giroscopului va descrie continuu o elipsa n jurul direciei Na. Oscilaiile axei xx' n jurul meridianului adevrat (direciei Na) se numesc oscilatii neamortizate. Dispozitivul de amortizare a oscilaiilor giroscopice are la baza principiul vaselor comunicante (fig.20). La partea superioara a giroscopului, n planul xOz, se monteaza dou vase comunicante A' i B', continnd ulei. In pozitie de echilibru hidrostatic, nivelul de ulei se ridica la jumatatea nlimii celor dou vase. De asemenea, tubul inferior de comunicaie a uleiului este prevzut cu robinetul (F) de reglaj a vitezei de circulaie a lichidului, funcie de vscozitatea lui. La partea superioara este montat tubul de comunicaie a aerului. Viteza de circulaie a uleiului se regleaz astfel nct perioada de trecere a uleiului dintr-un bazin n altul s fie egal cu 1/4 din perioada oscilaiilor neamortizate. Valoarea optim a acestei perioade se determin cu precizie n laborator. Proporia dintre cele dou perioade face ca atunci cnd axa xx se gsete n orizont, diferena nivelului uleiului n cele dou vase s fie maxim, i invers, cnd axa xx se gsete la unghi maxim fat de orizont, atunci nivelul uleiului n cele dou vase s fie acelai.

[Fig.20] Principiul vaselor comunicante

[Fig.21]Elipsa oscilatiilor neamortizate

[Fig.22] Spirala oscilatiilor amortizate

Dezechilibrul creat astfel, este sursa unei micri de precesie suplimentar, ce actioneaz n

sensul reducerii amplitudinii oscilatiilor. Procesul este convergent, astfel ca axa xx' va executa n jurul direciei Na o spiral. Dup 3-4 oscilatii (timp de cca. 3-4 ore), axa xx' se va stabiliza n orizont, pe direcia Na (fig.22). Un astfel de giroscop, mpreun cu instalaiile i dispozitivele aferente, ale crui oscilaii au fost amortizate, se numete GIROCOMPAS. 3.3. GIROCOMPASUL. COMPUNERE i FUNCTIONARE Indiferent de firma constructoare, blocurile componente ale unui girocompas sunt, de regul, aceleasi. n fig.23 este data schema bloc general de funcionare a unui girocompas.

[Fig.23 ] Schema bloc generala a girocompasului

GIROSFERA este o sfera din cupru acoperita cu grafit (fig.24), alcatuit din dou calote polare (1,2) i o banda ecuatorial (3) gradat n grade; calotele i band ecuatorial au rol de electrozi de alimentare cu energie electric. De asemenea, banda ecuatorial este prevazut cu o zona ntrerupt (4), avnd un rol special n funcionarea sistemului de urmrire. n interiorul girosferei (fig.25), funcie de modelul constructiv al girocompasului, se pot gsi unul, dou sau trei giroscoape; astfel, exist girocompase monogiroscopice (a cror girosfera conine un singur giroscop), bigiroscopice (dou giroscoape), i respectiv trigiroscopice (trei giroscoape). n fig.25 este reprezentat interiorul unei girosfere a unui girocompas bigiroscopic; se remarc cele dou giroscoape (1,2) i sistemul de prghii (3). n cazul n care girosfera este monogiroscopica, axa xx' a girosferei se confund cu axa xx' a giroscopului, astfel ca direcia Na (4 n fig.25) este materializat de axa xx' a giroscopului. n cazul girocompaselor bigiroscopice, axa xx' a girosferei este materializata de bisectoarea axelor xx' ale celor dou giroscoape; rezult ca dup amortizarea oscilatiilor, girosfera se va stabiliza cu axa xx' (definita anterior) pe direcia Na. Girosfera este umpluta cu hidrogen, pentru a prentmpina oxidarea elementelor componente. De asemenea, n afara elementelor schiate n fig.54, n interiorul girosferei se mai gsec tancurile i racordurile sistemului de amortizare a oscilatiilor, precum i sistemul de coborre a centrului de greutate (care poate fi materializat printr-o greutate, printr-o bobina electromagnetic sau printr-un sistem de tancuri cu mercur) Exista girocompase umede (la care girosfera pluteste ntr-un lichid de suspensie, cu compoziia: 12 litri apa distilata, 2.5 litri glicerina, i 11g acid salicilic. Lichidul de suspensie are rol de sustinere in stare independent (fara legaturi mecanice), in echilibru hidrostatic, a girosferei. In stare activa, girosfera are o usoara flotabilitate negativ, adic se afla scufundat complet n lichidul de suspensie, avnd o greutate aparenta de doar 30g. De asemenea, lichidul de suspensie asigur alimentarea cu energie electric (120V, 330Hz) a motoarelor giroscopice ce antreneaza torurile giroscoapelor din interior. Suspensia girosferei n lichid asigura o orientare rapid, fr frecri. La alte tipuri de girocompase, girosfera este "uscat", suspensia fiind asigurat printr-un sistem cardanic, iar alimentarea cu energie prin legaturi electrice. Torurile giroscoapelor sunt antrenate de cte un motor electric asincron de curent alternativ trifazic.

[Fig. 24]

Girosfera

[Fig.25]

SURSA DE ALIMENTARE este reeaua bordului, iar curentul de alimentare are tensiune mica (110V) i frecventa mare (n jur de 300 Hz). SISTEMUL DE URMRIRE este compus n principiu din: -sfera de urmrire; -motorul de urmrire. Sfera de urmrire (fig.55), conine n interior girosfera, i are urmtoarele funcii: -centrarea girosferei n interiorul sau; -urmrirea girosferei. Funcia de centrare se realizeaz cu ajutorul unor bobine dispuse astfel nct s creeze un cmp radial, care s menin girosfera la o anumit distan fa de sfera de urmrire, n interiorul acesteia. Se poate discuta de funcia de centrare doar la girocompasele umede, deoarece la cele uscate girosfera este montata rigid n sistemul cardanic. Funcia de urmrire a girosferei const n determinarea unghiului de defazaj dintre axul longitudinal al navei i axa xx' a girosferei (adic direcia Na) la orice schimbare de drum a navei. Aceasta se realizeaz cu ajutorul electrodului (3) montat n zona ecuatorial (4) a sferei de urmrire (fig.26). Cnd nava este stabil pe drum, electrodul sferei de urmrire se gsete plasat n dreptul zonei ntrerupte a benzii ecuatoriale a girosferei (4, fig.53). La schimbarea de drum a navei, sfera de urmrire va gira odat cu nava (girosfera rmnnd orientat pe direcia Na), astfel ca electrodul sferei de urmrire se va deplasa, crendu-se un dezechilibru electric, sesizat de o punte electric, ce va transforma unghiul de defazaj dintre cei doi electrozi (unghiul de schimbare de drum) n semnal electric.

[Fig.26 ] Sfera de urmrire

Acest semnal este transmis motorului de urmrire (11) care va roti corespunzator rozele repetitoarelor, indicnd noua valoare de drum al navei. Simultan, motorul de urmrire, prin intermediul axului (8) va roti sfera de urmrire cu acelasi unghi, n sens opus, astfel ca sfera de urmrire va reveni n poziia initial, cu electrodul n dreptul zonei ntrerupte de pe banda ecuatoriala a girosferei (2), re-echilibrnd puntea; n acest mod, sistemul de urmrire este gata de a sesiza noile schimbri de drum ale navei. Pe fig.26 s-au mai notat: -girosfera (1); -axul motorului de urmrire (5); -bratele (6), prin care trec cablurile electrice de alimentare ale motorului de urmrire; -roata dinat (7) pentru antrenarea rozelor indicatoare de drum (9, 10) ale sistemului de urmrire (nu sunt aceleai cu ale repetitoarelor). n sfrsit, aceeasi valoare unghiular de schimbare a drumului este transmis, sub forma de semnal electric (de intensitate proportional cu valoarea unghiului de giraie), la SISTEMUL DE TRANSMISIE SINCRON. Acest sistem realizeaz rotirea simultan a rozelor dispozitivelor periferice de indicare a drumului, numite repetitoare, precum i la pilotul automat, nregistratorul de drum i la trasorul automat de drum. La bord, repetitoarele pot fi: - repetitoare de drum ; - repetitoare de relevare ; Repetitoarele de drum indic valoarea drumului navei n momentul citirii, la precizie de zecime de grad. Acestea sunt plasate n urmtoarele compartimente: - n timonerie, n apropierea timonei, pentru guvernarea navei; - la staia de radiolocatie, pentru determinarea relevmentelor la inte; - la radiogoniometre, pentru determinarea relevmentelor la radiofaruri; - n cabina comandant; - n compartimentul maini; - la postul de guvernare de rezerva; - la pilotul automat. - n camera hrilor. Repetitoarele de drum sunt montate vertical ori n pozitieoblic, pentru o citire uoar a drumului navei. Citirea drumului se execut la linia de credin prova, care este o lamela vertical de tabl ce materializeaz axul longitudinal prova al navei. Repetitoarele de relevare sunt montate n cele dou pasarele ale punii de comand, pe un suport nalt, i servesc la msurarea relevmentelor la repere costiere sau la atri. n plus fa de repetitoarele de drum, acestea sunt prevazute cu un cerc azimutal exterior, gradat de regul n sistem semicircular, pentru msurarea relevmentelor prova. Cele 2 repetitoare de relevare sunt montate n pozitie orizontala, deoarece relevmentele, prin definiie, sunt unghiuri n planul orizontului adevrat. Valorile de relevment se masoar cu alidada optic, prevazut cu sistem optic de vizare i citire a valorilor de relevment, ceea ce mbunatateste performantele alidadei simple. De asemenea, alidada optic este prevazut cu filtre de lumin i oglind reflectoare n vederea msurrii relevmentelor la Soare, cu o nivel cu bul (pentru verificarea orizontalitaii repetitorului n momentul relevrii), cu instalaie de iluminare pe timp de noapte, precum i cu o alidada simpl (rabatabil). nregistratorul de drum indica grafic, pe hrtie electrochimic, valoarea de drum a navei, durata de ntoarcere, precum i durata de timp ct s-a meninut drumul respectiv. De regul, nregistratorul de drum se instaleaz n camera harilor. Citirea hrtiei nregistratorului de drum se face ncepnd cu banda vertical din stnga (fig.27); semnul trasat de penia indica numarul cadranului de orizont. Citirea valorii de drum se face apoi n zona centrala a hrtiei. Hrtia este mparita de linii orizontale, ntre care exist o astfel de distan, nct dou linii consecutive vor trece prin dreptul peniei la interval de 10 minute. Lungimea unui sul de hrtie permite nregistrarea drumului timp de 30 zile.

[Fig.27 ] Citirea hrtiei inregistratorului de drum

Trasorul automat de drum este un dispozitiv asemanator ca principiu de functionare cu nregistratorul de drum, nsa realizeaza trasarea direct pe harta a egmentelor de drum parcurse de nava. SISTEMUL DE RCIRE asigur racirea lichidului de suspensie, care la rndul sau preia energia calorica rezultata din actionarile electromagnetice (ca urmare a efectului Joule-Lenz) i mecanice ale componentelor girosferei. La girocompasele uscate, racirea se executa cu aer. Rcirea permanenta a lichidului de suspensie permite, pe de o parte, mentinerea unei temperaturi optime n interiorul girosferei, iar pe de alt parte meninerea densitii normale a lichidului. Astfel, creterea/scderea temperaturii determin scderea/creterea densitii lichidului, ceea ce produce modificarea flotabilitii girosferei, cu urmri negative n funcionarea girocompasului. Instalaia de rcire este compus din: - pompa de racire; - serpentina de racire; - tubulaturi; - termostat; n momentul n care temperatura lichidului electrolitic de susinere a depait, spre exemplu, limita superioar (41 C), termostatul anclanaz i permite pornirea pompei de racire, care va aciona circulaia apei dulci (agentul de rcire) n tubulaturile instalaiei, i deci prin serpentina de rcire (care se gsete n lichidul de suspensie). Dup ce agentul termic a preluat o parte din energia caloric a lichidului de suspensie, trece printr-un tanc cu apa rece, ori traverseaza compartimentul frigorific al navei. La unele tipuri de girocompase umede, sistemul de rcire este prevzut i cu dispozitiv de racire cu aer. SISTEMUL DE ORIENTARE RAPID A GIROSFEREI permite orientarea girosferei cu axa xx' pe direcia Na a locului n timp scurt, aproximativ 30-60 minute de la pornire; n mod normal, orientarea girosferei se face n 3-4 ore. Aceast operaiune se realizeaz prin injectarea de impulsuri de curent asupra girosferei, avnd ca efect orientarea "forat" a acesteia. Trebuie mentionat c, exceptnd repetitoarele i alte cteva componente, toate dispozitivele i sistemele enumerate se gsesc montate compact n aparatul central, care se mai numetre i instalaia girocompasului mam, i care se gsete instalat la bordul navei ntr-un compartiment separat (numit compartiment giro), dispus la una din punile inferioare, ct mai aproape de metacentru, pe considerentul reducerii valorilor unghiurilor de band.

CURSUL 113.4. ERORILE GIROCOMPASULUI Pentru un girocompas instalat la uscat, dupa amortizarea oscilatiilor, axa xx' a girosferei se va orienta pe direcia meridianului adevrat (Na). La girocompasul instalat la bordul navei nsa, ca urmare a erorilor rezultate din schimbarile de drum i viteza, ruliului i tangajului, etc., axa xx' a girosferei nu se va orienta pe direcia Na, ci pe o direcie apropiata de aceasta, numit direcia nord giro (Ng). Principalele erori ce afecteaz precizia indicatiilor girocom-pasului instalat la bordul navei, sunt: deviaia giro (g); eroarea de instalare (A); eroarea cauzata de variaia vitezei i a drumului navei; eroarea de balans; erori accidentale; DEVIAIA GIRO (g) sau EROAREA DE VITEZA este unghiul din planul orizontului adevrat cu care este deviata axa xx' a girosferei faa de direcia Na, datorita deplasarii navei pe sfera terestra ntr-un drum dat, cu o viteza data. Fie o nava (fig.28a) care se deplaseaz ntr-un drum oarecare pe sfera terestra; datorita deplasarii, partea din prova a orizontului adevrat va cobor, n timp ce partea dinspre pupa se va ridica. Ca urmare, planul orizontului va executa o miscare de rotaie n jurul axei transversale a navei. Vectorul viteza unghiulara de rotaie a orizontului n jurul axei transversale a navei se noteaza cu 1 i este un vector cu originea n centrul de greutate al sistemului giroscopic, suportul n axul transversal al navei i sensul dat de regula burghiului drept aplicat rotaiei orizontului n jurul axului transversal al navei. Ca urmare acest vector va fi orientat ntotdeauna catre babord. In acelasi timp, axa xx' a girosferei tinde s se orienteze pe direcia Na (vectorul reprezinta vectorul viteza unghiulara de rotaie a torului giroscopic). Ca urmare, axa xx' a girosferei se va orienta pe direcia rezultantei vectorilor i 1. Aceasta direcie rezultanta este direcia Nord giro (Ng).

[Fig.28a ]

Deviaia giro

[Fig.28b]

Pentru determinarea expresiei deviaiei giro, se consider (n fig.28b) vectorul V reprezentnd viteza de deplasare a navei, cu componentele sale : V1 = Vcos D; V2 = Vsin D . unde D este Drumul adevrat sau giro al navei Se definete de asemenea vectorul F ca fiind viteza tangenial a punctului n care se gsete nava (de latitudine geografica ) antrenat de rotaia sferei terestre n jurul axei polare. Acest vector are suportul pe paralelul punctului navei, sensul catre est i modulul dat de relatia: F = TRcos De asemenea, se aproximeaz V2 ca fiind neglijabil n comparaie cu viteza tangenial

periferic a sferei terestre F; ca urmare, nava se va deplasa n orizontul adevrat pe direcia rezultant a vectorilor V1 i F. Unghiul format de suportul vectorilor F i G se numete deviaie giro sau eroare de vitez. Se exprima unghiul g n triunghiul dreptunghic OFG: tg(g) = VcosD/ T Rcos Dar viteza liniar periferic a sferei terestre este : TR = 360/24h = 15 [/h] = 1560 ['/h] = 900 ['/h]. Aproximnd pentru valori mici ale lui g ca: tg g dg, rezult c deviaia giro are forma: g = VcosD/900cos , unde : V = viteza navei n [Nd]; D = drumul (adevrat sau giro); = latitudinea la care se naviga. Pentru calcule expeditive, s-a ntocmit tabla 17b/ DH-90, care are ca argumente de intrare V,D i . OBSERVATIE : tabla 17b este ntocmit pe baza relaiei de mai sus careia i s-a atribuit semnul algebric -, deoarece relaia exprima eroarea de vitez, n timp ce tabla 17b furnizeaz valori ale coreciei pentru deviaia giro (corecia, prin definiie, reprezint eroare cu semn schimbat). Deci corecia pentru deviaia giro va avea forma: dg = - g =-(VcosD/900cos ) Ca urmare, s-a convenit ca simbolul dg s desemneze corectia pentru deviaia giro, noiune cu care se va opera mai departe pentru a semnifica unghiul din planul orizontului adevrat msurat de la direcia Na pna la direcia Ng. Variaia deviaiei giro (erorii de vitez) funcie de valoarea de drum, se poate determina din relatia de mai sus sau se poate urmari pe fig. 29. Concluziile n urma analizei acestei dependente, sunt: g este pozitiv pentru drumuri n cadranele II i III de orizont, i negativ pentru drumuri n cadranele I i IV de orizont. g este maxim pentru D=180 i minim pentru D=000; g este nul pentru drumurile de 090 i 270. La unele tipuri de girocompase, sunt prevazute dispozitive pentru corectarea automat a erorii de vitez, numite corector automat al erorii de vitez, sau corector automat giro. Acest dispozitiv introduce automat valoarea coreciei pentru eroarea de vitez n valorile de drum indicate de girocompas. EROAREA DE INSTALARE (numit i eroare de colimaie) este unghiul cu care linia de credin a girocompasului mama este deviat fa de planul diametral (axul longitudinal) al navei. Aceast eroare are o valoare fix indiferent de parametrii de micare ai navei (Drum, Vitez) ori de latitudinea la care se navig. In calculele de navigatie se utilizeaza corecia pentru eroarea de instalare care se noteaz cu A, i care este egal n modul, dar de sens contrar, cu eroarea de instalare. Se exprim n grade i zecimi de grad. Celelalte erori enumerate au valori mici, i exist o probabilitate mare ca ele s se anuleze (aproape n ntregime) reciproc.

[Fig.29 ] Variaia deviaiei giro functie de drum.

3.5. CORECTIA TOTALA GIRO. CONVERTIRI GIRO. Se definete corecia total giro ca fiind suma algebric a coreciei pentru deviaia giro i a coreciei de instalare, deci ca fiind unghiul din planul orizontului adevrat al observatorului msurat de la direcia nord adevrat pn la direcia nord giro. Corecia total giro se noteaz cu g sau cu CTG, ia valori semicirculare de la 000 la 180 catre est (i va primi semnul algebric +) atunci cnd direcia nord giro (Ng) se gsete la est fa de direcia nord adevrat (Na), sau de la 000 la 180 (i va primi semnul algebric -) atunci cnd direcia nord giro se gsete la vest de direcia nord adevrat. Corecia totala giro se exprima la precizie de 0.1 , utiliznd semnul algebric; de asemenea, relaia de calcul, conform definiiei, este: (25) CTG = dg + A . S-a precizat anterior, ca la unele tipuri de girocompase, corectorul automat giro introduce automat corectia pentru deviaia giro n indicatii, i ca urmare elimina dg din relatia (25); aceasta devine: (26) CTG = A .

Rezult ca la aceste compase giroscopice , CTG are o valoare constant, egal cu A. Cu toate acestea, n cadrul probelor de mare sau ori de cte ori se impune, se execut determinarea corectiei

totale giro prin procedee costiere sau astronomice. De asemenea, asa cum s-a mai precizat, n regulamentul serviciului la bord s-a prevazut obligativitatea ofiterului de cart din schimbul 04.00-08.00 (16.00-20.00) s execute controlul CTC si/sau CTG cu Soarele la rasarit (apus). n mod curent, la bord, se impune convertirea valorilor de drum sau de relevment citite la repetitorul giro n valori adevrate (Da,Ra), n vederea trasarii pe harta. Invers, se impune ca valoarea de drum scoasa din harta s fie convertita n valoare de drum giro, care apoi se comanda timonierului. Se ntelege prin drum giro (Dg), unghiul din planul orizontului adevrat al observatorului, msurat de la direcia nord giro pna la direcia catre prova a axului longitudinal al navei; se exprima de regula circular, msurndu-se n sens retrograd, i deci ia valori de la 000 la 360 (fig.59). Precizia la care se exprima drumul giro este de 0.1 . n mod analog, se definete relevmentul giro (Rg), ca fiind unghiul din planul orizontului adevrat msurat de la direcia nord giro pna la direcia de vizare la reper. Relevmentele giro se exprima circular, la precizie de 0.1 . Relaiile de convertiri giro sunt urmtoarele (fig.59): Da = Dg + CTG ; Dg = Da - CTG . Ra = Rg + CTG ; Rg = Ra - CTG . Pe timpul navigaiei, principala atribuiune a ofierului de cart este executarea veghei vizuale i radiotehnice; paralel cu aceast activitate, el este obligat ca periodic s controleze dac timonierul guverneaz nava pe drumul compas/giro ordonat. n plus, trebuie reinut ca ofierul de cart pe puntea navei este obligat s confrunte permanent valoarea drumului navei indicat de compasul magnetic i de girocompas. Diferenele mari ntre cele dou valori constituie indiciul c exist dereglri n funcionarea girocompasului.

[ fig.59 ] Convertiri giro. n aceasta situaie, guvernarea navei se asigur dupa compasul magnetic, pna la remedierea defeciunilor. Ca urmare, trebuie reinut c, dei mai precis dect compasul magnetic, girocompasul, prin complexitatea sistemelor ce l compun, este expus defectrilor cu o probabilitate mare; compasul magnetic ramne un instrument sigur, de baz, pentru asigurarea guvernrii navei. Toate aceste consideraii conduc la concluzia c n conditii normale pe timpul navigaiei guvernarea se face dup compasul giro, comparnd permanent indicaiile acestuia cu cele ale compasului magnetic.

Documents

Curs NEC 6-11