1、第七章 航行與信號(hào)設(shè)備,第一節(jié) 航行設(shè)備 第二節(jié) 信號(hào)設(shè)備,第一節(jié) 航行設(shè)備,一、航行設(shè)備簡(jiǎn)介 航行設(shè)備是指船舶運(yùn)動(dòng)、航行過(guò)程中作業(yè)必須的設(shè)備，它所涉及的內(nèi)容廣泛，一般按照船舶噸位要求配置，除舵和操舵裝置如前所述外計(jì)有：,1.航行儀表 (1)航法低文，天文航海法。 航法是用數(shù)學(xué)計(jì)算來(lái)確定航向,航程或推算船位的航行作業(yè)方法,又稱“航跡計(jì)算”。 一般涉及航向、航程和經(jīng)差、緯差的換算，經(jīng)差和東西距的換算等問(wèn)題。1517世紀(jì)，航海家們經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐和研究總結(jié)出八大航法，形成以平面三角和球面三角的解算為基礎(chǔ)的航海學(xué)。這八大航法為平面航法、流中航法、折航法、等緯航法、中分緯度航法、墨卡托航法、大圓航法和混合

2、航法。,平面航法把地球面看作平面的航法。航向、航程、緯差、東西距之間的數(shù)學(xué)關(guān)系可用直角平面三角形表示（圖1）。圖中,緯差航程cos(航向)；東西距航程sin（航向）。 特點(diǎn)：此法計(jì)算簡(jiǎn)單，曾使用了數(shù)世紀(jì)。但除用于近距離航行外，準(zhǔn)確性差。,流中航法把流向、流程當(dāng)作一個(gè)附加的航向、航程的航法。用于流中推算船位或計(jì)算能抵消流的影響的駕駛航向。 折航法多航向的航法。計(jì)算時(shí)先分別求出各航向段的緯差和東西距的總和，再求直航向和直航程，即相當(dāng)?shù)膯我缓较蚝秃匠獭?436年出現(xiàn)折航表，簡(jiǎn)化了計(jì)算過(guò)程。過(guò)去帆船搶風(fēng)曲折航行常使用此航法，現(xiàn)在機(jī)動(dòng)艦船也使用此法。,等緯航法東西向航行時(shí)，涉及東西距和經(jīng)差換算的航法。這

3、是最簡(jiǎn)單的球面航法,其關(guān)系式為： 經(jīng)差東西距sec（緯度）過(guò)去在海上不能測(cè)定經(jīng)度的時(shí)代常用此法。 現(xiàn)在混合航法中也仍使用。 中分緯度航法斜向航行時(shí)用中分緯度解決經(jīng)差和東西距換算問(wèn)題的球面航法(緯差計(jì)算同平面航法)。其關(guān)系式為： 經(jīng)差東西距sec（中分緯度）當(dāng)兩地（緯度同名）的經(jīng)度線在某緯度圈上所截弧長(zhǎng),墨卡托航法利用墨卡托投影中經(jīng)度線上的緯度漸長(zhǎng)率差進(jìn)行航行計(jì)算的航法，又稱恒向線航法。其關(guān)系式為： 經(jīng)差緯度漸長(zhǎng)率差tg（航向） 墨卡托投影是在將球面投影于平面時(shí)，使經(jīng)度線和緯度線同比例地漸長(zhǎng)。緯度漸長(zhǎng)率差就是兩地緯度漸長(zhǎng)率之差(緯度同名時(shí)相加)。緯度漸長(zhǎng)率表發(fā)表于1599年，可在航海表中找到，它

4、是墨卡托航法的基礎(chǔ)。 特點(diǎn);此航法很準(zhǔn)確，但當(dāng)靠近東西向航行時(shí)應(yīng)使用中分緯度航法，因正切在90附近變化很快，航向稍有誤差將引起很大的經(jīng)差誤差。,大圓航法采用地球面上兩地間最短航線，即大圓航線的球面航法。已知起迄兩點(diǎn)的經(jīng)緯度，可用球面三角的邊余弦公式解算由地極和起迄兩點(diǎn)形成的三角形求得航程，再用正弦公式計(jì)算起迄點(diǎn)的航向。也可利用大圓頂點(diǎn)將該球面三角形分為兩個(gè)直角三角形以簡(jiǎn)化計(jì)算。這些解法和天文三角形的解法相似，可借用天文航海用表計(jì)算。大圓航法發(fā)表于1537年，由于當(dāng)時(shí)對(duì)風(fēng)、流的知識(shí)和測(cè)定經(jīng)度的方法尚未掌握，直到19世紀(jì)才獲得推廣。 混合航法當(dāng)大圓航線受陸地、冰山或惡劣天氣的限制，將大圓航法和其他

5、航法混合使用的航法。此法是將限制緯度作為大圓頂點(diǎn)計(jì)算大圓航線，其余按有關(guān)航法計(jì)算。,航法計(jì)算不如海圖作業(yè)直觀、簡(jiǎn)單，所以一般僅在如下情況使用： 海圖比例尺太小，圖上作業(yè)的準(zhǔn)確度不夠高時(shí)； 在無(wú)線電定位和天文定位中，不能直接在海圖上作圖時(shí)； 轉(zhuǎn)向頻繁，難以進(jìn)行海圖作業(yè)時(shí)。,(2)磁羅經(jīng)：標(biāo)準(zhǔn)羅經(jīng)、操舵羅經(jīng)、備用標(biāo)準(zhǔn)羅經(jīng)，這是應(yīng)用最久的方位指示器.。 原理：它是利用地球磁場(chǎng)作為基準(zhǔn)測(cè)定航向的一種儀器，它是由若干個(gè)平行裝置的磁棒與一個(gè)羅經(jīng)卡即航向標(biāo)線盤連成一體，羅經(jīng)卡的盤面上刻有0度到360度的方向刻度。羅經(jīng)卡和磁棒都安裝在液缸即浮室上，浮室中央凹處頂部是鑲有銥金尖的軸針支撐，可繞軸針自由旋轉(zhuǎn)，在地

6、磁作用下始終維持指向北方。浮室提供的浮力可減小寶石管座與軸針的摩擦力而提高羅經(jīng)指向的靈敏性。航向標(biāo)線代表船體中心線，反映出船體當(dāng)時(shí)的實(shí)際航向。,磁羅經(jīng),由于船上四處都是鋼鐵，對(duì)地球磁場(chǎng)有影響，因此在船舶完工以后試航時(shí)要進(jìn)行校正。為了避免環(huán)境對(duì)磁場(chǎng)的影響，羅經(jīng)裝設(shè)位置應(yīng)該是： A、羅經(jīng)附近不應(yīng)有鋼質(zhì)的旋轉(zhuǎn)物體或手提式電燈（支流），以免出現(xiàn)移動(dòng)物對(duì)磁場(chǎng)的影響。 B、羅經(jīng)附近不應(yīng)有垂向的鋼鐵結(jié)構(gòu)物，煙囪、桅桿等至少離開7米，各種鋼質(zhì)支柱亦應(yīng)至少離開23米。 C、若在羅經(jīng)3米以內(nèi)有鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)物時(shí)，應(yīng)對(duì)稱船體中線面布置。 D、前壁等靠近羅經(jīng)處的大型結(jié)構(gòu)物附近不應(yīng)設(shè)置直流電機(jī)。,(3)自動(dòng)操舵儀，一般大于5

7、000總噸的遠(yuǎn)洋船舶應(yīng)配一臺(tái)。 又稱自動(dòng)操舵裝置，是船舶上用于自動(dòng)控制舵機(jī)，以保持船舶按規(guī)定航向航行的設(shè)備。船舶水面航行主要是依靠舵來(lái)控制航向，自動(dòng)操舵儀指代替舵手操舵，保證船舶自動(dòng)跟蹤指令航向，達(dá)到自動(dòng)保持與改變航向的目的。,其工作原理是：根據(jù)羅經(jīng)顯示的船舶航向和規(guī)定的航向比較后所得的航向誤差信號(hào)，即偏航信號(hào)，控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)舵并產(chǎn)生合適的偏舵角，使船在舵的作用下，轉(zhuǎn)向規(guī)定的航向。自動(dòng)操舵儀具有自動(dòng)操舵和手動(dòng)操舵兩種工作方式。船舶在大海中直線航行時(shí)，采用自動(dòng)操舵方式，可減輕舵工勞動(dòng)強(qiáng)度和提高航向保持的精度，從而相應(yīng)縮短航行時(shí)間和節(jié)省能源；船舶在能見度不良或進(jìn)出港時(shí)，采用手動(dòng)操舵方式，具有靈活、機(jī)

8、動(dòng)的特點(diǎn)。,機(jī)械式自動(dòng)操舵儀 以機(jī)械系統(tǒng)對(duì)偏航信號(hào)進(jìn)行處理，然后實(shí)現(xiàn)操舵。它的靈敏度低，質(zhì)量差，僅在為數(shù)不多的大型客船上使用過(guò)。,機(jī)電式自動(dòng)操舵儀 將比例-積分-微分控制器（簡(jiǎn)稱PID控制器）應(yīng)用在自動(dòng)操舵儀上,由電子線路對(duì)偏航信號(hào)進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)操舵。,兩個(gè)缺點(diǎn):當(dāng)船舶裝載、航速等狀態(tài)或風(fēng)、浪、流等航行環(huán)境發(fā)生變化，船舶的操縱性能隨之發(fā)生變化時(shí)，自動(dòng)操舵儀的控制特性不能隨之自動(dòng)作相應(yīng)變化。要保持自動(dòng)操舵儀的良好性能，在很大程度上取決于駕駛員對(duì)船舶本身及外界干擾的正確判斷，用人工對(duì)自動(dòng)操舵儀的控制參數(shù)如靈敏度、比例系數(shù)或微分系數(shù)等進(jìn)行調(diào)節(jié)。這樣既不方便，又很難調(diào)節(jié)到最佳狀態(tài)。為了提高船的航向

9、保持的精度，自動(dòng)操舵儀對(duì)偏航信號(hào)極為敏感，因而操舵頻繁且舵的擺動(dòng)幅度較大。這樣，不僅增加操舵的能源消耗和舵機(jī)磨損，還將引起水阻力的增加，導(dǎo)致船速降低，影響經(jīng)濟(jì)效益。,(4)航跡記錄儀，附航向記錄儀、方位分羅經(jīng)、航向分羅經(jīng)。,(5)電羅經(jīng)或稱陀螺羅經(jīng)，是利用陀螺儀的定軸性和進(jìn)動(dòng)性，使其旋轉(zhuǎn)軸線精確的跟蹤地球子午面自動(dòng)指北，從而成為一種指向儀器。其最大優(yōu)點(diǎn)是不受地磁和船體磁場(chǎng)的影響。,組成：全套設(shè)備由主羅經(jīng)、分羅經(jīng)和附屬儀器三部分組成，核心部件是主羅經(jīng)內(nèi)的陀螺球。該產(chǎn)品零部件共18361件，其中自制件1.2萬(wàn)多件，專用件5717件，精密度要求高，涉及技術(shù)門類多，制造難度大。,(6)其他，如舵角指示

10、器，推進(jìn)器轉(zhuǎn)速指示器，風(fēng)向風(fēng)速儀等。 舵角指示器是用來(lái)指示船舶行時(shí)舵葉轉(zhuǎn)動(dòng)方向和角度的儀器 安裝位置：船舶駕駛艙舵臺(tái)正前方一臺(tái)；駕駛艙外兩翼腳各一臺(tái)。,(1)雷達(dá)，又稱無(wú)線電定位儀，是利用電磁波的 反射來(lái)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并測(cè)定其位置。 基本原理：與回聲測(cè)距相似，其發(fā)射的電磁波以光速傳播，在電磁波的照射下，目標(biāo)將大部分電磁波散射到四周空間，其中一小部分能量被雷達(dá)所接收，借此獲得與目標(biāo)相關(guān)的信息。這信息包括目標(biāo)的距離、速度、外形、大小等。 組成：收發(fā)訊器、天線裝置、回波箱、主指示器、副指示器、變流機(jī)及各種控制設(shè)備，國(guó)際航線大于1600總噸的船舶應(yīng)帶有雷達(dá)反射作圖器。 作用：船舶導(dǎo)航雷達(dá)主要保障船舶在江河海

11、洋航行時(shí)的安全、防止碰撞，并可根據(jù)地物目標(biāo)測(cè)定船位，進(jìn)行導(dǎo)航，以及在能見度不良的情況下進(jìn)出港口時(shí)觀測(cè)航道。,雷達(dá),(2)雙曲線無(wú)線電測(cè)位系統(tǒng) 組成：利用雙曲線相交測(cè)定位置的無(wú)線電系統(tǒng)，它由發(fā)射臺(tái)（岸臺(tái),至少3個(gè)）和接收臺(tái)（船臺(tái)或飛機(jī)上接收臺(tái)）組成。 原理：形成雙曲線的幾何原理是：到兩個(gè)固定點(diǎn)距離差為常數(shù)的動(dòng)點(diǎn)的軌跡，是以這兩個(gè)固定點(diǎn)為焦點(diǎn)的雙曲線。平面上兩條雙曲線就可確定一點(diǎn)。,臺(tái)卡系統(tǒng) 臺(tái)卡系統(tǒng)是英國(guó)開發(fā)的一種雙曲線無(wú)線電測(cè)位的方法，使用頻率70130kHz，通常需要4個(gè)發(fā)射臺(tái)，主發(fā)射臺(tái)在三角形中間位置，三個(gè)發(fā)射臺(tái)在三角形三個(gè)角頂，用主從發(fā)射臺(tái)間形成的三個(gè)雙曲線交點(diǎn)確定船位。,羅蘭A/C系統(tǒng)

12、 羅蘭A/C系統(tǒng)是一種無(wú)線電測(cè)向儀，基本原理是利用環(huán)狀天線的方向性，它用一部收迅機(jī)接收岸上兩個(gè)發(fā)射臺(tái)的信號(hào)，并測(cè)出它們的方向，時(shí)間差對(duì)照羅蘭海圖或羅蘭表以確定本身的船位。它包括：環(huán)狀天線和輔助天線、收訊機(jī)，被償裝置，轉(zhuǎn)換板、變流機(jī)、電源板、信號(hào)板、蓄電池。頻率為18002000kHz脈沖波稱為羅蘭A，頻率為100kHz的脈沖波為羅蘭C。羅蘭A在白天船舶的距離為600700n mile，夜間為12001400n mile，覆蓋的面積較小。而羅蘭C白天傳播的距離為12001400n mile，夜間為18002300n mile，比羅蘭A覆蓋的面積大。,歐密嘎系統(tǒng) 歐密嘎系統(tǒng)是美國(guó)開發(fā)的一種系統(tǒng)，它

13、利用里超短波（10kHz、11.33kHz、13.6 kHz三種頻率），這種超短波是可能利用的最后幾個(gè)頻率帶，所以取用了希臘字母中最后一個(gè)字母來(lái)命名。系統(tǒng)只需在地球上設(shè)置8個(gè)發(fā)射臺(tái)，不論是船舶、飛行器、陸上或水下10m移動(dòng)物（潛艇）的位置都可以確定，因?yàn)槔檬浅暡?，相位穩(wěn)定、衰減小、傳播距離長(zhǎng)。發(fā)射臺(tái)的間距可大些，如10 kW發(fā)射臺(tái)電波傳播距離在5000 n mile以上，測(cè)量的精度高。,(3)NNSS，即航海衛(wèi)星定位系統(tǒng)，1964年首先在美國(guó)海軍使用，1967年引用民用。船上的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，從周期為106min，高度約為1100km的極地軌道（通過(guò)南北級(jí)的上空）衛(wèi)星上不斷發(fā)射來(lái)的信號(hào)，從

14、而求得船位。所需衛(wèi)星數(shù)量一般為4個(gè)，多了更好。圖7-2為其概念圖。衛(wèi)星每隔2min發(fā)出400MHz（399.968 MHz11kHz）和150 MHz（149.988 MHz4kHz）兩種頻率的軌道參數(shù)。當(dāng)船接電波時(shí)衛(wèi)星以高速運(yùn)行，使接收的電波具有多普勒效應(yīng)，船距衛(wèi)星近時(shí)接收的是高頻電波，船距衛(wèi)星遠(yuǎn)時(shí)接受低頻電波，通過(guò)這種多普勒頻率的換算即可求得衛(wèi)星位置與接收地點(diǎn)間的距離差，從而確定船位，它是一種移動(dòng)發(fā)射電波的雙曲線法，通常測(cè)定精度為0.5n mile。,航海衛(wèi)星定位系統(tǒng),3.計(jì)程儀 (1)拖曳式計(jì)程儀，曾經(jīng)在船上廣泛使用，現(xiàn)在已被電磁式計(jì)程儀替代。 (2)多普勒聲納，是從船底向海底發(fā)射超聲波

15、，從反射波的時(shí)間差而求得船速的方法。其特點(diǎn)是準(zhǔn)確性，靈敏性能好。 (3)水壓計(jì)程儀，現(xiàn)在使用不多。,(4)電磁式計(jì)程儀，這是利用在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體上將產(chǎn)生與其運(yùn)動(dòng)速度成比例的電磁感應(yīng)的原理，測(cè)量船舶在航行中的瞬時(shí)速度并累計(jì)航程的導(dǎo)航儀器，用于指示瞬時(shí)速度、累計(jì)航程，并可給雷達(dá)、衛(wèi)星導(dǎo)航儀器提供航程信號(hào)。其特點(diǎn)是靈敏度高，尤其在低速航行時(shí)的測(cè)速精確，他還可以測(cè)量船舶后退時(shí)的航速。,4.測(cè)探機(jī) (1)測(cè)鉛（led）,每船配手用測(cè)鉛，深海測(cè)鉛。淺水水域航行時(shí)，可以用其測(cè)量水深。一般可測(cè)30米以內(nèi)，船舶靜止時(shí)測(cè)深可達(dá)60米。 (2)水壓式測(cè)探儀，是利用水壓與水深成正比的原理，根據(jù)測(cè)深玻璃管內(nèi)化學(xué)涂層變

16、色的長(zhǎng)度確定水深。它的測(cè)量深度可達(dá)180米，但誤差較大。,(3)回聲式測(cè)探儀，是利用壓電式換能器發(fā)出和接受超聲波，以探測(cè)水域深度的裝置，可供測(cè)量水深、分析海底地貌、繪制海圖及導(dǎo)航用。大于或等于500總噸的船舶要求配用。,5.天文航海儀器 (1)六分儀，是由望遠(yuǎn)鏡、動(dòng)鏡、水平鏡、瀘水玻璃、示標(biāo)桿等組成，因其弧長(zhǎng)為全圓的1/6而得名。用它可測(cè)得天體與水平線的夾角，從而知道天體的高度，根據(jù)天文鐘以及航海歷書能確定船位。 （2）航海天文鐘，其讀書代表格林威治時(shí)間，周誤差不大于10s，用一天文計(jì)算確定船位。,（3）索星卡或星球儀，是一種根據(jù)星的高度與防衛(wèi)確定星名，是預(yù)先選定要觀測(cè)的星的工具。 （4）秒表。 （5）船鐘，一般布置在駕駛室、機(jī)艙、海圖室、無(wú)線電報(bào)室等。,6.氣象儀器 氣象儀器有無(wú)液氣壓計(jì)、溫度計(jì)、自動(dòng)氣壓記錄器、干濕球溫度計(jì)、氣象傳真接受機(jī)、水溫計(jì)、風(fēng)向風(fēng)速計(jì)或手提風(fēng)速計(jì)等。 7.光學(xué)儀器 光學(xué)儀器通常有750雙筒望遠(yuǎn)鏡、看圖放大鏡等。 8.海圖作業(yè)儀器 這類一起為量角器、三桿定位儀、兩腳規(guī)、平行尺或三角板、傾斜儀等。,9.船用計(jì)算器 包括排水量計(jì)算，艙容計(jì)算、縱傾，縱強(qiáng)度計(jì)算，穩(wěn)性計(jì)算，天體測(cè)量計(jì)算 10.回轉(zhuǎn)速度指示器 通常大于100000總噸的船舶才要求配置該儀器。,二、游艇航行設(shè)備的配置 根據(jù)游艇建造規(guī)范游艇的航行設(shè)備