Журнал питометра

Рисунок 1: Фотография питометра подводной лодки ВМС США времен Второй мировой войны . В этом устройстве используется ртутный манометр для измерения разницы статического и динамического давления воды.

Журналы питометра (также известные как журналы ямы) — это устройства, используемые для измерения скорости корабля относительно воды. Они используются как на надводных кораблях, так и на подводных лодках. Данные журнала питометра обычно подаются непосредственно в навигационную систему корабля.

История

Все морские приборы, предназначенные для измерения скорости корабля в воде, называются бревнами. ^[1]Эта номенклатура восходит к временам плавания, когда моряки бросали бревно, прикрепленное к веревке, завязанной через равные промежутки времени, с кормы корабля. Моряки подсчитывали количество узлов, прошедших через их руки за определенный период времени. -прежнему используют единицу Сегодня моряки по измерения скорости корабля. Скорость корабля была необходима для навигации по кораблю с использованием метода счисления пути , который был стандартной практикой во времена, когда еще не было таких навигационных инструментов, как GPS .

Во время Второй мировой войны журналы питометра часто подключались непосредственно к управления огнем системам военного корабля. Этот интерфейс был необходим для того, чтобы системы управления артиллерийским и торпедным огнем могли автоматически сопровождать цели.

Журнал питометра был запатентован. ^[2]в 1899 году Эдвард Смит Коул.

Технология

Принципы работы

Рисунок 2: Иллюстрация журнала питометра на основе ртутного манометра.

Основная технология записи питометра аналогична технологии трубки Пито на самолете. Обычно питометр имеет длинную трубку, пронизывающую корпус корабля возле киля. Выступающую из корабля часть питометра иногда называют пит-мечом или стержнемером . Эта трубка обычно имеет два отверстия: одно обращено к направлению движения морской воды, которое используется для измерения динамического давления морской воды, и одно под углом 90 ° к направлению движения морской воды, которое используется для измерения статического давления морской воды. Динамическое давление морской воды зависит от глубины воды и скорости судна.

В ранних реализациях журнала питометра использовались ртутные манометры. ^[3]использовались для измерения перепадов давления (см. рисунок 1). ^[2] В более поздних реализациях использовались подходы, которые создавали уравнивающее давление внутри питометра, которое уравновешивало бы динамическое давление. Это устранило необходимость в ртутных манометрах. ^[4]

Анализ

можно вывести выражение для скорости воды, падающей на корабль, как функцию разницы динамического и статического давления воды Используя принцип Бернулли, . Общее давление воды в трубке с движущейся морской водой можно описать уравнением 1.

(Уравнение 1)	$p_{Total}=p_{Static}+p_{Dynamic}\,\!$

где

p _Total – общее давление жидкости.
p _{Статическое} – статическое давление, которое строго зависит от глубины.
p _{Динамическое} – это давление жидкости, вызванное движением жидкости.

Поскольку вода является несжимаемой жидкостью, динамическая составляющая общего давления может быть выражена через плотность воды и скорость воды, как показано в уравнении 2.

(Уравнение 2)	$p_{Total}=p_{Static}+\rho \cdot {\frac {v_{Water}^{2}}{2}}\,\!$

где

v _Вода – это скорость потока жидкости.
ρ – плотность жидкости.

Уравнение 2 можно решить для скорости воды через разницу давлений между двумя опорами манометра. Уравнение 3 показывает, что скорость является функцией квадратного корня из разницы давлений.

(Уравнение 3)	$v_{Water}={\sqrt {\frac {2\cdot \left(p_{Total}-p_{Static}\right)}{\rho }}}\,\!$

Поскольку скорость, вычисленная питометром, является функцией разницы между показаниями давления, питометр не дает точного результата, когда скорость судна низкая и два показания давления почти одинаковы.

Альтернативы питометру

Хотя журнал питометра сегодня широко используется, существует ряд других журналов, которые также используются. Эти журналы включают в себя:

Журнал крыльчатки . Вариант этого подхода известен как патентный журнал, который буксируется с кормы корабля. Патентный журнал включает в себя механический регистр, который подсчитывает обороты бревна во время его буксировки. Патентный журнал был изобретен в 1688 году английским мастером инструментов Хамфри Коулом . Патентный журнал также известен как винтовой журнал или журнал с решёткой . ^[5]^{[ нужна ссылка ]}

пропеллера Число оборотов : Скорость корабля примерно пропорциональна скорости вращения пропеллера. Этот подход наиболее полезен, когда винт имеет постоянный шаг. Это менее полезно на судах с гребными винтами с гребными винтами изменяемого шага или без гребных винтов (например, парусные суда ). Вариант этого подхода использовался подводными лодками во время Второй мировой войны для определения скорости целей. Оператор гидролокатора слушал звук пропеллера цели и определял скорость ее вращения или «количество лопастей». Зная скорость вращения винта и визуально определяя тип корабля, можно было оценить скорость цели.

Измерения GPS не дают только координаты, но не скорости и направления движения. Однако большинство GPS-приемников могут автоматически определять скорость и направление на основе двух или более измерений местоположения. Недостатком этого принципа является то, что изменения скорости или направления могут быть вычислены только с задержкой, и это полученное направление становится неточным, когда расстояние, пройденное между двумя измерениями положения, падает ниже или близко к случайной ошибке измерения положения. Чтобы противостоять этому эффекту, более продвинутые навигационные системы используют дополнительные датчики, такие как компас или инерциальная навигационная система, в дополнение к GPS.

Доплеровский журнал скорости (DVL). Некоторые корабли оборудованы гидролокаторами, которые могут измерять доплеровский сдвиг звукового импульса, генерируемого движением корабля, когда он отражается от дна океана или от частиц в воде. Таким образом, измерения скорости с помощью доплеровского прибора могут производиться относительно земли или воды.

Журнал корреляционной скорости (CVL): CVL состоит из передатчика звука и ряда приемников. Эти очень дорогие устройства измеряют путевую скорость корабля, выполняя корреляционную обработку между сигналами, полученными разными приемниками в разное время. Эта корреляция может быть связана с расстоянием, пройденным кораблем. ^[6] CVL используются в основном на кораблях, которым требуется очень точное измерение низких скоростей, которые питометр трудно измерить точно.

Ссылки

^ «Военно-морская наука 203: Навигация и военно-морские операции I» . Корпус подготовки офицеров военно-морского резерва штата Пенсильвания. Архивировано из оригинала 5 сентября 2006 г. Проверено 26 августа 2006 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б «Фотопитометр: прибор для измерения скорости в водопроводах» . Американские артефакты: научный медицинский и механический антиквариат . Проверено 26 августа 2006 г.
^ «Системы подводного каротажа подводных лодок, НАВПЕРС 16168» . Отдел стандартов и учебных программ, обучение, Бюро военно-морского персонала. 11 июля 2000 г. Проверено 26 августа 2006 г.
^ «Подводные каротажные системы» . Музей и парк подводных лодок USS Bowfin. 2002. Архивировано из оригинала 25 августа 2006 г. Проверено 26 августа 2006 г.
^ «Арктический корсар — журнал Taffrail или патентный журнал» . Проверено 28 августа 2006 г. ^{[ мертвая ссылка ]}
^ «Моделирование корреляционного каротажа скорости с использованием компьютерной акустической модели» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 23 сентября 2006 г. Проверено 26 августа 2006 г.

[logs-1] «Военно-морская наука 203: Навигация и военно-морские операции I» . Корпус подготовки офицеров военно-морского резерва штата Пенсильвания. Архивировано из оригинала 5 сентября 2006 г. Проверено 26 августа 2006 г.

[patented-2] Перейти обратно: ^а ^б «Фотопитометр: прибор для измерения скорости в водопроводах» . Американские артефакты: научный медицинский и механический антиквариат . Проверено 26 августа 2006 г.

[mercury-3] «Системы подводного каротажа подводных лодок, НАВПЕРС 16168» . Отдел стандартов и учебных программ, обучение, Бюро военно-морского персонала. 11 июля 2000 г. Проверено 26 августа 2006 г.

[bowfin-4] «Подводные каротажные системы» . Музей и парк подводных лодок USS Bowfin. 2002. Архивировано из оригинала 25 августа 2006 г. Проверено 26 августа 2006 г.

[patentlog-5] «Арктический корсар — журнал Taffrail или патентный журнал» . Проверено 28 августа 2006 г. ^{[ мертвая ссылка ]}

[CVL-6] «Моделирование корреляционного каротажа скорости с использованием компьютерной акустической модели» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 23 сентября 2006 г. Проверено 26 августа 2006 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]