Астрономическое определение поправки компаса в море: Методические указания к выполнению лабораторных работ по мореходной астрономии

Министерство транспорта России Морской государственный университет имени адмирала Г.И. Невельского

Кафедра судовождения

АСТРОНОМИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОПРАВКИ КОМПАСА В МОРЕ Методические указания к выполнению лабораторных работ по мореходной астрономии Специальность 2402

Составил А. Н. Панасенко

Владивосток 2005

Позиция № 102 в плане издания методической литературы 2005 года

Рецензент Домбинский А. П.

Составил Александр Николаевич Панасенко Астрономическое определение поправки компаса в море. Методические указания Печатается в авторской редакции

1,0 уч. - изд. л. Тираж 200 экз.

Формат 60×84 1/16 Заказ

Отпечатано в типографии им. адм. Г. И. Невельского Владивосток, 59, ул. Верхнепортовая, 50 а 2

ВВЕДЕНИЕ Согласно Уставу службы на судах морского флота и Конвенции ПДМНВ78 каждый вахтенный помощник капитана должен определять поправку главного магнитного компаса на каждой ходовой вахте. Если судно совершает плавание вблизи берега, то поправку компаса определяют по береговым ориентирам, используя формулу К = ИП – КП. При этом используются следующие способы: по естественным и искусственным створам; по пеленгу удаленного ориентира; по трем пеленгам.

Nи Nм Nк

Рисунок 1. Поправка магнитного компаса. Поправка магнитного компаса представляет собой сумму магнитного склонения и девиации магнитного компаса (рис. 1). К = d + , где d – магнитное склонение – угол между северной частью истинного и магнитного меридианов. Склонение и его изменение приведено на каждой навигационной карте. - девиация магнитного компаса, это угол между северной частью магнитного и компасного меридианов, согласно РШС-89 девиация определяется ежегодно. Таблица девиации составляется через 10-15 , аргументом для входа в таблицу является компасный (магнитный) курс. При измерении пеленгов с помощью пеленгатора магнитного компаса получают обратные компасные пеленги. Для получения компасных пеленгов используется формула КП = ОКП 180 . В открытом море единственным способом определения поправки компаса является астрономический. Согласно РШС-89 достоверность учитываемой

3

поправки компаса должна проверяться систематически. Вахтенный помощник капитана обязан регулярно фиксировать расчеты в журнале поправок компаса. Целью лабораторных работ по мореходной астрономии на тему «Определение поправок компаса» является отработка практических навыков при расчете поправки компаса следующими способами: вычисление поправки компаса по наблюдениям Солнца и звезд; расчет поправки компаса в момент видимого восхода или захода края Солнца; определение поправки компаса по Полярной звезде. Для выполнения указанной лабораторной работы курсант должен иметь тетрадь в клетку, простой карандаш ТМ (НВ) и резинку. При этом будут использоваться пособия: Морской астрономический ежегодник; таблицы для вычисления высоты и азимута (ТВА-57); Мореходные таблицы МТ-75 или МТ-2000. Кроме того, для вычисления азимута могут использоваться таблицы ВАС-58. 1. Методы астрономического определения поправки компаса Особенностью астрономического определения поправки курсоуказателя считается то, что истинный пеленг (ИП) на светило вычисляется из параллактического треугольника Pn С (рис. 2). Z

Рис. 2. Определение поправки компаса астрономическими методам

Если в тот же момент наблюдать компасный пеленг (КП), то величина и знак поправки компаса К определяется по формуле: К = Ас – КП, таким образом в мореходной астрономии истинный пеленг светила считают равным счислимому азимуту (Ас) в круговом счете, ИП = Ас.

4

Различают три метода астрономического определения поправки компаса: метод моментов; метод высот; метод высот и моментов. Рассмотрим эти методы подробнее.

1.1. Метод моментов Сущность метода моментов заключается в том, что при пеленговании светила необходимо заметить момент по хронометру и снять с карты счислимые координаты местоположения судна ( с с). Рассчитав с помощью МАЕ часовой угол (tм) светила и его склонение ( ) можно получить из треугольника Pn С – счислимый азимут Ас. Такую зависимость дает формула сtgА. ctgА = tg

соs

c

cosec tм – sin

c

ctg tм .

(1.1.1)

Эта формула дает Ас в полукруговом счете. Но при вычислении необходимо провести исследование данной формулы на знаки. Правила исследования формул на знаки: широта c – всегда дуга I четверти; склонение - I четверть, если c и одноименны и IV четверть, если и разноименны. местный часовой угол tм может быть в треугольнике восточным или западным в пределах от 0 до 180 , т. е. I или II четверть в зависимости от величины tм. Если в результате вычисления в правой части формулы получилась положительная величина, то это значит, что ctgА положительный, т. е. Ас в I четверти. Если в результате расчетов в правой части получилась отрицательная величина, то это значит, что ctgА отрицательный и Ас во II четверти. Азимут всегда получают в полукруговом счете. Правило наименования полукругового азимута: Первая буква Ас всегда одноименна с широтой места c , вторая буква одноименна с местным часовым углом tм. По данной формуле рассчитаны различные таблицы азимутов светил. На отечественном флоте применяются следующие способы вычисления поправки компаса по методу моментов: по таблицам ВАС-58, по таблицам ТВА-57, по формуле ctgА на микрокалькуляторе. на приемоиндикаторах СРНС, которые имеют функцию плавания по дуге большого круга. 5

Схема вычислений: Расчет приближенного гринвичского времени и даты наблюдений 

Расчет Tгр пеленгования светила

TC

Tхр

N WE

Uхр

дата

Tгр

Tгр

Расчет местных часовых углов и склонений Солнце

t

tΥ

⊙

T

Звезда T

1

1

t

2

±

t⊙

±E

гр

W

t

⊙W

M

Υ гр

E W

Υ

t

м

t

м

Е W (E )

⊙

T

N S N S

6

Расчет Ас по таблицам ТВА-57

T( ) +

t

S (t)

T (t)

x

T (x)

S (x)

c

y = 90 + (x Ac hc

c)

T (p) + S (y)

T (y)

T (A)

S(A) T (h)

Правила пользования ТВА Величина х всегда одноименна с , причем если t 90 , то х 90 , вход в таблицу сверху; если t 90 , то и х 90 , вход в таблицу снизу. При вычислении величины y знак означает вычитание из большей величины меньшей при одноименных х и и сложение их при c разноименных х и c; Азимут получают в четвертном счете, наименование его определяется по правилам: Первая буква Ас одноименна с c только при х с и одноименных. Во всех остальных случаях первая буква Ас разноименна с c. Вторая буква наименования Ас одноименна с tм. Если у 180 , что бывает, когда светило под горизонтом, например в момент видимого восхода или захода Солнца, то в таблицы входят с величиной у = 360 у.

7

Расчет Ас по таблицам ВАС-58 Одно(разно) N (S) N (S) t t W(E) qт ОТ

Ат А А Аt Ас

ОТ Т1 ОТ (знак) Т1 ОТ

Выбор производится из основных таблиц (ОТ) и таблицы 1 поправок за широту и склонение (Т1). Счислимый азимут получают в полукруговом счете. Первая буква Ас одноименна с , вторая с местным часовым углом. В случае пересечения горизонтальной черты в колонке ОТ, первую букву Ас следует изменить на противоположную. На практике это означает, что измерен компасный пеленг на светило, которое находится ниже истинного горизонта, но наблюдается над видимым горизонтом за счет рефракции. Затем полукруговой азимут переводится в круговой и принимается за истинный пеленг. Ас

ИП КП К

Знак обязателен

Для вычисления Ас на микрокалькуляторе формулу котангенсов удобнее преобразовать к виду: sin tм

tgАс = tg (

tg

cos tм ) sin

(1.1.2)

В формуле необходимо произвести следующие исследования на знаки: при одноименных и в формуле используется минус, при разноименных – плюс; если Ас в результате вычисления положителен то наименование первой буквы одноименно со склонением , если Ас отрицательный, то наименование первой буквы противоположно наименованию склонения. Вторая буква А с всегда одноименна с наименованием tм . Практические рекомендации при проведении наблюдений: КП следует измерять с точностью до 0,1 ; момент по хронометру фиксировать с точностью до 1 сек; 8

координаты места снимают с карты с точностью до 1 минуты, т. е. десятые доли минут можно округлять до целых минут. Этот способ является наиболее распространенным, универсальным, его можно применять в любое время и для любого светила. Для удобства пеленгования и повышения точности необходимо, чтобы высота светила была небольшой (меньше 15 ). Пример № 1. Вычисление поправки компаса по Солнцу. 03.12.03

Tc = 16.40 с = 155 18,8 Е

φс = 8 32,0 S Uхр = +1м43с ГКП = 249,7

Расчет приближенного гринвичского времени и даты наблюдений. 

TC

16.40

N WE

10 Е

Tгр

06.40

03.12

03.12

Расчет Tгр пеленгования Солнца Tхр

06.40.00

Uхр

+1.43

Tгр

06.41.43

Расчет местного часового угла и склонения Солнца:

t⊙ T

1

272 36,6 (0,7 ) 10 25,1 +0,5

2

±

t⊙ гр

E W

t

283 02,2

⊙

155 18,8 Е 78 21,0 W

⊙

22 02,6 S (+0,3 )

M

T

+0,2 22 02,8 S

9

Расчет А С по таблицам ТВА–57:

22 02,8 S

t

78 21,0 W

T( ) + S (t)

x

63 30,0 S

T (x)

c

62874 13896

T (t)

84440

76770

S (x)

7009

8 32,0 S

y = 90 + (x

c)

T (p) 77431 + S (y) 1736

= 144 58,0

A c = 69 16,5 SW

T (A) 79167

A c = 69,3 SW ИП КП К

249,3 249,7 - 0,4

Расчет по таблицам ВАС–58: Одно 9 - 28,0 S 22 + 02,8 S 78 + 21,0 W qт = 86

Ат А А Аt Ас

69,5° -0,1° -0,0° 0,0° 69,4° SW

Определение поправки по Солнцу: ИП КП К

249,4 249,7 -0,3

При решении на микрокалькуляторе подставляем в формулу котангенсов значение в долях градуса и получаем: АС = 69,3 SW

ИП = 249,3 ,

т.е. решение полностью совпадает с решением по ТВА–57.

10

Пример № 2. Вычисление поправки компаса по звезде. 12.12.03 Звезда - Центавра (№ 102). Тс =03.42 φС = 32 24,5 S C = 171 59,5 Е

Расчет приближенного гринвичского времени и даты наблюдений. 12.12

N WE

03,42 11 Е

Tгр

16.42

11.12

TC

U ХР = +5м 55с ГКП = 145,4

Расчет Tгр пеленгования Солнца

Tхр

16.42.00

Uхр

+0.55

Tгр

16.42.55

Расчет местного часового угла и склонение звезды

t

Υ T

1

t

±

t

Υ гр

E W

Υ м

319 57,2 10 45,5 330 42,7 171 59,5 Е 142 42,2 140 02,9

t

м

282 45,1 W 77 14,9 Е

60 50,9

S

11

Расчет Аc по таблицам ТВА–57.

60 50,9 S

t

77 14,9 Е

T( ) + S (t)

x

82 58,9 S

T (x)

c

75795 13123

T (t)

88918

S (x) 18259

32 24,5 S

y = 90 + (x

c)

T (p) 65372 + S (y) 2243

= 140 34,4

A c = 34 57,3 SЕ

T (A) 67615

A c = 35,0 SЕ ИП КП К

145,0 145,4 - 0,4

Расчет Аc по таблицам ВАС–58: Одно 32 - 24,5 60,5 + 20,9 77 + 14,9 qт = 83

S S Е

Ат А А Аt Ас

35,2° +0,1° -0,4° 0,0° 34,9° SЕ

Расчет поправки компаса по звезде: ИП КП К

145,1 145,4 -0,3

Расчет на микрокалькуляторе дает тот же результат.

12

83631

1.2.

Метод высот

Суть этого метода заключается в следующем: Если при пеленговании светила известны счислимые координаты места судна, а также высота светила, то опять из параллактического треугольника можно определить азимут светила, но по формуле косинус стороны полярного расстояния (90 - ). cos (90 - ) = cos (90 - ) cos (90 - h) + sin (90 - ) sin (90 - h) cosАс Приведем к углам первой четверти: sin = sin sin h + cos cos h cos A, откуда cos A = sin sec sec h – tg tg h.

(1.2.1)

Этот метод используется в случае, когда высота светила известна заранее, например, в момент видимого восхода или захода Солнца. При h = 0 формула упростится и примет вид: cos A = sin sec . По этой формуле в мореходных таблицах МТ-75 и МТ-2000 построена номограмма «Азимут истинного восхода (захода) светила». Но истинный восход (заход) Солнца происходит в момент, когда его центр находится под видимым горизонтом и высота его зависит от высоты глаза наблюдателя. Поэтому определение поправки компаса этим способом не применяется. При вычислении поправки компаса в момент видимого восхода или захода верхнего или нижнего края Солнца формулу (1.2.2) преобразуют и получают: Ас = 2 arc tg

cos( cos(

h ) sin h ) sin

(1.2.2)

Эта формула реализуется в следующих отечественных пособиях: МТ-75, МТ-2000 и МАЕ на указанный год, начиная с 2001 года. Во всех указанных пособиях приняты разные высоты глаза наблюдателя е: в МТ-75 принята е = 12 м, в МТ-2000 принята е = 8 м, в МАЕ принято е = 0 м, причем в МТ-75 и МАЕ дается высота верхнего края Солнца, а в МТ-2000 высота нижнего края Солнца, но есть таблица для перехода к высоте верхнего края. Рассчитаем высоту центра Солнца для каждого из приведенных случаев.

13

МТ-75 Усл. h 0 00,0 d -6,1 (для е = 12 м) -35,8 p + 0,1 R -16,0 h -57,8

МТ-2000 0 00,0 -5,0 (для е = 8 м) -35,1 +0,1 +16,0 -24,4

МАЕ 00 00.0 0.0 (для е = 0 м) -34,4 +0,1 -16,0 -50,3

Подставим данные высот в формулу 1.2.2 и получим рабочие формулы для табл. 20 МТ-75

Ас = 2 arc tg

cos( cos(

57 ,8) sin 57 ,8) sin

;

для табл. 3.37 МТ-2000

Ас = 2 arc tg

cos( cos(

24 ,4) sin 24 ,4) sin

;

для МАЕ

Ас = 2 arc tg

cos( cos(

50 ,3) sin 50 ,3) sin

.

Азимуты верхнего края Солнца на правом развороте ежедневных таблиц МАЕ вычислены в круговом счете для высоты глаза е = 0 м. Выборка производится для соответствующей даты по аргументу широты. Для получения поправки азимута А при е 0 м и температуре и давлении воздуха отличных от табличных используются таблицы А и В на страницах 280, 284 и 285. Поправка А вычислена по формуле А = -0,017 tg

соsec А h,

где h = d + ht + hв, где d – поправка за наклонение горизонта, ht и hв – поправки высоты за температуру и давление воздуха. Знак поправки А одинаков со знаком h. ]

14

Схема вычисления для МТ-75 и МТ-2000 Расчет приближенного Тгр и даты: Расчет приближенного гринвичского времени и даты наблюдений 

TC N

Расчет склонения Солнца Т

E W

Tгр

⊙

N(S)

Выбор значения Аc из МТ-75 (т. 20а или 20б) и МТ-2000 (т. 3.37): ⊙

АС

φС Определение поправки компаса: ИП КП К Схема расчета для МАЕ. Из таблицы «Поправка за наклонение», стр. 284 Из таблицы «Поправка за температуру», стр. 285 Из таблицы «Поправка за давление», стр. 285 Сумма поправок Азимут верхнего края Солнца на ближайшую меньшую широту Поправка за широту Поправка за долготу Поправка за высоту глаза (табл. А и В), стр. 280 Истинный пеленг

d ht hв h Ат Аφ А Ае ИП

ИП КП

15

К При выборке поправки за долготу надо руководствоваться следующим правилом: В случае восточных долгот Ас выбирается на заданную дату и производиться интерполирование к предшествующей дате, а в случае западных долгот выбирается Ас на предшествующую дату и интерполирование производится к последующей дате. Пример № 3. Вычисление поправки компаса в момент видимого восхода или захода Солнца. 08.12.03. Тс =05.15 φ С = 21 51,0 S ГКП = 115,4 0 C = 163 34,0 Е e = 7 м, t = +20 С В = 765 мм.рт.ст. Расчет приближенного гринвичского времени и даты наблюдений 05.15 08.12 TC  E NW 11 Е Tгр 18.15 07.12 Выбор значения Ас из МТ-75 (т. 20а): ⊙

= 22 37,3 S

А С = = 65,1 SЕ

φС = 21 51,0 S

Определение поправки компаса.

ИП 114,9 КП 115,4 К -0,5

16

Расчет склонения Солнца

Т

⊙

22 37,2 S (+0,3 ) +0,1 22 37,3 S

То же по МАЕ (егл = 7 метров, t = +20 С, В =765 мм. рт. ст. ) d ht hв h Ат Аφ А Ае ИП

-4,7 +2,0 -0,2 -2,9 114,4 +0,5 -0,1 0,0 114,8

ИП 114,8 КП 115,4 К - 0,6

1.3. Метод высот и моментов Суть метода заключается в следующем. Если при пеленговании светила замечен момент по хронометру и известна высота светила, тогда из треугольника PZС по формуле sin A= sin \ sin tм sec h (1.3.1) можно определить Ас. При этом нужно знать высоту светила. Ее можно измерить с помощью секстана или рассчитать по формуле sin h. Это дополнительная работа которая увеличивает время вычислений. Поэтому метод высот и моментов применяется исключительно при определении поправки компаса по Полярной звезде. Высота звезда при этом не измеряется, а принимается равной широте места. На конец 2003 года полярное расстояние Полярной звезды \ = 43 и до 2100 года будет уменьшаться. Поэтому формулу 1.3.1 преобразуют следующим образом: А = \ sin (Sм+ τ) sec φ (1.3.2) По формуле 1.3.2 рассчитана таблица «Азимут Полярной» на стр. 276 МАЕ и табл. 3.36 в МТ–2000, принимая для указанного календарного периода среднее значение \ и τ Полярной звезды. В таблицу следует входить слева или справа, в зависимости от величины местного часового угла точки Овна. Азимут получают в полукруговом счете: Υ - если tм слева – азимут Полярной NW, - если tм справа – азимут Полярной NE. Следует заметить, что вычисляемый азимут по МАЕ получают в минутах, а по МТ-2000, в градусах и десятых долях градуса. Способ применим только в северных широтах (0-20 ).

17

Схема вычисления. Расчет приближенного гринвичского времени и даты наблюдений TC



N WE

Tгр Расчет местного часового угла точки Овна.

t

T

1

t

Υ гр

E W

t

Υ м

всегда W

Выбор Ас из таблицы «Азимут Полярной».

tΥ

Ас NE (NW)

м

φ

Определение поправки компаса. ИП КП К Пример № 4. Определение поправки компаса по Полярной звезде: 22.11.03. Тс = 05.49 φ С = 16 00,0 N ГКП = 358,9 C = 149 00,0 Е Расчет приближенного гринвичского времени и даты наблюдений 

18

TC N WE

05.49 22.11 10 Е

Tгр

19,49 21.11

- Расчет местного часового угла точки Овна.

t

T

1

t

Υ гр

E W

t

Υ м

345 21,8 12 17,0 347 38,8 149 00,0 Е 146 08,8 W

Выбор Ас из таблицы «Азимут Полярной»

t Υ 146 м

38,8

φ 16 00,0 W

Ac= 0,7 NW.

Определение поправки компаса: ИП 359,3 КП 358,9 К +0,4

19

20