Giáo trình Địa văn hàng hải

115 trang huongle 3540

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Địa văn hàng hải", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_dia_van_hang_hai.pdf

Nội dung text: Giáo trình Địa văn hàng hải

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA ĐIỀU KHIỂN TÀU BIỂN BỘ MÔN HÀNG HẢI HỌC ĐỊA VĂN HÀNG HẢI HẢI PHÒNG - 2009
Địa văn hàng hải HÀNG HẢI ĐỊA VĂN Chương 1: Những khái niệm cơ bản §1.1: Hình dạng và kích thước Trái đất 1.1.1.Hình dạng trái đất Trái đất không phải là hình cầu mà có hình dạng mấp mô, phức tạp biến đổi theo mực nước biển gọi là Geoid. Khi không cần độ chính xác cao, coi trái đất là hình cầu. Trong các bài toàn hàng hải yêu cầu độ chính xác cao, người ta coi trái đất là hình Spheroid ( hay Elipxoid tròn xoay). 1.1.2.Kích thước trái đất + Khi coi trái đất là hình cầu, bán kính trái đất là R = 6.371.093m. + Trường hợp coi trái đất là Elipxoid, kích thước trái đất được đặc trưng bởi các thông số: P - bán trục lớn : a N - bán trục nhỏ : b a b b - Độ dẹt : f = a a 2 b 2 - Độ lệch tâm : e 2 a 2 a 1.1.3.Các hệ thống trắc đạc thế giới PS Hệ thống trắc đạc thế giới coi trái đất như một mô Hình 1.1 hình toán học để xây dựng hải đồ và giải quyết các bài toán hàng hải khác. Trong hàng hải, mô hình toán học được áp dụng là Elipxoid. Như vậy mô hình toán học Elipxoid được gọi là mốc chuẩn đo đạc. Các hệ thống trắc đạc khác nhau là các quan điểm về Elipxoid khác nhau. Thực tế, có một số mốc chuẩn cục bộ, mỗi mốc có riêng một mô hình toán học về trái đất. Mốc chuẩn cục bộ thưởng sử dụng hải đồ bao phủ tối đa là một lục địa. Các mốc chuẩn cục bộ cố gắng xây dựng mô hình toán học phù hợp với bề mặt trái đất khu vực đó nhất. + Mốc chuẩn Nga, thừa nhận năm 1946 dựa trên Elipxoid Gasopsk 1940. a 6 .378 .245 m Tr?c trái đ?t b 6 .356 .863 m 1 M?c B?c M? M?c Châu Âu f 244 .9 NAD-27 Postdam + Mốc chuẩn Bắc Mỹ ( NAD – 27) công nhận năm Elipxoid Clarke Elipxoid qu?c t? 1927, dựa trên cơ sở Elipxoid Clarke 1886. Hình 1.2 3
Địa văn hàng hải a 6.378.206m b 6.356.584m 1 f 244.98 + Mốc chuẩn Châu Âu khởi đầu từ Posdam (Đức) dựa trên cơ sở Elip Hayford 1910 và được công nhận là Elipxoid quốc tế năm 1924. a =6.378.388m b = 6.356.912m f = 1/247 Do có nhiều mốc chuẩn khác nhau nên khi sử dụng hải đồ ta phải hiệu chỉnh độ sai lệch vị trí do khác hệ trắc đạc. Ngày nay, người ta xây dựng các mốc chuẩn phức tạp cố gắng làm giảm đến mức thấp nhất độ sai lệch giữa Elipxoid và Geoid trên phạm vi toàn cầu để thay thế các quan điểm cục bộ. Hệ thống trắc đạc thế giới năm 1972 (WGS – 72) Hệ thống trắc đạc thế giới năm 1984 (WGS – 84) * Hệ thống định vị toàn cầu GPS sử dụng mốc chuẩn WGS – 84. §1.2. Toạ độ của một điểm trên bề mặt trái đất . 1.2.1. Những điểm, đường, mặt phẳng chính. V? tuy?n + Trái đất luôn quay quanh một PN trục được gọi là trục trái đất hay địa trục PNPS. + Địa cực : Địa trục cắt bề mặt O trái đất tại hai điểm gọi là địa cực, địa cực bắc là PN, địa cực Nam là PS Xích đ?o + Vĩ tuyến: Giao cả mặt phẳng song song với mặt phẳng xích đạo Kinh tuy?n g?c Kinh tuy?n PS và bề mặt trái đất cho ta vòng vĩ Đ?a tr?c tuyến. Hình 1.3 + Kinh tuyến: mặt phẳng chứa Y PN địa trục giao với bề mặt trái đất cho ta vòng kinh tuyến. Một nửa vòng kinh K tuyến này giới hạn bởi 2 cực P ,P là N S M kinh tuyến. y + Kinh tuyến gốc : Năm 1884 một 90+ O hội nghị quốc tế họp ở Newyork đã a x H X công nhận kinh tuyến đi qua đài thiên b văn Greenwich( London) là kinh tuyến KOH=u gốc hay kinh tuyến số “0”. MOH= ’ 1.2.2. Toạ độ của một điểm trên bề mặt trái đất. PS Hình 1.4 1.2.2.1. Toạ độ địa dư 4
Địa văn hàng hải a. Kinh độ địa dư: là góc nhị diện hợp bởi mặt phẳng kinh tuyến gốc và mặt phẳng kinh tuyến đi qua điểm đang xét hay giá trị cung xích đạo giới hạn bởi kinh tuyến gốc và kinh tuyến đi qua điểm đang xét. + Kinh độ tính từ kinh tuyến gốc về phía đông được gọi là kinh độ đông và ký hiệu là  E + Kinh độ tính từ kinh tuyến gốc về phía tây được gọi là kinh độ tây là ký hiệu là W + Giá trị kinh độ biến thiên từ 00-1800. b. Vĩ độ địa dư( vĩ độ trắc địa) + Vĩ độ địa dư tại một điểm trên bề mặt trái đất là góc hợp bởi pháp tuyến với bề mặt trái đất tại điểm đó và mặt phẳng xích đạo. + Ký hiệu là và có giá trị biến thiên từ 00-900 + Vĩ độ những điểm ở Bắc bán cầu được gọi là vĩ độ Bắc, mang tên Bắc N và quy ước là có dấu (+). + Vĩ độ những điểm nằm ở Nam bán cầu gọi là vĩ độ Nam, mang tên Nam S và quy ước là có dấu (-) 1.2.2.2. Toạ độ địa tâm a. Kinh độ địa tâm: như kinh độ địa dư b. Vĩ độ đia tâm + Vĩ độ địa tâm là góc hợp bởi mặt phẳng xích đạo và hướng từ tâm trái đất tới điểm đang xét. Ký hiệu là ' MOH Giá trị và dấu của vĩ độ địa tâm giống vĩ độ địa dư. 1.2.2.3. Toạ độ quy tụ ( Tham số) a. Kinh độ quy tụ: như kinh độ địa tâm b. Vĩ độ quy tụ + Qua điểm m đang xét hạ MH vuông góc với mặt phẳng xích đạo. Kéo dài HM cắt mặt cầu tâm O, bán kính a tại K. Ta có vĩ độ quy tụ là giá trị u = KOH + Giá trị dấu tương tự vĩ độ địa tâm. 1.2.3. Mối liên hệ giữa các hệ toạ độ Ta có phương trình Elip dạng tham số : x = a.cosu y = a.sinu y x2 y2 y2 x2 tg với x=a.cosu, y=b.sinu,(vì 1 1 1 cos2 u sin 2 u x a2 b2 b2 a2 y 2 b2 sin 2 u hay y=b.sinu) bsin u b a tg tgu hay tgu tg (1) a cosu a b + Xét góc nghiêng của đường tiếp tuyến với trái đất ( hay Elip kinh tuyến) tại M là MNX =900 + dy Hệ số góc của đường tiếp tuyến MN là tg(900 + ) = dx 5
Địa văn hàng hải d(b.sin u) b.cosu.du b tg(90 0 ) cot g cot gu , d(a.cosu) a sin u.du a b cot g cot gu (2) a b 2 Thay (2) vào (1)=>tg ’= tgu a 2 Mặt khác : a2 b b2 b2 b e2 2 1 1 e2 1 e2 a2 a2 a2 a Vậy ta có mối liên hệ giữa 3 vĩ độ là: tg ' (1 e 2tg 2 tgu 1 e tg 1.2.2.4. Toạ độ vuông góc Xét mối liên hệ giữa toạ độ địa dư và toạ độ vuông góc. M( ,) M(x,y) Y MP =dx Phương trình Elip kinh tuyến: M’P = dy x2 y 2 M’ 1(1) a2 b2 M Vi phân phương trình (1): y P 2 2xdx 2ydy b dx X 0  y .x. (2) a 2 b 2 a 2 dy O x Xét sự dịch chuyển MM’ vô cùng bé tương ứng với dx,dy. Hình 1.5 dy Ta có: tg (Dấu (-) thể hiện dx & dx b 2 dx  y .x. (1 e 2 ).x.( tg ) (1 e 2 ).x.tg dy nghịch biến)(2) a 2 dy Thay vào (1): x 2 (1 e 2 ) 2 .e 2 .tg 2 x 2 (1 e 2 ) 2 .e 2 .tg 2 1 1 a 2 b 2 a 2 (1 e 2 )a 2 a 2 a 2 cos 2  x 2 1 (1 e 2 )tg 2 cos 2 (1 e 2 ) sin 2 a 2 a 2 cos 2 x 2 1 (1 e 2 )tg 2 1 sin 2 (1 e 2 ) sin 2 a 2 a 2 cos 2 a.cosu x 2  x 2 2 2 2 (3) 1 (1 e )tg 1 e sin 1 e 2 sin 2 Thay (3) vào (1): 6
Địa văn hàng hải x 2 y 2 y2 x2 y2 a 2 cos 2 y 2 cos 2 1 =1- =1- =1- a 2 b 2 b2 a 2 b2 a 2 (1 e 2 sin 2 ) b2 (1 e 2 sin 2 ) 2 2 2 y (1 e ) sin a 2 (1 e 2 ) 2 sin 2 a (1 e 2 ) sin y 2 y 2 2 2 2 2 2 (4) a (1 e ) 1 e sin 1 e sin 1 e 2 sin 2 Tóm lại: a cos x r 1 (1 e2 sin 2 ) 2 a (1 e 2 ) sin y 1 e 2 sin 2 §1.3.Các bán kính cong chính 1.3.1. Bán kính cong vĩ tuyến Qua điểm M trên bề mặt trái đất, tồn tại duy nhất một đường vĩ tuyến qua M. + Bán kính cong vĩ tuyến tại các điểm trên cùng vòng vĩ tuyến là như nhau và bằng bán kính của vòng vĩ tuyến đó. + Ta có: bán kính cong vĩ tuyến r = x = a.cosu Y Mặt khác: 1 1 1 tg 2u cos2 u 2 2 r cos u 1 tg u y 1 cos2 cos 2 u 1 tg 2 (1 e2 ) cos 2 sin 2 (1 e2 ) 2 2 cos cos x X cos u 2 2 cosu 1 e sin 1 e 2 sin 2 a cos Vậy: r 1 Hình 1.6 (1 e 2 sin 2 ) 2 1.3.2. Bán kính cong kinh tuyến Bán kính cong cung kinh tuyến tại điểm A có vĩ độ ;;là M. Độ dài cung kinh tuyến; Dựa trên công thức tính bán kính cong ta có: S dS M lim Y B A d AB=dS S:Là thành phần cung kinh tuyến B A BH=dy cung AB tương ứng với số gia vô cùng r = x AH = dr H bé củavĩ độ là . y S Pháp tuyến với kinh tuyến tại A và X O Q B giao nhau tại C, ta cóACB d d C Hình 1.7 7
Địa văn hàng hải dx dr Xét ABH sin = - (Dấu (-) thể hiện dr và dx ngược dấu) dS dS dr dr Vậy dS = - Md M sin sin d dr Tính : d a cos r 1 ( đạo hàm r theo ) (1 e2 sin 2 ) 2 1 1  (a cos ) (1 e2 sin 2 ) 2 a cos (1 e 2 sin 2 ) 2 dr 2  d 1 (1 e 2 sin 2 ) 2  1 1 1 a sin (1 e 2 sin 2 ) 2 a cos . (1 e 2 sin 2 ) 2 ( 2e 2 sin cos ) dr 2 2 2 d (1 e sin ) dr asin ae2 sin3 ae2 sin cos2 3 d 2 2 2 (1 e sin ) dr asin ae2 sin asin (1 e 2 ) 3 3 d (1 e 2 sin 2 ) 2 (1 e 2 sin 2 ) 2 dr a(1 e 2 ) M M 3 d sin (1 e2 sin 2 ) 2 Nhận xét: a a a 2 + = 90 sin =1 M90= M max 1 e2 b2 b 1 (1 ) a 2 2 2 2 b b + = 0 sin = 0 M0= a(1 e ) a 1 (1 2 ) M min a a Vậy bán kính cong kinh tuyến đặc trưng cho độ cong của Elip kinh tuyến. Elip kinh tuyến đặt độ cong lớn nhất ở xích đạo và giảm dần tới giá trị nhỏ nhất ở xích đạo. §1.4.Các đơn vị đo chiều dài và tốc độ trên biển. 1.4.1.Chiều dài 1 phút cung kinh tuyến. Ta có giá trị 1’ cung kinh tuyến a(1 e 2 ) dS M.arc1 arc1 3 (1) (1 e 2 sin 2 ) 2 8
Địa văn hàng hải Đặt : e2 sin 2 =x, -3/2=m ta được: 1 3 (1 e 2 sin 2 ) 2 (1 x) m 3 (1 e 2 sin 2 ) 2 Khai triển Macloranh cho hàm f(x) = (1 x)m ta có: f (0) (1 0) m 1 f (0) m(1 x) m 1 m X 0 f (0) m(m 1)(1 x) m 2 m(m 1) X 0 f (0) m(m 1)(m 2)(1 x) m 3 m(m 1)(m 2) X 0 f (n) (0) m(m 1)(m 2) (m (n 1) m(m 1)(m 2) (m n 1) m! Áp dụng công thức Taylor cho hàm f(x) = (1 x)m f (x )(x x )2 f (n) (x )(x x ) n f (x) f (x ) f (x )(x x ) 0 0 0 0 0 0 0 2! n! x0 =0 ta cã: f (0)x 2 f (n) (0)x n f (x) f (0) f (0)x 2! n! Thay vào ta được : mx m(m 1)x 2 m(m 1)(m 2)x 3 m(m 1)(m 2) (m n 1)x n f (x) 1 1! 2! 3! n! Trong đó: thay m bằng số, cụ thể m=-3/2 ta tính được: 15 35 315 f (X ) 1 ( 3/ 2)( e 2 sin 2 ) e 4 sin 4 e6 sin 6 e8 sin 8 8 16 128 1 3 2 2 15 4 4 35 6 6 315 8 8 3 1 ( e sin ) e sin e sin e sin (1 e 2 sin 2 ) 2 2 8 16 128 Thay vào (1) có: 3 15 arc1 (1 e 2 )(1 e 2 sin 2 e 4 sin 4 ) 2 8 3 15 3 15 arc1 (1 e 2 sin 2 e 4 sin 4 ( e 2 ) e 4 sin 2 e 6 sin 4 2 8 2 8 Bỏ qua các thành phần bậc cao(e) 4 ta có: 3 2 2 2 2 3 2 a.arc1 (1 e sin e ) a.arc1 (1 e e (1 cos 2 ) 2 4 9
Địa văn hàng hải 2 2 3 2 3 e a.arc1 (1 e e cos 2 ) a.arc1 1 (1 3cos 2 ) 4 4 4 Thay các giá trị của a, e theo Elip Krasopxky ta có: = (1852,28-9,355.cos2 ) metres * Nhận xét: + Chiều dài 1’ cung kinh tuyến phụ thuộc vào vĩ độ . Giá trị này nhỏ nhất xích đạo 0 =1982.9m và lớn nhất ở cực (900 ) = 1961.7m( Giá trị trung bình tại vĩ độ 450 là 1952.3m) 1.4.2.Đơn vị đo chiều dài và tốc độ trên biển. + Đơn vị đo chiều dài trên biển là hải lý. Hải lý là giá trị 1’ cung kinh tuyến. + Seamile ( hải lý) là chiều dài 1’ cung kinh tuyến ở vĩ độ vị trí. Hải lý quốc tế ( International nautical Mile) là chiều dài cố định tiêu chuẩn = 1985m. Dặm địa lý (Geographical Mile) là chiều dài 1’ cung xích đạo, giá trị này tính theo International Spheroid ( 1924) là 1855.4m. + Dặm luật định ( Statule or land Mile) được tính bằng 1760 yards hay 5280 feets và có giá trị 1609.3m. * Đơn vị đo thường dùng: - Hải lý ( Mile) - Liên ( Cable) = 1/10 mile - Sải( Fathom) = 6 feet = 1.83m - Mã- thước Anh(Yard) = 3 feet = 0.944m - Foot ( Feet) = 0.3048m - Inch= 0.254m * Đơn vị đo vận tốc: Knot = Hải lý/giờ hoặc m/s Đơn vị đo chiều độ sâu m, fathom §1.5.Hiệu kinh độ, hiệu vĩ độ 1.5.1.Hiệu vĩ độ (H ) P Hiệu vĩ độ giữa hai điểm là giá trị cung kinh tuyến N giới hạn bởi hai cung vĩ tuyến đi qua hai điểm đang xét. B + Ta có H = B A C 0 0 H = 0 - 180 H O E Q + H có tên N, quy ước mang dấu (+) khi hướng M H N hành trình về phía N (điểm cuối B ở phía N so với điểm đầu A) A PS 10 Hình 1.8
Địa văn hàng hải + H có tên S, quy ước mang dấu (-) khi hướng hành trình về phía S(điểm cuối B ở phía S so với điểm đầu A). 1.5.2.Hiệu kinh độ Hiệu kinh độ giữa hai điểm là giá trị cung xích đạo nhỏ hơn giới hạn bởi hai đường kinh tuyến đi qua hai điểm đang xét. + Ta có: H= B  A 0 0 Trường hợp  B  A > 180 H=360 –( B  A ) + H có tên E, quy ước đấu (+) khi hành trình hướng về phía Đông. + H có tên W, quy ước dấu (-) khi hành trình hướng về phía Tây. Ví dụ: 180 40' S 310 15'2S Tàu chạy từ điểm A A tới điểm B A 0 0  A 136 40'6W  A 126 35'8E Tìm hiẹu vĩ độ và hiệu kinh độ giữa hai điểm A&B? Ta có: 0 0 A 31 15'2S  A 126 35'8E - 0 + 0 A 18 40'S  A 136 40'6W H 120 35'2S H 263016'4E + 0 360 0 H 96 43'6W §1.6.Tầm nhìn xa chân trời nhìn thấy - Tầm nhìn xa mục tiêu 1.6.1.Tầm nhìn xa chân trời nhìn thấy + Giả sử người quan sát đứng tại vị trí H A1 H là điểm A với độ cao AA1 = e. d + Mặt phẳng chân trời thật là mặt e r x phẳng đi qua mặt người quan sát và vuông M A M y B B góc với hướng dây dọi( HH’ A1O) + Đường chân trời hình học: Từ vị trí R c mắt người quan sát kẻ tiếp tuyến với bề 1 R mặt trái đất tại M, vòng tròn nhỏ (MM’) là O đường chân trời hình học. Do hiện tượng khúc xạ khí quyển, 2r ánh sang truyền tới mắt người quan sát O R=BA y không đi theo đường thẳng mà theo đường 1 Hình 1.9 cong A1zB. Người quan sát có thể nhìn xa hơn đường chân trời hình học, ta gọi đường chân trời nhìn thấy ( BB’). Hệ số khúc xạ mặt đất k = R/R1 + R : là bán kính trái đất khi coi là hình cầu + R1 : Ánh sáng truyền từ điểm B tới mắt người quan sát A1 theo cung A1zB. Coi gần đúng cung A1zB là cung tâm O’ bán kính R1. Thực tế hệ số k phụ thuộc 11
Địa văn hàng hải vào các yếu tố như nhiệt độ, áp suất khí quyển, chúng ta thừa nhận giá trị trung bình k = 0.16. + Khoảng cách theo cung A1zB gọi là tầm nhìn xa chân trời nhìn thấy. Coi gần đúng: * Tính D ˆ ˆ sin A1 BA sin A1 AB Xét tam giác AA1B ta có : AA1 A1 B Trong đó: AA1 = e A1B = D c A AˆB = 900+ 1 2 c ABx ; A1Bx r 2 c A BˆA = ABx-A1Bx -r 1 2 c c sin( r) sin(900 ) 2 2 e D c c c c ( -r nhỏ coi gần đúng sin( r) -r ; sin(900 ) sin 900 =1) 2 2 2 2 c r 1 2e 2 D e D c 2r Mặt khác : D R.c c = D/R D R1.2r r = D/2R1 Thay vào (1): 2e 2e.R.R 2eR 2eR D 1 D D D(R R) R D(1 k) 1 D(1 ) R R1 R1 1 2eR D 2 D 2eR(1 k) 2 1 k 1 Xét hàm (1 k) 2 , đặt x = -k, m= -1/2 Khai triển Macloranh cho hàm f(x) = (1 x) m ta có: mx m(m 1)x 2 m(m 1)(m 2)x 3 m(m 1)(m 2) (m n 1)x n f (x) 1 1! 2! 3! n! Bỏ qua vô cùng bé bậc cao (từ x3 trở lên) ta có: mx m(m 1)x 2 f (x) 1 1! 2! 1 2 1 1 3 ( k) (1 k) 2 1 ( )( k) ( )( ) 2 2 2 2! Bỏ qua vô cùng bé bậc cao k2 ta được 12
Địa văn hàng hải 1 1 K (1 k) 2 1 ( )( k) 1 2 2 1 K Với k = 0.16 f(x) = (1 k) 2 1 1.08 2 1,08 2e.6371093 D 2,08163 e ( R = 6.371.093m) 1852 Đây là công thức tính tầm nhìn xa chân trời nhìn thấy chỉ xét đến các yếu tố độ cong của bề mặt trái đất, khúc xạ mặt đất và độ cao mắt người quan sát gọi là tầm nhìn xa địa lý ( Gẻogaphical Range). m D(Hải lý) = 2.08 e ft D(Hải lý) = 1.145 e m Bảng toán Norie’s Table sử dụng công thức D(Hải lý) = 2.096 e Tài liệu “ Admiralty List of Light and Fog Signal” sử dụng công thức: m D(Hải lý) = 2.03 e ft D(Hải lý) = 1.12 e + Tầm nhìn xa hình học d = e m do khúc xạ khí quyển nên tăng khoảng 8%, ta có tầm nhìn xa địa lý 2.08 e m . Các tài liệu sẽ có lượng điều chỉnh độ tăng tầm nhìn xa do khúc xạ khí quyển khác nhau. 1.6.2.Tầm nhìn xa mục tiêu Theo hình vẽ ta có: D = De + Dh m m D(Hải lý) = 2.08( e + h ) ft ft D(Hải lý) = 1.145( e + h H Dh De H?i đăng h e MHWS Hình 1.10 Trong đó: + e là độ cao mắt người quan sát + h là độ cao mục tiêu, có 2 mốc tính độ cao, ghi trên hải đồ. 13
Địa văn hàng hải - Giá trị trung bình của nước lớn trong thời kỳ sócvọng( MHWS- Mean High Water Spring) - Giá trị trung bình của mực nước lớn lớn hơn( MHHW- Mean Higher High Water) + D: Tầm nhìn xa địa lý tới mục tiêu + De : Tầm nhìn xa chân trời nhìn thấy của người quan sát. + Hh : Tầm nhìn xa chân trời nhìn thấy của mục tiêu. Tầm nhìn xa địa lý là khoảng cách lớn nhất mà người quan sát có thể nhìn được Hải đăng chỉ xét đến các yếu tố là độ cao mắt người quan sát(e), độ cao đèn(h), dộ cong bề mặt trái đất và khúc xạ khí quyển. Giá trị này được xác định trong bảng toán hàng hải Norie’s Table hoặc “ Admiralty List of Light and Fog Signal” Tầm nhìn xa quang học là khoảng cách lớn nhất mà có thể nhìn được đèn mà chỉ xét đến cường độ phát sáng của đèn và tầm nhìn xa khí tượng. Giá trị này không tính đến độ cao mắt người quan sát, độ cao mục tiêu và độ cong bề mặt trái đất. Tầm nhìn xa giả định là tầm nhìn xa quang học với giả thiết tầm nhìn xa khí tượng là 10 hải lý. Trước năm 1972 giá trị tầm nhìn xa của đèn cho trên hải đồ là tầm nhìn xa địa lý tương ứng với độ cao mắt người quan sát giả định là 5m hoặc 15 feet trừ khi tầm nhìn xa quang học nhỏ hơn. Từ 31/3/1972 hải đồ mới hầu hết cho tầm nhìn xa của đèn là tầm nhìn xa giả định. Các quốc gia sửdụng tầm nhìn xa quang học thường dùng tầm nhìn xa khí tượng giả định là 20hải lý. Loại tầm nhìn xa sử dụng cho đèn được cho trong tài liệu “ Admiralty List of Light and Fog Signal” , phần “ Special Remark” Tầm nhìn xa mục tiêu thực tế sẽ là giá trị nhỏ hơn của tầm nhìn xa địa lý và tầm nhìn xa quang học tại thời điểm quan sát. NOMILAL RANGE IN SEA MILE A Per feet Visibility B C 15 Miles 10Miles 20 Miles 5 Miles 2 Miles INTENSITY IN CANDELAS 14
Địa văn hàng hải §1.7.Các hệ thống phân chia đường chân trời. 1.7.1.Một số khái niệm + Mặt phẳng chân trời thật (P) vuông góc A1O + Mặt phẳng chứa đường thẳng đứng A1O gọi là mặt phẳng thẳng đứng. Mặt phẳng thẳng đứng chứa trục PNPS gọi là mặt phẳng kinh tuyến người quan sát(R) + Người quan sát ở A độ cao mắt e = AA1 W + Mặt phẳng kinh tuyến thật A’ giao với bề mặt trái đất cho ta S P N đường kinh tuyến thật người quan sát ( chứa vị trí người quan E A e sát là A) z P + mặt phẳng kinh tuyến thật N giao với mặt phẳng chân trời thật W cho ta giao tuyến là đường Tý - S Ngọ (NS). Trên đường Tý - Ngọ, N O E hướng ngắm từ A1 về phía cực PN của trái đất cho ta điểm bắc N trên đường chân trời thật. PS + Quy ước : Trên mặt phẳng chân trời thật, quay mặt về phía R bắc (N) thì bên phải là hướng Đông (E) và bên trái là hướng Tây(W) 1.7.2.Các hệ thống phân chia đường chân trời 1.7.2.1.Hệ ca + Hệ ca có mốc tính là hướng N. Toàn bộ đường chân trời chia làm 32 ca, mỗi ca tương ứng với 11025’. + Bốn hướng chính N,S,E, W + Bốn hướng ¼ là NE, SE, NW, SW. + Tám hướng phụ là NNE, N Nt E ENE, SSE, ESE NNW NW NNE - Cách đọc tên hướng phụ: => NE Hướng phụ chia đôi góc giữa hướng chính và hướng ¼ . Tên của hướng WWN ENE phụ phép bởi tên hướng chính, tiếp E đến là hướng ¼ . W Ví dụ : NNE - N: Hướng chính, NE : hướng phụ WSW ESE + 16 hướng trung gian NtE, SW SE NEtN, NEtE, EtN SSE S N W SSW t 15 H×nh 2.2
Địa văn hàng hải - Cách đọc tên hướng trung gian: => hướng trung gian chia đôi góc hợp bởi : (1) Hướng chính và hướng phụ => tên sẽ là tên hướng chính đó, thêm chữ t ( có nghĩa là về phía – ghé), tiếp theo là hướng chính khác gần nhất. Ví dụ: giữa ( N – NNE) => NtE (2) Hướng ¼ và hướng phụ => tên là hướng ¼ , thêm chữ t , tiếp theo là hướng chíh gần nhất. Ví dụ: giữa (SE – ESE) =>SEtE * Hệ ca dùng để định hướng từ thời thuyền buồm xa xưa, ngày nay chỉ còn sử dụng cho việc xác định hướng gió, hải lưu. 1.7.2.2. Hệ nguyên vòng (A) N + Hướng chính là hướng N, giá trị theo hướng nguyen vòng tính từ hướng N theo chiều kim đồng hồ từ 00 - 3600 Ví dụ: A = 1600 1.7.2.3.Hệ bán vòng ( A ) 1/2 W + Mốc tính là điểm N nếu người quan E sát ở Bắc bán cầu và là điểm S nếu người quan sát ở Nam bán cầu về phía Đông(E) hoặc phía Tây(W) giá trị biến thiên 00 – 1800. 0 + Tên gọi : Ví dụ => A1/2 = N160 E S H×nh 2.2 Chữ thứ nhất (N) cùng tên vĩ độ người quan sát, chữ thứ hai theo hướng tính giá trị bán vòng) 1.7.2.4.Hệ ¼ vòng ( A1/4) + Mốc tính là điểm N hoặc S về phía Đông hoặc Tây, giá trị biến thiên từ 00 - 900 0 +Tên gọi: Ví dụ => A1/4 = 20 SE ( chữ thứ nhất là mốc tính, chữ thứ hai theo hướng giá trị ¼ vòng) Quy đổi giá trị giữa các hệ : Hệ ca A A1/2 A1/4 NE 450 N450 E ( S 450NE 1350 E) SW 2250 S450 W 450SE (N1350 W) 16
Bài giảng địa văn: Chương2 CHƯƠNG II XÁC ĐỊNH PHƯƠNG HƯỚNG VÀ QUÃNG ĐƯỜNG TÀU CHẠY TRÊN BIỂN §2.1. Địa từ trường - Độ lệch địa từ 2.1.1. Khái niệm địa từ trường Qua các thí nghiệm, ngườI ta xác định được các yếu tố từ trường trên bề mặt trái đất. Thực tế, từ trường trái đất rất phức tạp, phụ thuộc vào vị trí địa lý và thay W A’ S N P E A e z PN W S N O E PS R H×nh 2.1 đổi theo thời gian. Để đơn giản, chúng ta coi từ trường trái đất như một nam châm khổng lồ có từ cực N gần địa cực S địa lý và từ cực S gần địa cực Bác địa lý. + Khảo sát năm 1980 ta có vị trí cực từ Bắc(N) là (700S;560E) cực từ Nam(S) là(700S; 1560E) + Vị trí các cực từ chỉ có tính chất tương đối và luôn thay đổi. 2.1.2. Độ lệch địa từ(d) 2.1.2.1.Khái niệm + Độ lệch địa từ là độ chênh lệch giữa hướng Bắc thật và hướng Bắc địa từ. - Hướng Bắc thật là hướng Bắc của kinh tuyến thật người quan sát. - Hướng Bắc địa từ là hướng của kinh tuyến địa từ. Quy ước: + Hướng Bắc địa từ lệch về phía Đông so với hướng Bắc thật thì độ lệch địa từ mang tên Đông(dE) và quy ước có dấu (+) Bộ môn Hàng hải học 17
Bài giảng địa văn: Chương2 + Hướng Bắc địa từ lệch về phía Tây so với hướng Bắc thật thì độ lệch địa từ mang tên Tây(dw) và quy ước có dấu (-) 2.1.2.2. Cách xác định độ lệch địa từ(d) a. Dựa vào hoa địa từ trên hải đồ. Chọn hoa địa từ gần vị trí tàu, trên đó có các thông tin về độ lệch địa từ. Ví dụ 1: 6035’W 1991(1’W) Ý nghĩa: Độ lệch địa từ khảo sát năm 1991 tại khu vực quanh hoa địa từ là 6035’W, thay đổi hàng năm 1’W Công thức tính: dhh = dks (nhh-nks). d (1) dhh : Độ lệch địa từ năm hàng hải dks: độ lệch địa từ năm khảo sát ( lấy giá trị tuyệt đối cho công thức (1)) d : là sự thay đổi hàng năm ( lấy giá trị tuyệt đối cho công thức (1)) nhh : năm hàng hải nks : năm khảo sát Trong công thức (1): - Lấy dấu (+) khi d mang tên E hay Đông(increasing) - Lấy dấu (-) khi d mang tên W hay Tây ( decreasing) + Kết quả dhh > 0, lấy tên dhh cùng tên dks Dhh< 0, lấy tên dhh khác tên dks Ví dụ 1: 0 0 D2006 = 6 35’-(2006-1991).1’=6 20’N Ví dụ 2: Var. 0015’E ( 1986) decreasing about 2’ annually. 0 0 0 Ta có: d2006 = 0 15’ – ( 2006-1986).2’=-0 25’ d2006 = 0 25’W. b. Đường cong đẳng độ lệch địa từ. Trên các hải đồ tỷ lệ xích nhỏ, độ lệch địa từ cho dưới dạng đường cong đẳng độ lệch địa từ. Trên đó ghi các giá trị độ lệch địa từ năm khảo sát và thay đổi hàng năm. Năm khảo sát và có thể có một số thông tin chi tiết thêm cho trên đề mục hải đồ. Cách xác định độ lệch địa từ năm hàng hải tương tự khi sửdụng hoa địa từ. Khi vị trí tàu không nằm trên đường cong đẳng độ lệch địa từ ta phải tiến hành nội suy. 2.1.3. Sai số la bàn. + Hướng Bắc la bàn là hướng chỉ điểm Bắc(N) của kim la bàn. + Độ lệch riêng la bàn từ là độ chênh lệch giữa hướng Bắc địa từ và hướng Bắc la bàn từ. Ký hiệu là  và giá trị được cho trong “bảng độ lệch riêng la bàn từ” trên tàu (hoặc tự xác định) 18 Bộ môn Hàng hải học
Bài giảng địa văn: Chương2 + Sai số la bàn là độ chênh lệch giữa hướng Bắc la bàn và hướng Bắc thật. Ta có: - Sai số la bàn từ: L = d+ - Sai số la bàn con quay : Lq được xác định bằng các phương pháp khác nhau trên tàu. §2.2. Hướng đi – Phương vị - Góc mạn 2.2.1. Hướng đi + Hướng thật (HT) là góc hợp bởi hướng Bắc thật và hướng mũi tàu. Giá trị 0 0 tính từ hướng Bắc thật(Nt) theo chiều kim đồng hồ từ 0 – 360 . + Hướng Bắc la bàn (HL) là góc bởi hướng Bắc la bàn và hướng mũi tàu. Giá 0 0 trị tính từ hướng Bắc la bàn (NL) theo chiều kim đồng hồ từ 0 – 360 . 2.2.2. Phương vị tới mục tiêu. + Phương vị thật (PT) là góc hợp bởi hướng Bắc thật và hướng từ tàu tới mục 0 tiêu. Giá trị tính từ hướng Bắc thật(Nt) theo chiều kim đồng hồ biến thiên từ 0 – 3600 . + Phương vị địa từ (Pd) làgóc hợp bởi hướng Bắc địa từ và hướng từ tàu tới mục tiêu. Giá trị tính từ hướng Bắc địa từ theo chiều kim đồng hồ biến thiên từ 00 – 3600. + Phương vị la bàn(PL) là góc hợp bởi hướng Bắc la bàn và hướng từ tàu tới mục tiêu. Giá trị được tính từ hướng Bắc la bàn vòng theo chiều kim đồng hồ biến thiên từ 00 – 3600. 2.2.3.Góc mạn tới mục tiêu + Góc mạn tới mục tiêu là góc hợp bởi hướng mũi tàu và hướng từ tàu tới mục tiêu. Góc mạn nguyên vòng (G) là giá trị góc mạn tính từ hướng mũi tàu theo chiều kim đồng hồ biến thiên từ 00 – 3600. + Góc mạn tính từ hướng mũi tàu về bên phải gọi là góc mạn phải(Gp) biến thiên từ 00 – 1800 quy ước mang dấu (+) + Góc mạn tính từ hướng mũi tàu về bên trái gọi là góc mạn trái (Gt) biến thiên từ 00 – 1800 quy ước mang dấu (-). Chú ý : Khi đo góc mạn trên Radar và để ở chế độ Head-up góc mạn điện tử thể hiện trên màn ảnh chỉ thị luôn là góc mạn nguyên vòng biến thiên từ 00 – 3600 ( gọi là góc mạn điện tử) Bộ môn Hàng hải học 19
Bài giảng địa văn: Chương2 2.2.4. Mối liên hệ HT = Hd+d = HL+ d + = HL + L P PT = HT + G = HT GT §2.3. Lý luận chập tiêu. 2.3.1. Nguyên lý chập tiêu 2.3.1.1. Định nghĩa Chập tiêu là một hệ thống gồm 2 hay nhiêù mục tiêu được bố trí cùng nằm trên một đường phương vị thật. - Đường tim chập là đường thẳng nối các chập tiêu. - Chập tiêu thường gồm 2 mục tiêu, mục tiêu sau cao hơn mục tiêu trước. - Trên đường tim chập, ghi loại mục tiêu và giá trị phương vị ngắm chập. 2.3.1.2. Độ nhạy tuyến tính của chập tiêu. + Xét chập tiêu có hai mục tiêu là A1,A2. Khi không có tác động của các yếu tố ngoại cảnh thì chỉ khi vị trí tàu nằm trên đường tim chập A2A1 thì mới ngắm được 2 mục tiêu A1, A2 của chập cùng trên một hướng ngắm. Thực tế, do khả năng phân giải của mắt, khi vị trí tàu lệch khỏi tim chập một khoảng cách là  vẫn nhìn thấy 2 mục tiêu của chập cùng nằm trên hướng ngắm chập M1A1A2 hay M2A1A2 . Vậy độ nhạy tuyến tính của chập tiêu tại khoảng cách nào đó tới chập là dộ lệch lớn nhất tới đường tim chập mà ta vẫn ngắm được 2 mục tiêu của chập tiêu cùng nằm trên một đường phương vị ngắm. * Tính độ nhạy chập tiêu  Xét A1A2M ta có:  = + =  -  (1)   tg  nhỏ, coi gần đúng  D D   tg  nhỏ, coi gần đúng  d D D d Thay vào (1):   d (D d)D    D D  D(D d) d 20 Bộ môn Hàng hải học
Bài giảng địa văn: Chương2 Thừa nhận khả năng phân giải bình thường của mắt là =1’ (D d)D arc1' ( arc1’ = 1/3438) d Nhận xét; + Khoảng cách tới chập D tăng dẫn đến  tăng là cho độ chính xác khi quan sát chập tiêu giảm, tính chất này giúp ta chọn khoảng cách tới chập tiêu thích hợp để nâng cao độ chính xác của phương vị ngắm chập. + Khoảng cách giữa 2 mục tiêu của chập là d tăng làm cho . Tính chất này giúp ta lựa chọn khoảng cách d nâng cao độ chính xác của phương vị ngắm. 2.3.2. Phân loại chập tiêu 2.3.2.1. Phân loại theo tính chất + Chập tiêu nhân tạo + Chập tiêu tự nhiên 2.3.2.2. Phân loại theo công dụng(ứng dụng) + Chập tiêu chuyển hướng + chập tiêu dẫn đường +Chập tiêu đặc biệt ( dùng để xác định vận tốc tàu, khử độ lệch riêng la bàn từ, ) §2.4. Xác định độ lệch riêng la bàn từ() 2.4.1. Khái niệm Ứng dụng từ trường trái đất, người ta chế tạo la bàn từ có tác dụng chỉ hướng. Kim nam châm la bàn chỉ hướng Bắc địa từ(Nd) khi chỉ có duy nhất tác động của từ trường trái đất. Bản thân tàu có cấu tạo bằng sắt thép, trong từ trường trái đất các thành phần sắt thép của tàu sẽ bị từ hoá tạo thành các nam châm thứ cấp. Vậy khi la bàn từ đặt trên tàu sẽ bị ảnh hưởng của từ trường thứ cấp tổng hợp làm cho kim nam châm chỉ hướng Bắc la bàn(NL), lệch so với hướng Bắc địa từ một giá trị gọi là độ lệch riêng la bàn từ () - Hướng Bắc la bàn NL lệch về bên phải so với hướng Bắc địa từ Nd ta có E mang dấu (+) - Hướng Bắc la bàn NL lệch về bên trái so với hướng Bắc địa từ Nd ta có w mang dấu (-) Ta có:  = f(HT) Giá trị độ lệch riêng la bàn  phải được khử và lập thành bảng độ lệch còn lại để sử dụng trên tàu. 2.4.2. Các phương pháp địa văn xác định độ lệch riêng la bàn từ . Công thức tính:  = L-d=(PT-PL) – d Bộ môn Hàng hải học 21
Bài giảng địa văn: Chương2 Trong đó: d : Độ lệch địa từ tại khu vực đang xác định  PL: giá trị phương vị la bàn đo được + Vậy bàn chất của việc xác định  là các cách khác nhau để xác định gí trị phương vị thật PT vào thời điểm đo PL trên các hướng khác nhau. 1. Phương pháp 1: Sử dụng chập tiêu Dẫn tàu đi theo hướng HT, khi tàu cắt đường tim chập nhanh chóng đo phương vị chập được PLC So sánh :  =PTC-PLc – d Thực tế chúng ta phải dẫn tàu lần lượt theo các hướng HT cách nhau 150 một để xác định  trên các hướng đó và lập bảng độ lệch còn lại trên tàu. 2. Phương pháp 2: Sử dụng một chập tiêu ở xa. Điều động tàu quay trở quanh điểm O, trên các hướng cách nhau khoảng 150 đo phương vị tới mục tiêu A và ghi các giá trị đo PL1. So sánh : i = PT - PLi + Trường hợp biết điểm O, ta có PT = POA => đo trên hải đồ. 1 n + Trường hợp không biết vị trí điểm O, ta xác định gần đúng PT =  PLi n i 1 + Phương pháp này độ chính xác không cao, khi tàu quay trở tàu không ổn định hướng để la bàn có hướng ổn định khi tiến hành đo phương vị tới mục tiêu. Sai số thị sai: Ngoài ra, chúng ta còn mắc phải sai số do thay thế phương vị thật từ các vị trí đo tới mục tiêu là PT1 bàng một giá trị duy nhất là PTOA. Sai số = PTMA-PTOA ( max tại vị trí M) r r Ta có: sin = với nhỏ sin D = D Chấp nhận bỏ qua sai số thị sai 002, ta có: r r r D = 57 03 D 286r 0 0 2.arc1' 0 o 2 Do đó khi khoảng cách tới mục tiêu D 200r ta bỏ qua sai số thị sai. 3. Phương pháp 3: So sánh với la bàn con quay Điều động tàu chạy ổn định trên các hướng HL cần đo cách nhau khoảng 150 một, trên các hướng đó ghi hướng la bàn con quay. Giá trị độ lệch  = (HT – H) – d = (HL1 Lq ) HL d 4. Phương pháp 4: So sánh với la bàn từ khác. 22 Bộ môn Hàng hải học
Bài giảng địa văn: Chương2 Đưa một la bàn từ khác lên bờ hoặc xuống xuồng gỗ, la bàn này sẽ không bị ảnh hưởng của từ trường thứ cấp. Điều động tàu trên các hướng cần đo cách nhau 0 khoảng 15 . Trên các hướng, đo phương vị tới la bàn bờ được PLB, đồng thời từ bờ đo phương vị tới tàu được PLT. Ta có: 0  (PLT 180 ) PLB §2.5. Tốc độ tàu – Các phương pháp xác định vận tốc tàu 2.5.1. Các loại vận tốc tàu 2.5.1.1. Phân loại theo tính chất + Vận tốc tuyệt đối : Là vận tốc tàu so với đáy biển + Vận tốc tương đối : Là vận tốc tàu so với bề mặt nước biển 2.5.1.2. Phân loại theo công dụng + Vận tốc kỹ thuật: Là vânj tốc tàu tính toán sau khi đóng mới. + Vận tốc khai thác: là vận tốc xác định phục vụ khai thác tàu đạt hiệu quả kinh tế cao. + Vận tốc thực tế: là vận tốc thực tế trong quá trình khái thác, thay dổi theo từng chuyến đi. 2.5.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ tàu + Công suất máy, hình dạng vỏ tàu, Độ sâu nước biển, nếu h/T > 6 thì ảnh hưởng do độ sâu không đáng kể ( h là độ sâu nước biển, T là mớn nước của tàu) + Mớn nước và hiệu số mớn nước( Trim) + Các yếu tố ngoại cảnh như gió, dòng, + Hà bám làm tăng sức cản vỏ tàu, tốc độ có thể giảm tới 30% do hà bám. 2.5.3. Các phương pháp địa văn xác định tốc độ tàu. Ta có V = S/t + V: vận tốc tàu + t: Khoảng thời gian tàu chạy, giá trị thời gian t dùng đồng hồ đo đảm bảo yêu cầu về độ chính xác trong hàng hải. + S: là quãng đường tàu chạy tương ứng với thời gian t. Các phương pháp khác nhau là các cách khác nhau để xác định quãn đường tàu chạy S. 2.5.3.1. Phương pháp 1: Sử dụng Radar Lựa chọn mục tiêu A cố định và ảnh rõ nét trên màn ảnh Radar. Dẫn tàu chạy tới mục tiêu A với G = 0( hoặc chạy với G = 1800) t1 Thời điểm đo khoảng cách tới mục tiêu A được D1 TK1 Bộ môn Hàng hải học 23
Bài giảng địa văn: Chương2 t 2 Thời điểm đo khoảng cách tơi mục tiêuA được D2 TK 2 D D D  V = 2 1 t 2 t 1 t 2.5.3.2. Phương pháp 2: Dùng vị trí chính xác Điều kiện có thể xác định vị trí tàu chính xác. t1 Thời điểm xác định được vị trí M1 TK 1 t 2 Thời điểm xác định được vị trí M2 TK 2 S S Ta có : V S M1M2 đo trực tiếp trên hải đồ. t 2 t1 t 2.5.3.3. Phương pháp 3: Phương pháp thả phao Bố trí một người ở mũi và một người ở lái. Tàu chạy ổn định hướng và tốc độ. Mũi thả phao P1, khi lái chính ngang phao P1 thả phao P2. Tiến hành lần lượt như vậy ta tính được vận tốc tàu. (n 1)L V = t Trong đó: L: Chiều dài thân tàu n : số phao thả 2.5.3.4. Phương pháp 4: Xác định trong trường thử Trường thử là vùng biển có bố trí các chập tiêu phục vụ cho công tác thử, kiểm tra các tính năng, thông số kỹ thuật của tàu. Trường thử phải đáp sứng các yêu cầu sau: - Sóng nhỏ hơn cấp 2, gió nhỏ hơn cấp 3. - Độ sâu đảm bảo không ảnh hưởng tới tốc độ tàu h 6T - Vùng biển đủ rộng để có thể tiến hành quay trở an toàn. - Dòng chảy không có hoặc dòng chảy nhỏ, ổn định. a.Trường hợp trường thử không có dòng chảy. + Trường thử bố trí 02 chập tiêu A1A2 và B1B2 song song với nhau. + Dẫn tàu theo hướng HT vuông góc với đường tim chập. Tàu cắt chập A1A2 ghi thời điểm t1, tàu cắt chập B1B2 ghi thời điểm t2. S Ta có V0 t 2 t1 S: Xác định trên hải đồ 24 Bộ môn Hàng hải học
Bài giảng địa văn: Chương2 + Để tăng độ chính xác, ta tiến hành một số lần rồi lấy giá trị trung bình. S V1 t t V V 2 1 V 1 2 S 2 V2 t 2 t1 Trường hợp này, vận tốc đo được là vận tốc so sánh với nước tĩnh. b.Trường thử có dòng chảy cố định. Ta cóV: T V 0 V n Vn : Vận tốc nước V0 : Vận tốc tàu so với nước biển VT : Vận tốc tuyệt đối của tàu so với đáy biển Xác định V0: Dẫn tàu chạy 2 lần + Lần 1( chạy xuôi): Dẫn tàu chạy ổn định theo hướng HT1  AA1. Tàu cắt chập A1A2 tại M1 và chập B1B2 tại M2, thời gian giữa hai lần cắt chập là t1. Phương trình chuyển động: VT1 .t1 V0 .t1 Vn .t1 Chiếu lên hướng HT1 được: S = Vot1 + Vnt1. cosqn (1) + Lần 2( chạy ngược): Dẫn tàu theo hướng HT2  B1B2. Tàu cắt chập B1B2 tại M3 và chập A1A2 tại M4, thời gian giữa hai lần cắt chập là t2. phương trình chuyển động: VT 2 .t 2 V0 .t 2 Vn .t 2 Chiếu lên hướng HT2 được: S = Vot2 - Vnt2. cosqn (2) (v1 v 2 ) S(t1 t2 ) Giải hệ phương trình (1),(2): V V o o 2 S S 2t1t2 v1ới ; v ; t 2 t Trong1 đó: 2 S : là hình chiếu của VT1 trên HT1, hay là vận tóc tàu trên hướng HT1 v1 ; t1 ở lần chạy 1. S : là hình chiếu của VT2 trên HT2, hay là vận tóc tàu trên hướng HT2 ở v2 ; t2 lần chạy 2. * Trường hợp trường thử có dòng chảy không thay đổi hướng nhưng tốc độ thay đổi( có gia tốc) Bộ môn Hàng hải học 25
Bài giảng địa văn: Chương2 + Dẫn tàu chạy 04 lần, 02 lần xuôi, 02 lần ngược, vận tốc tương đối của tàu so với nước tính theo công thức: 1 V0 (V1 3V2 3V3 V4 ) Trong đó: 8 S S S S V 1 ; V 2 ; V 3 ;V4 t1 t 2 t 3 t 4 §2.6. Tốc độ kế 2.6.1. Tốc độ kế Tốc độ kế là thiết bị đo tốc độ và quãng đường tàu chạy. Trong lịch sử phát triển ngành hàng hải có một số loại tốc độ kế sau: 2.6.1.1. Tốc độ kế chân vịt( thô sơ) Tốc độ kế chân vịt có một chân vịt thả dưới nước bằng một sợi dây. Số vòng quay của chân vịt sẽ truyền theo sợi day của tốc độ kế về đồng hồ trên tàu cho ta biết quãng đường và vận tốc tàu S = k.n.b Trong đó: S: quãng đường tàu chạy n: số vòng quay chân vịt h: bước chân vịt + Tốc độ kế chân vịt có độ chính xác kém, ngày nay không còn được sử dụng. 2.6.1.2. Tốc độ kế thuỷ lực Nguyên lý của tốc độ kế thuỷ lực là đo áp lực động của dòng nước chuyển động tương đối so với ky tàu. 2 Pd = k.V Pd : là áp lực động V: vận tốc tàu = vận tốc nước so với ky tàu k: hệ số Thông qua cơ cấu cơ và điện, tốc độ kế thuỷ lực đo được tốc độ tàu so với nước biển. 2.6.1.3. Tốc độ kế điện từ Theo nguyên lý khi có dòng dẫn chuyển động vuông góc với đường sức từ của từ trường đều thì giữa hai đầu dây dẫn sẽ sinh ra xuất điện động cảm ứng tỷ lệ với tốc độ dây dẫn. Nguyên lý cấu tạo của tốc độ kế điện từ như sau: Đặt một đoạn ống hở hai đầu dưới mớn nước không tải của tàu. Khi tàu chạy sẽ có dòng nước biển chảy qua trong ống bằng tốc độ tàu. Nước biển có tính chất dẫn điện nên dòng nước trong ống tương đương với một dây dẫn điện. Phía ngoài ống, người ta thiết kế một từ trường đều tạo bởi một nam châm điện từ. Do vậy khi dòng nước chảy qua ống cắt các đường sức từ sinh ra xuất điện động. Suất điện động này được lấy bằng 02 điện cực 26 Bộ môn Hàng hải học
Bài giảng địa văn: Chương2 đặt ở hai đầu ống. Qua bộ phận khuyếch đại chuyển thành tín hiệu dòng điện một chiều. Dòng điện này tỷ lệ thuận với tốc độ dòng nước. Như vậy, chúng ta có thể đo dòng điện để xác định tốc độ tàu. Tốc độ kế điện từ cũng chỉ đo được tốc độ tàu so với nước biển. 2.6.1.4. Tốc độ kế Doppler Dựa trên nguyên lý đo độ dịch chuyển tần số Doppler. c v cos Công thức: fv= f c v cos f: tần số phát : góc phát sóng v: vận tốc tàu c: Tốc độ truyền sóng fv : tần số thu sóng phản hồi 0 Phát sóng lần 1 với góc = 60 về phía mũi tàu, tần số phát f, tần số thu fv 2 2v cos 2v 2 fv = f(1+ cos (1) c v 2 0 Phát sóng lần 2 với góc = 60 về phía lái tàu, tần số phát f, tần số thu fv 2 2v cos 2v 2 fv = f( 1- cos (2) c v 2 Một lần thu, phát chúng ta có thể xác định vận tốc tàu v theo phương trình (1) hoặc (2). Để nâng cao độ chính xác, hai lần phát sóng âm sẽ cho hệ phương trình(1) , (2) c Ta có: v ( f f ) 4 f cos v a Hiệu tần số fv – fa đo được bởi thiết bị xử lý số liệu điện tử. Qua đó tính được vận tốc tàu v. Tốc độ kế Doppler chính xác, đo được vận tốc thật so với đáy biển, nhưng do tính chất phức tạp và giá thành cao nên chủ yếu chỉ mới được lắp đặt trên các tàu dầu trọng tải 200.000DWT trở lên. Hiện nay trên tàu biển chủ yếu trang bị tốc độ kế điện từ. t Chỉ số tốc độ kế: TK t: là chỉ số thời gian TK: là chỉ số quãng đường * Máy thu vệ tinh GPS cũng xác định vân tốc tuyệt tối của tàu dựa trên nguyên lý đo độ dịch chuyển tần số Doppler. 2.6.2. Sai số tốc độ kế - Cách xác định 2.6.2.1. Sai số tốc độ kế Sai số tốc độ kế là sai số tích luỹ, quãng đường càng lớn thì sai số càng lớn. * Số hiệu chỉnh tốc độ kế ( TK%) S H TK% TK TK .100% H TK Bộ môn Hàng hải học 27
Bài giảng địa văn: Chương2 STK = (1+ TK%).HTK STK: quãng đường thực tế tàu chạy được HTK= TK2 –TK1 : Hiệu số tốc độ kế TK1, TK2 là chỉ số tốc độ kế tại t1, t2. * Hệ số tốc độ kế KTK STK KTK = S TK H TK .K TK H TK KTK = 1+ TK% Ví dụ: TK% =5% KTK = 1.05 2.6.2.1. Các phương pháp xác định số hiệu chỉnh tốc độ kế S H Ta có: TK% TK TK .100% K TK Dựa trên công thức ta thấy các phương pháp khác nhau chỉ là các cách khác nhau để xác định quãng đường thực tế tàu đi được STK. STK Mặt khác : VTK = t Do vậy mỗi phương pháp xác định vận tốc tàu đã trình bày trong mục 2.5.3 có thể áp dụng tiến hanh một phương pháp xác định số hiệu chỉnh tốc độ kế TK%. N W E S H×nh 2.2 Chương 2: XÁC ĐỊNH PHƯƠNG HƯỚNG TRÊN BIỂN 2.1. Hệ thống phân chia chân trời: 2.1.1. Các mặt phẳng và đường điểm chính - Mặt phẳng chân trời tại điểm A là mặt phẳng vuông góc với đường dây dọi của điểm A (Z là thiên đỉnh của người quan sát). 28 Bộ môn Hàng hải học
Bài giảng địa văn: Chương2 - Mặt phẳng kinh tuyến: Là mặt phẳng chứa trục trái đất đi qua vị trí của người quan sát (A). Mặt phẳng kinh tuyến cắt bề mặt trái đất bằng một vòng tròn lớn gọi là vòng tròn kinh tuyến. Nửa vòng tròn kinh tuyến tính từ cực N đến cực S đi qua vị trí người quan sát gọi là kinh tuyến người quan sát. - Mặt phẳng kinh tuyến cắt mặt phẳng chân trời thật bởi một đường thẳng gọi là đường NS. - Mặt phẳng chứa điểm O và A vuông góc với mặt phẳng kinh tuyến gọi là mặt phẳng thẳngđứng gốc. Mặt phẳng này cắt mặt cầu bằng một vòng tròn gọi là vòng thẳng đứng gốc hay vòng đông tây EW. Mặt phẳng thẳng đứng gốc cắt mặt phẳng chân trời thật bởi đường thẳng EW. - Đường NS và EW chia mặt phẳng chân trời thật thành bốn phần: NE, SE, SW, NW trong đó đường NS là đường cơ bản để xác định phương hướng trên biển. 2.1.2. Các hệ thống phân chia chân trời: a) Hệ “Ca”: Trước đây hệ này được sử dụng rộng rãi trong hàng hải, hiện nay ít dùng, nó được dùng để xác định hướng gió, dòng chảy. Hệ thống này được chia thành 32 ca mỗi ca bằng 11,25 gồm: - 4 Ca chính N, E, S, W - 4 Ca phụ NE,SE, SW, NW. - Còn lại là các Ca trung gian NE: Đông Bắc SE: Đông Nam SW: Tây Nam NW: Tây Bắc. NNE: Bắc Đông Bắc. ENE: Đông Đông Bắc. ESE: Đông Đông Nam. SSE: Nam Đông Nam SSW: Nam Tây Nam WSW: Tây Tây Nam. WNW: Tây Tây Bắc. NNW: Bắc Tây Bắc. b) Hệ phương vị nguyên vòng: Xuất phát từ điểm N về phía E có độ lớn biến thiên từ 0 360. c) Hệ phương vị bán vòng: Xuất phát từ điểm N hoặc S về phía E hoặc W có độ lớn biến thiên từ 00 1800 có mang tên, chữ thứ nhất trùng tên với vĩ độ , chữ thứ hai trùng tên với phía mục tiêu. d) Hệ phương vị 1/4 vòng: Xuất phát từ N hoặc S về phía E hoặc W có độ lớn biến thiên từ 00900 có mang tên, chữ thứ nhất trùng với điểm mốc, chữ thứ 2 trùng với phía mục tiêu. Bộ môn Hàng hải học 29
Bài giảng địa văn: Chương2 NT NT NT P1 P1 P1 P2 P3 P2 P3 P2 P3 Ph¬ng vÞ nguyªn vßng Ph¬ng vÞ b¸n vßng Ph¬ng vÞ 1/4 vßng H×nh 2.3: C¸c hÖ ph¬ng vÞ 2.2. Địa từ trường - Độ lệch la bàn từ. 2.2.1. Địa từ trường: Trái đất được xem như một thanh nam châm khổng lồ có cực S địa từ ở vịnh Guston (Canada) gần cực N địa lý, cực N địa từ ở vịnh Victoria (Nam cực) gần cực S địa lý. Các cực địa từ không cố định và luôn thay đổi. Vì địa từ cực không trùng với cực địa lý nên kinh tuyến từ cực cũng không trùng với kinh tuyến điạ lý mà nó lệch nhau một góc d gọi là từ thiên hay độ lệch địa từ. Vậy độ lệch địa từ d là góc lệch giữa kinh tuyến địa lý và kinh tuyến địa từ . Nếu kinh tuyến địa từ lệch về phía: -NE kinh tuyến địa lý thì d>0. Trên hải đồ độ lệch địa từ d được xác định bằng hoa địa từ gần tàu nhất: Ví dụ: Mag. 402 E increasing annually 0/2. 1990. Khảo sát năm 1990; d = + 402, tăng hàng năm 0/2. Mag. 304 W decrease annually 1/.1978. Khảo sát năm 1978; d= -304, giảm hàng năm 1/. Mag 001 E, stationary, 1988. Khảo sát năm 1988, d=+001, hàng năm không thay đổi. Lưu ý: chữ tăng hàng năm hay giảm hàng năm là nói về trị tuyệt đối của d. Độ lệch địa từ d phụ thuộc vào khu vực chạy tàu nên ta phải lấy ở hoa địa từ gần tàu nhất. Tàu hành trình năm nào tính độ lệch địa từ năm ấy. N N T H T d N i Z S S H×nh 2.4 30 Bộ môn Hàng hải học
Bài giảng địa văn: Chương2 Nếu ta có một kim nam châm treo tự do thì nó sẽ ổn định theo phương của đường sức từ H ( H là thành phần nằm ngang của từ lực địa trường T , Z là thành phần thẳng đứng trùng với phương dây dọi). T hợp với chân trời góc i gọi là góc chúi của nam châm hay góc chìm địa từ. H=T cosi. Thành phần H gọi là sức chỉ Bắc của nam châm, có tác dụng biến nan châm thành la bàn. 2.2.2. Độ lệch la bàn từ. a) Độ lệch riêng la bàn: Vì la bàn từ đặt trên tàu, các cấu trúc sắt thép trên tàu phát sinh ra từ trường thứ cấp làm lệch kim la bàn gây nên độ lệch riêng la bàn từ . Độ lệch riêng la bàn  là góc hợp bởi hướng N địa từ và hướng N la bàn. Nếu kim la bàn lệch về phía: E địa từ  > 0 W địa từ  <0 Giá trị  không phụ thuộc vào vị trí của tầu mà phụ thuộc vào hướng chạy tầu và loại tầu. Ở trên tàu người ta lập sẵn bảng độ lệch riêng la bàn từ theo từng hướng đi ở hai dạng: Bảng và đường cong. Brearing Compas Mag Compa s Deviation (From chart) ss heading (Obser ved) 000 010 020 . . . 360 Deviation Table  E 360O HL 0O W H×nh 2.5 Bộ môn Hàng hải học 31
Bài giảng địa văn: Chương2 Deviation Curve a) Độ lệch la bàn: Compass Error là góc hợp bởi hướng Bắc la bàn & hướng Bắc thật. L = d +. L: độ lệch la bàn: Compass Error d: độ lệch địa từ: Variation : độ lệch la bàn: Deviation Nếu ta dùng la bàn con quay ( Gyro Compass) để đo phương hướng thì sai số la bàn L sẽ là sai số của la bàn con quay bao gồm sai số vĩ độ, sai số quán tính loại 1, loại 2, sai số lắc. 2.3. Híng ®i, ph¬ng vÞ, vµ gãc m¹n: 2.3.1. Hướng đi thật HT: NT Hướng đi thật của tàu là góc nhị diện hợp bởi phần ND NLB mũi của mặt phẳng trục dọc tàu và phần N của mặt phẳng kinh tuyến thật, tính từ mặt phẳng kinh tuyến HT L thật theo chiều kim đồng hồ có độ lớn từ 00 3600. 2.3.2. Phương vị thật PT. d  HL Phương vị thật của một mục tiêu là góc nhị diện hợp G bởi phần N mặt phẳng kinh tuyến thật của ngưòi quan PL sát và mặt phẳng thẳng đứng đi qua ngưòi quan sát và PT mục tiêu được tính theo 3 hệ thống phân chia phương MT hướng. 2.3.3. Góc mạn G: H×nh 2.6 Góc mạn là góc nhị diện hợp bởi phần mũi mặt phẳng trục dọc và mặt phẳng thẳng đứng chứa vị trí người quan sát và mục tiêu có độ lớn từ 00 1800 tính từ phần mũi tàu về phía bên phải hoặc về phía bên trái tới mục tiêu, mang tên phải hoặc trái: G = 900: mục tiêu chính ngang G = 450: mục tiêu vát. G = 1350: mục tiêu chếch. Hướng đi la bàn là góc nhị diện bởi phần N mặt phẳng kinh tuyến la bàn và phần mũi mặt phẳng trục dọc tàu. Phương vị la bàn của một mục tiêu là góc nhị diện hợp bởi phần N mặt phẳng kinh tuyến la bàn và mặt phẳng thẳng đứng đi qua người quan sát và mục tiêu. Từ hình vẽ trên ta thấy: 2.3.4. Mối liên hệ: Từ hình vẽ ta dễ dàng nhận thấy mối liên hệ giữa HT, HL, PT, PL, G: HT = HL + L PT = PL+ L 2.3.5. Hướng đi, phương vị, góc mạn theo la bàn con quay (LBCQ). 32 Bộ môn Hàng hải học
Bài giảng địa văn: Chương2 Khi làm việc ổn định LBCQ chỉ hướng Bắc thật, do các nguyên nhân về kỹ thuật la bàn con quay có sai số L. Vậy khi sử dụng LBCQ để xác định phương hưóng ta phải hiệu chỉnh L. 2.4. Các phương pháp xác định độ lệch la bàn. Bản chất của việc xác định độ lệch la bàn là so sánh phương vị la bàn đo được tới một mục tiêu trên một hướng đi với phương vị thật của mục tiêu đó mà ta đã biết trước. L = PT- PL Để tìm độ lệch riêng la bàn ta hiệu chỉnh L với độ lệch địa từ d.  = L- d Độ lệch riêng la bàn từ thay đổi theo hướng đi, nó là hàm số của hướng đi: = f (HL) nên ta phải xác định  cho từng hướng đi khác nhau để lập bảng độ lệch riêng la bàn từ. Bảng độ lệch riêng la bàn từ phải được lập một năm một lần, nếu tàu vừa lên đà sửa chữa, chở sắt hay quặng sắt ta phải lập bảng mới. L mỗi một ca đi biển 4 tiếng phải xác định một lần, nếu tàu thay đổi hướng đi thì sau khi đổi hướng phải xác định L. 2.4.1. Phương pháp xác định L bằng chập tiêu. Đây là phương pháp chính N xác nhất để xác định L. T N LB Giả sử ta có chập AB, nối AB đo phương vị NT N LB thật của AB trên hải đồ. Dắt tàu qua chập khi A PT B L trùng với B đo phương vị tới chập được PL ta có: PL A L = PT - PL. Nếu không có chập tiêu nhân tạo, ta có thể sử dụng chập tiêu tự nhiên, có thể là hai mép của hai hòn đảo. HT Nếu chỉ có một mục tiêu trong khu vực chạy tàu, khi H×nh 2.7 cần phải xác định L ta cho tàu quay trở, ở 8 hướng chính ta đo phương vị tới mục tiêu rồi tính phương vị thật theo phương pháp gần đúng: PT=1/8  PLi Đây chỉ là phương pháp gần đúng. 2.4.2. Phương pháp thả neo. Toạ độ điểm neo của tàu đã xác định được, trên A bờ có một mục tiêu thuận tiện cho việc đo phương vị. Thao tác toạ độ điểm neo của tàu lên hải đồ, nối với H×nh 2.8 mục tiêu A, đo trực tiếp trên hải đồ ta tìm được PT. Cho tàu quay trở quanh neo, đo PL tới mục tiêu A ở D  các hướng đi khác nhau và tính S theo từng hướng. Phương pháp này có độ chính xác không cao. Để đảm rr bảo độ chính xác của phương pháp, yêu cầu sai số phải 0o2. Bộ môn Hàng hải học 33
Bài giảng địa văn: Chương2 Giả sử bán kính quay trở của tàu là r, khoảng cách từ tàu đến mục tiêu là D, sai số . Ta có : r r sin  D D sin   57 o3.r 57 o3 sin  D .r 300.r 57 o3  0o 2 Vậy để đảm bảo độ chính xác khi xác định L thì khoảng cách từ tàu đến mục tiêu A phải lớn hơn 300 lần bán kính quay trở. 2.4.3. Phương pháp so sánh. Ta có 2 người quan sát, một người ở tàu, một người ở bờ cùng đo phương vị của nhau (người trên bờ không mắc sai số  vì không bị ảnh hưởng của từ trường thứ cấp). Việc xác định thời điểm cùng tiến hành đo phương vị có thể dùng cờ tay hoặc VHF. Trên bờ đo được PTN (phương vị thật nghịch); trên tàu đo được PL. L = (PTN 180o)-PL Ta có thể thả xuồng rồi cho người xuống xuồng thay cho người trên bờ. Để xác định  trên các hướng khác nhau, ta có thể quay tàu quanh xuồng. 2.4.4. Phương pháp so sánh với LBCQ: Tiến hành điều động tàu trên 8 hướng, khi tàu ổn định trên từng hướng đọc chỉ số HLcq, HLT HT = HLq + Lq  = HT – HL T– d Ngoài ra ta có thể xác định L bằng phương pháp thiên văn. 2.5. Nguyên lý chập tiêu. Ta có 2 tiêu AB hình thành một chập. Đường AB kéo dài được gọi là đường trục hay là đường tim của chập tiêu. Nếu tàu nằm tại D sẽ nhìn thấy A và B chập lại làm một, giả sử tàu di chuyển trên đường DC vuông góc với AB . Khi di chuyển ta vẫn thấy tiêu B đè lên trên A cho tới khi B tách khỏi A tại điểm C. Vậy C là điểm ta bắt đầu nhìn thấy chập AB rời ' C nhau, nối C với A và B ta được góc ( = 1 theo kinh nghiệm). Cự ly DC =  gọi là độ nhậy của chập tiêu,  càng nhỏ độ nhậy càng   cao.  D A d  D Xét độ nhậy của ch =  -  H×nh 2.9  tg  D Vì ,  là 2 góc nhỏ nên ta có thể viết: 34 Bộ môn Hàng hải học
Bài giảng địa văn: Chương2    ; D D d   d   D D  D(D d) (D d)D  d arc1 1 arc1 arc1 (D d)D  arc1 d Vậy muốn tăng độ nhậy của chập tiêu t - Tăng khoảng cách d giữa 2 tiêu. - Giảm cự ly D, khi có nhiều chập ta chọn chập nào càng gần càng tốt. Với các khoảng cách D khác nhau  khác nhau thì có điểm C khác nhau. Quỹ tích C là đường cong bậc 2. 2.6. Tốc độ kế- xác định quãng đường tàu chạy. Tốc độ kế gồm nhiều loại: Thô sơ, cơ khí, cơ điện, áp lực, quang học, điện từ trường, tốc độ kế Doppler. Trong lịch sử phát triển của ngành Hàng Hải loại tốc độ kế thô sơ ra đời sớm nhất và tồn tại cho đến cuối thế kỷ 18 đầu thế kỷ 19. Tốc độ kế thô sơ là một sợi dây có buộc một vật nặng ở đầu, sau đó thả xuống nước, sau một thời gian chuyển động ghi lại khoảng cách và thời điểm tương ứng rồi tính theo công thức: V = S/T Để thuận tiện người ta buộc các nút (knot) với khoảng cách giữa 2 nút = 1/120 NM Sau tốc độ kế thô sơ là tốc độ kế chân vịt dựa vào nguyên lý: Nếu 1 vít vặn đi một vòng thì nó được chuyển đi một đoạn bằng một bước của nó và : S = k.n.h h: là bước của chân vịt. n: Số vòng quay trong một phút k: Hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào đặc tính của chân vịt và tỷ trọng nước. Vào đầu thập kỷ 30 người ta chế tạo ra tốc độ kế áp lực dựa trên nguyên tắc đo áp lực động của nưóc khi tàu chạy. Tất cả các tốc độ kế trên chỉ đo I II được tốc độ của tàu so với mặt nước chứ không đo được tốc độ của tàu so S với đáy biển. Vn A Chỉ có tốc độ kế Doppler dựa VOt1 G F trên nguyên tắc đo độ dịch chuyển tần qn Vnt1 B số Doppler mới đo được vận tốc chuyển động của tàu so với đáy biển. V t D O 2 V t n 2 C Bộ môn Hàng hải học 35 H×nh 2.10
Bài giảng địa văn: Chương2 2.7. Tốc độ của tàu và các phương pháp xác định tốc độ tàu 2.7.1. Tốc độ của tàu. a./ Tốc độ tuyệt đối: Là loại tốc độ lấy đáy biển làm gốc để đo cự ly tàu đã chạy được trong một khoảng thời gian nhất định và còn gọi là tốc độ thật của tàu. b./ Tốc độ tương đối: Là loại tốc độ tính bằng cách lấy quãng đường tàu chạy so với mặt nước chia cho thời gian tàu chạy, còn gọi là tốc độ tàu so với mặt nước hay tốc độ kỹ thuật của tàu. Hiện nay chỉ có tốc độ kế Doppler đo được tốc độ tuyệt đối còn các loại tốc độ kế khác chỉ đo được tốc độ tương đối. Khi mặt nước chuyển động ta có: V V 0 V n V: Tốc độ chuyển động thật của tàu. V0: Tốc độ chuyển động của tàu so với mặt nước tĩnh. Vn: Tốc độ dòng chảy. Tốc độ chuyển động của tàu phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Sức đẩy chân vịt, hình dáng vỏ tàu, kết cấu chân vịt, hà bám vỏ tàu Theo kinh nghiệm, sau 6 tháng kể từ khi xuống đà, tàu chạy ở khu vực TB, do hà bám vỏ tàu, tốc độ giảm 5  10%. Ở vùng nhiệt đới, ảnh hưởng của hà bám còn lớn hơn. Ngoài ra sóng gió, độ sâu dưới ky tàu cũng ảnh hưởng tới tốc độ, độ sâu lớn thì ảnh hưởng nhỏ. 2.7.2. Trường thử: Trên bờ biển người ta đặt 2 chập tiêu II và II II. Cự ly S giữa 2 tiêu là cự ly thật thể hiện tốc độ thật. Vùng biển dùng để làm trường đo phải đáp ứng được yêu cầu sau: - Sóng gió nhỏ, sóng không lớn hơn cấp 2, gió không lớn hơn cấp 3. - Độ sâu phải đủ để không làm ảnh hưởng đến tốc độ tàu h 6T. - Vùng biển đủ rộng để quay trở và không có chướng ngại vật nguy hiểm. - Không có dòng, nếu có phải nhỏ và ổn định, nếu biến đổi phải là biến đổi đều. a./ Trường hợp không có dòng chảy: Trước khi đưa tàu vào trường thử phải đảm bảo cho tàu chạy với tốc độ đều. Cho tàu chạy sao cho HT vuông góc với đường tim của chập tiêu. Khi thấy chập II trùng nhau (điểm A) khởi động đồng hồ bấm giây. Khi thấy chập II II trùng nhau (điểm F) dừng đồng hồ bấm giây ta có: V = S/T b./ Trường hợp có dòng chảy cố định: (V n = const). Sau khi tàu chạy ổn định, cho tàu chạy theo HT, tại A chập I I trùng nhau. Tàu tiếp tục chạy theo HT nhưng do bị nước đẩy nên ta thấy chập II II trùng nhau tại B chứ không phải tại F. Ta có: 36 Bộ môn Hàng hải học
Bài giảng địa văn: Chương2 V Vo Vn Muốn tính được tốc độ của tàu V0 ta cho tàu chạy 2 lượt đi và về. Ở lượt đi giả sử không có dòng chảy, hết thời gian t1 tàu nằm tại G. Tốc độ tàu V0. Sau đó tàu bị dòng chảy đẩy với tốc độ Vn trong khoảng thời gian t1 đến điểm B. S = Vot1 + Ch1HT (Ch1HT là hình chiếu lên HT của Vnt1) S = Vot1 + Vnt1. cosqn (1) Ở lượt về tàu chạy theo hướng HT + 1800. Nếu không có dòng chảy tàu chạy trên 0 HT + 180 trong khoảng thời gian t2 đến điểm D. Sau đó tàu bị trôi đến điểm G’. Tại G’ ta quan sát thấy chập I I trùng nhau. S = Vot2 + Ch2HT (Ch2HT là hình chiếu lên HT của Vnt2) S = Vot2 + Vnt2. cosqn (2) Ta có hệ phương trình: S = Vot1 + Vnt1. cosqn (1) S = Vot2 + Vnt2. cosqn (2) t1 Vncosqn = S – Vot1 S V o t 1 Vncosqn= thay vào (2) ta có: t 1 t 2 (S V o t 1 ) Vo t 1 t 2 St 2 V o t 1 t 2 S V t o 2 t 1 t 1 St1 = 2Vot1t2 – St2 2Vot1t2 = St1 + St2 hay , với: S S(t t ) (v1 v 2 ) S 1 2 v ; v2 ; Vo Vo 1 t t2 2t1t2 2 1 m s m s Ví dụ: S = 3NM; l1 = 10 15 ; l2 = 12 5 3(10m15s 12m5s ) V .3600 16.24kts o 2.10m15s.12m5s c) Trường hợp dòng chảy thay đổi tốc độ (Vn có gia tốc) Gọi: V'n0 là hình chiếu tốc độ dòng chảy tại thời điểm ban đầu (t=0) A xuống HT. V'nt là hình chiếu tốc độ dòng chảy tại thời điểm t nào đó xuống HT. k là hình chiếu của gia tốc dòng chảy xuống HT. Ta thấy rằng: V'nt = V'n0+k.t Cần dẫn tàu chạy cắt qua 2 chập 3 lượt. Ở lượt đi thứ nhất ta có: V1=V0+ V'n0+k.tc1 (1) Trong đó: V0 là vận tốc tàu cần tính. V1 là vận tốc tàu trên phương HT giữa 2 lần cắt chập ở lượt chạy thứ nhất. Bộ môn Hàng hải học 37
Bài giảng địa văn: Chương2 t1 tc1= (t1 là khoảng thời gian giữa 2 lần cắt chập ở lượt chạy thứ nhất). 2 Ở lượt đi thứ hai ta có: V2=V0 - V'n0 – k.tc2 (2) Trong đó: V2 là vận tốc tàu trên phương HT giữa 2 lần cắt chập ở lượt chạy thứ hai. t 2 tc2=t1+T1+ , ở đây, T1 là khoảng thời gian tàu quay ngược lại lượt chạy 2 thứ 2 t2 là khoảng thời gian giữa 2 lần cắt chập ở lượt chạy thứ hai. Ở lượt đi thứ ba ta có: V3=V0+ V'n0+k.tc3 (3) Trong đó: t3 là khoảng thời gian giữa 2 lần cắt chập ở lượt chạy thứ ba. V3 là vận tốc tàu trên phương HT giữa 2 lần cắt chập ở lượt chạy thứ ba. t3 tc3=t1+T1+t2+T2+ , với T2 là khoảng thời gian tàu quay ngược lại lượt 2 chạy thứ 3. V V Từ (1) và (3) ta có: k = 3 1 tc3 tc1 Và từ (1), (2) cùng giá trị k ở trên ta tính được vận tốc tàu trong nước: t t c2 c1 V1 V2 (V3 V1 ) t c3 tc1 V0 = , với Vi = Si/ti. 2 Ta còn có thể dùng công thức: 1 S S S V1 ;V2 ;V3 V0 (V1 2V2 V3 ) Với t t t 4 1 2 3 1 Nếu chạy tàu 4 lần ta dùng công thức: V0 (V1 3V2 3V3 V4 ) 8 2.7.3. Tìm cự ly S tối thiểu để thiết kế trường đo: Từ công thức tính tốc độ V = S/t, vi phân công thức này ta có: S.t t.S V 2 t 2 S.t S.t V.t S.t V.t 2 S t Trong thực tế ta bỏ qua ∆S nên ta có: 2 2 V .t V .S S t tV 2 tV 2 tV t.V 2 V.S S V V V Đặt V= ; t= ta có: v t  V S t  v 38 VBộ môn Hàng hải học
Bài giảng địa văn: Chương2 Yêu cầu sai số tốc độ <0,5% hay v/V=0,005, thực tế sai số đồng hồ bấm giây  =+1,5s nên: t 1 S V 12 Trong đó: S: cự ly giữa hai chập tính bằng NM. V: tốc độ tàu tính bằng knot. 2.7.4.Các phương pháp đo tốc độ khác: a./ Đo tốc độ tàu bằng rađa: Độ chính xác của phương pháp này nhỏ hơn so với trường đo vì sai số rađa lớn hơn sai số khoảng cách chập. Phương pháp này thuận tiện, nhanh chóng. Ta chọn một mục tiêu (hòn đảo nhỏ, mũi bờ biển hay một mục tiêu nhỏ phản xạ tốt sóng rađa) nằm ngay trên hướng mũi tàu. Điều kiện áp dụng là không có dòng chảy, sóng nhỏ hơn cấp 2, gió nhỏ hơn cấp 3. Tốc độ đo được là tốc độ thật. Tại t1 và t2 do D1và D2 t = t2 – t1 , S=D1-D2 V0 = S/t , S . t t . S , t nhỏ bỏ qua ta có: V S S V  D t 2 V S t S V V V V V v/V = 0.5% = 0,005;  D = 30 m. S = 6000m 3NM. Vậy để đảm bảo cho sai số tốc độ nhỏ hơn 0.5% cự ly S = D1 – D2 tối thiểu phải bằng 3NM. Nếu độ chính xác của rađa  D< 30m ta có thể rút ngắn cự ly chạy tàu. Trong thực tiễn hàng hải ta có thể xác định quãng đường chạy tàu theo phương pháp sau: Chạy tàu theo HT như hình vẽ, tại t1 đo D1 và G1 (G1 góc mạn mục tiêu M) tại t2 đo D2 và G2 ta có: S = AC – BC = D1cosG1 – D2cosG2. Việc đo góc mạn được tiến hành bằng biểu xích la bàn. Phương pháp này được áp dụng khi quan sát mục tiêu bằng mắt thường. b./ Xác định tốc độ tàu bằng vòng quay chân vịt: Tốc độ đo bằng phương pháp này là tốc độ tương đối. Độ chính xác của phương pháp này kém. Với tàu Diesel: 0,9 n V V n 0 n0 0,87 Với tàu Tuabin: n Vn V0 V0: Tốc độ tàu đã biết tương ứng v ớni0 v òng quay n0. Vn: Tốc độ tàu tương ứng với vòng quay n. 2.8. Đo quãng đường tàu chạy. Ta có S = V0.t, để thuận tiện người ta lập bảng MT63 và MT75 tính S theo công thức: Bộ môn Hàng hải học 39
Bài giảng địa văn: Chương2 S = V0t/ 60. S: tính bằng NM V« l¨ng ®ång hå qu¸n tÝnh T: Tính bằng phút V0: Tính bằng knot. Trừ tốc độ kế Doppler là đo Chong chãng được tốc độ tuyệt đối, còn các loại tốc độ kế khác chỉ đo được tốc độ tương đối. Qu¶ ch× Mµng máng Tốc độ kế áp lực ứng dụng Tèc ®é ¸p lùc nguyên lý tỷ lệ thuận giữa áp lực H×nh 2.11 dòng chảy và tốc độ tàu. Tốc độ kế chân vịt: Gồm 1 con quay bằng đồng có 4 cánh nối với 1 quả chì (để làm cho con quay nằm ngang). Vôlăng nối với khuyết nối của một đồng hồ. Mặt chỉ báo gồm 3 kim, kim to chỉ NM, kim nhỏ trái chỉ 100NM, kim nhỏ phải chỉ 1/10NM. Thân đồng hồ đưa ra ngoài mạn tàu bằng 1 giá đỡ. Độ dài dây phải chỉnh định. TK là số đọc trên đồng hồ chỉ thị, giả sử TK1 và TK2 là 2 số đọc tại 2 thời điểm T1 và T2 thì quãng đường đo được bằng tốc độ kế (quãng đường tàu chạy so với mặt nước) được xác định theo công thức: TK% STK HTK 1 100 HTK = TK2 - TK1: Là hiệu số tốc độ kế. k = 1 + TK%: Là hệ số tốc độ kế. S H TK% TK .100 : Là sai số tốc độ kế (hay gọi là số hiệu chỉnh tốc độ kế) HTK 2.9. Xác định số hiệu chỉnh tốc độ kế bằng trường đo 2.9.1. Trường hợp có dòng chảy cố định: Ta có thể loại bỏ ảnh hưởng của dòng chảy cố định bằng cách chạy 2 lần. Lượt đi: Tàu chạy xuôi dòng, quãng đường tàu chạy giữa 2 chập bằng quãng đường tàu tự chạy cộng với quãng đường tàu đi được do nước đẩy: TK% S H TK1 1 vn cosqn .t1 (1) 100 Lượt về chạy ngược dòng ta có: TK% (2) S H TK 2 1 vn cosqn .t2 100TK % TK% S H TK 2 1 vn cosqn .t2 H TK1 1 vn cosqn .t1 100 100 Từ (2) ta có: 40 Bộ môn Hàng hải học
Bài giảng địa văn: Chương2 TK % H H S TK 2 TK 2 100 vn cosqn t2 Thay vào (1) TK% H H . S TK% TK 2 TK 2 S H H 100 .t TK1 TK1. 100 t 1 TK% 2 TK% St2 HTK t2 HTK t2 HTK t1 HTK t1 St1 1 1 100 2 2 100 TK% S(t t ) H t H t (H t H t ) 1 2 TK1 2 TK 2 1 TK 2 1 TK1 2 100 TK% S(t t ) (H t H t ) S(t t ) 1 2 TK 2 1 TK1 2 1 2 1 100 H t H t H t H t TK1 2 TK 2 1 TK1 2 TK 2 1 S(t t ) TK% [ 1 2 1].100 H t H t TK1 2 TK 2 1 Ta có thể viết công thức trên dưới dạng: 1 TK% TK1% TK2 % S H 2 TK % TK1 .100 Với 1 H TK1 S H TK % TK 2 .100 2 H TK 2 Nếu Vn = 0 t1 = t2 HTK1 = HTK2 Khi đó ta có: S.2t S H TK % ( 1).100 TK .100 2 2t.H H 2.9.2. Trường hợp có dòngTK chảy biến đổiTK (Vn có gia tốc k): Chạy tàu 3 lần để loại bỏ ảnh hưởng của dòng chảy biến đổi đều. Chiếu các vectơ ’ vn, k,Vn t0 xuống HT ta có: Lượt đi: TK % 1 ' ' TK % ' 1 2 S HTK 1 vn .t0 (vn .t0 k.t1)t1 HTK 1 vn .t0t1 kt1 (1) 1 100 2 1 100 2 Lượt về: TK% 1 ' ' TK% ' 1 2 S HTK 1 (vn.t0 kt1) (vn.t0 k.t1 kt2)t2 HTK 1 vn.t0t2 kt1t2 kt2 (2) 2 100 2 2 100 2 Lượt3: TK% 1 ' ' S HTK 1 (vn.t0 kt1 kt2) (vn.t0 k.t1 kt2 kt3)t3 3 100 2 TK% ' 1 2 HTK 1 vn.t0t3 kt1t3 kt2t3 kt3 3 100 2 (3) Bộ môn Hàng hải học 41
Bài giảng địa văn: Chương2 Lấy (1) nhân với t2, lấy (2) nhân với t1 rồi cộng lại ta có: TK % ' 1 2 St 2 H TK t 2 1 v n .t 0 t1t 2 kt 1 t 2 1 100 2 + TK % ' 2 1 2 St 1 H TK t1 1 v n .t 0 t1t 2 kt 1 t 2 kt 1t 2 2 100 2 TK % 1 S (t t ) H t H t 1 kt t (t t ) 1 2 TK 2 1 TK 1 2 100 2 1 2 1 2 TK % H t H t 1 S (t t ) TK 2 1 TK 1 2 1 2 (*) 1 100 kt 2 2 t1 (t 1 t 2 ) Lấy (2) nhân với t3 và lấy (3) nhân với t2 rồi cộng lại ta có: TK % 1 St H t 1 v ' .t t t kt t t kt t 2 3 TK 2 3 n 0 3 2 1 2 3 3 2 + 100 2 TK % ' 2 1 2 St 2 H TK t 2 1 v n .t 0 t 2 t 3 kt 1 t 3 t 2 kt 2 t 3 kt 3 t 2 3 100 2 TK % 1 S (t 2 t 3 ) H TK t 2 H TK t 3 1 kt 2 t 3 t 2 t 3 3 2 100 2 1 S ( t t ) kt t t t TK % 2 3 2 3 2 3 1 2 ( ) 100 H t H t TK 3 2 TK 2 3 Thay (*) vào ( ) ta có: TK % H t H t 1 S(t t ) TK1 2 TK2 1 100 1 2 S(t t ) t t t 2 3 3 2 3 t1 t1 t2 TK % 1 100 H t H t TK3 2 TK2 3 TK% H t H t 1 S(t t ) TK% S(t t )t t t TK1 2 TK2 1 100 1 2 1 2 3 1 1 2 t t t 3 2 3 100 t1 t1 t2 HTK t2 HTK t3 t1 t1 t2 HTK t2 HTK t3 3 2 3 2 TK% S(t 2 t 3 )t1 t1 t 2 H TK t 2 H TK t1 1 t3 t 2 t3 S(t1 t 2 )t 3 t 2 t3 1 2 100 t t t H t H t 1 1 2 TK 3 2 TK 2 3 TK% 1 t1 t1 t 2 H TK t 2 H TK t3 100 3 2 42 Bộ môn Hàng hải học
Bài giảng địa văn: Chương2 TK % S(t1 t3 )(t2 t3 ) t1 t2 HTK t2 HTK t1 1 t3 t2 t3 1 2 100 TK% 1 t1 t1 t 2 H TK t2 HTK t3 H TK t2 H TK t1 t3 t2 t3  S(t1 t3 )(t2 t3 ) t1 t3 100 3 2 1 2 TK% S(t t )(t t ) t t 1 1 3 2 3 1 2 100 t t t H t H t H t H t t t t  1 1 2 TK3 2 TK2 3 TK1 2 TK 2 1 3 2 3 Để đơn giản ta có thể dùng công thức gần đúng: TK% = 1/4( TK1% +2 TK2% + TK3%) (nếu chạy 3 lượt) TK% = 1/3( TK1% +3 TK2% + 3 TK3% + TK4%) (nếu chạy 4 lượt) S H TK i TKi % .100 HTKi Nếu dùng rađa để xác định tốc độ ta có: S = D1 – D2 Bộ môn Hàng hải học 43
Bài giảng Địa văn: Chương 4 Chương 4: Dự đoán đường đi của tàu Phần A. Dự đoán đường đi của tàu bằng cách vẽ §4.1. Bản chất của việc dự đoán bằng cách vẽ(thao tác) Dự đoán đường đi của tàu là việc thiết lập đường đi của tàu trên hải đồ, đồng thời tiến hành dự đoán, xác định vị trí tàu các thời điểm hàng hải trên tuyến đường đó. Chúng ta có hai phương pháp dự đoán: - Phương pháp vẽ: đường đi và vị trí tàu được xác định thông qua việc kẻ vẽ trên hải đồ. - Phương pháp giải tích: đường đi và B M1 vị trí tàu được dự đoán bằng cách A tính toán. HT M M M Thao tác hải đồ là toàn bộ công tác 0 M3 4 kẻ vẽ trên hải đồ để lập đường đi, D thống kê và kiểm tra duy trì hành H×nh M2 trình của tàu an toàn. Thao tác hải C đồ được phân làm hai loại tương ứng với hai giai đoạn. 1. Thao tác sơ bộ - Thao tác sơ bộ tiến hành trên tổng đồ. - Trước khi thao tác sơ bộ chúng ta phải nghiên cứu kỹ các tài liệu chỉ dẫn, thông báo hàng hải liên quan đến tuyến đường sắp tới để lựa chọn đường đi tối ưu cho tàu. - Mục đích của thao tác sơ bộ là vạch ra được đường đi tối ưu cho tàu, trên cơ sở đó tính toán thời gian và dự trữ cho toàn bộ chuyến đi. 2.Thao tác chính thức - Thao tác toàn bộ tuyến đường của tàu trên hải đồ có đủ mức độ tin cậy. - Thao tác chính thức cần phải được duy trì liên tục trong suốt tuyến hành trình. Vị trí tàu phải được dự đoán, xác định và hiệu chỉnh đầy đủ đảm bảo cho con tàu hàng hải an toàn trên đường đi đã vạch ra. - Thao tác chính thức thực sự quan trọng. Trong một số tai nạn hàng hải thao tác hính thức trên hải đồ thể hiện vào thời gian và địa điểm xảy ra tai nạn đó sẽ là bằng chứng pháp lý khi có tranh chấp hoặc xét xử tại toà án. §4.2. Độ chính xác của vị trí dự đoán bằng cách vẽ Vị trí dự đoán của tàu bằng cách vẽ được xác định dựa trên hai yếu tố cơ bản là hướng đi HT và quãng đường S. t1 Thời điểm tàu ở vị trí M0, tàu TK1 chạy hướng HT với quãng đường B S. Dự đoán vị trí tàu tại thời điểm M1 HT t2 - . Giả sử vị trí dự đoán không L - S + S M TK2 M0 M3 M 4 +L có sai số, vị trí tàu là M được xác định: M2 D C H×nh 4.1 59
Bài giảng Địa văn: Chương 4 M HT M 0 M S STK HTK(1 TK) Thực tế luôn tòn tại sai số vị trí tàu không chỉ là điểm duy nhất M mà nằm trong diện tích xác suất ABCD. Xét 2 sai số chủ yếu ảnh hưởng tới độ chính xác của vị trí dự đoán. 4.2.1. Sai số do hướng đi la bàn HT Ta có: HT = HL + L Bản thân L tồn tại sai số  L gọi là sai số trong số hiệu chỉnh la bàn. Do vậy vị trí tàu sẽ không nằm tại M mà dịch chuyển tới vị trí M nếu sai số là- 1 L M2 nếu sai số là +L (0) (rad ) S. L MM1 = MM2 = MM0L = MM0L =S. = L 5703 MM1 = MM2 = L. S (L= radian) 4.2.2.Sai số quãng đường S. Ta có S = STK =HTK(1+ TK%) Trong TK%) luôn tồn tại sai số TK được gọi là sai số trong số hiệu chỉnh tốc độ kế. TK % sẽ gây nên sai số quãng đường. S. S = HTK.  % S.  %= TK (2) TK TK 100 Do vậy vị trí tàu không ở M mà dịch chuyển tới vị trí M3 hoặc M4. 4.2.3. Ảnh hưởng đồng thời của  TK và L Do tác động đồng thời của TK và L, vị trí tàu sẽ nằm trong diện tích xác suất ABCD. Để thuận tiện ta coi diện tích xác suất là hình tròn tâm M, bán kính MB MC chứa diện tích ABCD. Tính : Xét MM1B, coi gần đúng là tam giác vuông ở M1. 2 2 2 2 2 Ta có: MB = MM1 + M1B = MM1 + S 2 2  0 .S  .S Thay vào (1) và (2) có: MB2 = L TK 0 57 3 100 2 2 S. 0  0.S  0 .S  .S S Coi gần đúng L = L =MB = L TK 100. 2 36. 2 0 L TK 57 3 60 60 100 60 S. 0 Thực tế sai số do tốc độ kế là sai số tích luỹ và lớn hơn sai số la bàn S >> L . Do vậy 5703 để hạn chế diện tích xác suất chúng ta coi vị trí tàu nằm trong diện tích xác suất là Elip xác suất có các bán trục: 60
Bài giảng Địa văn: Chương 4 TK .S Bán trục lớn a= MM3 = MM4= 100 0 S. L Bán trục nhỏ b = MM1= 5703 §4.3: Vòng quay trở của tàu 4.3.1. Khái niệm Transfer for 90 - Vòng quay trở của tàu là quỹ đạo chuyển L3=0.250.5Dn động của tâm quay tàu khi bẻ lái một góc xác  định. - Các yếu tố vòng quay trở của tàu được xác  định khi đóng mới,cho trong hồ sơ kỹ thuật tàu. n - Trong quá trình khai thác đặc tính quay trở Dn 1.2D của tàu thay đổi. Do vậy, điều kiện cho phép,  =0.6 chúng ta có thể xác định kiểm tra đường kính 2 L Advance for Advance 90 for vòng quay trở ổn định của tàu bằng các phương  pháp địa văn. - Đường kính vòng quay trở phụ thuộc nhiều yếu tố: thông số kỹ thuật tàu, tốc độ, góc bẻ lái, mớn nước, chế độ máy, điều kiện ngoại cảnh. Trên hình vẽ minh hoạ: L1 DL =BC : đường kính lớn Tactical Diameter(DL) Dn=DE : đường kính quay trở ổn định H×nh 4.2 4.3.2. Các phương pháp địa văn xác định đường kính vòng quay trở. C 4.3.2.1. Phương pháp dùng một chập tiêu M S và một mục tiêu riêng biệt. B - Giả sử có chập tiêu BC và mục tiêu M. γ1 - Dẫn tàu theo hướng vuông góc với chập. P T2 Tính toán thời điểm bẻ lái tại A sao cho A TK2 khi cắt chập tại P tàu chính ngang chập và bắt đầu vào vòng quay trở ổn định. γ2 H×nh 4.4.a Q 61
Bài giảng Địa văn: Chương 4 S. 0  MM L ;M a S. TK 1 57 03 1 100 0 2 2 2 2  L .S  TK .S S 2 2 MM M 1a 100. L 36. TK 60 100 60 Tàu cắt chập, đo góc kẹp giữa mục tiêu M và chập BC được góc  1 - Tiếp tục quay trở tới khi tàu cắt chập lần 2 tại Q, tàu chính ngang chập, đo góc kẹp được  2 Ta có: D =PQ = HQ-HP = S.cotg 2 -S.cotg 1 Trong đó: Tại P,Q tàu đến chính ngàn mục tiêu nên D = PQ S đo trên hải đồ  , đo bằng la bàn hoặc sextant. 1 2 4.3.2.2. Phương pháp Andrayef NT Giả sử tàu chuyển hướng HT1 HT2. t Thời điểm 1 tàu bắt đầu quay trở tại A. TK1 A t Thời điểm 2 tài bắt đầu kết thúc quay trở tại B. R TK 2 O Ta có S = AB = STK = (TK2-TK1).KTK S S.5703 B HT S = R. R = 1 (0) Phương pháp này yêu cầu tốc độ kế trên tàu phải chính xác. HT2 H×nh 4.4.b 4.3.2.3. Phương pháp dùng Radar Giả sử có mục tiêu B cho ảnh rõ nét trên radar. Điều động tàu quay trở sao cho tại điểm M tàu chính ngang mục tiêu B và bắt đàu vào vòng quay trở. Đo khoảng cách radar tới mục tiêu B được DM. - Tàu tiếp tục quay trở tới vị trí N, chính ngang mục tiêu, đo M N khoảng cách radar tới B được B DN. - Ta có: D = MB-NB = D1-D2 4.3.2.4. Phương pháp thả phao A - Điều động tàu quay trở, khi ổn định H×nh 4.2 tại vị trí A thả phao PA. Tiếp tục quy trở tới vị trí B tàu quay được 1800 0 ngược hướng tàu tại A (HTB = HTA+180 ) thả phao PB. Ta có: D =AB = PAPB. * Xác định khoảng cách hai phao PAPB Dẫn tàu theo hướng PAPB, dùng 3 người tại buồng lái, mũi, lái, thống nhất hành động. Khi lái tàu chính ngang phao PA ta thả phao P1 tại mũi. Khi lái tàu chính ngang phao P1 ta thả phao P2 tại mũi. 62
Bài giảng Địa văn: Chương 4 Tiếp tục như vậy tới khi chính ngang phao PB. Khoảng cách giữa hai phao PAPB có thể tính theo chiều dài thân tàu. PAPB = L(n-1)+ Trong đó: L- Chiều dài thân tàu( cho trong hồ sơ tàu) n - số phao đã thả HTA - phần dư cuối cùng( <L) e. Công thức thực nghiệm L2T D = A/PA B/PB 10S L- Chiều dài thân tàu H×nh 4.2 T - Mớn nước thực tế ( mớn trung bình) S- diện tích bánh lái HTB §4.4. Tính toán vòng quay trở của tàu Trong dự đoán bằng cách vẽ, đặc biệt khi chuyển hướng, chúng ta phải tính toán vòng quay trở để nâng cao độ chính xác. Thực chất là xác định điểm bắt đầu và kết thúc chuyển hướng. 4.4.1.Phương pháp Đomigarop Tàu chuyển hướng HT1 HT2. Để dự đoán chính xác trên hướng đi mới, ta phải xác định điểm bắt đầu chuyển hướng A và kết thúc chuyển hướng B. Đặt: d1 = AC - khoảng cách tới hướng mới d2 =AB - khoảng cách trung gian HT1 C x A t1 t2 TK1 B d /2 TK 2 A B d 1 /2 M /2 R O N HT2 R H×nh 4.5 ta có d R.tg 1 2 (1) d 2R.sin 2 2 - Bán kính quay trở có thể tra trong hồ sơ tàu hoặc tính gần đúng bằng công thức: 63
Bài giảng Địa văn: Chương 4 AB S S.5703 R (0) S = STK = (TK2-TK1)KTK HT2 HT1 - Hệ thức (1) giúp ta dễ dàng thao tác xác định được điểm bắt đầu và kết thúc chuyển hướng d1 N d2 A và B. A C  HT2  B - Để dễ sử dụng hệ thức (1) được tính sẵn bảng và lập đồ thị như sau: Dựng ½ đường tròn tâm M, bán kính R trong hệ toạ độ Õy như hình vẽ. tà M và N dựng các góc d1 OA /2 như hình vẽ, ta có: d 2 OB 4.4.2.Phương pháp Andrayef Tàu chuyển hướng HT1 HT2 Đặt m=AH,n=BH m AH BK R.sin Ta có: (2) n OA OK R R.cos R(1 cos ) Bán kính R tra trong hồ sơ hoặc tính theo công thức: S S5703 R S=(TK2-TK1)KTK 0 từ hệ thức (2) có thể thao tác như sau: Từ A đặt AH =m trên HT1, dựng đường vuông góc HT1 tại H, trên đó đặt đoạn HB = n. ta có điểm kết thúc chuyển hướng B. HT1 HT2 b B H×nh 4.6 A o R B T K 2 m TK 2 o n R HT1 R HT A H 2 T b 1 a TK1 4.4.3.Phương pháp đồ thị Trường hợp biết bán kính quay trở R, ta có thể thao tác gần đúng khi tàu chuyển hướng HT1 HT2. - Kẻ aa//HT1 và cách HT1 khoảng R - Kẻ bb//HT2 và cách HT2 khoảng R - aa  bb O - hạ OA  HT1 và OB  HT2 - ta có: A là điểm bắt đầu chuyển hướng, B là điểm kết thúc chuyển hướng. 64
Bài giảng Địa văn: Chương 4 §4.5. Quán tính tàu 4.5.1.Khái niệm - Quán tính tàu là sự bảo tồn trạng thái chuyển động của nó khi thay đổi chế độ hoạt động của máy. - Quán tính tàu được đặc trưng bằng hai đại lượng là quãng đường S và thời gian t tính từ thời điểm bắt đầu thay đổi chế dộ hoạt động của máy tới khi tàu thực sự chuyển sang chế độ chuyển động mới. - Quán tính tàu phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: kết cầu tàu, tình trạng tàu, điều kiện ngoại cảnh, - Thực tế thường xác định quán tính tàu cho trang thái đầy tải hoặc không tải trên một hướng trong các trường hợp sau: Tới hết dừng máy Tới thật chậm Dừng máy Tới hết Dừng máy Lùi hết máy. 4.5.2.Các phương pháp địa văn xác định quán tính tàu 4.5.2.1.Dùng vị trí chính xác - Phương pháp này áp dụng khi ta có điều kiện xác định vị trí tàu chính xác. Thời điểm t1 bắt đầu thay đổi chế độ hoạt động của máy, xác định vị trí tàu là A. Duy trì hướng chuyển động của tàu tới khi thực sự chuyển sang chế độ chuyển động mới tại thời điểm t2. ta có: S=AB - đo trên hải đồ T=t2-t1 B A HT 4.5.2.2.Phương pháp dùng chiều dài thân tàu kết hợp thả phao Dùng ba người ở buồng lái, mũi, lái kết hợp hành động. Thời điểm t1 bắt đầu thay đổi chế độ hoạt động của máy, thả phao P1 ở mũi, giữ hướng chuyển động của tàu tới khi lái chính ngang phao P1, thả phao P2 ở mũi. Tiếp tục như thế tới thời điểm t2 tàu thực sự chuyển sang chế độ chuyển động mới. ta có: S = L(n-1)+ t= t2-t1 L- chiều dài thân tàu n- số phao thả - lượng dư cuối cùng ( <L) 4.5.2.3.Sử dụng radar Giả sử có mục tiêu M hiện rõ nét trên màn ảnh radar. Dẫn tàu thẳng hướng mục tiêu A hoặc ngược hướng. Thời điểm t1 bắt đầu thay đổi chế độ hoạt động của máy, đo khoảng cách tới A được D1. Thời điểm t2 tàu thực sự chuyển sang chế độ chuyển động mới, đo khoảng cách tới mục tiêu A được D2. ta có: S D1 D2 B M t t t d C 2 1 A 4.5.2.4.Dùng một chập tiêu và một mục tiêu 1 D 2 riêng biệt B D 1 Dẫn tàu theo đường tim chập AB. Thời 2 S điểm t1 bắt đầu thay đổi chế độ hoạt động của máy ta đo góc kẹp giữa mục tiêu C và M A chập Ab được  1 . Duy trì hướng chuyển H×nh 4.7 động của tàu tới thời điểm t2, tàu thực sự chuyển sang chế độ chuyển động mới, đo 65
Bài giảng Địa văn: Chương 4 góc kẹp lần thứ hai được  2 . Ta có: t t2 t1 S MN d(cot g 1 cot g 2 ) 4.5.2.5. Đo trên hải đồ Chương 4. Dự đoán đường đi của tàu Phần B. Dự đoán đường đi của tàu bằng cách vẽ khi có ảnh hưởng của ngoại cảnh §4.6. Dự đoán bằng cách vẽ khi có ảnh hưởng của gió HTT 4.6.1.Độ dạt gió Độ dạt gió của tàu là độ lệch của co tàu đang chuyển động so với hướng đi đã định dưới tác H động của gió. Tàu chạy hướng HT, do tác động của gió, trọng H tâm tàu dịch chuyển theo hướng HTT . Độ dạt gió = HTT - HT Quy ước: - Tàu dạt phải = HTT - HT >0 mang dấu (+) - Tàu dạt trái = HTT - HT <0 mang dấu (-) *Một số khái niệm về gió - Gió là chuyển động ngang của không khí so với mặt đất. Hai yếu tố đặc trưng của gió là hướng tốc độ. - Hướng gió được công nhận là phương trời mà từ đó gió thổi tới. Hướng gió có thể được đo bằng hệ nguyên vòng hoặc hệ Ca ( 32 ca). - Tốc độ gió được tính bằng m/s, knots, hay ấp gió Beaufort. - Trên tàu khi quan trắc ta thu được gió biểu kiến. Thực chất phần cảm ứng( chong chóng) của thiết bị đo gió chịu tác động của : gió thât ¦ WT và gió do chuyển động của tàu gây ra (-V0 ) ¦ WR =¦ WT -V0 Trong đó: WR: vận tốc gió biểu kiến WT: vận tốc gió V0: vận tốc thật của tàu 4.6.2.Các phương pháp địa văn xác định độ dạt gió 4.6.2.1.Dùng vị trí xác định Áp dụng khi đường chạy tàu chỉ có ảnh hưởng của HTT gió và xác định được vị trí tàu chính xác. Tàu chạy hướng HT, liên tục xác định vị trí tàu được M M M1,M2,M3. Đường AM1M2M3 là hướng thực tế củ tau do tác động của gió HTT . M Ta có: = HTT - HT xác định trên hải đồ H 4.6.2.2.Thả phao kéo theo Thả phao P nối với tàu bằng một sợi dây kéo theo tàu. - Phao P được lựa chọn cho phần nổi (chắn gió) không HT đáng kể để hạn chế ảnh hưởng của gió. - Chiều đàiay kéo theo khoảng 3-4 L ( chiều dài tàu) để phao không bị ảnh hưởng của dòng nước chân vịt. - Đo phương vị tới phao, đo nhiều lần và lấy giá trị trung P bình. 66
Bài giảng Địa văn: Chương 4 Ta có: = PTN – HT ( PTN=PL+ L 1800) Trường hợp này ảnh hưởng của hải lưu tới việc xác định độ dạt gió không đáng kể do dòng chảy tác động đồng thời tới cả tàu và phao. 4.6.2.3.Phương pháp khoảng cách ngắn nhất(Dmin) HTT áp dụng khi đường chạy tàu chỉ có ảnh hưởng của gió. Giả sử có mục tiêu A rõ nét trên màn ảnh radar. Tàu chạy hướng Ht, gần mục tiêu A, ta lien tục đo phương vị và khoảng cách tới A đồng thời. Xác định khoảng cách ngắn nhất Dmin và phương vị tương ứng PTmin. A HT 0 ta có: = PTmin- PTCN (PTCN = HT 90 ) PTmin PTCN 4.6.2.4.Công thức thực nghiệm H×nh 4.2 ¦ WL 2 K .( ) .sin G V0 Trong đó: K : hệ số dạt gió WL : vận tốc gió biểu kiến V0: vận tôc thật của tàu G : góc mạn gió Hệ số K phụ thuộc vào tỷ số giữa diện tích phần nổi và phần chìm của mặt phẳng trục dọc tàu. HTT 4.6.3. Dự đoán khi có dạt gió Trường hợp có ảnh hưởng của gió, góc dạt gió , việc dự đoán đường đi của tàu bằng cách vẽ sẽ dựa trên 2 yếu tố: t2 - Hướng đi HTT = HT+ M HT 2 TK2 M1 - Quãng đường: STK = (TK2 – TK1)KTK t1 TK1 H×nh 4.2 Ghi chú : Tốc độ kế đặt trên tàu nên số chỉ của tốc độ kế chịu ảnh hưởng của gió. Quãng đường theo tốc độ kế STK được xác định trên hướng HTT . §4.7. Dự đoán đường đi của tàu bằng cách vẽ khi có ảnh hưởng của hải lưu 4.7.1. Hải lưu Hải lưu là sự chuyển động theo phương ngang so với mặt đất của khối nước biển. Hải lưu được đặc trưng bởi 2 yếu tố là hướng và vận tốc. V ; H - Hướng của hải lưu là hướng chuyển động của n n khối nước biển và được tính theo hệ nguyên vòng. - Vận tốc hải lưu tính theo đơn vị là Hải lý/giờ A HT Tàu chạy hướng HT, do ảnh hưởng của hải lưu trọng tâm  tàu dịch chuyển trên hướng HTT. Ta có độ dạt nước  = HTT-HT Quy ước: HTT Tàu dạt phải  = HTT-HT> 0  mang dấu (+) Tàu dạt trái  = HTT-HT< 0  mang dấu (-) H×nh 4.12 * Hướng và vận tốc hải lưu có thể xác định dựa vào các tài liệu hàng hải. - Hàng hải chỉ nam ( Sailing directions) - bản đồ khí hậu ( Climate chart) - Hải đồ đi biển ( Navigation chart) - Thuỷ triều ( Tide Table), 67
Bài giảng Địa văn: Chương 4 4.7.2. Dự đoán đường đi của tàu bằng cách vẽ khi có ảnh hưởng của hải lưu 4.7.2.1.Bài toán thuận Cho biết Hn,Vn,VTK,HT Xác định HTT,VTT, ? Từ điểm A trên hướng HT đặt đoạn AB = VTK. Từ B kẻ Vn hướng nước Hn, trên đó đặt đoan BC = Vn. Ta có: Hướng AC là hướng thực tế khi có ảnh hưởng A B HT của hải lưu(HTT) VTK  = HTT-HT ( xác định trên hải đồ) VTT = AC - vận tốc thực tế khi có ảnh hưởng của hải  V lưu. n VTT Như vậy dự đoán đường đi của tàu bằng cách vẽ khi có HTT ảnh hưởng của hải lưu sẽ dựa trên hai yếu tố: -Hướng đi HTT C - Quãng đường STT = VTT.t 4.7.2.2.Bài toán nghịch ( Bài toán đo lường) H×nh 4.12 Cho biết Hn, Vn, V TK, HTT Xác dịnh: HT, VTT,  Từ điểm A trên hướng HTT kẻ hướng song song với Hn, trên đó đặt đoạn AC = Vn. Vn;Hn Dựng cung tròn tâm C, bán kính VTK cắt HTT tại B. Qua A kẻ hướng song song CB thì đó chính là hướng HT. A HT Góc dạt nước = HTT-HT đo trên hải đồ  Vận tốc thực tế VTT =AB đo trên hải đồ VTT Ghi chú: V - Bài toán xét cho trường hợp trên tàu trang bị tốc độ kế n V HTT tương đối, cho vận tốc tàu so với nước. Do vậy chỉ số C TK B trên tốc độ kế không chịu ảnh hưởng của hải lưu. Quãng đường theo tốc độ kế STK được tính trên hướng HT. H×nh 4.12 4.7.3. Tính toán ảnh hưởng của hải lưu để dự đoán đường đi của tàu bằng cách vẽ 4.7.3.1.Bài toán thuận Cho biết: Hn, Vn,VTK,HT Hn,Vn Tính : HTT, , VTT M Trên hình vẽ hạ CH  HT AH = AB +BH, góc mạn nước g = Hn-HT A VTK B H HT VTT .cos  V V .cos q (1)  TK n  q VTT .sin  Vn .sin q CH (2) VTT Chia 2 vế của phương trình (1) và (2) cho VTK V TT Vn HTT đồng thời đặt : K; m H×nh 4.13 C VTK VTK Ta có: VTT Vn .cos  1 .cos q VTK VTK K.cos  1 m.cos q(3) VTT V K.sin  m.sin q(4) .sin  n .sin q Vn VTK 68
Bài giảng Địa văn: Chương 4 Chia (3) cho (4): 1 m.osq 1 cot g cosecq cot gq(5) m.sin q m Biểu thức (5) được lập thành bảng 32a-MT63, MT63 để tính độ dạt . Đối số là m và g H n HT HTT HT  (tra bảng >0, xét dấu theo chiều dạt của tàu) *Tính K. Bình phương hai vế của biểu thức (3), (4) rồi cộng vế với vế: K 2 cos2  1 2m.cosq m2 cos2 q K 2.sin 2  m2 sin 2 q K 2 1 2m.cosq m 2 K 1 2m.cos q m2 (6) Công thức (6) được lập thành bảng 32b-MT53, MT63 với đối số là m và g . Ta có: VTT = K.VTk 4.7.3.2.Bài toán nghịch Cho biết Hn,Vn,VTK,HTT Tính : HT,, VTT H ,Vn Trên hình vẽ: P = Hn - HTT n q=p+ hạ BM  HTT A B HT BM = VTK.sin = Vn.sinp (7) VTK Chia hai vế của biểu thức (7) cho VTK.  q Vn 1 V sin  sin p cosec cosecp (8) VTT n M p VTK m Công thức (8) được lập bảng 32c – MT53, MT63 với C H×nh 4.13 HTT đối số là m và trọ số p hoặc 1800- p nếu p >900 HT = HTT  ( tra bảng >0, xét dấu theo chiều dạt của tàu) Trị số K cũng được tra trong bảng 32d – MT53, MT63 với đối số là m và q . Do vậy : VTT = K.VTK §4.8. Dự đoán đường đi của tàu bằng cách vẽ khi có ảnh hưởng đồng thời của gió và dòng chảy 4.8.1. Độ dạt tổng hợp () Độ dạt tổng hợp của tàu là độ lệch của con tàu đang chuyển động so với hướng đi đã định do ảnh hưởng đồng thời của gió và dòng chảy.   Quy ước: -Tàu dạt phải  HTT HT 0  mang dấu(+) -Tàu dạt trái  HTT HT 0  mang dấu(-) Trường hợp biết các yếu tố hải lưu và gió, ta có thể dự đoán đường đi của tàu bằng cách vẽ như sau: 69
Bài giảng Địa văn: Chương 4 4.8.2. Bài toán thuận Cho biết Hn, Vn, HT, Hn,Vn Xác định: HTT,,VTT HT Từ điểm A trên hướng HT kẻ HTT = HT+ A HTT B Trên HTT đặt AB = VTK. Qua B, kẻ hướng nước  VTK q H , trên đó đặt BC = V . n n Vn VTT Ta có: Hướng AC là hướng tổng hợp. H×nh 4.13 C HTT VTT AC  xác định trên hải đồ  HTT HT Ghi chú: Tốc độ kế trên tàu đo vận tốc tương đối. Chỉ số trên tốc độ kế chịu ảnh hưởng của gió, không chịu ảnh hưởng của dòng. Do vậy, quãng đường theo tốc độ kế STk được xác định trên hướng HTT . 4.8.3. Bài toán nghịch Cho biết Hn,Vn,VTK,HTT, Xác định HT,,VTT từ điểm A trên HTT, kẻ hướng nước Hn, trên đó đặt đoạn AC = Vn. Lấy C là tâm, quay cung tròn bán kính VTK cắt HTT tại B. Qua A kẻ hướng song song với CB, đó là HTT . Ta có: HT HTT  HTT HT xác định trên hải đồ VTT AB 4.8.5.Bài toán chính ngang mục tiêu Tàu chạy hướng HT, hướng tàu chạy chịu ảnh hưởng của gió gây góc dạt và ảnh hưởng của dòng chảy hướng Hn, tốc độ Vn. Vận tốc theo tốc độ kế là V . TK M Hn,Vn Dự đoán thời điểm tàu chính ngang mục tiêu HTT t 2 và vị trí tàu chính ngang mục tiêu M. A TK 2 B HT STK Thao tác bài toán thuận, xác định được HTT ,HTT, VTT C HTT Từ mục tiêu M kẻ vuông góc với HT cắt HTT tại H×nh 4.13 C. Ta có C là vị trí tàu tại thời điểm chính ngang mục tiêu M. Từ C kẻ ngược hướng nước Hn cắt HTT tại B. ta có: AB = STK 70
Bài giảng Địa văn: Chương 4 STK t2 t1 t t1 VTK vậy S TK TK HTK TK TK 2 1 1 KTK §4.9. Xác định hướng đi thực tế của tàu bằng phương vị tới 1 mục tiêu Tác dụng ngoại cảnh không đổi hoặc thay đổi không đáng kể Tàu không đổi hướng và tốc độ, đo phương vị tới mục tiêu M. t1 Thời điểm đo được PL1 PT1 TK1 t1 Thời điểm đo được PL2 PT2 TK 2 t3 Thời điểm đo được PL3 PT3 TK 3 Xác định hướng đi thực tế HTT bằng các phương pháp sau: 4.9.1.Phương pháp tính toán Qua mục tiêu M kẻ các đường phương vị vừa đo PT1,PT2,PT3 tương ứng cắt HTT tại A,B,C. M Tại A,B,C góc mạn tới mục tiêu là G1,G2,G3.  Đặt 1 =PT2-PT1,  2 =PT3-PT2 1 2 Xét AMB ta có: G G G 3 HTT MB AB AB.sin G 1 2 C MB 1 (1) A B sin G1 sin1 sin1 PT PT PT 3 Xét BMC ta có: 1 2 a) MB BC BC.sin G MB 3 sin G3 sin 2 sin 2 AB.sin G BC.sin G Từ (1) và (2) 1 3 (3) sin1 sin 2 Mặt khác: G3 = G2 + 1; G2 = G1+ 1 G1 = G2-1 AB = VTT. T1 BC = VTT. T2 71
Bài giảng Địa văn: Chương 4 Trong đó: VTT: vận tốc thực tế T1 = t2-t1; T2 =t3-t2 VTT. t .sin(G  ) VTT. t .sin(G  ) Ta có: (3) 1 2 1 2 2 2 sin1 sin 2 t1 t2 .(sin G2 .cos1 sin1 cosG2 ) .(sin G2 .cos 2 sin2 cosG2 ) sin1 sin2 Chia cả hai vế cho cosG2 ta được: t1 t2 .(tgG2 .cos1 sin1 ) .(tgG2 .cos 2 sin 2 ) sin1 sin 2 t1.tgG2 .cot g1 t1 t2 .tgG2 .cot g 2 t2 tgG2 ( t1.cot g1 t2 .cot g 2 ) t1 t2 ( t1.cot g1 t2 .cot g 2 ) cot gG2 t1 t2 Trường hợp chọn t1 t2 ta có biểu thức đơn giản hơn. 1 ( t .cot g t .cot g ) cot gG 1 1 2 2 2 2 Vậy ta tính được góc mạn G2 HTT PT2 G2 4.9.2.Phương pháp vẽ M Tàu chạy hướng HT, do tác động của HT ngoại cảnh hướng thực tế là HTT. Qua M kẻ các phương vị đo được VTK.t2 F Q PT1,PT2,PT3 cắt HTT tại N,P,Q. P VTK.t1 E N Đặt NE = K. t1 ; EF = K. . t2 A B C Qua E kẻ song song với PT1 cắt PT2 tại B. Qua F kẻ đường song song với PT1 PT 1 PT2 PT cắt PT3 tại C. 3 Ta có BC song song với hướng thực tế H×nh 4.16 AB NE K. t t HTT, do 1 1 BC EF K. t2 t2 72
Bài giảng Địa văn: Chương 4 Chứng minh: ta chứng minh đường thẳng bất kỳ cắt PT1, PT2, PT3 tại các điểm tương ứng a,b,c thoả ab t mãn 1 sẽ song song với hướng thực tế HTT. bc t2 - Hướng thực tế cắt PT1, PT2, PT3 tại A,B,C. Hướng và vận tốc tàu không đổi, tác động ngoại cảnh không thay đỏi hoặc thay đổi không đáng kể, ta có: AB VTT.(t t ) t 2 1 1 BC VTT(t 3 t2 ) t 2 Đường thẳng xy bất kỳ cắt PT1,PT2,PT3 tại a,b,c ab t thoả mãn 1 . Ta phải chứng minh xy// M bc t2 y’ HTT. x’ a’ c’ Giả sử xy không song song HTT. Qua b kẻ đường b c a y x'y'//HTT cắt PT1 và PT3 tại a',c'. x a'b AB t ab HTT Ta có: = 1 = bc' BC t2 bc A B C Vậy hai tam giác aba' và cbc' đồng dạng ( c, PT PT PT g,c) 1 2 3 Suy ra : aa'//cc' điều này vô lý H×nh 4.16 Do đó: xy//HTT 4.9.3.Phương pháp dùng giấy bóng mờ Từ A kẻ các đường phương vị đo được PT , 1 PT2,PT3. Trên giấy bóng mờ kẻ đường thẳng bất M ab t kỳ, trên đó đặt các điểm a,b,c sao cho 1 . bc t2 Di giấy bóng mờ trên hải đồ sao cho các điểm a,b,c tương ứng nằm trên PT1, PT2, PT3. Ta có đường abc song song với hướng thực tế HTT. a b c PT1 PT2 PT3 H×nh 4.16 §4.10. Xác định hướng và vận tốc dòng chảy bằng cách đo phương vị tới một mục tiêu 73
Bài giảng Địa văn: Chương 4 Giả sử khu vực chạy tàu có một mục tiêu chỉ đo được phương vị. Dòng chảy ổn định và ảnh hưởng của gió không đáng kể. Chúng ta có thể xác định các yếu tố dòng chảy như sau: 4.10.1. Tàu giữ hướng và thay đổi tốc độ Tàu chạy hướng HT, đo phương vị tới mục tiêu 3 lần M t1 t4 PT1 PT4 TK1 TK 4 t2 VTK t5 VTK PT2 1 A PT5 2 TK 2 TK 5 HT t t PT 3 PT 6 PT 6 3 6 PT4 PT5 TK3 TK6 PT1 PT2 PT3 H×nh 4.16 sau đó thay đổi vận tốc VTK1 VTK2 và đo tiếp phương vị tới mục tiêu 3 lần. Dùng phương pháp Glasscop xác định được hướng thực tế khi tàu chạy với vận tốc VTK1 xác định được góc dạt nước tương ứng;; Tương tự trên đoạn chạy với vận tốc VTK2 ta cũng xác định được góc dạt nước tương ứng 1 Thao tác xác định Vn Kẻ hướng HT, trên đó đặt đoạn AB = VTK1 Đặt ngược hướng HT đoạn BC VTK = - VTK2. Tà A kẻ Ax hợp với 1 HT góc  B HT 1 A  C 1 VTK2 TT 2 V Từ C kẻ Cf hợp với Ht góc  2 n D H×nh 4.16 x Ax cắt By tại D BD Vn y 4.10.2.Tàu thay đổi hướng và giữ nguyên vận tốc Tàu chạy vận tốc VTK + Trên hướng HT1 đo phương vị tới mục tiêu 74
Bài giảng Địa văn: Chương 4 M HT2 t1 PT1 TK1 t2 PT2 TK 2 HT1 t3 PT3 PT6 TK 3 PT4 PT5 PT1 PT2 PT3 Sau đó đổi hướng HT2 và lại đo phương vị tới mục tiêu. H×nh 4.16 t 4 HT PT4 VTK 2 TK 4 HT1 A 1 B t5 PT5 V TK5 n VTK y t 6 2 D PT6 x TK 6 C H×nh 4.16 * Thao tác xác định Vn -Trên hướng HT1 dùng phương pháp Glasscop xác định được hướng thực tế xác định được góc dạt nước 1 - Tương tự trên hướng HT2 xác định được góc dạt nước  2 * Thao tác: + Kẻ hướng HT1 trên đó đặt AB = VTK + Từ B lấy ngược hướng HT2 đoạn BC = VTK Qua A kẻ Ax hợp với HT1 góc 1 Qua C kẻ Cx hợp với HT2 góc  2 Ax x Cy = D BD Vn 75
Bài giảng Địa văn: Chương 4 4.5. Độ dạt gió. Phương pháp dự đoán khi có ảnh hưởng của gió 4.5.1. Định nghĩa: Độ dạt gió của tàu là độ lệch của con tàu ra khỏi hướng đi đã định dưới ảnh hưởng của gió. Tuỳ thuộc vào góc mạn của gió mà ta có tên gọi sự chuyển động của tàu so với gió. 76
Bài giảng Địa văn: Chương 4 0 Ngîc giã Góc mạn gió G = 10 phải, trái: tàu chạy ngược gió. V¸t giã V¸t giã 0 0 00 - 100 Góc mạn gió G = 10 - 80 phải 100-800 100-800 trái: tàu chạy vát gió. Góc mạn gió G = 800 - 1000 ngang giã ngang phải trái: tàu chạy ngang gió. 0 80 0 - 100 100 - 0 0 0 Góc mạn gió G = 100 - 170 80 0 Ngang giã phải trái: tàu chạy chếch gió. Góc mạn gió G = 1700 - 1800 1000-1700 1000-1700 phải trái: tàu chạy xuôi gió. 1700-1800 Xét ảnh hưởng của gió đến sự ChÕch giã ChÕch giã chuyển động của tàu: Gọi tốc độ gió thực là u vận tốc chuyển động của Xu«i giã tàu là V, vận tốc gió do sự chuyển H×nh 4.8 động của tàu gây ra là Vng có cùng phương và độ lớn với V nhưng w u u w u F1 Vng V Fcv F’cv u W F2 FG Ftm ngược chiều. Gió mà ta quan trắc được trên tàu khi tàu chuyển động gọi là gió biểu Hình 4.9 A HT NT NL L DCN HT Dm HL PLN HT HTT T1/TK1 HTT PL T2/TK2 T3/TK3 HTT kiến w, đó là tổng hợp của véctơ Vn và Vng: W Vng u 77
Bài giảng Địa văn: Chương 4 Ở trên tàu tốc độ đo được tính bằng knot, vận tốc gió tính bằng m/s. Để dựng được tam giác véctơ tốc độ gió ta đổi số hải lý giờ ra m/s một cách gần đúng và nhanh chóng bằng cách chia đôi số hải lý giờ ta được vận tốc tính bằng m/s. VD: 10kts x 1852m /3600s = 5.14m/s 10/2= 5m/s Gió thật tác động vào mạn khô của tàu gây nên một lực tại trọng tâm tàu, véctơ FG không cùng phương với véctơ V do mạn khô của tàu, cabin cùng các thượng tầng kiến trúc khác không song song với mặt phẳng trục dọc. Lực FG phân tích thành 2 thành phần F1 và F2, F1 có tác dụng làm tăng hay giảm tốc độ chuyển động của tàu, F2 có tác dụng làm trọng tâm của tàu di chuyển lệch khỏi hướng đi đã định. Giả sử FCV là lực đẩy chân vịt dưới tác dụng của lực F1, tàu sẽ chuyển động tới theo lực F’CV = FCV + F1. Nhưng do có thành phần F2 tàu sẽ chuyển động dưới tác dụng của lực tổng hợp FTH = F’CV + F2 Khi đó trọng tâm sẽ di chuyển theo hướng HTT trùng với phươngcủa FTH còn hướng mũi tàu HT vẫn giữ nguyên. HTT là hướng thực tế của tàu khi có ảnh hưởng của gió, là góc dạt gió, nó mang dấu dương khi tàu bị dạt sang phải và mang dấu âm khi tàu dạt sang trái. 4.5.2. Các phương pháp xác định độ dạt gió a. Phương pháp xác định bằng vị trí xác định: Phương pháp này áp dụng trong trường hợp vùng chạy tàu chỉ có ảnh hưởng của gió. Tại các thời điểm T1/TK1 ; T2/TK2; T3/TK3 xác định vị trí tàu tại F1, F2, F3. Nối các vị trí đó lại được HTT ; = HTT - HT, phương pháp này có độ chính xác cao, sai số từ 005105. b. Phương pháp dùng phao kéo theo: Ta thả xuống biển 1 chiếc phao, nối với tàu Hình 4.10 bằng 1 sợi dây có chiều dài từ 34L. Do mạn chắn gió của phao nhỏ hơn rất nhiều mạn chắn gió của tàu nên có thể coi phao không bị trôi dạt dưới ảnh hưởng của gió. Dùng la bàn đo phương vị tới phao nhiều lần, tính PLTB, đổi ra phương vị nghịch. Khi đó: = PLN - HL = PTN - HT Trường hợp này loại trừ được ảnh hưởng của dòng vì hải lưu cùng đồng thời tác dụng vào tàu và phao. c. Phương pháp radar (khoảng cách ngắn nhất): Phương pháp này áp dụng khi vùng chạy tàu chỉ có ảnh hưởng của gió. Khi đó khoảng cách ngắn nhất không phải DCN mà là khoảng cách từ mục tiêu hạ vuông gócvới HTT . Thực tế ta làm như sau: đo 1 loạt khoảng cách và phương vị đến mục tiêu A, chọn Dmin và phương vị ứng với Dmin đó, đo khoảng cách và phương vị chính ngang. Lưu ý thời điểm Dmin có thể xảy ra trước hoặc sau thời điểm DCN. Nếu mục tiêu nằm ở mạn hứng gió thì thời điểm Dmin xảy ra trước thời điểm DCN và ngược lại. Ta có: = PLmin - PLCN d. Phương pháp dùng công thức gần đúng: 78
Bài giảng Địa văn: Chương 4 2 =Kg.(W/V) .sinGg W: Tốc độ gió biểu kiến (m/s) V: Tốc độ tàu. Gg: Góc mạn gió. Kg: Hệ số dạt gió phụ thuộc vào diện tích hứng gió của tàu. 4.5.3. Thao tác hải đồ khi có ảnh hưởng của gió. Khi có ảnh hưởng của gió trên hải đồ ta thao tác HT và HTT . HL; L; ghi trên hướng HTT STK; VTK đặt trên HTT vì tốc độ kế đã tính đến ảnh hưởng của gió. a. Bài toán thuận Cho HT, ; Tìm HTT Trên hải đồ tại MC( C ; C) kẻ HTT = HT + trên đó ghi HL; L; b. Bài toán nghịch Cho HTT , ; Tìm HT ; HL Trên hải đồ thao tác HTT , tìm HT = HTT - , tìm HL = HT - L; HKL, L, ghi trên HTT c. Bài toán thao tác chính ngang: A Từ mục tiêu đến A trên hải đồ ta M HT hạ đường vuông góc HT kéo dài cắt HTT tại B, B là vị trí của tàu lúc T1/TK1 B mục tiêu A chính ngang tàu. Tại B HL; L; mặt phẳng trục dọc tàu song song HT; HTT trọng tâm tàu nằm trên HTT .Trong T2/TK2 một số trường hợp ta phải dự đoán thời điểm mục tiêu chính ngang tàu; H×nh 4.11 tại T1/TK1 tàu ở M; T2/TK2 tàu ở B. Ta cần dự đoán trước thời điểm T2/TK2 khi mục tiêu A chính ngang, ta làm như sau: đo MB trực tiếp trên hải đồ ta có: STK = MB T2 = T1 + t t=STK/V’TK V’TK=VTK.(1+ TK%/100) 79
Bài giảng Địa văn: Chương 4 TK2=TK1+HTK HTK=STK/KTK= STK/(1+ TK%/100) 4.6. Hải lưu - ảnh hưởng của dòng chảy đến sự chuyển động của tàu. 4.6.1. Hải lưu a. Định nghĩa: Sự chuyển động tương đối ổn định của dòng nước biển gọi là hải lưu. Hải lưu thường có hướng ổn định nhưng tốc độ, độ rộng, độ sâu của dòng chảy bién đổi theo mùa. Hải lưu đặc trưng bởi hướng và tốc độ được gọi là các yếu tố của hải lưu. Hướng của hải lưu là hướng tới đường chân trời mà hải lưu chảy tới, tốc độ tính bằng knot. b. Phân loại: Căn cứ vào nguyên nhân phát sinh người ta phân hải lưu thành các loại sau: Hải lưu gió: do gió tạo thành. Tuy gió chỉ tác dụng trên bề mặt nước biển nhưng vì nước biển có dộ dính nên thực tế nó tác dụng đến một độ sâu nhất định của nước biển. Nếu không có lực Coriolit thì hướng hải lưu trùng với hướng gió. ở Bắc bán cầu, lực Coriolit làm hải lưu lệch về bên phải hướng gió; ở Nam bán cầu lệch về bên trái hướng gió. Gió mùa có sức gió mạnh, hướng ổn định gây nên hải lưu gió mùa. Hải lưu Gradian: xuất hiện do sự chênh lệch về t0 và độ mặn của nước biển Hải lưu thuỷ triều: do thuỷ triều gây ra gọi là triều lưu Ký hiệu dòng triều: Dßng ch¶y triÒu d©ng Dßng ch¶y triÒu rót Dßng ch¶y cè ®Þnh 4.6.2. Ảnh hưởng của dòng chảy đến sự chuyển động của tàu Dưới tác dụng của chân vịt, tàu chuyển động tương đối so với nước, chuyển động này được tốc độ kế ghi lại. Nếu có dòng chảy tức là nước lại chuyển động so với đáy biển tức là tàu tham gia hai chuyển động. Kết quả là trọng tâm tàu dịch chuyển theo một đường HTT hợp với HT góc . HTT gọi là hướng đi thực tế của tàu khi có ảnh hưởng của dòng chảy Góc dạt nước  là góc hợp bởi mặt phẳng trục dọc của tàu và HTT; mang dấu + khi dạt phải và ngược lại. 80
Bài giảng Địa văn: Chương 4 Khi có dòng chảy, trọng tâm tàu di chuyển trên HTT còn mặt phẳng trục dọc tàu luôn song song HT và HTT = HT +  4.6.3. Các phương pháp xác định các yếu tố của dòng chảy H×nh 4.12 Vn M1 STK B HT M VTK A HT M HT    T /TK S V 1 1 n n B VTT HTT E HTT VTK T2/TK2 M2 Hn HTT Hn H.1 H.2 H.3 a/.Xác định dựa vào các tài liệu về hàng hải: tra trong hàng hải chỉ nam, Pilot; Routeing Chart b/.Phương pháp dùng vị trí xác định: Phương pháp náy áp dụng khi vùng chạy tàu chỉ có ảnh hưởng của dòng chảy, hướng và tốc độ của dòng chảy chưa biết. Tại T1/TK1 xác định vị trí tại M1; T2/TK2 là M2 nối M1M2 được HTT . Từ M1 kẻ HT trên đó đặt M1B = STK, nối BM2 được Hn; BM2 = Sn 4.6.4.Phương pháp đồ giải khi đã biết hướng và tốc độ dòng chảy (H2, H3). Bài toán thuận: Cho: HT ; VTK ; Hn , Vn Tìm: HTT ;  ; VTT Từ M kẻ HT trên đó đặt đoạn MA = VTK ; từ A kẻ Hn trên đó đặt AB = Vn. Nối MB ta được HTT ; MB = VTT ;  đo trực tiếp trên hải đồ. Bài toán nghịch: Cho : HTT ; Hn ; Vn ; VTK Tìm: HT - HL ;  ; VTT Từ M kẻ HTT, kẻ Hn trên đó đặt ME = Vn. Lấy E làm tâm quay cung tròn bán kính VTK cắt HTT tại B. Từ M kẻ song song EB ta có HT, hiệu chỉnh L được HL ; MB = VTT;  đo trực tiếp trên HĐ. 81
Bài giảng Địa văn: Chương 4 HT M B S A S B B’ HT A TK TK  Sn  T1/TK1 C STT STT T2/TK2 HTT C HTT H×nh 4.13 Bài toán tính T/TK tại vị trí chọn trước: Cho HT, HTT; VTK ; Vn ; T1/TK1 ; Hn Từ điểm C cho trước trên HTT kẻ ngược hướng nước cắt HT tại B. Khi đó BC = Sn; AB = STK TK2 = TK1 + HTK T2 = T1 + t Bài toán thao tác chính ngang: Từ mục tiêu M kẻ vuông góc HT cắt HTT tại C. Điểm tính T/TK chính ngang làm tương tự như trên. 4.7. Tính toán đường chạy tàu bằng giải tích khi có ảnh hưởng của dòng chảy Khi sử dụng hải đồ có tỷ lệ xích nhỏ thì việc dự đoán bằng cách vẽ không đủ chính xác. Để giảm những sai số này người ta thực hiện việc dự đoán bằng giải tích thông qua các bảng toán chuyên dụng. 4.7.1. Bài toán thuận: Để lập bảng ta chiếu các véctơ vận tốc xuống HT ; và CH vuông góc HT; Gn gọi là góc mạn nước A VTK B HT A VTK B H HT  Gn  Gn VTT p Vn H VTT HTT C HTT C H.1 H.2 H×nh 4.14 VTT Vn VTT .cos  VTK Vn .cosGn .cos  1 .cosGn VTK VTK VTT Vn VTT .sin  Vn .sin Gn .sin  .sin Gn Vn VTK 82
Bài giảng Địa văn: Chương 4 K.cos  1 m.cosGn 1 V K.sin  m.sin G 2 TT Vn n (với: K ;m ) 1 cos ecG VTK VTK cot g n cot gG 2 m n a Công thức này lập bảng 32 MT 53, 63 đối số là m và Gn tra  với Gn = Hn - HT Để tìm K ta bình phương 2 vế của phương trình (1) và (2) 2 2 2 2 K cos  = 1 +m cos Gn + 2mcosGn K2 sin2 = m2 sin2Gn 2 2 K = 1 + m + 2mcosGn c Công thức này lập bảng 32 MT 53, 63 để tính K, đối số là m và Gn ; ta có VTT = VTK . K 4.7.2. Bài toán nghịch Chiếu các véctơ vân tốc xuống HTT và đường BH vuông góc HTT. Ta có (H2): VTT = VTKcos + Vn.cosp VTT/VTK=cos+(Vn/VTK).cosp VTK.sin=Vn.sinp sin=(Vn/VTK).sinp K = cos + m cosp sin = m.sinp 1/sin=m/sin cosecp=m.cosec cosec=cosecp/m P = Hn - HTT Gn =  + p §©y lµ c«ng thøc lËp b¶ng 32b MT 53,63 ®èi sè lµ m vµ p. §Ó t×m VTT ta lµm nh sau: c 32 MT VTT = K.V Gn TK m K HT = HTT- A B HTT  4.7.3. Độ chính xác của vị trí dự đoán C 3 khi có ảnh hưởng của dòng chảy. C1 C2 Các yếu tố của dòng chảy ta C C HTT không thể xác định được chính xác mà luôn có sai số. Các sai số này ảnh C 4 hưởng đến độ chính xác của vị trí dự Hn đoán. Giả sử la bàn và tốc độ kế chính H×nh 4.15 xác thì độ của vị trí dự đoán C phụ 83
Bài giảng Địa văn: Chương 4 thuộc vào sai số trong góc mạn là Gn, lúc đó vị trí dự đoán ở C1C2 với: 0 0 CC1 = CC2 = Sn. Gn = Vn.t.  Gn/57 3 Nếu coi Gn = 0 sai số trong Sn là Sn = Vn.t làm vị trí dự đoán nằm ở C3 và C4. Trong thực tế cả hai loại số này cùng đồng thời tác động vào vị trí dự đoán, làm cho vị trí dự đoán phân bố trong vòng tròn bán kính  hay trong elip có bán trục lớn a  Hn hoặc hướng vuông góc Hn tuỳ thuộc vào độ lớn của từng sai số. 4.7.4. Thao tác hải đồ khi có ảnh hưởng của dòng chảy Thao tác HT và HTT STK , VTK ghi trên HT,  ghi trên HTT. Điểm dự đoán trên HT ghi TK; điểm dự đoán trên HTT ghi T/TK Các bài toán cần giải thích khi thao tác hải đồ như trong 4.6. 4.8. Độ dạt tổng hợp. 4.8.1. Định nghĩa. Trong thực tế gió và dòng cùng đồng thời tác động vào tàu làm cho hướng đi thực tế của tàu lệch khỏi HT một góc  gọi là góc dạt tổng hợp. Đường do trọng tâm tàu vạch ra do tác động tổng hợp đó gọi là đường đi thực tế của tàu HTT. HTT = HT +  4.8.2. Các phương pháp xác định góc dạt tổng hợp. a. Dùng vị trí xác định: nối các vị trí xác định được HTT ;  đo trưc tiếp trên hải đồ. b. Phương pháp dùng chập tiêu: dẫn tàu cho HTT  đường tim chập; PT = HTT. c. Phương pháp đo đạc hai phương vị , 2 khoảng cách đến 1 mục tiêu cố định, ( H4.15a) M M NT NT 1 D1 2 D D D 2 1 PT D 3 PT1 2 2 q q q 2 q q 3 1 HTT 1 2 M HTT M1 M1 3 M2 M2 V0t1 V0t2 PT2 PT1 PT3 PT1 PT2 b) a) Hình 4.15 84