Navigation: Teil B: Mathematik, Magnet- und Kreiselkompaß, sonstige Kreiselgeräte, Selbststeuer, Trägheitsnavigation, astronomische Navigation, Gezeitenkunde

283 Pages·1983·6.723 MB·German

by  Dr.-Ing. Karl Terheyden, Dr. Gerhard Zickwolff (auth.), Dr.-Ing. Karl Terheyden, Dr. Gerhard Zickwolff (eds.)

Müller /Krauß
Handbuch
für die Schiffsführung
Fortgeführt von
t ·
Martin Berger Walter Helmers
Karl Terheyden · Gerhard Zickwolff
Achte, neubearbeitete und erweiterte Auflage
in 3 Bänden
Springer-V erlag Berlin Heidelberg GmbH 1983
Band 1
Navigation
Teil B
Mathematik, Magnet- und Kreiselkompaß,
sonstige Kreiselgeräte, Selbststeuer, Trägheitsnavigation,
astronomische Navigation, Gezeitenkunde
Herausgegeben von
Karl Terheyden · Gerhard Zickwolff
Unter Mitarbeit von
K. Heinz Cepok, Ludwig Hangen, Wolfgang Kohl,
Hans Joachim Kunze, Hans-Rüdiger Uhlig
Mit 124 Bildern
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH 1983
Dr.-Ing. Karl Terheyden
Kapitän, Professor, Oberseefahrtschuldirektor a.D.
Walter-Delius-Str. 52, 2850 Bremerhaven I
Dr. Gerhard Zickwolff
Präsident und Professor des Deutschen Hydrographischen Instituts
Sülldorfer Kirchenweg 35, 2000 Harnburg 55
CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek
Müller. Johannes:
Handbuch für die Schiffsführung : in 3 Bd. I Müller ; Krauss. Fortge( von Martin Berger ...
Teilw. mit d. Erscheinungsorten: Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH.
NE: Krauss, Joseph:; Berger, Martin [Bearb.]
Bd. I.-Navigation
Navigation I hrsg. von Kar! Terheyden ; Gerhard Zickwolff.
(Handbuch für die Schiffsführung I Müller ; Krauss ; Bd. I)
NE: Terheyden, Kar! [Hrsg.]
Teil B. Mathematik, Magnet-und Kreiselkompass, sonstige Kreiselgeräte, Selbststeuer, Trägheitsnavigation,
astronomische Navigation, Gezeitenkunde I unter Mitarb. von K. Heinz Cepok ... - 8., neubearb. u. erw.
Aufl. -1983.
ISBN 978-3-662-22142-6 ISBN 978-3-662-22141-9 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-22141-9
NE: Cepok, K. Heinz [Mitverf.]
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© by Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1925, 1938, 1949, 1956, 1961, 1970 and 1983
Ursprünglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York Tokyo 1983
Softcover reprint of the bardeover 1st edition 1983
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rechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daß solche Namen im Sinne der Wa
renzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann be
nutzt werden dürften.
Gesamtherstellung: Graphischer Betrieb Konrad Triltsch, Würzburg
2060130201543210·
Vorwort zum Band 1 B
Im Jahre 1911 gab Johannes Müller das jetzt unter dem Namen MÜLLER/
KRAUSS bekannte Handbuch der Schiffsführung zum ersten Mal heraus. Von der
2. Auflage (1925) an war Joseph Krauß Mitherausgeber. Beiden zu Ehren soll das
Werk weiterhin ihre Namen tragen.
Bei der 3. Auflage (1938) trat Martin Berger als Mitherausgeber hinzu und war bis
zu seinem Tode am 19. Januar 1978 Motor des Werkes.
Seit der 6. Auflage sind Walter Helmers und Dr.-Ing. Karl Terheyden Mitheraus
geber. Bei der nun vorliegenden 8. Auflage ist Dr. Gerhard Zickwolff Mitherausge
ber des Bandes 1.
Die Weiterentwicklung und die vielen Innovationen auf allen Gebieten der navi
gatorischen Schiffsführung machten die Erweiterung und völlige Neubearbeitung
des Bandes 1 notwendig; zusätzliche Wissensgebiete mußten aufgenommen werden.
Daher erscheint Band I der 8. Auflage in drei Teil bänden.
Der Band I A enthält die Kapitel Richtlinien für den Schiffsdienst, Gestalt der
Erde, Seekarten und nautische Bücher, terrestrische Navigation, Wetterkunde und
eine Formelsammlung für die terrestrische Navigation.
Der vorliegende Band I B behandelt die Mathematik, den Magnet- und Kreisel
kompaß, die sonstigen Kreiselgeräte für die Navigation, das Selbststeuer, die Träg
heitsnavigation, die astronomische Navigation, die Gezeitenkunde und enthält eine
Formelsammlung für die Kompaßkunde, Gezeitenkunde und astronomische Navi
gation.
Band I C umfaßt die Themen Funkpeilwesen, Hyperbelnavigation, Radar, inte
grierte Navigation, Physik, Datenverarbeitung und eine Formelsammlung für die
Funknavigation.
Dozenten der nautischen Ausbildungsstätten und Mitarbeiter der für die Seefahrt
tätigen Institute wirkten bereitwillig an der Neugestaltung mit. Im vorliegenden
Band I Bü berarbeiteten
K. Heinz Cepok Kap.6
Ludwig Hangen Kap.l.7
Wolfgang Kohl Kap.3
Hans Joachim Kunze Kap.5
Hans-Rüdiger Uhlig Kap. 2.I
(siehe auch Inhaltsverzeichnis). Ihnen gebührt Dank für die Mühen in ihrer Frei
zeit. Ebenso gebührt Dank dem Deutschen Hydrographischen Institut, dem Seewet
teramt, allen Reedereien und sonstigen Firmen, die die Autoren mit Rat und Mate
rial unterstützten.
VI Vorwort zu Band 1 B
Das Werk befindet sich auf dem neuesten Stand des Wissens, der Technik sowie
der Gesetze, Verordnungen und Verträge. Zum besseren Verständnis wurde gele
gentlich die geschichtliche Entwicklung aufgezeigt. Erstmalig wurden die Benen
nungen, Abkürzungen, Formelzeichen und graphischen Symbole verwendet, die für
die Navigation in See- und Luftfahrt nach DIN 13 312 vorgesehen sind; bei Druck
legung dieses Buches lag das Druckmanuskript der Norm (Stand Mai 1982) vor, so
daß die endgültige Fassung der Norm noch geringfügige Änderungen aufweisen
kann.
Im vorliegenden Band 1 B gelten die Beispiele für die astronomische Navigation
(Kap. 4), falls Jahrbuchgrößen in ihnen verwendet werden, für den 7. und 8. Mai
1982. Die beiden zugehörigen Tagesseiten des Nautischen Jahrbuches 1982 sind in
diesem Band abgedruckt (Kap. 4.8.1). Ebenso ist das zur Berechnung der Gezeiten
(Kap. 5) benötigte Tafelwerk beigefügt.
Auf das umfangreiche Sachverzeichnis am Ende des Bandes wird besonders hin
gewiesen. Darin sind zur Erleichterung des Gebrauchs einige im Text verwendete
Begriffe zusätzlich noch durch andere in der Praxis ebenfalls übliche Ausdrücke be
zeichnet.
Das Buch soll in erster Linie der Bordpraxis in allen Fahrtbereichen dienen. Es
wird aber auch an Land Nutzen bringen, insbesondere den Reederei-Inspektoren,
den Mitarbeitern der Schiffahrtsbehörden und sonstigen Schiffahrtsinstitutionen,
nicht zuletzt den Dozenten und Studenten an den nautischen Ausbildungsstätten.
Die Verfasser wissen, wie wenig freie Zeit die Nautiker heutzutage haben. Wenn
sie trotzdem bitten, ihnen Verbesserungsvorschläge - möglichst formlos - mitzu
teilen, so geschieht dies, um das Standardwerk der Schiffsführung immer vollkom
mener werden zu lassen (Anschriften der Herausgeber siehe Seite IV).
Bremerhaven und Hamburg, Karl Terheyden Gerhard Zickwolff
im August 1983
Inhaltsverzeichnis
1 Mathematik . .
1.1 Arithmetik. 1
1.1.1 Ordnungszeichen . 1
1.1.2 Gleichheit und Ungleichheit 2
1.1.3 Elementare Rechenoperationen . 3
1.1.4 Elementare Geometrie 3
1.1.5 Benennung der Zahlen (Zahlenarten) 4
Vorzeichenregeln für das Rechnen mit relativen Zahlen -
Hierarchie - Allgemeine Zahlen - Mittelbildung - Grenz-
werte Null und Unendlich - Regeln flir das Auflösen von
Klammerausdrücken
1.1.6 Potenzen und Wurzeln 7
1.1.7 Logarithmen . . . . . 7
1.1.8 Taschenrechner. . . . 9
1.1.9 Das rechtwinklige Koordinatensystem, graphische Darstellung
von Funktionen . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.1.10 Auflösen von Gleichungen . . . . . . . . . . . . . . . 10
Bestimmungsgleichungen - Gemischtquadratische Glei
chungen - Gleichungen ersten Grades mit zwei Unbekann-
ten-Verhältnisgleichungen (Proportionen)
1.1.11 Prozentrechnung, Zins- und Zinseszinsrechnung 12
1.2 Planimetrie . . . . . 13
1.2.1 Bogenmaß . . . 16
1.2.2 Segelberechnung . 16
1.2.3 Die Kegelschnitte als geometrische Örter 16
1.3 Stereometrie . 17
1.4 Trigonometrie 19
1.4.1 Ebene Trigonometrie 19
Die trigonometrischen Funktionen-Grenzwerte, Vorzeichen
und besondere Werte der Funktionen- Funktionen negati-
ver, stumpfer und überstumpfer Winkel - Funktionen klei-
ner Winkel-Einige goniometrische Formeln
1.4.2 Berechnung schiefwinkliger ebener Dreiecke . . . . . . . 21
1.4.3 Sphärische Trigonometrie . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Rechtwinklige sphärische Dreiecke - Schiefwinklige sphäri-
sche Dreiecke
VIII Inhaltsverzeichnis
1.5 Vektorrechnung . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.5.1 Addition und Subtraktion von Vektoren 24
1.5.2 Multiplikation eines Vektors mit einem Skalar 24
1.5.3 Komponentenzerlegung . . . . . . . . . . 25
1.5.4 Skalares (inneres) Produkt . . . . . . . . . 25
1.5.5 Vektorprodukt (vektorielles oder äußeres Produkt) 25
1.6 Infinitesimalrechnung . . . 26
1.6.1 Differentialrechnung 26
Rechenregeln
1.6.2 Integralrechnung . 28
Rechenregeln
1.7 Fehlertheorie. . . . . . . . . . . . . 28
1.7.1 Grundlagen . . . . . . . . . . 28
1.7.2 Zweidimensionale Fehlerverteilung 32
1.8 Verwandlung von Meter in englische Längenmaße und umgekehrt 35
1.9 Das griechische Alphabet 36
1.10 Römische Zahlen . . . . 36
2 Magnetkompaß, Kreiselkompaß und sonstige Kreiselgeräte für die
Navigation, Selbststeuer 37
2.1 Der Magnetkompaß 37
2.1.1 Vorbemerkungen 37
Abkürzungen, Formelzeichen und Benennungen
2.1.2 Lehre von den Ablenkungen des Magnetkompasses 38
Erdmagnetismus - Entstehung der Ablenkung (Deviation) -
Bestimmung der Magnetkompaßablenkung - Allgemeine
Ablenkungsformel - Schwächung der Feldintensität - Krän
gungsablenkung - Änderung der Ablenkung durch Blitz
schlag, Magnetkräne und Eisenladungen
2.1.3 Kompaßregulierung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Behördliche Vorschriften - Koeffizienten und Krängungs
faktor (Zusammenstellung) - Durchfiihrung der KompaS
regulierung - Getrennte Kompensation von B1 und B2 -
Nachregulierung während der Reise - Aufstellen der Ablen
kungstafel (Deviationstabelle) - Verbesserung der Ablen
kungstafel nach Breitenänderung - Deviationstagebuch -
Elektrische Botmagnetisierung eiserner Schiffe und MES
2.1.4 Der Magnetkompaß, seine Aufstellung, Prüfung und
Behandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Schwimmkompaß - Kugelkompaß - Peilgeräte - Aufstel
lung des Magnetkompasses an Bord - Ausrüstung mit Ma
gnetkompassen - Prüfung von Magnetkompassen - Nach
prüfung der Kompasse an Bord - Behandlung der Kom
passe an Bord - Ursachen fiir schlechte Einstellung oder
Unruhigwerden der Rose - Magnetfemkompaßanlagen
2.1.5 Größen und Einheiten im Magnetkompaßwesen 65
2.1.6 Tabellen fiir D-Kugeln und Flindersstangen 68
Inhaltsverzeichnis IX
2.2 Der Kreiselkompaß . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
2.2.1 Geschichtliches und Grundlagen der Kreiselmechanik 69
2.2.2 Richtunghaltendes Kreiselgerät-Kurskreisel 71
2.2.3 Der meridiansuchende Kreisel . . . . . . . . . . 71
2.2.4 Fahrt-, Beschleunigungs-und Schlingerfehler 73
Fahrtfehler und Fahrtfehlerberichtigung- Beschleunigungs
fehler - Schlingerfehler
2.2.5 Kreiselkompaßfehlweisung 77
2.2.6 Schiffskreiselkompasse 78
Einkreiselkompasse
2.2.7 Aufstellung, Prüfung und Behandlung des Kreiselkompasses 87
2.3 Sonstige Kreiselanlagen für die Navigation 88
2.3.1 Der Wendekreisel und seine Anwendung 88
2.3.2 Die Hubmeßanlage . . . . . 91
2.3.3 Die 3a.chsig gestützte Plattform 92
2.4 Das Selbststeuer . . . . 95
2.4.1 Allgemeines . . . . . . . . 95
2.4.2 Das Reglerprinzip . . . . . 96
2.4.3 Elektronische Selbststeuer und ihr Aufbau 98
3 Trägheitsnavigation (lnertialnavigation) 102
3.1 Das Grundprinzip . . . . . . 102
3.2 Das Inertial-Navigations-System 103
3.2.1 Prinzipieller Aufbau 103
3.2.2 Stabilisierte Plattform (Inertiale Meßeinheit) 104
Rahmenanordnung-Stabilisierung
3.2.3 Kreisel . . . . . . . . . . . 105
3.2.4 Beschleunigungsmesser . . . . 105
3.2.5 Sonstige Plattformkomponenten 105
3.2.6 Rechner . . . . . . . . 106
3.2.7 Bedien- und Anzeigegerät 106
3.2.8 Schnittstellenelektronik . 106
3.2.9 Stromversorgungseinheit. 106
3.3 Die Plattformorientierung . . . 107
3.3.1 Horizontale Orientierung 107
3.3.2 Azimutorientierung . . . 107
Nordweisende Ausrichtung-Wanderazimutausrichtung
3.4 Der Betriebsablauf . . . . 108
3.4.1 Anfangsausrichtung . . . . . . . . . . . . 108
3.4.2 Navigation 110
3.5 Allgemeine Vor- und Nachteile der Trägheitsnavigation lll
3.6 Anwendung in der Schiffahrt . . . . . . . . . . . 112
4 Astronomische Navigation . . . . 114
4.1 Koordinatensystem des wahren Horizonts - Begriffe, Benennungen
und Abkürzungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114