Il corso di Apparecchiature e Strumenti di Bordo (tenuto fino all'AA 2004/05) ha avuto lo scopo di fornire allallievo ingegnere navale conoscenze di base sulla misura dei parametri legati alla navigazione ed alla sua sicurezza; ciò non perché si prevedesse che questi potesse essere coinvolto nella produzione delle varie apparecchiature ma per metterlo in condizioni di orientarsi nella loro scelta e gestione cui potrebbe essere chiamato nel corso della carriera, sia che questa si sviluppi presso un cantiere navale, sia in uno studio tecnico armatoriale, sia in altra realtà collegata al trasporto marittimo.
Il corso non è più previsto nellordinamento corrente; pertanto, non è possibile inserire il relativo esame nel piano di studi. Per gli studenti afferenti a precedenti ordinamenti che dovessero ancora sostenere l'esame di Apparecchiature e Strumenti di Bordo vengono riportati il programma di riferimento ed i sussidi didattici.
Programma analitico e sussidi didattici
La navigazione
- punto nave e posizione: metodi approssimati e metodi precisi
- metodo approssimato: prua vera, stima di direzione e rotta, deriva, scarroccio
- navigazione costiera, astronomica, satellitare, inerziale
- la bussola magnetica, misura dellangolo di proravia magnetico, declinazione magnetica, influenza dei ferri di bordo, magneti di compensazione, tabella delle deviazioni, giri di bussola
- la bussola giroscopica, il funzionamento e leggi correlate, coppie inerziali, complessità ed avarie
- geometria terrestre: geoide ellittico e sferico, poli terrestri, asse polare e piani meridiani, meridiani ed antimeridiani, paralleli ed equatore, emisferi, verticale locale, piano meridiano, primo verticale, orizzonte apparente, meridiana e linea E O, direzioni cardinali ed intercardinali, denominazione dei venti, mezzi venti, quarte, mezze quarte, quartine, relativi angoli
Richiami sulle onde E/M
- leggi di Faraday e Ampere, equazioni di Maxwell, applicazioni di Hertz e di Marconi
- equazione dellonda periodica
- velocità delle onde E/M
- costante dielettrica e permeabilità magnetica del materiale
- velocità delle onde elettromagnetiche nel vuoto e nella materia
- suddivisione dello spettro elettromagnetico in bande
- caratteristiche della propagazione delle onde E/M: fronte donda, linee di flusso, direzione di propagazione
- polarizzazione: onda piana polarizzata linearmente
- impedenza caratteristica
- potenza media delle onde E/M: vettore di Poynting, modulo del vettore di Poynting per mezzi omogenei
- onde sferiche ed onde piane
- riflessione, rifrazione (e relativo indice), diffrazione, diffusione
La propagazione delle onde E/M
- modalità di propagazione
- propagazione terrestre: resistività del terreno e collegamento con la riflettenza, propagazione per onda diretta e riflessa, attenuazione del campo in funzione della frequenza e della distanza
- propagazione celeste
- caratteristiche dellatmosfera: troposfera, stratosfera, ionosfera e suoi strati
- riflessione e rifrazione dellonda: formula di Appleton
- lo spettro delle radiofrequenze
- angolo critico, skip, Massima Frequenza Utilizzabile per una stazione
Elementi di radiotecnica
- lantenna, principio di reciprocità, dipendenza dalla frequenza, rendimento, motivi di dissipazione
- solido e diagramma di irradiazione, antenne isotrope ed anisotrope
- lantenna a dipolo e suo diagramma di radiazione, angolo di radiazione e direttività
- guadagno dantenna, guadagno del dipolo elementare
- lantenna Marconi, principio delle immagini elettriche, diagramma di radiazione, lantenna Ground ed a "frusta"
- lantenna parabolica
- la modulazione: in ampiezza, frequenza o fase
- il trasmettitore, il ricevitore, i canali radio, trasmissioni digitali
Il radar
- tipologie di radar, bande di frequenza, le onde centimetriche
- propagazione delle microonde nellatmosfera, concetto di attenuazione
- visibilità geometrica, equazione della visibilità teorica, effetti della rifrazione atmosferica, aumento della visibilità
- effetti dovuti alla presenza della superficie terrestre: riflessione
- il radar nautico ad impulsi , trigger, duplexer, indicatore PPI, ricevitore
- il rumore: rapporto segnale - disturbo, rivelazione a soglia, minimo segnale rivelabile
- il trasmettitore radar: potenza richiesta
- guida donda
- antenne per radar nautici: tipologie, guadagno di trasmissione, potenza efficace irradiata (EIRP), area efficace di antenna, guadagno in ricezione, principio di reciprocità; angoli di radiazione
- lequazione radar
- i riflettori radar
- i radarfari ed i racon radar
- il sea clutter ed i sistemi anti-clutter
- potere risolutore telemetrico e precisione telemetrica, potere risolutore goniometrico
- portata minima strumentale
- installazione e condizioni di impiego
- radar doppler e FM, rappresentazioni in RM e TM, navigazione ed anticollisione
Sistemi di navigazione satellitare
- il satellite artificiale, velocità di mantenimento, il satellite geostazionario
- il Transit: logica di funzionamento e segmento spaziale
- il global positioning system (GPS): il segmento spaziale e quello di controllo
- principio di funzionamento: luogo dei punti, soluzione delle equazioni di pseudorange per i vari satelliti in firmware e software
- la parola GPS, codici trasmessi, frequenze di trasmissione, contenuti del messaggio di navigazione, modulazione dei segnali, ellissoide di riferimento
- errori del GPS
- il DGPS: principio di funzionamento, limiti di funzionamento differenziale
- installazione a bordo: tipo di antenna
- il GLONASS: segmento spaziale e di controllo, funzionamento, codici, confronto con il GPS, possibilità di uso congiunto
- il sistema METEOSAT, caratteristiche generali e logica di funzionamento
- il sistema INMARSAT: segmento spaziale e di terra, orbite geostazionarie equatoriali dei satelliti, NCS e LES frequenze di comunicazione, logica e funzionamento del sistema, antenne, puntamento, stabilizzazione, protezione
- il sistema GMDSS
Lecoscandaglio
- caratteristiche fondamentali, propagazione e velocità delle onde acustiche, equazione di Wilson, velocità del suono nel mezzo
- strati sottomarini, assorbimento ed attenuazione
- principio di funzionamento, diagramma di radiazione del trasmettitore
- il sonar
- i generatori piezoelettrici e magnetostrittivi
- installazione a bordo
Il radiogoniometro
- principio di funzionamento, ricerca navi in varia
- caratteristiche dellantenna, diagramma di radiazione, ambiguità nel verso, antenna di verso
- il sistema Bellini-Tosi
- gli errori del RDF
La misura di velocità delle navi
- la misura del miglio, velocità assoluta e velocità relativa, rilievo continuo e discreto della velocità
- solcometri meccanici, solcometri Pitot, misura in base ai giri dellelica, solcometro doppler, misura con base misurata
- metodi che sfruttano la radiolocalizzazione, sistemi elettromagnetici
Le dotazioni obbligatorie di bordo
- norme SOLAS (capp. IV, V)
Elementi di teoria della misura
- cifre significative di un numero e loro relazione con la precisione di misura
- sistemi di misura automatici e no
- catena di misura: segnale, campo di misura, fondo scala, guadagno
- incertezza della misura: ripetibilità, risoluzione, isteresi, linearità
- campionamento e sua dipendenza dalla dinamica del fenomeno oggetto di misura
- i sensori ed i trasduttori: di pressione, di temperatura, di posizione; di portata, ecc.
- standard di acquisizione dati: analogici, digitali; misure in frequenza
- hardware di acquisizione: il PC, le schede di acquisizione a n bit
Sussidi didattici (i titoli sottolineati possono essere scaricati)
G. Carrera: Lezioni del Corso di Apparecchiature e Strumenti di Bordo (Rev. 2000), DINAV, Genova
M. J. Skolnik: Introduction to RADAR systems, MC Graw-Hill International Editions, 2001, ISBN 0-07-118189-X
P. Monti: Tecniche radar navali, Calderini, 1981
G.J. Sonnenberg: Radar and electronic navigation, Butterworths, 1988
M. Vultaggio, G. Han: Sistemi di posizionamento a copertura globale, Istituto di Navigazione "G. Simeon", I.U.N. Napoli, 1994
M. Vultaggio, A. Greco, G. Han: "Measurement of DGPS in the gulf of Naples", The fourth International Conference on Differential Satellite Navigation Systems, Bergen, 1995
R.J. Urich: Principles of underwater sound, McGraw-Hill, 1983
P.C. Etter: Underwater acousting modeling, Elsevier Applied Sciences, 1991, ISBN 1-85166-528-5
Iachino: Girobussole, Istituto Idrografico della Marina, Genova, 1956
F. Balsamo: I sensori a bordo delle navi, a cura del DIN, Napoli, 1994
SOLAS Consolidated Edition, 1997, IMO, London
F. Quaranta: Principi di Navigazione, DIN, Napoli, 2002
F. Quaranta: Complementi di Apparecchiature e Strumenti di Bordo, DIN, Napoli, 2002