Методы определения маневренных элементов крупнотоннажных судов

Для практического использования на судах обычно применяют циркуляции, полученные по результатам на­турных испытаний судна, загруженного до полной осадки и при наличии балласта. При этом руль перекладывают на 10, 20 и 35° отдельно на левый и правый борт. Таким образом получают 12 циркуляции. На рис. 1 приведены циркуляции груженого танкера «Крым» при движении полным ходом. Натурные испытания должны проводиться при средней скорости ветра не более 3 м/с при высоте волн 3%-ной обеспеченности не более 0,75 м. Глубина акватории испытаний Н должна отвечать ус­ловиям

H≥4BTн; H≥0,35u2max, (1)

где B -ширина судна, м;Тн - наибольшая осадка, м;vmax - наибольшая возможная скорость судна, м/с.

Исходным режимом движения судна на приемо-сда­точных испытаниях должен являться режим движения прямым курсом при полной скорости хода, соответствую­щей частоте вращения гребных винтов при специфика- ционной осадке в полном грузу. В случае невозможности обеспечить проведение испытаний суднаИспытания и сдача судов при указанной осадке допускается проведение приемо-сдаточных испытаний в неполной загрузке при условии, что для данного случая и для случая полной загрузки будут получены соответствующие характеристики управляемости путем испытаний самоходной модели. При удов­летворительном согласовании материалов модельных и натурных испытаний для случая неполной загрузки ха­рактеристики управляемости натурного судна в полном грузу определяются по данным испытаний модели для основного варианта в полном грузу.

Рис. 1 Циркуляция танкера «Крым» на полном ходу в грузу (без подруливающих средств)

Критический угол перекладки руля ар диаграммы управляемости определяется путем выполнения маневра «спираль». Для этого судно вводится в начале в крутую установившуюся циркуляцию правого борта (рекомендуемые углы перекладки ар = 20÷35°). Затем последо­вательными перекладками руля на противоположный борт с интервалом не более 5° судно выводится из циркуляции таким образом, чтобы при каждой промежуточной перекладке руля оно могло совершать установившееся движение по кругу. Если при достижении ар = 0 судно выводится на прямой курс, то акр = 0.

Если при достижении ар = 0 судно по-прежнему опи­сывает циркуляцию правого борта, то необходимо про­должать выполнение маневра, перекладывая руль после­довательно через интервал 1-2° на левый борт. Зна­чение угла перекладки на левый борт, при котором судно выводится из циркуляции правого борта и встает на прямой курс, принимается равным акр. Аналогичным об­разом маневр повторяется с левого борта.

Критические углы перекладки у судов чаще всего не­велики и не превышают 3°. Поэтому особое внимание перед началом испытаний нужно уделить выявлению со­ответствия между показаниями угла перекладки по ак­сиометру на мостике судна и действительными значе­ниями угла перекладки по положению румпеля относи­тельно диаметрали судна. Кроме того, нужно обратить внимание на выявление статического крена судна перед началом испытаний. Угол крена не должен превышать 1°.

После определения критических углов перекладки рулей на правый и левый борт необходимо переходить к определению характеристик циркуляции, которая должна выполняться при перекладках рулей на ±20°, ±35°. По данным измерений радиусов установившейся циркуляции находят зависимости ее радиуса от угла перекладки Rц(ар) и безразмерной угловой скорости ю = = L/Rц. Если имеется возможность для определения углов дрейфа в процессе движения судна, то находят зависимость β (ар). К сожалению, угол дрейфа определяется при натурных испытаниях со значительной погрешностью, поэтому его определение носит рекомендательный характер.

Для устойчивости судна на курсе необходимо опреде­лить относительную угловую скорость установившейся циркуляции ωо, при отклоненном руле. Эту величину оп­ределяют следующим образом. При непереложенном руле судно осуществляет начальное движение прямым курсом, в случае неустойчивости оно «свалится» в самопроизвольную циркуляцию правого или левого борта с радиусом Rо.По значению этого радиуса определяют ве­личину ωo=L/Rо. Однако для выполнения такого маневра (особенно для крупнотоннажных судов) требуется значительное время и достаточно большая акватория. Поэтому величину ω0 можно получить приближенно по графику ω (ар), полученному при ар, равному 5, 15, 25, 35°. Для этого в зоне малых углов перекладки кривая для со (ар) экстраполируется линейно по касательной до пересечения с осью ординат. Такое построение допустимо для судов, у которых диаграмма управляемости обычно не имеет каких-либо аномалий и близка к прямой линии в зоне ар>5° (см. рис. 7). При выполнении циркуляции целесообразно определить также величину выдвига 1в, величину прямого смещения lП, тактический диаметр циркуляции DT, время перекладки руля ТР на задаваемый угол перекладки, время t1 поворота судна на 90°, время t поворота судна на 180°, скорость судна v, угловую скорость судна ω(t).

По полученной диаграмме управляемости оценивают поворотливость и устойчивость на курсе с учетом соот­ношений ω35>0,5, ωо/ω35<0,15. Если эти соотношения вы­полняются, то управляемость судна на тихой воде в ре­жиме свободного хода следует признать хорошей. В про­тивном случае необходимо в технической документации судна сделать соответствующее замечание, которое дол­жно учитываться судоводителями.

Определение указанных выше величин проводится с использованием известных методов и технических средств, обеспечивающих приемлемую точность и надежность измерений. Используются следующие методы.

Метод определения характеристик управляемости и маневренности при помощи синхронного пеленгования судна теодолитами, фототеодолитами и другими видами оптических пеленгаторов береговой базы (метод пред­почтительный). Этот метод может с успехом применяться для малых ч средних судов, испытания которых можно проводить вблизи береговой черты.

На берегу предварительно размечается база измере­ний и устанавливаются три оптических пеленгаторных прибора. По сигналу судна начинают синхронное пелен­гование мачты или другого заметного элемента надводной части корпуса (углы у1 у2, у3) с интервалом 10 - 15 с.

Одновременно с судна пеленгуют заметный береговой ориентир (с помощью пеленгаторов на мостике). По данным измерений на планшете в определенном масштабе строят траекторию судна и наносят положение диаметрали, что позволяет определять углы дрейфа. Рассмотренный метод дает высокую точность измерений и обеспечивает надежность учета течения, влияющего на результаты испытаний. Это особенно важно, когда испытания проводятся в местах с заметным течением. В этом случае перед началом испытаний проводят гидрологическую съемку мерной акватории с построением карты изотах и линий тока течений, для чего изготовляют 8-10 гидрометрических шестов и с помощью береговых пеленгаторов фиксируют движение гидрометрических шестов на участке испытаний, строя в дальнейшем на планшете их траекторию. Результаты такой съемки дают возможность определить вектор скорости течения в каждой точке потока С, определяемой некоторым радиусом-вектором.

Траекторию движения судна относительно воды оп­ределяют исключением сноса под действием течения по выражению:

r0(t)=r(t)-∫0tCr(t) d t, (2)

где г0(t) - радиус-вектор траектории относительно воды, м;r (t) - радиус-вектор абсолютной траектории судна относительно берега, м.

Интеграл в формуле (2) заменяется конечной суммой.

Метод определения характеристик управляемости и маневренности при помощи синхронного пеленгования надводного ориентира и одновременного определения угла курса. Пеленгование надводного ориентира (буя) выполняют при помощи оптических пеленгаторов, тео­долитов и т. п. с испытываемого судна (метод Ризбека). По данным синхронного пеленгования неподвижного буя с судна и одновременной отметке углов курса определяют положение судна в фиксированный момент времени, а затем строят на планшете траекторию центра тяжести. Буй при испытаниях должен располагаться вблизи центра предполагаемой циркуляции. По этому способу, помимо траектории судна, определяют и угол дрейфа путем проведения касательной к траектории в фиксиро ванный момент времени. Данный способ дает хорошие результаты только при тщательной подготовке испытаний и при слаженной работе пеленгаторных постов. Не достатком этого способа является то, что траекторию движения получают относительно неподвижного ориентира и учет течения вызывает трудности. Поэтому испытания промысловых судовПромысловые суда по данному методу следует проводить на акваториях, где течение отсутствует или пренебрежимо мало.

Метод определения показателей управляемости при помощи судовой радиолокационной станции (по пеленгу и дистанции на надводный или береговой ориентир с радиолокационным отражателем). Траекторию движения судна в этом случае строят на планшете по пеленгу, дистанции и углу курса ω. Проведение испытаний по данному методу требует хорошей настройки РЛС и достаточно высокой подготовки операторов.

Метод определения показателей управляемости и маневренности путем использования гиперболических радионавигационных приборов ближнего и дальнего дей­ствия при условии обеспечения необходимой точности. Этот метод можно с успехом применять на судах, обо­рудованных радионавигационной аппаратурой типа «Дек- ка». Преимуществом подобного рода испытаний является то, что их можно проводить при плохой видимости в любое время суток, вдали от берегов, где нет ограничений для маневрирования. Недостатком метода является оп­ределенная громоздкость и сложность аппаратуры, что требует достаточно высокой квалификации специалистов, проводящих испытания.

Характеристики управляемости можно также изме­рять путем пеленгования плавающего надводного ориен­тира (буя, плотика) с судна при помощи пеленгаторов с мостика при одновременном фиксировании угла снижения с помощью секстанов. При определенной тренировке операторов можно добиться высокой точности измерений.

Если время испытаний очень ограничено, показатели диаграммы управляемости можно измерять следующим образом. Вводя судно в установившуюся циркуляцию, замеряют время Тu одного оборота на 360° и скорость судна по лагу. С учетом того, что при углах дрейфа β<20°, cosβ~1, можно полагать, что измеренная по лагу скорость равна поступательной скорости хода судна, радиус циркуляции определяется как

Rц = vTц/2π. (3)

Этот способ вполне приемлем при скоростях хода свыше 7 уз, когда гидродинамические лагиЛаги работают достаточно надежно. Определяя по радиусам циркуляции величину угловой скорости ω, строят диаграмму уп­равляемости судна.

При проведении натурных испытаний точность изме­рений и отсчетов должна отвечать следующим требо­ваниям:

.tg {border-collapse:collapse;border-spacing:0;border-color:#999;margin:0px auto;}.tg td{font-family:Arial, sans-serif;font-size:14px;padding:10px 5px;border-style:solid;border-width:1px;overflow:hidden;word-break:normal;border-color:#999;color:#444;background-color:#F7FDFA;}.tg th{font-family:Arial, sans-serif;font-size:14px;font-weight:normal;padding:10px 5px;border-style:solid;border-width:1px;overflow:hidden;word-break:normal;border-color:#999;color:#fff;background-color:#26ADE4;}.tg .tg-s6z2{text-align:center}.tg .tg-qtyj{background-color:#efefef;color:#343434;text-align:center}.tg .tg-amwm{font-weight:bold;text-align:center;vertical-align:top}.tg .tg-tr94{background-color:#efefef;color:#000000;text-align:center}@media screen and (max-width: 767px) {.tg {width: auto !important;}.tg col {width: auto !important;}.tg-wrap {overflow-x: auto;-webkit-overflow-scrolling: touch;margin: auto 0px;}}Точность расчетов±2%Углы перекладки рулей (насадок)±0,5%Время перекладки рулей (насадок), с±0,5Время поворота на 90°, с±1Время поворота на 180°, с±1Радиус циркуляции, выдвиг, прямое смешение, &#