CrewTraffic - Maritime community CrewTraffic - Maritime community

Маневренные характеристики судна

Общие определения: Центр вращения

Маневрирование - изменение направления движения судна и его скоро­сти с помощью руля, движителей, подруливающих устройств в целях обеспечения безопасности мореплавания или решения эксплуатационных задач (швартовка, по­становка на якорь, проход узкостей и т. п.).

СодержаниеСвернутьСилы и моменты, действующие на судно Маневренные характеристики судна Поворотливость судна Инерционные свойства судна Градация ходов

Маневренность определяется такими качествами судна, как скорость, ходкость, управляемость, устойчивость на курсе и поворотливость, а также инерционными характеристиками судна.

Маневренность судна не является постоянной. Изменение ее происходит под влия­нием различных факторов (загрузки, крена, дифферента, ветра и т. д.), которые надлежит учитывать судоводителям при управлении судном.

Под ходкостью понимается способность судна преодолевать сопротивление окружающей среды и перемещаться с требуемой скоростью при наименьшей затрате мощности главных машин.

Скорость судна - одна из важнейших характеристик маневренных элемен­тов судна. Скоростью судна считается та скорость, с которой оно перемещается относительно воды.

Управляемость - способность суд­на двигаться по заданной траектории, т. е. удерживать заданное направление движе­ния или изменять его под действием управляющих устройств. Главными управ­ляющими устройствами на судне являются средства управления рулем, средства управления движителем, средства активно­го управления.

Управляемость объединяет два свой­ства:

устойчивость на курсе и поворотли­вость.

Устойчивость на курсе - это спо­собность судна сохранять направление прямолинейного движения.

Поворотливость - способность судна изменять направление движения и описывать траекторию заданной кривизны.

Устойчивость на курсе и поворотливость находятся в противоречии друг с другом. Чем более устойчиво прямолинейное движение судна, тем труднее его по­вернуть, т. е. ухудшается поворотливость. Но с другой стороны, улучшение пово­ротливости судна затрудняет его движение в постоянном направлении, в этом слу­чае удержание судна на курсе связано с напряженной работой рулевого или авто­рулевого и частой перекладкой руля. При проектировании судов стремятся найти оптимальное сочетание этих свойств.

Управляемость судна в основном определяется взаимным расположением трех точек:

центра тяжести (ЦТ), центра приложения всех сил сопротивления движения и центра приложения движущих сил.

Вращательное движение судна происходит вокруг вертикальной оси - цен­тра вращения (Pivot Point - P), проходящей через центр сил сопротивления. Положение этой оси на судне зависит от формы судна, направления и скорости движения судна, величины и точки приложения различных сил, действующих на судно (рис. 1).

Если центр тяжести при определенном состоянии загрузки судна остается неподвижным, то центр приложения сил сопротивления не имеет постоянного ме­стоположения. В зависимости от движения судна суммарный вектор сил сопротив­ления водной и воздушной сред изменяется, и точка его приложения к судну обыч­но перемещается вдоль диаметральной плоскости.

Рис. 1 Расположение центра вращения судна

Если ЦТ располагается впереди центра сил сопротивления, то судно устой­чиво на курсе и наоборот, если ЦТ располагается позади центра сил сопротивле­ния, то судно неустойчиво на курсе и более подвержено рысканию. Расположение центра приложения движущих сил зависит от режима работы движителей, положе­ния руля, воздействия ветра, течения и т. п. В зависимости от расположения ука­занных трех точек при движении судна могут произойти сопутствующие явления: крен, дифферент, поперечное смещение.

В результате воздействия обтекающих масс воды и ветра на корпус, винт и руль, даже при спокойном море и слабом ветре, судно не остается постоянно на заданном курсе, а отклоняется от него. Отклонение судна от курса при прямом поло­жении руля называется рыскливостью. Амплитуда рыскания судна в тихую погоду небольшая. Поэтому для удержания его на курсе требуется незначительная пере­кладка руля вправо или влево. При сильном ветре и волнении устойчивость судна на курсе значительно ухудшается.

На рыскливость судна большое влияние оказывает расположение надстрой­ки. На тех судах, где надстройки на корме, рыскливость увеличивается, так как почти всегда корма идет «под ветер», а нос - «на ветер». Если надстройка в носу, то судно уклоняется «от ветра».

Уклонение судна под ветер называется увальчивостью. Это свойство так же, как рыскливость, является недостатком судна, его всегда приходится учитывать при осуществлении различных маневров, особенно в стесненных условиях.

Силы и моменты, действующие на судно

Все силы, действующие на судно, разделяются на три группы:

движущие, внешние, реактивные (рис. 2.).Рис. 2 Воздействие внешних сил на корпус судна

К движущим силам относятся силы, создаваемые средствами управления:

тягой винта, боковой силой руля, силами, создаваемыми средствами активного управления.

К внешним силам относятся силы давления ветра, волнения моря, давления течения.

К реактивным силам относятся силы, возникающие в результате движения судна под действием движущих и внешних сил. Они разделяются на инерционные - обусловленные инертностью судна и присоединенных масс воды и возникающие только при наличии ускорений. Направление действия инерционных сил всегда противоположно действующему ускорению. Неинерционные силы обусловлены вязкостью воды и воздуха и являются гидродинамическими и аэродинамическими силами.

Таким образом, полное сопротивление движению судна:

R=Rт+Rф+Rволн+Rвч+Rвозд;

где:

Rт - сопротивление трения, вызванное взаимодействием корпуса судна и воды;Rф - сопротивление формы, вызванное распределением гидродинамических давлений вдоль корпуса судна;Rволн - волновое сопротивление, определяемое волнообразованием вдоль корпуса судна при его движении;Rвч - сопротивление выступающих частей корпуса судна, определяемое наличием руля, винта, скуловых килей и т. п.;Rвозд - аэродинамическое сопротивление движению судна.

Значения всех составляющих сопротивления зависят от главных размеренийОпределение главных размерений и водоизмещения буксирных судов судна и их соотношений, от формы обводов корпуса судна, формы и размеров па­лубных сооружений и скорости судна.

Мерой быстроходности судна является его относительная скорость - число Фруда - Fr:

Fr=VgL

где:

V - скорость судна, м/с;g - ускорение свободного падения (9,8 м/с);L - длина судна, м.

В зависимости от числа Fr суда делятся на тихоходные (Fr < 0,22), среднескоростные (Fr = 0,23 - 0,35) и быстроходные (Fr > 0,35).

Маневренные характеристики судна

К основным маневренным характеристикам судна относятся:

скорость судна при выполнении маневра;элементы циркуляции;путь и время торможения судна.

Эти характеристики определяются по результатам натурных маневренных испытаний суднаИспытания и сдача судов после его постройки (сдаточных испытаний). Натурные методы получения маневренных характеристик основаны на последовательных определе­ниях места судна в процессе проведения заданных маневров по различным ориен­тирам либо с использованием высокоточных навигационных систем.

Поворотливость судна

Циркуляцией называют траекторию, описыва­емую центром тяжести судна, при движении с отклоненным на постоянный угол рулем (рис. 3). Циркуляция характеризуется линейной и угловой скоростями, ра­диусом кривизны и углом дрейфа. Угол между вектором линейной скорости судна и диаметральной плоскостью называют углом дрейфа (β). Эти характеристики не остаются постоянными на протяжении всего маневра. Циркуляцию принято разби­вать на три периода.

Маневренный период - это период, в течение которого происходит переклад­ка руля на определенный угол. С момента начала перекладки руля судно начинает дрейфовать в сторону, противоположную перекладке руля, и одновременно начи­нает разворачиваться в сторону перекладки руля. В этот период траектория движе­ния центра тяжести судна из прямолинейной превращается в криволинейную, про­исходит падение скорости движения судна.

Эволюционный период - это период, начинающийся с момента окончания перекладки руля и продолжающийся до момента окончания изменения угла дрей­фа, линейной и угловой скоростей. Этот период характеризуется дальнейшим сни­жением скорости (до 30 - 50 %), изменением крена на внешний борт до 100 и рез­ким выносом кормы на внешнюю сторону.

Период установившийся циркуляции - это период, начинающийся по окон­чании эволюционного, характеризуется равновесием действующих на судно сил: упора винта, гидродинамических сил на руле и корпусе, центробежной силы. Траектория движения центра тяжести (ЦТ) судна превращается в траекторию правиль­ной окружности или близкой к ней.

Рис. 3 Траектория судна на циркуляции

Траектория циркуляции характеризуется следующими элементами:

Do - диаметр установившейся циркуляции - расстояние между диаметраль­ными плоскостями судна на двух последовательных курсах, отличающихся на 180° при установившемся движении;Dц - тактический диаметр циркуляции - расстояние между положениями диаметральной плоскости (ДП) судна до начала поворота и в момент изменения курса на 180°;l1 - выдвиг - расстояние между положениями ЦТ судна перед выходом на цир­куляцию до точки циркуляции, в которой курс судна изменяется на 90°;l2 - прямое смещение - расстояние от первоначального положения ЦТ судна до положения его после поворота на 90°, измеренное по нормали к первоначальному направлению движения судна;l3 - обратное смещение - наибольшее смещение ЦТ судна в результате дрейфа в направлении, обратном стороне перекладки руля;Тц - период циркуляции - время поворота судна на 360°.

Инерционные свойства судна

В различных ситуациях возникает необходимость в изменении скорости судна (постановка на якорь, расхождение и т. п.). Это происходит за счет изменения режима работы главного двигателя или дви­жителей. После чего судно начинает совершать неравномерное движение.

Путь и время, необходимые для совершения маневра, связанного с неравномерным движением, называют инерционными характеристиками судна.

Инерционные характеристики определяются временем, дистанцией, проходи­мой судном за это время, и скоростью хода через фиксированные промежутки времени и включают в себя следующие маневры:

движение судна по инерции - свободное (пассивное) торможение;активное торможение - торможение при помощи движителя;разгон судна до заданной скорости.

Свободное торможение характеризует процесс снижения скорости судна под влиянием сопротивления воды от момента остановки двигателя до полной останов­ки судна относительно воды. Обычно время свободного торможения считается до потери управляемости судна (рис. 4).

Активное торможение - это торможение при помощи реверсирования двигателя. Первоначально телеграф устанавливают в положение «Стоп», и только после того, как обороты двигателя упадут на 40-50 %, ручку телеграфа переводят в по­ложение «Полный задний ход». Окончание маневра - остановка судна о

No comments yet. Be the first to add a comment!
By continuing to browse the site, you agree to our use of cookies.