Методические указания по выполнению работы.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5/7.
ТЕМА:Построение траектории циркуляции и диаграммы
управляемости судна.
Учебная цель: -Закрепление теоретических знаний по управлению
движением судна по лини его пути.
- Получение практических навыков по расчёту,
построению траектории циркуляции и диаграммы
управляемости судна.
Объем в часах:2 часа
Методические указания по выполнению работы.
1. Основные понятия и определения.
Для получения данных о маневренных характеристиках судна производят испытания мореходных качеств после постройки судна перед сдачей в эксплуатацию. Назначением таких испытаний является как проверка проектных решений, которые приняты при постройке судна, так и получение данных, которыми необходимо обеспечить судно в соответствии с рекомендациями ИМО и требованиями национальных нормативных документов. Порядок выполнения указанных испытаний определяется специальными программами, которые составляются конструкторским бюро при проектировании судна, и согласовываются с заводом строителем и заказчиком.
В зависимости от способов определения, получения и представления характеристик поворотливости различают:
- по способу определения - экспериментальный, расчетный, экспериментально-расчетный;
- по способу получения – из натурных наблюдений, модельных испытаний в опытовых бассейнах, аналитический и эмпирический;
- по способу представления данных- в виде графиков и таблиц отрезков, графиков и таблиц перпендикуляров, графиков кривых траекторий ЦТ при циркуляции, таблиц элементов циркуляции.
Аналитические методы количественного расчёта элементов поворотливости в настоящее время имеют невысокую точность результатов. Это объясняется сложным и ещё недостаточно изученным характером совместного влияния многочисленных факторов на поведение судна при выполнении поворота, что заставляет обращаться к натурному эксперименту. Экспериментальный способ определения характеристик поворотливости во время проведения натурных наблюдений наиболее точен, но требует точных способов траекторных измерений и значительной продолжительности по времени их выполнения.
К настоящему времени на кафедре «Управления судном» НУ «ОМА» накоплен значительный объём экспериментальных данных по поворотливости различных судов, в том числе в виде траекторий, полученных при выполнении циркуляции с различными углами перекладки руля.
На основе обработки таких экспериментов предложены эмпирические формулы для приближённого определения основных элементов циркуляции. Данные формулы использовались при выполнении расчётов выдвига, прямого смещения, тактического диаметра циркуляции, установившегося диаметра циркуляции в лабораторной работе 2.
Для построения траекторий на циркуляции существует три способа – отрезков, перпендикуляров и эллипса.
Недостатком способа отрезков является ухудшение точности нанесения траектории при углах поворота более 1500.
Метод эллипса позволяет получить точки для любого значения угла поворота, но используется для аналитического расчета плановой траектории по имеемым геометрическим элементам циркуляции в конструкторских бюро..
Способ перпендикуляров дает возможность построения траектории для углов поворота без ограничений. Недостатком способа является невозможность определить координаты начала поворота относительно точки М пересечения путей, до и после поворота, положение которой известно. Поэтому приходится определять точку начала поворота методом отрезков, а затем наносить траекторию относительно точки начала поворота методом перпендикуляров.
Способ перпендикуляров будем использовать в нашей лабораторной работе для построения траектории циркуляции.
2. Порядок выполнения расчётов.
Курсанты и слушатели для выполнения расчётов и построение траектории циркуляции судна применяют экспериментально- расчётный метод, в котором используют данные натурных наблюдений (экспериментов), выполненных кафедрой «Управление судном» ОНМА и Методические указания по выполнению курсовой работы на тему «Определение маневренных характеристик судна», разработанных ОНМА.
В лабораторной работе курсанты выполняют расчёты для своего судна согласно задания на курсовую работу.
Расчет и построение циркуляции и диаграммы управляемости судна будем производить в последовательности изложенной в пункте 2.12. «Методических указаний».
1. Производим расчет вспомогательных отрезков МН и МК для углов перекладки руля 15° и 35° через 10° циркуляции до угла поворота 150° по формулам (1) и (2):
(1)
(2)
Где ℓ1, ℓ2, DT – элементы поворотливости ( выдвиг, прямое смещение,
тактический диаметр циркуляции), рассчитанные в лабораторной
работе 4 из 3 колонки таблицы 4.1., для углов перекладки руля 15° и
35° (берём из задания).
Ө – угол изменения курса от 0° через 10° до угла поворота на 150°.
Результаты расчетов заносим в таблицу 5.1.
Таблица 5.1. – Расчёт отрезков МН,МК, НР, КР.
| Угол измен. курса | Угол перекладки руля 15° | Угол перекладки руля 35° | ||||||
| МН | МК | НР | КР | МН | МК | НР | КР | |
| 0,71 | 0,71 | 1,06 | 1,06 | |||||
| 1,1 | 0,38 | 1,48 | 0,07 | 1,24 | 0,15 | 1,39 | 0,03 | |
| 1,5 | 0,78 | 2,23 | 0,27 | 1,41 | 0,31 | 1,70 | 0,11 | |
| 1,91 | 1,18 | 2,93 | 0,59 | 1,59 | 0,47 | 2,0 | 0,24 | |
| 2,34 | 1,6 | 3,56 | 1,03 | 1,78 | 0,64 | 2,27 | 0,41 | |
| 2,79 | 2,05 | 4,11 | 1,57 | 1,98 | 0,82 | 2,5 | 0,63 | |
| 3,29 | 2,54 | 4,56 | 2,20 | 2,20 | 1,01 | 2,7 | 0,88 | |
| 3,83 | 3,08 | 4,89 | 2,89 | 2,44 | 1,23 | 2,86 | 1,15 | |
| 4,45 | 3,69 | 5,09 | 3,63 | 2,71 | 1,47 | 2,96 | 1,43 | |
| 5,17 | 4,40 | 5,17 | 4,40 | 3,02 | 1,76 | 3,02 | 1,76 | |
| 6,02 | 5,24 | 5,11 | 5,16 | 3,40 | 2,09 | 3,04 | 2,06 | |
| 7,08 | 6,28 | 4,93 | 5,90 | 3,86 | 2,51 | 3,01 | 2,36 | |
| 8,43 | 7,62 | 4,62 | 6,60 | 4,46 | 3,04 | 2,94 | 2,63 | |
| 10,27 | 9,43 | 4,20 | 7,23 | 5,27 | 3,76 | 2,85 | 2,88 | |
| 12,95 | 12,09 | 3,70 | 7,77 | 6,45 | 4,88 | 2,75 | 3,10 | |
| 17,34 | 16,42 | 3,12 | 8,21 | 8,38 | 6,56 | 2,63 | 3,28 |
2. Производим расчет отрезков НР и КР по формулам (3) и (4):
(3)
(4)
Где: Ө – угол изменения курса от 0° через 10° до угла поворота на 150°
Результаты расчетов заносим в таблицу 5.1.
4. На миллиметровке производим построение траектории циркуляции в следующей последовательности. По оси Х от 0° через 10° откладываем отрезки НР, а по оси Y соответствующие значения отрезков КР. Точка пересечения этих отрезков даёт положение ЦТ судна на данный момент. Таким образом производим построение до 150°. Из этой точки строим радиус установившейся циркуляции (DУ/2), таким образом, чтобы он являлся перпендикуляром к касательной к окружности, которую мы начинаем рисовать изданной точки таким образом, чтобы максимальная точка циркуляции отстояла от первоначальной линии движения судна на величину тактического диаметра циркуляции. Из максимальной точки траектории циркуляции далее описываем окружность радиусом установившейся циркуляции.
Производим подобные построения для углов перекладки руля на 15° и 35° правого борта.
 |
Рисунок 5.1. – Построение траектории циркуляции методом отрезков.
5. Производим расчет значения безразмерной угловой скорости для углов перекладки руля 5°, 10°, 15°, 20°, 25°, 30° и 35° по формуле (5) и результаты заносим в таблицу 5.2.:
 |
(5)
Где: L – длина судна (из задания);
- экспериментально-расчётный диаметр установившейся циркуляции,
рассчитанный в лабораторной работе 4, колонка 3 таблицы 5.1. Из
таблицы берём значения в кабельтовых и переводим их в метры
умножением на 185,2.
Таблица 5.2. – Зависимость угловой скорости от углов перекладки руля.
| Угол перекладки, градусы | |||||||
| Безразмерная угловая скор. скорость | 0.15 | 0.25 | 0.35 | 0.46 | 0.58 | 0.72 | 0.89 |
По значениям таблицы на миллиметровке строим диаграмму управляемости, рисунок 5.2. Плечо диаграммы управляемости ниже оси Y, соответствующее углам перекладки руля на левый борт, строится симметрично рассчитанным в таблице 5.2., только со знаком минус.
Углы перекладки руля + 
, 
называются предельными углами обратной поворотливости. При перекладках руля на указанные углы направление поворота меняется на обратное.
Рисунок 5.2. – Диаграмма управляемости судна.
Площадь на диаграмме управляемости, ограниченная вертикальными прямыми, проведенными через точки + 
и - 
и участками ветвей диаграммы, называется зоной неустойчивости. В пределах этой зоны каждому углу перекладки руля соответствуют две траектории с кривизной разного знака. По каждой из этих траекторий судно способно совершать устойчивое движение. Каждому углу перекладки в пределах зоны соответствует еще одна траектория, кривизна которой определяется штриховой линией. Однако движение по этой траектории не является устойчивым. Для его поддержания необходимо непрерывное регулирование за счет перекладок руля.
Изложенное выше показывает, что диаграмма управляемости дает информацию не только о поворотливости, характеризуемой кривизной траектории, но также и об устойчивости на курсе.
3. Порядок оформления результатов расчётов.
Расчёты выполняются с помощью инженерного калькулятора, способного вычислять тригонометрические функции, в рабочей тетради во время планового проведения лабораторной работы. Курсанты не успевшие произвести расчёты и построения до окончания времени лабораторной работы представляют данные своих расчётов и защищают работу до начала следующей лабораторной работы.
В последующем эти расчёты используются в курсовой работе каждым курсантом согласно персонального задания. Таким образом, изучив теоретический материал и выполнив расчёты лабораторной работы курсант подготовит часть курсовой к оформлению и защите.
4. Вопросы для защиты лабораторной работы.
1. Из каких периодов состоит процесс циркуляции?
2. Дайте определение термина «Выдвиг».
3. Дайте определение термина «Прямое смещение».
4. Дайте определение термина «Обратное смещение».
5. Дайте определение термина «Тактический диаметр циркуляции».
6. Дайте определение термина «Диаметр установившейся циркуляции».
7. Дайте определение термина «Поворотливость».
8. Диаграмма управляемости судна, обладающего собственной устойчивостью на курсе.
9. Диаграмма управляемости судна, не обладающего собственной устойчивостью на курсе.
10. Что такое «относительная кривизна» или «безразмерная угловая скорость»?
5. Список рекомендованной литературы.
1. Мальцев А.С. Маневрирование судов при расхождении. Одесса.: ОМТЦ,
2013.-303 с.
2. Демин С.И. и др «Управление судном», М.: Транспорт, 1991. -359 с.
3. Снопков В.И., «Управление судном», Санкт-Петербург, Профессионал,
2004. -536 с.
4. Шарлай Г.Н., «Управление морским судном», Владивосток, Мор. Гос.
Университет, 2009. -503 с.
5. Рекомендации по организации штурманской службы на морских судах
Украины (РШСУ-98).-Одесса, ЮжНИИМФ, 1998.-75с.
6. Мальцев А.С., Устименков Я.В., Мамонтов В.В., Смирнов С.В.,
Методические указания по выполнению курсовой работы на тему
«Определение маневренных характеристик судна». - Одесса. : ОНМА,
2015. – 60 с.
7. Яркин П.И., «Управление судном», Одесса, ОНМА, 2007. – 156с.