Учет маневренных характеристик при различных условиях плавания

При использовании якорей в процессе маневрирования необходимо учитывать:

- использование якорей повышает маневренность судна при швартовке;

- использование якоря облегчает отход от причала при приниженном ветре;

- использование якоря улучшает тормозные характеристики при маневрировании на малых глубинах.

Для учета действия якоря на инерционные характеристики судна рассчитывают дополнительный коэффициент активного торможения за счет держащей силы якоря.

G – вес якоря, кг

g = 9.81 м/с²

к₂ - коэффициент держащей силы якоря (из таблицы)

k₁ - коэффициент упора винта

Таблица

Якорь	Грунт	Ил	Песок	Камни
Адмиралтейский	2.2	3.0	3.1
Холла	2.2	1.5	2.8
Матросова	11.5	8.8	-

При расчете времени и пути торможения во все расчетные формулы к обычному значению коэффициента торможения добавляется значение а_я и расчеты ведутся до полной остановки судна.

Естественно, при пассивном торможении -а = 0. С помощью якоря получают активное торможение с коэффициентом- а_я . Такой маневр с якорем требует обязательной предварительной оценки ситуации с последующими расчетами или использовании УДТ.

При использовании якоря следует учитывать, что потеря якоря приводит к потере мореходности судна, т.е. является аварией.

В случае необходимости оставить якорь на грунте необходимо обозначить его место с помощью том – буя, закрепив его конец к одному из звеньев якорной цепи.

Компетенция судоводителей по управлению судном предусматривает определенные требования кодекса ПДНВ 78/95 [12]. Функции судовождения на уровне эксплуатации приведены в таблице А-II/1 [12]. По маневрированию судна они предусматривают, что судоводитель должен знать:

- влияние водоизмещения, осадки, дифферента, скорости и запаса воды под килем на циркуляции и тормозной путь судна;

- влияние ветра и течения на управление судном;

- маневр по спасению человека упавшего за борт;

- увеличение осадки судна на мелководье;

- надлежащие процедуры при постановке на якорь и швартовке.

На уровне управления таблица ПДМНВ А-II/2 [12] по функциям судоводителей спецификацию минимальных требований к компетенции старших помощников и капитанов. При этом по управлению судном в любых ситуациях (условиях) требуется знание, понимание и профессионализм по вопросам:

- маневрирование при приближении к лоцманской станции;

- управление судном в стесненных водах;

- использование техники поворота с постоянной угловой скоростью;

- маневрирование на мелководье;

- явление присасывания;

- швартовка в любых условиях;

- взаимодействие судна и буксира при буксировках;

- использование СЭУ;

- выбор якорной стоянки, очистка якоря;

- постановка в док;

- управление судном в шторм;

- спуск шлюпок;

- способ подъема на судно шлюпок и плотов;

- умение определять маневренные характеристики судна с учетом тормозных путей и т.д.;

- важность плавания с умеренной скоростью для избежания повреждения корпуса волнами;

- практические меры при плавании во льдах;

- использование СУДС (система управления движением судов).

При экстренном торможении необходимо использовать маневр для прекращения движения судна в прежнем направлении. Такие ситуации возникают при обнаружении опасности впереди судна: подводная банка или затонувшее судно с буями, неверный маневр встречного судна и т.д.

Выбор маневра зависит от характера опасности, навигационной обстановки (глубины, препятствия, ветер и т.д.), а также от характера движения и маневренных качеств своего судна. При этом времени для расчета нет, и надо заранее знать достоинства и недостатки различных маневров, чтобы выбрать лучший для данной ситуации.

На практике возможны следующие маневры:

1.Поворот судна путем перекладки руля на борт и циркуляция с характерными элементами.

Надо учитывать величину выдвига и возможное уменьшение скорости на 20- 20%. Сильно влияет начальная скорость, груз и балласт. Достоинства: контроль над судном весь маневр. Недостаток: большое поперечное смещение.

Рис.4.5 Поворот судна путем перекладки руля на борт и циркуляция с характерными элементами

2.Экстренное торможение полным ходом назад

Реверс главного двигателя требует учета затяжки времени начала торможения. Необходимо учитывать, что в грузу тормозной путь на 50% больше, чем в балласте.

Достоинство: возможна полная остановка судна.

Недостаток: потеря управляемости во время маневра.

3.Торможение рулем с последовательными перекладками руля с борта на борт. Базируется на том, что после перекладки руля на борт при неизменном режиме судна теряют скорость быстрее (особенно крупнотоннажные), чем после реверса.

С учетом этого для крупнотоннажных судов разработан маневр со ступенчатым изменением хода согласно схеме:

Рис. 4.5 Маневр ступенчатого уменьшения хода.

С уменьшением водоизмещения эффективность перекладок руля уменьшается.

4. Маневр коорданат.

Получают перекладкой руля на борт и после поворота судна на 60⁰ перекладывают руль на противоположный борт и выходят на первоначальный курс.

Рис. 4.6 Маневр коорданат.

Достоинство: за небольшое время на малом пространстве позволяет снести судно и уйти от опасности.

Маневр выполняют при обнаружении опасности, перекладывают руль где меньше опасности и выводят на траверз опасность. Затем обратная перекладка руля.

Факторы, влияющие на управляемость судна.

Их делят на две группы:

1. Факторы, обусловленные конструктивными особенностями судна и его положением относительно воды.

- главные размерения и их соотношения;

- формы обводов подводной части и выступающих элементов;

- виды надстроек и архитектура судна;

- крен и дифферент;

- изменение осадок;

- скорость судна.

2. Внешние факторы:

- направление и сила ветра;

- ограничения глубины и характер ее изменения;

- ограничения акватории;

- наличие и характер льда.

При L/B =5- 7 судно легко управляется, но менее устойчиво на курсе; L/B = 8 -11 – устойчиво на курсе, но плохо управляется.

Округлая форма улучшает поворотливость, а выступающие части ниже WL ухудшает управляемость.

Небольшая осадка и «тупые» обводы улучшают управляемость. Высокие борта и большие надстройки ухудшают управляемость, в свежую погоду и на волнении.

Все эти факторы сильно влияют на управляемость, их надо учитывать применительно к конкретным условиям.

Наиболее большое влияние имеет положение ЦП и ЦБС. Их взаимное положение меняют дифферентовкой судна, уменьшая рыскливость, наветренность или увальчивость. Лучше всего – положение ЦП и ЦБС на одной вертикали.

При крене встречный поток воды на скулах различный, т.е. больше на пониженном борту и судно уклоняется в сторону пониженного борта. т. о. поворот в сторону пониженного борта легче с уменьшением D _цирк..

Разные давления на обводы при качке судна увеличивают рыскливость, особенно, волнении в раковину. Это справедливо для одновинтовых судов.

D_f не зависимо от знака ухудшает обтекаемость подводной части корпуса и существенно влияет на управляемость.

Увеличение d_корм. ухудшает поворотливость и создает большую рыскливость при движении на волну.

D_f на нос уменьшает скорость. Равномерное увеличение осадок увеличивает водоизмещение, приводит к увеличении реакции на перекладку руля при малых скоростях, дает большую устойчивость на курсе.

Ветер вызывает дрейф тем больше, чем меньше скорость судна и чем развитие надстройки.

Ветер на КУ более 130⁰ вызывает дрейф и крен судна.

11.Маневрирование при пассивном торможении.

При торможении необходимо погасить не только кинетическую энергию, накопленную судном, но и энергию вовлеченных в движение частиц воды, на что также потребуется более длительная работа силовой установки. Такое взаимодействие частиц воды с корпусом аналогично увеличению массы судна. Эту добавочную массу называют присоединенной массой. На глубокой воде и при чистом корпусе присоединенная масса у транспортных судов составляет примерно в грузу 4%, в балласте — 3%.

Инерционные свойства судов учитываются с помощью инерционных характеристик, представляющих закономерности изменения скорости и пути во времени при разгоне и остановке судна. Протяженность и крутизна кривых v(t), S(t), помимо массы, зависят еще от начальной скорости, состояния корпуса, мощности и реверсивных качеств комплекса корпус—движитель. Безопасное маневрирование судов связано прежде всего с их тормозными характеристиками. Торможение может быть пассивным и активным. При пассивном торможении остановка судна происходит за счет сопротивления среды, при активном судно дополнительно тормозится paботой винта на задний ход. Путь, проходимый судном при пассивном торможении, называют выбегом, а при активном торможении — тормозным путем

12.Документальное предоставление информации о маневренных элементах.

Резолюция ИМО А.601 введена в действие с 19 ноября 1987 года, называется «обеспечение объективной информации о маневренных характеристиках судна», вместе с постановлением комитета по безопасности мореплавания ИМО под названием «Рекомендации по информации о маневренных характеристиках судов и ее представлению на судах» определяют следующие требования. На судне обязательно должен быть:

1. Лоцманская карточка;

2. Таблица маневренных характеристик для рулевой рубки;

3. Формуляр маневренных характеристик. Требования в отношении лоцманской карточки распространяются на все суда. Остальные документы обязательно на судах L>100м и на судах любых размеров перевозящих опасные грузы.

Лоцманская карточка должна быть новой и содержать следующую информацию:

1. особенности судна (характеристики судна) и дополнительно характеристики главного двигателя;

1. Раздел управляемости судна на тихой воде (маневренность, поворотливость);

2. Инерционно тормозные характеристики на глубинной воде, включающие в себя тормозные характеристики, характеристики замедления и характеристики разгона;

3. Маневренные характеристики на мелководье (проседание, циркуляция);

4. Влияние ветра на управляемость (силы и моменты, дрейф судна без хода, влияние ветра);

5. Маневренные характеристики на малых скоростях.

Согласно Резолюции ИМО №А-209 от 12.10.71 и №285 от 20.11.73г на каждом судне необходимо иметь информацию о маневренных элементах судна.

Маневренные элементы судна первоначально определяются при заводских и натурных испытания для двух водоизмещений – судна с полным грузом и порожнем. На основе выполненных испытаний и дополнительных расчетов составляют информацию о маневренных элементах судна (рис.66). Информация состоит из двух частей: таблицы маневренных элементов, вывешиваемой на ходовом мостике; дополнительной информации, учитывающую специфику данного судна и динамику влияния различных факторов на маневренные качества судна при различных обстоятельствах плавания.

Для определения маневренных элементов могут использоваться любые натурные и натурно-расчетные методы, обеспечивающие точность конечных результатов в пределах ±10% измеряемой величины. Натурные испытания проводят при благоприятных погодных условиях: ветре до 4 баллов, волнении до 3 баллов, достаточной глубине и без заметного течения.

Таблица маневренных элементов включает в себя инерционные характеристики судна, элементы поворотливости, изменение осадки судна, элементы ходкости, элементы маневра для спасения человека, упавшего за борт.

инерционные характеристики представляют в виде линейных: графиков, построенных в постоянном масштабе расстояний и имеющих шкалу значений времени и скорости. Тормозной путь с передних ходов на «Стоп» ограничивают моментом потери управляемости судна или конечной скоростью, равной 20% исходной. На графиках показывают стрелкой наиболее вероятную сторону отклонения судна от начального пути в процессе снижения скорости.

Информация о поворотливости приводится в виде графика и таблицы. График циркуляции отражает положение судна через 30⁰ на траекторию вправо и влево с положением руля «на борт» и «на полборта». Аналогичная информация представляется в табличной форме, но через каждые 10° изменения начального курса в диапазоне 0—90°, на каждые 30° — в диапазоне 90—180°, на каждые 90°—в диапазоне 180—360°. В нижней части таблицы помещают данные о наибольшем диаметре циркуляции.

Элементы ходкости отражают в виде графической зависимости скорости судна от частоты вращения гребного винта и дополняют таблицей, где на каждое значение постоянной скорости указана частота вращения гребного винта.

Увеличение осадки судна учитывается при крене и проседании, когда судно движется на ограниченной глубине с определенной скоростью.

Элементы маневра для спасения человека, упавшего за борт, выполняют наиболее приемлемым способом для данного судна. В информации указывают следующие данные для выполнения правильного маневра: угол отворота от начального курса; оперативное время перекладки руля на противоположный борт, выхода на контркурс и в точку начала маневра; действия судоводителя на каждом этапе эволюции.

Все расстояния в информации о маневренных элементах приводят в кабельтовах, время — в минутах, скорость — в узлах.

Дополнительная информация может включать в себя материалы, учитывающие специфические особенности конкретных типов судов, сведения о влиянии различных факторов на маневренные данные судна и др.

Информация капитану по управлению судном может составляться на основе опыта работы на данном судне и состоит из двух частей: часть первая — управление судном, часть вторая — особые случаи мореплавания. В первую часть могут включаться следующие сведения: информация о маневренных элементах судна; выполнение маневра по спасению человека, упавшего за борт; управление судном в узкости и канале; выбор курса и скорости при шторме; определение необходимой длины якорной цепи при постановке на якорь; управление судном во льдах; особенности стоянки на швартовах; выполнение маневра последнего момента и др.

Во второй части помещают сведения по особым случаям морской практики: порядок расчетов при буксировочных операциях; снятие с мели; управление аварийным судном; управление спасательной шлюпкой; оставление судна и др.

Информации такого порядка должны предшествовать общие рекомендации судоводителю по управлению судном, основанные на своевременных, уверенных действиях и хорошей морской практике.

13.Определение элементов поворотливости.

Поворотливость есть способность судна изменять направление движения под влиянием переложенного руля. При равномерном и прямолинейном движении в условиях отсутствия ветра и волнения на судно действуют две, расположенные в диаметральной плоскости и направленные навстречу друг другу, силы: равнодействующая тяги движителей, приложенная в центре тяжести судна, и равнодействующая сил сопротивления, приложенная в центре сил сопротивления. Положение центра сил сопротивления не является постоянным. На прямом курсе центр сил сопротивления располагается вблизи центра тяжести, как правило, немного позади него, чем достигается оптимальная управляемость судна. Если руль переложить на некоторый угол γв сторону, например, правого борта, то на нем возникнет гидродинамическая сила (рис. 2.1), которую можно разложить на две составляющие: про дольную R_px увеличивающую сопротивление движению, и поперечную силу R_py. Чтобы выяснить характер действия силы R_py, приложим в центре тяжести две равные и противоположно направленные силы и . Сила R_py вызовет боковое смещение судна, пара сил R_py, — поворот судна вокруг оси, проходящей через его центр тяжести. Как только начнется вращение судна и корпус будет двигаться по отношению к набегающему потоку с углом дрейфа α, центр сил сопротивления переместится в нос от центра тяжести, а равнодействующая гидродинамических сил R_к станет направленной под углом к диаметральной плоскости. Действие поперечной составляющей также можно рассматривать как действие силы и пары сил , . Сила будет направлена противоположно силе а пара сил , создаст дополнительный момент вокруг центра тяжести, направленный в сторону поворота. Таким образом, при перекладке руля поворот судна начнется под действием суммарного момента

Из практики известно, что на заднем ходу управляемость судов хуже. Объясняется это двумя причинами: худшей обтекаемостью руля, так как при движении назад на руль не действует струя винтовой отработки, и тем, что в начале поворота момент гидродинамической силы на корпусе направлен в сторону, обратную кладке руля, т. е.

15.Средства улучшающие маневренные характеристики.

Все средства управления (СУ) подразделяются на две основные группы: главные средства управления (ГСУ) и вспомогательные средства управления (ВСУ).

Средства управления в каждой группе делятся по цели управления на два вида устройств:

· Устройства, управляющие движением судна, а так же разгоном и торможением в продольной плоскости (вперед, назад);

· Устройства, управляющие угловым движением судна, т.е. курсом и угловой скоростью.

Те устройства, которые способны создавать боковую силу, при неработающим главным двигателе (ГД), и при отсутствии хода судна относительно воды называются средствами активного управления (САУ).

С точки зрения управления судном для нас главным образом представляют интерес главные средства управления (ГСУ), а конкретно движительные устройства и рули

Движительные устройства.

На морских судах чаще всего используют виты фиксированного шага (ВФШ) или виты регулируемого шага (ВРШ).

Гребной винт (ВФШ) представляет собой систему лопастей (от 2 до 8), каждая из которых является участком винтовой поверхности. Поверхность лопастей, обращенная в нос, называется засасывающей,. Поверхность, обращенная в корму – нагнетающей. Передняя кромка лопастей называется входящей, задняя – выходящей. ВФШ бывают цельнолитые и со съемными лопастями. Они делятся на винты левого и правого вращения. Винт правого вращения на переднем ходу, если смотреть с кормы, вращается по часовой стрелке, винт левого вращения – наоборот.

Сила упора, создаваемая винтом при его вращении с заданной частотой, зависит от его основных геометрических характеристик,

1. D_Вдиаметр винта - диаметр окружности, описываемой наиболее удаленными точками лопастей (до 5 метров);

2. H геометрический шаг винта – линейное расстояние по оси винта, которое проходила бы ступица за один полный оборот при вращении в плотной среде. (величина шагового отношения H/D колеблется 0.8 – 1.8)

3. Θ дисковое отношение Θ= А/А_d - для тихоходных судов ≈0.35

Для быстроходных ≈ 1.2

А – суммарная площадь спрямленной поверхности всех лопастей винта;

А_d – площадь круга, ометаемого гребным винтом при его вращении.

4. Z число лопастей.

а так же от скорости самого судна.

Существенное влияние на силу упора винта оказывает взаимодействие винта с корпусом судна. Силу упора без учета такого взаимодействия называют упором изолированного винта. С учетом такого взаимодействия – полезным упором или тягой. Для ВФШ изменение направления упора достигается реверсированием двигателя. ВФШ имеет максимальный коэффициент полезного действия только при одном режиме движения (как правило, полный передний ход).

В отличии от гребных винтов фиксированного шага, винты регулиру-емого шага (ВРШ) имеют в ступице приводной механизм, с помощью которого осуществляется разворот лопастей от положения «ППХ» до положения «ПЗХ». Таким образом, без изменения направления вращения ГД, осуществляется изменение не только величины, но и направление упора винта. ВРШ могут быть трехлопастными и четырехлопастными. В последнем случае лопасти располагаются по парно и смещены вдоль оси винта (ВРШ типа «тендем»). Угол разворота лопастей при переходе с ППХ на ПЗХ составляет 40 – 50⁰. Время разворота лопастей ВРШ составляет 10 – 15 сек.. Использование ВРШ позволяет получить полную мощность ГД на режимах, отличных от расчетных, обеспечивает увеличение скорости судна и экономичность работы его двигательной установки.. ВРШ развивает значительно большую тягу на малых ходах и на 40 – 50% сокращает время и длину тормозного пути. Установка ВРШ позволяет осуществлять дистанционное управление судном и использовать на реверсивные двигатели, что значительно повышает их моторесурс. К недостаткам ВРШ следует отнести сложность конструкции как самого винта, так и валопровода, их большую, по сравнению с ВФШ, чувствительность к ударным нагрузкам.