Теоретические основы морской буксировки

При плавании на тихой воде горизонтальная составляющая буксирного троса равна тому сопротивлению, которое вызывает буксируемое судно при данной скорости плавания. Это сопротивление и собственно сопротивление буксировщика преодолеваются упором гребного винта буксировщика. В некоторых случаях, когда наблюдаются рывки буксирного троса (линии) и появляются динамические нагрузки в буксирном тросе, возникают усилия большие, чем максимальный упор гребного винта буксировщика. Эти случаи могут встречаться как при буксировке на тихой воде, так и при буксировке в штормовых условиях.

При плавании на взволнованном море или на мертвой зыби в буксирном тросе возникают усилия, которые во много раз могут превысить упор винта буксировщика. Это превышение возникает из-за того, что оба судна то сближаются, то удаляются друг от друга. При таком орбитальном движении ЦТ каждого из судов, если бы оно было свободным, описал бы около своего среднего положения некоторую орбиту. Уравнения такой орбиты в параметрической форме:

x = a×cos(2πt/τ),

y = b×sin(2πt/τ),

где a и b – некоторые постоянные для данного судна и длины волны;

τ – период волны, сек.

Величины a и b не превышают ½h_волны. Т. о., если взять значение a = ½h_волны, то будет учтен наихудший случай. В этих уравнениях интерес представляет величина x – изменение расстояния между судами на качке. Вертикальные колебания судов практически не оказывают влияния на усилия в буксирном тросе, поэтому их не будем рассматривать. Максимальное натяжение буксирной линии за счет орбитального движения буксировщика и объекта на волнении может достигать 1/6 водоизмещения наименьшего из судов.

Определим ускорение движения судна на волнении:

X= -4π2/𝜏2 a cos2π/𝜏

Наибольшее ускорение будет при cos2π/𝜏𝜏=1 , т. е. X= -4π2/𝜏2 a = 𝜔. Тогда усилие будет равно F_max = m×x", где m – масса судна. Т. е. чтобы судно массой m не совершало орбитальные движения к нему нужно приложить силу F, максимальное значение которой будет при x" = ω, F = mω.

При буксировке буксирную линию следует подбирать т. о., чтобы расстояние между судами изменялось на значение, равное высоте волны 2a = h_волны.

Во время буксировки в море неизбежны рывки троса. Причинами таких динамических нагрузок являются удары волн, рыскание и резкие изменения скоростей движения буксирующего и буксируемого судов, качка и т. п.

Смягчить действие этих динамических нагрузок можно, используя потенциальную энергию упругой деформации троса и потенциальную энергию веса буксирного троса, т. е. поднимая центр тяжести кривой, по которой он располагается.

Последнее, и самое главное, что требуется от буксирной линии.— это свобода орбитального движения судов при плавании на взволнованном море. Для выполнения этого условия необходимо обеспечить горизонтальное перемещение судов от какого-то среднего положения в обе стороны на расстояние, равное половине высоты волны, а общее перемещение, которое будут иметь оба судна, должно равняться высоте волны: 2a = h_В. Кроме того, должна быть известна горизонтальная проекция натяжения буксирного каната равная тяге на гаке. При таких условиях можно определить степень расхождения судов вследствие изменения формы буксирной линии и ее упругих деформаций.

Изменение расстояния между буксирующим и буксируемым судами зависит от «весовой» и упругой «игры» буксирного троса. Рассчитав полное сопротивление буксируемого судна R₁с учетом сопротивления буксирного троса, можно найти рабочую длину (в м) стального буксирного троса, при которой обеспечивается горизонтальное перемещение судов

«Игра» буксирной линии на волнении

Рыскание буксируемого судна