14.3. Влияние ветра и волнения на циркуляцию и инерционно-тормозные характеристики судна

Циркуляция. В условиях ветра и волнения циркуляция судна по своей форме значительно отличается от циркуляции на тихой воде. Характеристиками циркуляции, применяемыми для исследования ее в условиях ветра и волнения, являются угол Ψ и дистанция циркуляции S (рис. 14.3). Цифрой 1 обозначена точка начала перекладки руля, цифрой 2 — точка после поворота судна на 360° в условиях безветрия, цифрой 3-- подобная точка при циркуляции в условиях ветра и волнения.

Угол Ψ измеряется от линии ветра в сторону, противоположную стороне перекладки руля, до линии, соединяющей точки 2 и 3. Дистанция циркуляции S — расстояние между этими точками. Угол зависит в общем случае от целого ряда параметров судна, характеризующих его гидродинамические и аэродинамические особенности

Рис. 13.3 Характеристика циркуляции в условиях ветра

Инерционно-тормозные характеристики. Влияние ветра на инерционно-тормозные характеристики во многом зависит от конструктивных особенностей судна, однако для встречного ветра (q = 0°) и попутного (q—180°) можно проследить некоторые особенности этого влияния. В первую очередь представляет интерес ветер силой 8 м/с (4 балла) предельно допустимый при сдаточных испытаниях. Результаты моделирования свободного и активного торможения среднестатистических судов морского флота, смоделированные по средним параметрам 25 типов судов, показывают, что у судов водоизмещением более 10 тыс. т инерционно-тормозные характеристики при ветре до 4 баллов включительно могут отличаться друг от друга до 26 % по выбегу и до 8 % по тормозному пути. Отличия от штилевых значений составят 18 % по выбегу и 4 % по тормозному пути. Под выбегом судна при свободном торможении здесь понимается путь, пройденный от начала свободного торможения до достижения 20 % начальной скорости.

13.4. Универсальные штормовые диаграммы ю. В. Ремеза

Рис.13.4

Для облегчения задачи управления судном в шторм были предложены специальные диаграммы для выбора курса и скорости в штормовых условиях. Такие диаграммы разработаны В. Г. Власовым, С. Н. Благовещенским, Л. М. Ногидом, Ю. В. Ремезом.

В практике плавания наибольшее распространение получили универ-сальные диаграммы Ю. В. Ремеза для больших и произвольных глубин.

В теории волн глубина считается большой, если она превышает половину длины волны. Однако для целей практики применение универсальной штормо-вой диаграммы Ю. В. Ремеза для больших глубин можно расширить до значений глубин, превышающих четверть длины волны. Это будет соответствовать общей точности исходных данных.

Универсальная диаграмма для больших глубин (рис. 13.4) состоит из верхней и нижней частей.

По вертикальной оси верхней части диаграммы отложены длины волн λ, по горизонтальной — проекции скорости судна на линию бега волн Vcosq. Здесь V — скорость судна, уз; q — курсовой угол бега волн, град.

Правая половина диаграммы отвечает ходу на встречном волнении, под которым понимаются курсы прямо против волны (вразрез волне) и волна в скулу. Средняя вертикаль соответствует курсу лагом к волне при любой скорости судна либо любому положению судна по отношению к набегающим волнам при нулевой скорости. Левая половина отвечает ходу на попутном волнении, включая в это понятие курсы волны в раковину и прямо по волне. Левой половине диаграммы соответствуют отрицательные значения Vcosq (90⁰<q<l80°). Верхняя часть диаграммы содержит семейство кривых, каждая из которых построена для определенного значения кажущегося периода волны τ. Эти значения надписаны на соответствующих кривых. Когда судно не имеет хода либо идет лагом к волнам, кажущийся период волны τ совпадает с ее истинным, периодом (периодом по отношению к неподвижному наблюдателю) τ₀. Таким образом, ордината пересечения вертикальной оси диаграммы с кривой, отвечающей данному значению кажущегося периода τ, определяет собой длину волны λ, истинный период которой равен τ₀. Так, например, при τ₀.= 8 с λ=100 м, при τ₀. =12с. λ = 225 м и т. д. На встречном волнении кажущийся период волны оказывается меньше истинного, на попутном, если только судно не обгоняет волну, — больше истинного.

Если на попутном волнении проекция скорости судна на направление распространения волн Vcosq совпадает со скоростью волн, которая равна 2,43 уз, то кажущийся период волны обращается в бесконечность, т. е. волны на судно не набегают и оно движется, как бы «оседлав» волну. В этом случае на чисто попутном волнении судно по отношению к системе волн как бы неподвижно. Наблюдателю, находящемуся на судне, будет казаться, что оно дрейфует.

Указанному случаю на диаграмме соответствует штриховая кривая τ = ∞.

Нижняя часть диаграммы включает семейство концентрических полуокружностей с центром, расположенным в начале координат диаграммы, и пучок лучей, исходящих из центра. Каждая полуокружность отвечает определенному значению скорости V (уз), каждый луч — определенному курсовому углу q. Правая часть диаграммы отвечает встречному, а левая — попутному волнению.

Поскольку при построении диаграммы принято, что волны бегут справа налево, вектор скорости судна направлен из центра к периферии ее нижней части вдоль луча, соответствующего данному значению курсового угла q. Определенному сочетанию скорости судна курсового угла отвечает точка нижней части диаграммы, являющаяся концом вектора скорости судна. Нижняя часть диаграммы дает возможность графически находить значения Vcosq при данном сочетании V и q, а также решать обратную задачу определения всех значений V и q, отвечающих заданной величине Vcosq.

Так, например, если V = 12 уз, а q = 60°, то, проводя через точку пересечения соответствующих окружностей и луча вертикальную прямую, найдем по пересечению последней с горизонтальной осью диаграммы, что V cos q = 6 уз.

Зоны курсовых углов, близких к нулю или 180°, когда бортовая качка оказывается незначительной даже в условиях резонанса, но можно ожидать усиления килевой качки, отмечены на графике вертикальной штриховкой. Зона курсовых углов, близких к 90°, когда судно располагается почти лагом к волне и резонанс бортовой качки становится особенно опасным, а килевая оказывается весьма малой, отмечена горизонтальной штриховкой.

Над диаграммой помещена вспомогательная шкала для определения значений τ, ограничивающих резонансные зоны качки. На средней линии этой шкалы нанесены величины периода собственных колебаний судна Т₀ на верхней и нижней линиях на тех же вертикалях отложены Т₀/1,3 и Т₀ /0,7 соответственно.

На шкалах А и В, расположенных слева от диаграммы, нанесены высоты нерегулярных волн 3 %-ной обеспеченности и значительного волнения h_1/3. Справа от диаграммы помещена шкала степени волнения в баллах.

Таким образом, диаграмма допускает три входа: по длине волны, по высоте волны и по степени волнения.

Как уже указывалось, приведенная универсальная штормовая диаграмма применима с достаточной точностью для глубин, превышающих четверть длины судна. Резонансная качка на волнах повышенной крутизны, характерных для мелководья, особенно опасна для небольших судов. В связи с этим Ю. В. Ремезом разработана универсальная штормовая диаграмма, позволяющая оперативно выбирать безопасные курсы и скорости судна при шторме на любых, в том числе и на весьма малых глубинах.