Инерционные характеристики судна

При управлении движением судна очень часто возникают ситуации, в которых необходимо изменение скорости судна: движение на акватории портов, рейдов; плавание в узкостях и по системам разделения движения (СРД); при расхождении судов в море; аварийные ситуации. Изменение скорости производится главным образом за счет двух сил: упора винта Р и силы сопротивления воды R_x , т. е. за счет изменения режима работы ГД. После изменения режима работы движителей скорость судна изменяется по определенному закону, а само судно совершает неравномерное движение.

Путь и время маневра, связанного с неравномерным движением, называют инерционными характеристиками судна. Знание судоводителями инерционных характеристик судна очень важно для обеспечения безопасности плавания: большое число аварий и столкновений как раз и происходит в результате неправильного учета инерционных свойств 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 или выбег;

— разгон судна до заданной скорости;

— активное торможение;

— подтормаживание .

Изменение скорости движения судна выражается первым уравнением системы уравнений, описывающих движение судна:

При отсутствии ветра и прямом положении руля из этого уравнения имеем:

,

где М – масса судна (М = т + λ₁₁ ), кг.

Если упор винта Р направлен вперед он имеет знак «+», наоборот – «–»(в ньютонах). Знак «–» перед продольной гидродинамической силой на корпусе R_x означает, что эта сила всегда направлена против движения судна (в ньютонах).

Присоединенная масса воды при прямолинейном движении обычно принимается равной 10% массы судна ( λ₁₁ ≈ 0,1т), отсюда: т = 1,1∆10³, где ∆ – водоизмещение судна, т.

Продольная гидродинамическая сила на корпусе – сила сопротивления воды R_x :

, ,

где K_н – коэффициент пропорциональности (сопротивления);

ξ – безразмерный гидродинамический коэффициент полного сопротивления, зависящий от формы (обводов) корпуса и состояния его поверхности (шероховатости);

ρ – массовая плотность воды (для морской воды средней солености ρ = 1025 кг/м³);

Ω – площадь смоченной поверхности корпуса судна, м².

Сила упора изолированного винта для установившегося движения передним или задним ходом определяется:

, ,

где k_p – коэффициент упора винта;

Λ_р – универсальная поступь винта;

п – частота вращения винта (об/сек);

D_в – диаметр винта;

V_p – расчетная скорость обтекания винта водой ( V_p = V_c (1 – ψ ));

V_с – скорость судна относительно воды;

Ψ – коэффициент попутного потока (для морских транспортных судов Ψ = 0÷0,2).

Градация ходов

Классификация судов по типу двигателей (не путать с движителем) на сегодняшний день довольно разнообразна: от парохода, теплохода (двигатель внутреннего сгорания), дизельэлектрохода , газо -, паротурбоэлектрохода до атомопаротурбоходов . Наиболее распространенный тип – теплоходы с дизельными двигателями. Как же на таких судах устанавливаются различные скорости хода вперед и назад, ведь это все зависит от особенностей работы конкретного двигателя? Обычно все это определяют на сдаточных ходовых испытаниях на новострое и в дальнейшем после гарантийных и последующих ремонтов машины в целом.

Самый малый передний ход ( Dead slow ahead ) – минимальные устойчивые обороты, при которых двигатель не глохнет (запускают двигатель и достигают стабильности оборотов). На маневренном полигоне на мерной миле определяют скорость судна при данных оборотах двигателя и заносят в график соответствия скорости хода оборотам двигателя.

С повышением оборотов экспериментальным путем находят значения диапазона начальных и конечных критических оборотов, при которых наблюдается резонанс конструкций корпуса судна, что может привести к серьезным разрушениям и деформациям. Резонанс – совпадение колебаний деталей корпуса (двигатель, редуктор, валопровод , винт, мачты и т. п.) с самим корпусом судна. Этот участок критических оборотов дает возможность определить значение малого переднего хода.

Малый передний ход (Slow ahead) – обороты двигателя, устанавливаемые до или после диапазона критических оборотов, и соответствующая им скорость хода судна.

Средний передний ход ( Half ahead ) – обороты двигателя, при которых обеспечивается половина мощности двигателя (подача топлива на середине), и соответствующая им скорость хода.

Полный передний маневренный ход ( Full manoeuvring ahead ) – полные обороты двигателя при работе на легком топливе (дизельное топливо) в маневренном режиме.

Полный передний ход ходового режима ( Full ahead for sea ) – номинальные (расчетные) полные обороты двигателя при работе на тяжелом топливе – мазут (наиболее благоприятный режим работы), при которых двигатель может работать «вечно» при должном техническом обслуживании, и соответствующая им скорость хода.

Самый полный передний ход ( Emergency full ahead or Full ahead overall ) – кратковременный режим работы двигателя, который может быть применен в практике управления судном только в аварийных ситуациях.

Градация ходов на задний ход аналогична переднему, только слово передний ( ahead ) необходимо заменить на задний ( astern ).

Винт рассчитан только для работы на передний ход, поэтому характеристики заднего хода отличаются от переднего. Упор заднего хода не менее 10% меньше переднего, а у дизельных двигателей мощность заднего хода может достигать 60% переднего. На судах с турбиной имеются специальные турбины заднего хода, но и их мощность меньше на 30–40% турбины переднего хода.

Говоря о мощности, различают индикаторную мощность (сумма мощностей всех поршней), мощность на валу, мощность на винте и буксировочную мощность.

 

К характеристикам движителя (винта) можно отнести следующее:

 

• материал изготовления : стальные (для ледовых условий) или из сплавов (бронза, латунь и т. п.);

• лопасти – съемные (ВРШ) или литые (льют вместе с винтом);

• диаметр винта D_в и дисковое отношение А/ A_d (отношение площади всех лопастей в проекции на диск винта к площади окружности, описываемой крайними точками лопастей, – S = π ( D_в /2)²) – для морских судов А/ A_d = 0,55÷0,80;

• шаг винта Н – расстояние, проходимое любой точкой винта в направлении оси вращения за один оборот, если винт будет вращаться в твердой среде (как болт в гайке);

• шаговое отношение Н/ D_в ;

• коэффициент скольжения винта S = n×H×60/V (используют для счисления пути при неработающем лаге).