2. Порядок выполнения работы.

1. Рассчитывают угол ветрового дрейфа по формуле (для заданных преподавателем исходных данных):

(3)

где V_л - скорость судна по лагу, узлы.

Значение коэффициента дрейфа к_а можно рассчитать по формуле:

(4)

где S_H - площадь проекции надводной части корпуса на ДП;

S_П - площадь проекции подводной части корпуса на ДП;

δ_оп - коэффициент общей полноты;

Т - средняя осадка, м;

L - длина судна между перпендикулярами, м.

2. Рассчитывают значение плеча аэродинамической силы по формуле (1).

3. Рассчитывают значение плеча гидродинамической силы по формуле (2).

4. Вычерчивают рисунок для заданного варианта лабораторной paботы делают вывод о том, как будет судно управляться.

Контрольные вопросы.

1. Что такое курсовой, истинный и кажущийся ветер?

2. Что такое центр боковой парусности?

3. Что такое центр бокового сопротивления?

4. Каковы условия управляемости судна в условиях ветра?

5. Как определить плечо аэродинамической силы?

6. Как определить плечо гидродинамической силы?

7. Что такое угол ветрового дрейфа и как его определить?

8. Объясните, как будет управляться судно при носовых курсовых углах ветра?

9. Объясните, как будет управляться судно при кормовых курсовых углах ветра?

10. Когда судно будет лучше управляться в условиях ветра - при носовых или кормовых курсовых углах ветра и почему?

Рекомендуемая литература.

1. Управление судном. Учебник. Под редакцией Снопкова В.И. -М.: Транс­порт, 1991. -359 с.

1. Справочник по теории корабля .Том 3.Управляемость водоизмещающих судов. / Под ред. Л. И. Войткунского.- Л.: Судостроение, 1985. -544 с.

Практическая работа №8:

«ВЫБОР КУРСА, СПОСОБА И СКОРОСТИ СУДНА

ПРИ ШТОРМОВАНИИ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДИАГРАММЫ РЕМЕЗА И БОГДАНОВА».

Цель работы:

1. Приобретение курсантами навыков использования основных методов и способов штормования судна в море.

2. Научить курсантов правильно выбирать способы штормования в зависимости от погодных условий и научить уклоняться от встречи с тропическим циклоном.

3. Научить курсантов устройству и правилам пользования диаграммой Ремеза и Богданова.

Методы управлений судном в штормовую погоду в значительной степени зависят от типа судна и его мореходных качеств при различных обстоятельствах. Поэтому нет возможности дать исчерпывающие ответы, одинаково полезные для всех, судов; приходится ограничиться только некоторыми общими замечаниями. Ни одно правило не может заменить полного понимания судоводителем мореходных качеств своего суднами правильной оценки опасностей, с которыми судно может столкнуться. Такое понимание может быть достигнуто только опытом - тщательным наблюдением, за судами различных типов при плавании в штормовую погоду.

Чем больше глубоководное пространство моря, тем выше будут волны, вызываемые штормовым ветром, и тем больше их длина между гребнями; чем длиннее волны, тем больше будут их периоды и тем больше их скорость.

Период и скорость волн имеют важное значение, потому что, если при сильном волнении они совпадают со скоростью судна и периодами его бортовой и килевой качки, создается опасное положение. Если курс и скорость в этом случае не изменить, то судно может сильно пострадать или даже опрокинуться.

Волны, бегущие с глубокой на сравнительно мелкую воду, становятся круче и выше, после чего разбиваются и преобразуются в короткие, крутые, ломающиеся волны. Если мелководный район ограничен сушей, то создается отраженная волна и наблюдается опасная толчея.

Крупная зыбь, вызываемая сильным и продолжительным штормовым ветром на большом глубоководном пространстве, может пройти сотни миль без заметного изменения своего направления. Если она на своем пути встретит волны другого направления, вызываемые местным штормом, например, то также возникает опасная толчея.

Вообще говоря, короткая, крутая волна более опасна для малых судов, и, наоборот, длинная, крупная волна опаснее для крупных судов.

Влияние волн на движение судна.

При рассмотрении влияния волн на движение судна применяются следующие термины:

- период бортовой качки — промежуток времени, в течение которого судно наклоняется на один борт, затем на другой и возвращается обратно к первоначальному положению;

- период килевой качки — промежуток времени, в течение которого нос судна поднимается, затем опускается и возвращается к первоначальному положению;

- кажущийся период волны — промежуток времени между прохождением мимо наблюдателя на судне двух последовательных гребней волн.

Собственные периоды бортовой и килевой качки судна зависят от остойчивости; остойчивое судно имеет частую качку с борта на борт, судно с сильно загруженным носом и кормой испытывает медленную килевую качку.

Реакция судна на влияние волн в основном зависит от угла между курсом и направлением волнения, а также от разницы между периодами бортовой или килевой качки судна и кажущимся периодом волны.

Когда судно идет лагом к волне, а период бортовой, качки мал по сравнению с кажущимся периодом волны, то судно стремится иметь палубу, параллельную склону волн (рис. 16,а). В этом случае судно почти не принимает на себя воды, но будет испытывать значительную и резкую бортовую качку, которая может деформировать его мачты и надстройки.

Если период бортовой качки велик по сравнению с кажущимся периодом волны, то судно будет качаться с борта на борт медленно, независимо от волн и угол крена не будет большим. Но поскольку судно будет двигаться независимо от волн, оно будет принимать на себя воду.

Если же период бортовой качки и кажущийся период волны равны или почти равны, то судно будет испытывать большую, все увеличивающуюся бортовую качку. Если для ликвидации состояния резонанса не будут изменены курс и скорость судна, то оно может опрокинуться, особенно если запас остойчивости мал.

Когда судно идет против волны, а период килевой качки мал по сравнению с кажущимся периодом волны, то судно будет испытывать небольшую килевую качку. Палуба судна будет параллельна склону волн, и оно будет с ними подниматься и опускаться; при этих обстоятельствах судно не будет принимать на себя много воды.

Если период килевой качки велик, по сравнению с периодом волны, то судно будет качаться медленно и независимо от волн, прорезать их или зарываться в них носом. По всей вероятности,

судно будет принимать на себя много воды, а его винты — временами оголяться.

Когда период килевой качки примерно равен кажущемуся периоду волны, то судно будет испытывать сильнейшую килевую качку, его винты, особенно если судно в балласте, будут часто оголяться. Корпус судна может серьезно деформироваться в момент прохождения вершины или подошвы волны; если длина судна примерно равна длине волны, то возможность изгиба и прогиба будет увеличена.

Перечисленное относится в известной степени и к судну, принимающему волны в скулу или раковину. Таким образом, способность судна всходить на волны или прорезать их в основном зависит от остойчивости, скорости и курса относительно направления волн, а также периода и скорости движения волн, от длины и высоты волн и до известной степени от формы корпуса судна и его прочности.

Влияние ветра.

Влияние сильного ветра на судно в значительной степени зависит от высоты надводного борта, осадки и площади надстроек. Легко загруженное судно и судно с малой осадкой подвержены значительному влиянию ветра

Большинство судов стремится повернуться лагом к ветру, и при исключительно сильном ветре может оказаться невозможным привести их носом к ветру, хотя возможно повернуть по ветру. Маломощные одновинтовые грузовые суда и суда с высоким надводным бортом и надстройками невозможно повернуть носом против ветра во время тайфуна или урагана.

Величина дрейфа в штормовую погоду зависит от скорости судна, осадки и высоты надводного борта, а также от курса относительно направления ветра и волн. В сильный шторм при ветре галфвинд дрейф может быть весьма значительным (до 2 узлов), особенно когда судно идет малым ходом. Величину дрейфа можно определить, только имея большой практический опыт, но приблизительный расчет можно сделать, наблюдая с кормы отклонение кильватерной струи.

УПРАВЛЕНИЕ СУДНОМ НА ВОЛНЕНИИ

Методы управления судном на волнении в основном зависят от типа судна, условий его загрузки, погоды и от того, нужно ли идти против ветра, остановиться или дрейфовать.

Штормование (плавание) носом против волны. Когда судно идет против волны, следует принять во внимание три фактора: силу ударов волн в носовую часть; килевую качку, определяющую положение судна на вершине и подошве волны, а также силу ударов днищем о воду в результате килевой качки; волны, разбивающиеся на борту, независимо от того, возникают ли они от удара о корпус или от килевой качки, или от того и другого вместе.

Судно с острыми обводами и небольшим развалом бортов в носовой части будет стремиться прорезать волны или зарываться носом, принимая на себя воду. Судно с заметным развалом бортов в носовой части не будет так глубоко зарываться в волну при килевой качке, и не будет принимать много воды, но будет испытывать сильные удары (слеминг).

Наилучшее состояние судна, идущего против волн, — небольшой дифферент на корму и не чрезмерная загрузка носовых трюмов. В этом случае руль и винт находятся глубоко в воде, а нос обладает повышенной плавучестью.

Следуя против волны, и особенно в тех случаях, когда расстояние между последующими волнами примерно равно длине судна, необходимо внимание, поскольку судно может сильно зарываться в надвигающуюся волну. Если это будет иметь место, необходимо безотлагательно уменьшить скорость, так как риск гибели судна велик.

Штормование (плавание) при волне с кормы. Когда судно идет по волне, основное внимание следует уделять управляемости судна и его скорости.

Основная опасность — это заливание кормы и неожиданный поворот лагом к волне. Заливание кормы может наблюдаться, когда судно оказывается у подошвы ломающихся волн, которые двигаются с большей скоростью, чем судно. Непроизвольный поворот лагом может получиться, когда судно, двигаясь примерно одинаковой скоростью с волнами, находится на переднем склоне волны или на ее подошве. При этом волны начнут ударять в борт, накренят судно и, возможно, опрокинут его.

Многие суда плохо слушаются руля, когда следуют при волне с кормы, рыскливость их увеличивается и порой не поддается выравниванию. Это особенно относится к мелким судам с малой осадкой и небольшим рулем; в меньшей степени это относится также к судам с кормовым подзором, потому что попутная волна стремится поднять корму и повернуть судно.

Когда судно идет с попутной крупной волной и длина судна примерно равна длине волн, рекомендуется иметь скорость, значительно меньшую скорости движения волн, но судно не должно терять управления. В этом случае весьма вероятно накатывание волн на корму, но это можно уменьшить, определив период волн и соответственно изменив скорость судна.

Поворот на волнении. Для поворота на крупном волнении требуется правильная оценка обстановки и хорошее знание мореходных качеств своего судна

Если судно держится на малом ходу носом против волны и нужно развернуться, чтобы идти с попутной волной, необходимо проследить за волнами и начать поворот до наступления относительно спокойного периода так, чтобы судно стало лагом к волне в момент наступления этого периода. Первую половину разворота необходимо выполнить с рулем на борту при кратковременной работе машин полным ходом, но, не набирая значительного хода вперед, закончить поворот следует как можно быстрее.

Если судно идет с попутной волной и нужно развернуться носом против волны, необходимо уменьшить ход и выбрать наиболее удобный момент для начала маневра так, чтобы сделать последнюю половину разворота в течение относительно спокойного периода Первую половину разворота рекомендуется сделать при возможно меньшем движении судна вперед; закончить поворот следует, по возможности, быстрее, давая машине через короткие промежутки времени полный ход, но, не набирая большой скорости вперед

Обычные ошибки. Для управления судном в штормовую погоду не существует общих правил. Можно сделать лишь несколько обобщений, но многое можно узнать из ошибок других.

То, чего нельзя делать в штормовую погоду:

- вести судно на большой скорости при встречной волне;

- не снижать скорость при встречной волне или зыби из-за боязни быть обвиненным в излишней осторожности;

- вести судно на большой скорости при волне в корму, особенно когда длина судна и волны почти одинаковы;

- не изменять курс, чтобы нарушить резонанс периода волн с периодом бортовой качки судна, при следовании лагом к волне;

- недооценивать признаки приближающегося тропического шторма и своевременно не принять необходимых мер, чтобы избежать его.

Особое внимание судоводители должны уделять своевременному уклонению от штормовой зоны ураганов и тропических циклонов, движение которых неустойчиво, скорость перемещения достигает 40 уз., диаметр штормовой зоны – до 400÷500 миль, а скорость ветра – до 17÷35 м/с в тропических штормах и > 35 м/с – в тропических ураганах.

Информация о тропических циклонах всегда содержит погрешности до 20÷25 миль по координатам центра циклона, а по направлению его движения – до 30° за 10 часов и до 90÷100° – за сутки, поэтому прогноз его положения на 10÷12 ч вперед нужно делать по 3–4 факсимильным картам.

Расчет маневра для уклонения от встречи со штормовой зоной тропического циклона аналогичен решению задачи маневрирования на расхождение с целью на D_ЗАД.

УНИВЕРСАЛЬНАЯ ДИАГРАММА РЕМЕЗА-БОГДАНОВА.

Универсальная диаграмма качки представляет собой графическое решение уравнения кажущегося периода волн. Нижняя часть диаграммы состоит из сетки концентрических полуокружностей, каждая из которых соответствует определенной скорости судна в узлах; из центра выходят лучи, каждый из которых соответствует определенному курсовому углу волнения.

В верхней части диаграммы по оси ординат отложены значения длин волн. Каждая из семейства кривых в верхней части диаграммы соответствует значению кажущихся периодов волн τ¹, выраженных в секундах.

Над диаграммой помещены шкалы, позволяющие определить кажущиеся периоды волн и ,

ограничивающие зону усиленной качки для регулярного волнения. Слева от диаграммы помещены шкалы А и В высотой волн 3%-ной обеспеченности, служащие для определения границ зоны усиленной качки при нерегулярном волнении. Справа помещены шкалы волнения в баллах (в виде отрезков), служащие для той же цели. Зона усиленной качки ограничивается в нижней части диаграммы двумя вертикальными линиями, опускаемыми из верхней части.

Для нерегулярного волнения эти прямые определяются из точек пересечения горизонталей, проведенных через заданную высоту волн на шкалах А и В, с кривой τ¹=Т. Горизонтали могут быть проведены так же через концы отрезков справа от диаграммы, указывающих волнение в баллах.

Для регулярного волнения проводится только одна горизонталь – через значение длины волны λ на оси координат, а вертикальные линии опускаются из точек пересечения этой горизонтали, с кривыми и , полученными по шкалам, помещенным над диаграммой. Универсальная диаграмма позволяет определить зону усиленной бортовой качки и, следовательно, выбрать благоприятные, в вероятном отношении, курс и скорость при штормовании на встречном волнении.

Для выбора режима на попутном волнении диаграмму использовать не рекомендуется!!!

Пример 1:

Определить положение зоны резонансной бортовой качки, если V_c=12 узл., q=110°,Т₁=7,5сек., истинная длина волны λ=40м.

Решение:

По верхней шкале диаграммы по Т₁=7,5с определяем значения кажущихся периодов волн, соответствующих границам резонансной волны: 1,43Т₁ 10с и 0,77Т₁ 6с. Находим точки пересечения горизонтальной линии λ=40м с кривыми, найденных кажущихся периодов и через полученные точки проводим вертикальные линии, которые в нижней части диаграммы ограничат зону усиленной качки, причем средняя из них, соответствующая τ¹=Т=7,5с и будет линией резонанса.

Для выхода из зоны усиленной качки судну необходимо изменить курс вправо приблизительно на 25° (точка С₁) или уменьшить ход до 6узл. (точка С₂). (Решение смотри в приложении на рисунке).

Аварии обычно предшествует одно из следующих трех явлений или их комбинация:

1. Значительное уменьшение или потеря поперечной остойчивости при прохождении вершины волны вблизи миделя судна. Наиболее опасным в этом отношении является движение на волнах, длина λ и скорость с которых близки, соответственно, к длине L и скорости V судна. В этом случае время пребывания в зоне с пониженной (ниже опасного уровня) остойчивостью может оказаться существенно больше, чем время, необходимое судну для опасного наклонения.

Основными признаками недостаточной остойчивости являются:

- неожиданное увеличение крена при нахождении вершины отдельных волн вблизи миделя судна, существенно превышающее значение предшествующих углов статического крена или амплитуд бортовой качки;

- длительное наклонение судна на борт;

- задержка (зависание) в положении максимального крена и медленное возвращение в исходное состояние.

2. Основным признаком основного или параметрического резонансов бортовой качки являются значительное возрастание амплитуд бортовой качки судна, когда период качки судна T приблизительно равен (основной резонанс) или вдвое превышает (параметрический резонанс) кажущий период волны Tw.

3. Захват волной, потеря управляемости и самопроизвольный неуправляемый разворот судна лагом к волне — брочинг. Наиболее опасным является захват на переднем склоне волн. Брочингу в основном подвержены быстроходные или малые суда (Lc ≤ 100 м). Явление брочинга возникает при курсовых углах волны 135º<α<225 º и при скорости судна приблизительно равной скорости бега волны.

Основными признаками брочинга являются:

- значительные колебания скорости за время прохождения волны относительно судна, его тенденция к разгону на переднем склоне попутной волны;

- ухудшение устойчивости на курсе и стремление судна развернуться лагом к волне;

- увеличение скорости и амплитуд перекладки руля, потребных для удержания на курсе (судно плохо слушается руля).

Для предотвращения брочинга рекомендуется:

- иметь скорость менее 0,6 ─ 0,7 от скорости распространения опасных волн;

- не допускать статического дифферента на нос;

- в случае опасности захвата судна волной резко сбавить скорость, в критических случаях — кратковременно дать задний ход, чтобы возможно скорее уменьшить скорость до безопасной, не теряя при этом способности управляться.

Правая часть диаграммы представляет собой семейство концентрических полуокружностей и пучок лучей из их центра. Каждая полуокружность соответствует определенной скорости судна в узлах, а каждый луч определенному курсовому углу в градусах направления волн с обоих бортов.

Направление диаметральной плоскости судна расположено вверх на 360°. С левой стороны диаграммы расположены кривые кажущегося периода волны Tw. В результате необходимо определить период захвата судна волной Т_Е.

Пример 2:

Скорость судна 14 узлов, курсовой угол волны 250°, кажущийся период волны Tw = 10с. При помощи диаграммы определили, что период захвата судна волной будет длиться Т_Е = 14с.

Если время периода захвата судна волной превышает 14с ÷ 20с или выходит за границы диаграммы, то риск возникновения брочинга очень велик.

Для избежания захвата судна попутной волной или возникновения параметрической качки курс и скорость судна должны выбираться за пределами опасных зон (смотри приложение).

Зона захвата судна попутным волнением.

Зона возникновения параметрической качки.

Задание на практическую работу № 1.

№№ п/п	ИК судна	Направление и скорость ветра.	Волнение в баллах	Способ штормования.	№№ п/п	ИК судна	Направление и скорость ветра.	Волнение в баллах	Способ штормования.
1.	30°	SE 8	6		16.	20°	S 8	6
2.	180°	S 7	6		17.	175°	E 8	6
3.	280°	NE 8	5		18.	240°	SW 8	6
4.	105°	SSW 9	6		19.	60°	NW 8	7
5.	235°	NW 8	6		20.	95°	NNW 9	6
6.	315°	NE 8	7		21.	150°	SSE 9	7
7.	160°	SW 9	6		22.	225°	SE 8	7
8.	120°	SE 9	7		23.	25°	NNW 7	6
9.	75°	W 9	7		24.	10°	SE 7	6
10.	350°	N 9	6		25.	320°	SW 9	7
11.	310°	SE 8	7		26.	0°	W 9	7
12.	140°	NW 9	7		27.	255°	NW 8	7
13.	40°	E 8	7		28.	115°	SSW 9	7
14.	290°	S 8	7		29.	80°	NNE 7	6
15.	330°	N 9	7		30.	300°	E 9	7

Задание на практическую работу № 2.

№№ п/п	Скорость судна узл.	Курсовой угол ветра град.	Период бортовой качки.	Длина волны м.	№№ п/п	Скорость судна узл.	Курсовой угол ветра град	Период бортовой качки.	Длина волны м.
1.	19	60°	7	50	16.	20	45°	7,5	60
2.	19	30°	7,5	40	17.	16	110°	8,5	40
3.	16	100°	8,5	60	18.	18	70°	8	50
4.	18	140°	8	80	19.	19	120°	9	70
5.	18	45°	7	30	20.	14	90°	6	80
6.	16	110°	6,5	100	21.	16	125°	8	95
7.	20	70°	8	70	22.	20	80°	7,5	45
8.	19	120°	7,5	50	23.	18	60°	8,5	60
9.	15	90°	8,5	60	24.	15	140°	5,5	50
10.	18	125°	9	40	25.	12	110°	6	70
11.	16	20°	6	80	26.	17	50°	8	30
12.	12	50°	6,5	50	27.	10	30°	7,5	50
13.	20	30°	8	60	28.	14	100°	9	40
14.	10	150°	7,5	70	29.	17	120°	5,5	60
15.	14	110°	9	40	30.	15	70°	6,5	80