11. Циркуляция судна.

 

Под поворотливостью судна подразумевается его способность изменять направление движения под воздействием руля (средств управления) и двигаться по траектории данной кривизны.

Движение судна с переложенным рулём по криволинейной траектории называют циркуляцией.

 

 

Рис. 1.Схема движения судна по криволинейной траектории.

При таком движении нос судна (рис. 1.) направлен внутрь циркуляции, а угол a_О(альфа) между касательной к траектории ЦТ и диаметральной плоскостью (ДП) называется углом дрейфа циркуляции. Центр кривизны данного участка траектории называют центром циркуляции (ЦЦ), а расстояние от ЦЦ до ЦТ (точка О) – радиусом циркуляции.

На рис. 1. видно, что различные точки по длине судна движутся по траекториям с разными радиусами кривизны при общем ЦЦ и имеют разные углы дрейфа. Для точки, расположенной в кормовой оконечности, радиус циркуляции и угол дрейфа – максимальны.

На ДП судна имеется особая точка – полюс поворота (ПП), в который угол дрейфа равен нулю.

Положение ПП, определяемое перпендикуляром, опущенным из ЦЦ на ДП, смещено от ЦТ по ДП в нос приблизительно на 0,4 длины судна; величина такого смещения на различных судах изменяется в небольших пределах. Для точек на ДП, расположенных по разные стороны от ПП, углы дрейфа имеют противоположные знаки.

Угловая скорость судна в процессе циркуляции сначала быстро возрастает, достигает максимума, а затем, по мере смещения точки приложения силы Y_О в сторону кормы, несколько снижается. Когда моменты сил P_у и Y_О уравновесят друг друга, угловая скорость приобретает установившееся значение.

С погрешностью ±5 % можно считать, что скорость транспортных судов на циркуляции с рулём на борту при повороте на 60° составляет 80%, на 90° – 73%, на 180° – 58% первоначальной.

Циркуляция судна разделяется на три периода:

 маневренный, равный времени перекладки руля;

эволюционный – с момента окончания перекладки руля до момента когда линейная и угловая скорость судна приобретают установившиеся значения;

установившийся – от окончания эволюционного периода и до тех пор, пока руль остаётся в переложенном положении.

 

Рис. 2. Элементы циркуляции.

Элементами, характеризующими типичную циркуляцию. Являются (рис.2.): Выдвиг L₁ – расстояние, на которое перемещается ЦТ судна в направлении первоначального курса с момента перекладки руля до изменения курса на 90°;

Прямое смещение L₂ – расстояние от линии первоначального курса до ЦТ судна в момент, когда его курс изменился на 90°;

Обратное смещение L₃ – расстояние, на которое под влиянием боковой силы руля ЦТ судна смещается от линии первоначального курса в сторону, обратную направлению поворота;

Тактический диаметр циркуляции D_T – кратчайшее расстояние между ДП судна в начале поворота и её положением в момент изменения курса на 180°;

Диаметр установившейся циркуляции D_уст – расстояние между положениями ДП судна для двух последовательных курсов, отличающихся на 180°, при установившемся движении.

Чёткую границу между эволюционным периодом и установившейся циркуляцией обозначить невозможно, так как изменение элементов движения затухает постепенно. Условно можно считать, что после поворота на 160 – 180° движение приобретает характер, близкий к установившемуся. Таким образом, практическое маневрирование судна происходит всегда при неустановившемся режиме.

 

Элементы циркуляции при маневрировании удобнее выражать в безразмерном виде – в длинах корпуса:

L₁ = L₁/L; L₂ = L₂/L; L₃ = L₃/L; D_T = D_T/L; D_уст = D_уст/L,

 в таком виде легче сравнивать между собой поворотливость различных судов. Чем меньше безразмерная величина, тем лучше поворотливость. Элементы циркуляции обычного транспортного судна для данного угла перекладки руля практически не зависят от начальной скорости при установившемся режиме работы двигателя. Однако, если при перекладке руля увеличить обороты винта, то судно совершит поворот более крутой. Чем при неизменяемом режиме главного двигателя. Определение элементов циркуляции из натуральных наблюдений.

При выполнении циркуляции можно определить её элементы, если произвести последовательные определения места судна по каким-либо ориентирам через небольшие интервалы времени (15 – 30 с.). В момент каждой обсервации записывают измеряемые навигационные параметры и курс судна. Нанеся обсервованные точки на планшет и соединив, их плавной кривой, получают траекторию судна. С которой в принятом масштабе снимают элементы циркуляции.

Определения места судна можно получить по пеленгу и дистанциям свободноплавающего ориентира, например плотика. При таком способе автоматически исключается влияние неизвестного течения, а также не требуется специального полигона.

Графический прием. Предположим, что судно следует ИК1 (рис. 46, а), а от точки начала поворота А ложится на новый курс. Из этой точки восстанавливаем перпендикуляр к линии ИК1 в сторону поворота и на перпендикуляре отложим расстояние RЦ, равное радиусу циркуляции в масштабе карты. Из полученной точки О как из центра радиусом OA описываем дугу АВ' . К этой дуге проводим касательную, соответствующую линии ИК2, точка касания В будет являться точкой конца поворота.

Рис. 46

В случаях, когда точки начала и конца поворота неизвестны, поступают следующим образом. Прокладывают линию ИК2 посредине фарватера или по линии створа (рис. 46, б), на который должно лечь судно после поворота. Затем в произвольных точках на линиях ИК1 и ИК2 (точки А1 и В2) восстанавливают перпендикуляры, на которых откладывают расстояния, равные радиусу циркуляции RЦ. От полученных точек О1 и О2 проводят линии, параллельные линиям курсов. Из точки пересечения этих линий (точки О) как из центра радиусом, равным О1А1 (02B1), описывают дугу; точки касания А и В с линиями истинных курсов укажут начало и конец поворота.

12. Понятие “мелководье” относительно. Влияние мелководья на поведение судна зависит не только от глубины моря, но и от габаритов судна и его скорости. Существуют различные эмпирические формулы для определения глубины, с которой начинает сказываться мелководье. Согласно одной из формул [1] влияние мелководья на поведение судна наблюдается на глубинах:

(1)

где Н_гл - глубина, м;

d - средняя осадка судна, м;

V_с - скорость судна, м/с;

g - ускорение свободного падения, 9.81 м/с².

Другим критерием оценки влияния мелководья, связанным с изменением картины волнообразования, является “число Фруда” по глубине:

(2)

Согласно этому критерию ощутимое влияние мелководья начинает проявляться при Fr_н > 0.4 - 0.5 .