19. Диаграмма управляемости. Гидродинамический люфт. Построение диаграммы в натурных условиях. Влияние мелководья и посадки на диаграмму

Диаграммой управляемости судна называется график изменения безразмерной угловой скорости судна  = L/R_ц = wL/ V в зависимости от угла перекладки руля  ( L -дли­на судна; R_ц - радиус цир­куляции; V - скорость суд­на; w - угловая скорость). На рисунке 1 кривая 1 соответствует устой­чивому на прямом курсе судну, кривая 2 - неустойчивому, поскольку при нулевом угле перекладки руля  = 0, суд­но уваливается в циркуляцию, соответствующую точкам A и B . Чтобы выйти из циркуляции, необходимо переложить руль на угол  > _кр. При этом судно переходит на циркуляцию про­тивоположного борта. Диапазон +_кр - -_кр характеризует "ги­дродинамический" люфт руля, когда судно продолжает совершать циркуляцию на один борт, хотя руль переложен на малый угол   _кр  противоположного борта.

В натурных условиях диаграмму управляемости можно построить, замеряя диаметры циркуляции, угловые скорости или углы дрейфа  при различных углах перекладки руля на глубокой воде H/T  4.

Мелководье влияет на диаграмму управляемости. При тех же перекладках руля угол дрейфа судна на мелководье становится меньшим, чем на глубокой воде (разд. 18). Это приводит к тому, что судно идет более прямо, a  уменьшается.

На рис. 2 приведена диаграмма управляемости судна при движении па различ­ных глубинах. Из рисунка вид­но, что на мелководье возрас­тает "гидродинамический" люфт руля. Кроме того, повышается рыскливость судна.

Многочисленные испыта­ния показали, что мелководье практически одинаково влияет на управляемость различных судов. Диаметр циркуляции на мелководье D_н можно вычислить по при­ближенной формуле:

^,

где D - диаметр циркуляции судна на глубокой воде; Т - средняя осадка судна;

H - глубина.

Кроме этого на мелководье повышается и рыскливость судна при движении на прямом курсе. На диаграмме управляемости это отражается в изменении угла наклона кривых при  = 0 (участок гидродинамического люфта диаграммы управляемости имеет на мел­ководье большие значения отрицательной производной d/d).

Увеличение дифферента судна на корму приводит к смещению гидродинамических сил в том же направлении. Это ведет к увеличению устойчивости судна на корпусе и увеличению его диаметра циркуляции.

Уменьшение средней осадки судна приводит к снижению гидродинамических сил на корпусе и возрастанию относительного влияния сил на руле. Это приводит к повышению поворотливости судна и уменьшению диаметра циркуляции.

20. Виды и параметры морского волнения. Способы визуальной оценки параметров волнения. Использование гидрометеоро­логической информации в эксплуатационных условиях

Морское волнение (MВ) играет чрезвычайно важную роль в поведении судна и оказывает существенное влияние на его эксплуатацию. МВ представляет собой инерционное движение жидкости вблизи ее поверхности, вызванное и поддерживаемое ветром и инер­цией воды. Для практики судовождения наиболее важны две формы МВ - ветровое волнение и мертвая зыбь.

Ветровое волнение су­ществует в районе шторма, мертвая зыбь представляет трансформи­рованное ветровое волнение под действием сил вязкости и в ре­зультате интерференции. Обе формы МВ имеют ярко выраженный не­регулярный характер. Для мертвой зыби характерна также группо­вая структура.

Для количественной оценки МВ используют статистические и спектральные характеристики. Общий уровень интенсивности МВ оценивается в баллах шкалы ГУГМС 1953 г., которая может быть сопоставлена со шкалой Бофорта, но не совпадает с ней.

Основны­ми характеристиками нерегулярного волнения обоих видов в оте­чественной практике являются высота волн 3% обеспеченности h_3% и средний период волнения  , в зарубежной практике - высота значительных волн h _1/3, и . Практическое значение имеют та­кие параметры: средняя высота волн h (м), длина волны  (м), скорость волны С(м с^-1), высота экстремальных волн (с обеспечен­ностью 0,1%) h_0,1%.д для оценки наиболее опасных режимов качки, слеминга и заливаемости. Соответствующие характеристики МВ мо­гут быть выражены через h _3% и :

Группы волн мертвой зыби могут состоять из 5-15 волн, они чередуются с периодами относительного "затишья", которое можно использовать для выполнения маневров судна в шторм. Средняя вы­сота наибольших волн в группе составляет примерно _max = 0,76 h_3%, т.е. близко к h _1/3. Разброс по высоте между наибольшими и на­именьшими волнами в группе примерно равен . Время "затишья" между группами колеблется в пределах (10-30) .

На движущемся судне МВ воспринимается как процесс, имею­щий отличную от истинной частоты  кажущуюся частоту _к, ка­жущийся период _к и составляющий с ДП судна курсовой угол .

Связь истинных и кажущихся характеристик волнения осуществляется выражением (V_s - скорость судна, уз):

Судоводитель может осуществлять визуальную оценку некото­рых параметров волнения с движущегося судна: h_виз, _{к виз}.

Высота волн оценивается визуально как средняя высота 4-6 наиболее выделяющихся волн (h_виз ). Затем производится пере­счет этой величины на h_3% по формуле :

h_3% = k_h h_виз ,

где k_h - поправочный коэффициент из таблицы.

Средний кажущийся период волнения _к определяется через средний визуальный период (_к ) _виз по формуле _к = k_ _{к виз} (k_ в той же таблице). Значение (_к )_виз вычисляется как средний период не менее 20 последовательных волн, определяемых секундомером.

hвиз	0	4	6	8	10	12
kh	1,32	1,25	1,20	1,16	1,12	1,08
(к ) виз	2	4	6	8	10	12
k	1,1	1,02	0,94	0,84	0,80	0,74

Можно также использовать приближенные формулы h_3% = 2,24 (h_виз)^3/4 ( м), h_3% = 1,34 + 1,17 h_виз ( м).

Кроме визуально определенных характеристик волнения судоводитель должен использовать имеющуюся на судне гидрометеорологическую информацию в виде карт поля волнения по району, прогнозов полей волнения, приземных факсимильных карт, а также рассчитывать характеристики волнения по картам приземного поля давления с помощью диаграмм, приведенных в справочкой гидрометеорологической литературе (А.И.Гордиенко, В.В.Дриключ. Метеорологическое обеспечение судовождения, М., Транспорт, 1989). Необ­ходимо также использовать информацию о МВ, сообщаемую в штормовых предупреждениях.