Судовождение на ВВП / Часть 1 / ВОПРОС 6 - УПРАВЛЯЕМОСТЬ СУДНА НА ЗАДНЕМ ХОДУ

Управляемость судна на заднем ходу.

Управляемость на заднем ходу судна с рулевым устройством всегда существенно уступает управляемости при переднем ходе. В большинстве случаев судно на заднем ходу с помощью только руля управляться не может и для изменения направления его поворота приходится прибегать к изменению частоты вращения одного из греб­ных винтов или к реверсированию одновинтового судна. Если при тихой погоде можно управлять данным судном с помощью только руля, то, как правило, при слабом ветре управляемость этого судна полностью теряется.

Резкое отличие в управляемости судов на переднем и заднем ходу обуслов­лено влиянием дрейфа судна, возникающего под действием боковой силы руля при его перекладке, и влиянием гребных винтов, на которых в результате перекладки руля возникает боковая сила, противоположная по направлению силе, действующей на переложенный руль.

Сущность первой (основной) причины ясна из рассмотрения сил и моментов, действующих на судно при перекладке руля (рис.6.1).

Рис.6.1 Циркуляция судна при движении задним ходом.

При движении судна задним ходом (рис. 6.1) отклонение руля от ДП вызывает появление от пары сил и с плечом поворачива­ющего момента руля (см. рис. 6.1, положение ), под действием которо­го судно начинает изменять направ­ление своего движения в сторону перекладки руля. При этом давле­ние воды на кормовую часть кор­пуса вначале будет действовать под некоторым углом в сторону, противо­положную перекладке руля, так как дрейф судна в этот период нап­равлен в сторону внутреннего борта. Это будет препятствовать повороту судна, создавая позиционный пово­рачивающий момент (положе­ние ), противоположный направле­нию момента руля , тогда общий поворачивающий момент в началь­ный период циркуляции на заднем ходу равен разности поворачиваю­щих и позиционного моментов руля, т. е.

Угловая скорость вращательного движения судна будет постепенно увеличиваться, и наступит такой пе­риод, когда гидродинамические силы начнут действовать на корпус судна со стороны наружного борта, созда­вая позиционный поворачивающий момент (положение ) того же знака, что и момент руля . Вслед­ствие этого общий поворачивающий момент . При этом скорость вращательного движения резко возрастает и судно начинает вращение с большей угло­вой скоростью. Суммарный повора­чивающий момент в этом случае может достичь такого значения, что при необходимости прекратить цир­куляцию с помощью перекладки руля в противоположную сторону судно не сможет приостановить вращатель­ное движение, т. е. не выйдет из циркуляции.

Учитывая эти явления, при движе­нии задним ходом не следует до­пускать больших скоростей поворо­та и движения, а в случае потери управляемости необходимо дать ход вперед и действовать рулем, как на переднем ходу.

Направление вращения судна на заднем ходу зависит от соотношения мо­ментов и в начальный период после перекладки руля. Для увеличе­ния момента можно увеличить площадь руля или увеличить эффективность рулевого устройства (например, заменить руль поворотной насадкой). Иногда подобные мероприятия улучшают управляемость судна на заднем ходу, однако, как правило, они являются малоэффективными, поскольку рост силы приводит к росту силы .

Момент зависит как от силы , определяемой формой корпуса судна, так и от абсциссы точки приложения гидродинамической силы, обусловленной распределением пло­щади ДП судна по длине, а также размерами и расположением выступающих частей. Значение силы на заднем ходу судна практически не меняется по сравне­нию с ее значением на переднем ходу. Изменить значение этой силы без кардиналь­ного изменения формы корпуса и соотношения главных размерений судна практи­чески невозможно. Единственной величиной, на которую можно повлиять сравни­тельно простыми средствами, является абсцисса точки приложения гидродинамической силы. Очевидно, что момент будет тем меньше, чем ближе к носовой части судна рас­положен центр давления. Отсюда ясно, что для улучшения управляемости судов на заднем ходу целесообразны следующие мероприятия:

всемерное уменьшение площади неподвижных выступающих частей в корме судна;

увеличение площади ДП судна в носовой его части;

увеличение подзора кормы;

придание судну дифферента на нос.

Среди перечисленных мероприятий наиболее эффективными являются пер­вое и второе. Известны случаи, когда удаление, например, неподвижной направ­ляющей насадки на гребной винт или установка сравнительно небольших наделок в районе форштевня обеспечивали управляемость на заднем ходу судов, до этого совершенно не управляемых. Третье из числа перечисленных мероприятий по эффективности уступает двум первым. Дифферентовка судна на нос, способст­вуя уменьшению момента от сил, действующих на корпус, одновременно ухудшает работу руля за счет приближения его к свободной поверхности воды.

Наиболее важной характеристикой управляемости судна на заднем ходу яв­ляется критический угол перекладки руля, определяющий возможность выхода судна из установившейся циркуляции.

Выполненный А. Ш. Афремовым и Р. Я. Першицем анализ выражений, опре­деляющих как критический угол перекладки руля, так и вид диаграммы управляемости судна на заднем ходу, показал, что абсолютное значение критического угла пере­кладки руля на заднем ходу во много раз пре­вышает значение этого угла для переднего хода. Кроме того, судно на заднем ходу в зоне углов перекладки руля, превышающих критический угол, может поворачиваться либо в сторону пе­рекладки руля, либо в противоположную сторо­ну. Диаграмма управляемости судна, повора­чивающегося в сторону, противоположную перекладке руля, приведена на рис. 6.2.

Рис.6.2 Возможные диаграммы управляемости судна на заднем ходу.

(1 – устойчивое судно, 2 – неустойчивое судно)

Если критический угол перекладки руля больше максимального или превышает угол срыва потока с пера руля (равный приблизительно 20° при набегании воды со стороны задней кромки пера), то судно на заднем ходу при помощи руля не может выйти из установившейся циркуляции. Для таких судов представляет интерес способность при перекладке руля с прямого курса на угол, меньший критического следовать в сторону перекладки руля. Эта способность именуется частичной управ­ляемостью и представляется весьма полезной в реальных условиях, так как суд­но, обладающее частичной управляемостью, при наборе заднего хода разворачи­вается в нужном направлении.

Управляемость судов, которые могут на заднем ходу выйти из установившейся циркуляции, называется полной.

По характеру управляемости на заднем ходу суда разделяют на несколько категорий (рис. 6.3). Суда, обладающие полной управляемостью, могут иметь прямую или обратную управляемость. Суда, имеющие полную прямую управляе­мость, выводятся из установившейся циркуляции перекладкой руля на борт, проти­воположный направлению вращения; суда, имеющие полную обратную управ­ляемость, — на борт, соответствующий направлению циркуляции. Суда с полной прямой управляемостью могут не быть частично управляемыми. Для поворота таких судов с прямого курса в сторону перекладки руля последний должен быть положен на угол, больший критического, в противном случае судно войдет в цир­куляцию противоположного направления. Суда, обладающие полной обратной управ­ляемостью, при любой перекладке руля с прямого курса поворачиваются в сторону, противоположную направлению перекладки. Частично управляемые суда не способны выходить из установившейся циркуляции с помощью руля, но при перекладке руля с прямого курса следуют в направлении перекладки. К неуправляемым отнесены

суда, которые не способны выходить из установившейся циркуляции, а при пере­кладке руля с прямого курса не поворачиваются в направлении перекладки.

Приведенная классификация относится к судам, прямолинейное движение ко­торых на заднем ходу не обладает собственной устойчивостью. При собственной устойчивости суда на заднем ходу имеют полную прямую управляемость при на­личии частичной.

Рис.6.3 Классификация управляемости судов на заднем ходу.