Судовождение на ВВП / Часть 1 / ВОПРС 7 - КРЕН СУДНА НА ЦИРКУЛЯЦИИ

Крен судна на циркуляции.

На движущиеся по криволинейной траектории судно в плоскости шпангоута действуют силы и моменты, вызывающие его наклонение (крен). К этим силам и моментам относятся

1) центробежная сила инерции, приложенная в центре тяжести судна и направленная по ра­диусу циркуляции от центра цир­куляции наружу;

2) гидродинамические силы, приложенные к подводной части корпуса судна; боковая проекция этих сил направлена к центру циркуляции;

3) гидродинамические силы, приложенные к рулю; направление этих сил зависит от угла атаки

4) момент остойчивости судна, обусловленный креном и действующий в сторону обратную направлению крена;

5) момент инерции массы судна и присоединенный момент инерции воды относительно горизонтальной оси, лежащей в диаметральной плоскости; эти моменты при положительном угловом ускорении вращения, судна в плоскости шпангоута действуют в сторону, обратную направлению вращения судна;

6) гидродинамический инерционный момент, обусловленный наличием линей­ного ускорения движения судна в боковом направлении;

7) момент сопротивления воды вращению судна относительно горизонталь­ной оси, лежащей в диаметральной плоскости; указанный момент пропорционален угловой скорости вращения судна и действует в направлении, обратном направле­нию вращения.

Силы и моменты, указанные в пп. 1—4, действуют на судно как при установившемся, так и при неустановившемся движении его в горизонтальной пло­скости. Моменты, указанные в пп. 5—7, действуют только при неустановившемся движении судна.

В общих чертах картина возникновения и развития крена при выходе судна на установившуюся циркуляцию сводится к следующему.

Если на судне, первоначально идущем прямым курсом, внезапно перекла­дывается руль, то в первые моменты после начала перекладки руля траектория движения судна искривляется в направлении, обратном направлению перекладки руля. Вследствие этого появляется центробежная сила, момент от которой вызывает небольшой крен судна на тот борт, куда переложен руль. Этот крен обусловливается, кроме того, моментом от боковой силы, действующей на руль.

По мере изменения кривизны траектории центробежная сила сначала умень­шается, а затем меняет знак. Под действием момента этой силы судно начинает крениться в сторону, обратную направлению перекладки руля, причем первое накло­нение судна оказывается тем большим, чем больший угол крена в сторону пере­кладки руля имело оно до этого. Максимальное наклонение судна в сторону, обрат­ную направлению перекладки руля, именуется динамическим углом крена.

По мере дальнейшего движения судна угол крена уменьшается. Судно совер­шает несколько колебаний (обычно одно-два) и после того, как элементы движения судна в горизонтальной плоскости устанавливаются, угол крена приходит к неко­торому постоянному значению. Это значение, по знаку совпадающее с динамическим углом крена, называется углом крена на установившейся циркуляции.

Обычно динамический угол крена превышает угол крена на установившейся циркуляции в 1,3—2,0 раза.

Наиболее простым способом расчета крена судна на установившейся цирку­ляции является расчет по формуле Г. А. Фирсова

где — максимально возможный крен судна на установившейся циркуля­ции в градусах; h — начальная поперечная метацентрическая высота судна;

— ордината центра тяжести судна. Удобство данной формулы состоит в том, что для пользования ею нет необходи­мости в предварительном расчете поворотливости судна. Эта формула определяет максимально возможное значение угла крена на циркуляции при диаметре цирку­ляции порядка 5,2 длины корпуса.

Данная формула составлена в предположении, что:

1) момент от сил, действующих на руль, пренебрежимо мал по сравнению с остальными моментами, действующими в плоскости шпангоута;

2) центр давления гидродинамических сил, обусловленных дрейфом, располо­жен посредине осадки по высоте.

Указанные предположения не вполне справедливы, поэтому формула дает

благоприятный результат только для судов с отношением порядка 2,5—3,5 и при условии, что руль расположен относительно высоко. Кроме того, непременным усло­вием справедливости расчета по этой формуле является возможность достижения судном диаметра циркуляции порядка 5,2 длины корпуса. Приведенная выше формула дает благоприятные результаты главным образом для тихоходных судов транспортного флота, диаметр циркуляции которых, как правило, не превосходит пяти длин корпуса при максимальной перекладке руля.