upr sudnom шарлай / 1. Manuvr

Г. Н. Шарлай. Маневренность судна

−продолжительностью пуска и разгона двигателя;

−наличием запретных зон в области изменения оборотов от нуля до максимальных;

−минимальным числом оборотов, обеспечивающих устойчивую работу ДВС;

−продолжительностью реверса двигателя;

−количеством реверсов в час (из-за наличия сжатого воздуха для пусков);

−способностью к продолжительной работе на заднем ходу.

Рис. 1.9. Машинное отделение судна

Продолжительность пуска двигателя определяется временем от начала пуска при помощи сжатого воздуха до момента, когда двигатель начнет работать на топливе. Для судовых дизельных установок это время составляет 10 − 20 секунд.

Продолжительность разгона — промежуток времени от момента начала работы двигателя до достижения заданного числа оборотов. При разгоне судна увеличение скорости движения связано с нарастанием оборотов винта и достижением им установленного номинального режима работы. Быстрое нарастание оборотов вызывает повышенную нагрузку двигателя и дополнительный расход топлива. Поэтому разгон судна надо начинать с минимального числа оборотов, постепенно увеличивая их в зависимости от обстановки и условий маневрирования.

На современных судах двигатели снабжены программным управлением (рис. 1.10), которое автоматически развивает заданное количество оборотов в определенный промежуток времени и предотвращает перегрузки двигателя. В экстренных случаях программное управление может быть отключено.

Продолжительность остановки и реверса измеряется временем от момен-

та подачи команды до выполнения маневра и зависит от продолжительности переключений распределительных устройств на остановку и реверс. В ДВС реверс состоит из следующих этапов:

−остановка двигателя;

−переключение на обратный ход;

−пуск ДВС посредством сжатого воздуха;

−перевод ДВС на топливо.

Этот период на малых судах занимает от 5 до 20 секунд, на больших судах, следующих полным ходом, время реверсирования двигателя может достигать 1−2 минуты. Количество реверсов у ДВС зависит от запаса пускового воздуха, который хранится в специальных баллонах. Емкость таких баллонов должна быть такова,

16

чтобы обеспечить не менее 12 пусков. Помимо этого, во время маневров работает воздушный компрессор, подкачивающий сжатый воздух в баллоны.

Право назначения скорости судна принадлежит капитану.

Рис. 1.10. Пульт управления главным двигателем с мостика

1.6.Маневренные характеристики судна

Косновным маневренным характеристикам судна относятся:

−скорость судна при выполнении маневра;

−элементы циркуляции;

−путь и время торможения судна.

Эти характеристики определяются по результатам натурных маневренных испытаний судна после его постройки (сдаточных испытаний). Натурные методы получения маневренных характеристик основаны на последовательных определениях места судна в процессе проведения заданных маневров по различным ориентирам либо с использованием высокоточных навигационных систем.

Поворотливость судна. Циркуляцией называют траекторию, описываемую центром тяжести судна, при движении с отклоненным на постоянный угол рулем (рис. 1.11). Циркуляция характеризуется линейной и угловой скоростями, радиусом кривизны и углом дрейфа. Угол между вектором линейной скорости судна и диаметральной плоскостью называют углом дрейфа (β). Эти характеристики не остаются постоянными на протяжении всего маневра.

Циркуляцию принято разбивать на три периода: маневренный, эволюционный и установившийся.

Маневренный период − период, в течение которого происходит перекладка руля на определенный угол. С момента начала перекладки руля судно начинает дрейфовать в сторону, противоположную перекладке руля, и одновременно начинает разворачиваться в сторону перекладки руля. В этот период траектория движения центра тяжести судна из прямолинейной превращается в криволинейную, происходит падение скорости движения судна.

Эволюционный период – период, начинающийся с момента окончания перекладки руля и продолжающийся до момента окончания изменения угла дрейфа, линейной и угловой скоростей. Этот период характеризуется дальнейшим снижением скорости (до 30 – 50 %), изменением крена на внешний борт до 100 и резким выносом кормы на внешнюю сторону.

17

Г. Н. Шарлай. Маневренность судна

Период установившийся циркуляции – период, начинающийся по оконча-

нии эволюционного, характеризуется равновесием действующих на судно сил: упора винта, гидродинамических сил на руле и корпусе, центробежной силы. Траектория движения центра тяжести (ЦТ) судна превращается в траекторию правильной окружности или близкой к ней.

Геометрически траектория циркуляции характеризуется следующими элементами:

Dо – диаметр установившейся циркуляции – расстояние между диаметраль-

ными плоскостями судна на двух последовательных курсах, отличающихся на 180º при установившемся движении;

Dц – тактический диаметр циркуляции – расстояние между положениями диаметральной плоскости (ДП) судна до начала поворота и в момент изменения курса на 180º;

l1 – выдвиг – расстояние между положениями ЦТ судна перед выходом на циркуляцию до точки циркуляции, в которой курс судна изменяется на 90º;

l2 – прямое смещение – расстояние от первоначального положения ЦТ судна до положения его после поворота на 90º, измеренное по нормали к первоначальному направлению движения судна;

l3 – обратное смещение – наибольшее смещение ЦТ судна в результате дрейфа в направлении, обратном стороне перекладки руля (обратное смещение обычно не превышает ширины судна В, а на некоторых судах отсутствует совсем);

Тц – период циркуляции – время поворота судна на 360º.

Рис. 1.11. Траектория судна на циркуляции

Инерционные свойства судна. В различных ситуациях возникает необходимость в изменении скорости судна (постановка на якорь, швартовка, расхождение и т. п.). Это происходит за счет изменения режима работы главного двигателя или движителей. После чего судно начинает совершать неравномерное движение.

18

Путь и время, необходимые для совершения маневра, связанного с неравномерным движением, называют инерционными характеристиками судна.

Инерционные характеристики определяются временем, дистанцией, проходимой судном за это время, и скоростью хода через фиксированные промежутки времени и включают в себя следующие маневры:

−движение судна по инерции – свободное торможение;

−разгон судна до заданной скорости;

−активное торможение;

−подтормаживание.

Свободное торможение характеризует процесс снижения скорости судна под влиянием сопротивления воды от момента остановки двигателя до полной остановки судна относительно воды. Обычно время свободного торможения считается до потери управляемости судна (рис. 1.12).

Разгон судна - это процесс постепенного увеличения скорости движения от нулевого значения до скорости, соответствующей заданному положению телеграфа

(рис. 1.13).

Активное торможение – это торможение при помощи реверсирования двигателя. Первоначально телеграф устанавливают в положение «Стоп», и только после того, как обороты двигателя упадут на 40–50 %, ручку телеграфа переводят в положение «Полный задний ход». Окончание маневра – остановка судна относительно воды (рис.1.14).

Процесс активного торможения судна с винтом фиксированного шага условно можно разделить на 3 периода:

•первый период (t1) – от момента начала маневра до момента остановки двигателя (t1 ≈ 7–8 сек);

•второй период (t2) – от момента остановки двигателя до пуска его на задний ход;

•третий период (t3) – от момента пуска двигателя на задний ход до остановки

судна или до приобретения установившейся скорости заднего хода. Движение судна в первые два периода можно рассматривать как свободное

торможение.

19

Г. Н. Шарлай. Маневренность судна

Рис. 1.14. Инерционные характеристики судна при активном торможении

Градация ходов

Самый малый передний ход (Dead slow ahead) – минимальные устойчивые обороты, при которых двигатель не глохнет (≈ 25% ППХ).

Малый передний ход (Slow ahead) – обороты двигателя, устанавливаемые после диапазона критических оборотов, и соответствующая им скорость хода судна (≈ 50% ППХ).

Средний передний ход (Half ahead) – обороты двигателя, при которых обеспечивается половина мощности двигателя (подача топлива на середине) и соответствующая им скорость хода (≈ 75% ППХ).

Полный передний маневренный ход (Full manoeuvring ahead) – полные обороты двигателя при работе на легком топливе (дизельное топливо) в маневренном режи-

ме (≈ 90% ППХ).

Полный передний ход ходового режима (Full ahead for sea) – номинальные полные обороты двигателя при работе на тяжелом топливе – мазуте, при которых двигатель может работать «вечно» при должном техническом обслуживании, и соответствующая им скорость хода.

Самый полный передний ход (Emergency full ahead or Full ahead overall) – крат-

ковременный режим работы двигателя, который может быть применен в практике управления судном только в аварийных ситуациях.

Рис. 1.15. Различные типы телеграфов

20

Градация ходов на задний ход аналогична переднему, только слово передний (ahead) необходимо заменить на задний (astern).

Винт рассчитан только для работы на передний ход, поэтому характеристики заднего хода отличаются от переднего. Упор заднего хода не менее чем на 10% меньше переднего, а у дизельных двигателей мощность заднего хода может достигать 60% переднего. На судах с турбиной имеются специальные турбины заднего хода, но и их мощность меньше на 30 – 40% турбины переднего хода.

1.7. Влияние различных факторов на поворотливость судна

Конструктивные факторы

Отношение длины к ширине судна (L/B). Чем больше это отношение, тем хуже поворотливость судна. Это связано с относительным увеличением сил сопротивления боковому перемещению судна. Поэтому широкие и короткие суда обладают лучшей поворотливостью, чем длинные и узкие.

Отношение осадки к длине судна (T/L). При увеличении отношения пово-

ротливость судна несколько ухудшается, т. е. судно в полном грузу будет обладать худшей поворотливостью, чем в балласте.

Отношение ширины к осадке (В/Т). Рост этого отношения приводит к существенному улучшению поворотливости. Суда широкие и мелкосидящие более поворотливы, чем суда с большой осадкой и узкие.

Коэффициент общей полноты (δ). С увеличением коэффициента δ поворотливость улучшается, т. е. чем полнее обводы судна, тем лучше его поворотливость.

Форма кормы (площадь кормового дейдвуда и полнота кормы). Особенно сильное влияние на поворотливость судна оказывает площадь кормового дейдвуда. Поэтому даже небольшое ее увеличение приводит к резкому возрастанию диаметра циркуляции при всех углах перекладки руля. Увеличение полноты кормы способствует улучшению поворотливости судна.

Рис. 1.16. Носовые и кормовые обводы танкера

Форма носовых образований судна значительно меньше влияет на поворотливость, чем форма кормы. Как правило, влияние формы носа проявляется только при наличии значительного носового подзора (например, у ледоколов), что обусловливает некоторое возрастание диаметра циркуляции судна.

21

Г. Н. Шарлай. Маневренность судна

Размеры и конфигурация руля. Увеличение площади руля, так же как и другие изменения формы руля, оказывает двоякое влияние на поворотливость. Практические расчеты показывают, что увеличение площади руля ведет к уменьшению диаметра циркуляции при больших углах перекладки руля и к увеличению его при малых углах перекладки.

Размещение руля. Размещение руля относительно винтов значительно влияет на поворотливость судна. Расположение руля в винтовой струе благодаря увеличению скорости его обтекания способствует росту эффективности руля и отражается на поворотливости судна так же, как увеличение площади руля. Влияние винтовой струи сказывается тем больше, чем большая площадь руля попадает в поток от винта.

При перекладке руля более чем на 450 эффективность его действия на поворотливость судна резко уменьшается (рис. 1.17).

Рис. 1.17. Влияние угла перекладки руля на поворотливость судна: а – угол перекладки до 450, б – угол перекладки более 450

Скорость судна. Исходная скорость хода V, с которой судно совершает прямолинейное движение до перекладки руля, влияет на величины выдвига, прямого и обратного смещений.

При ветре управляемость существенно зависит от скорости судна: чем скорость меньше, тем большее влияние ветра на управляемость.

Волнение моря способствует рыскливости судна. Углы рыскания зависят от курсового угла волны и увеличиваются по мере возрастания волнения моря. Особенно неблагоприятным плавание будет при наличии ветровых волн и зыби от курсовых углов 120°−180° при скорости судна, близкой к скорости распространения волн. В этом случае амплитуда рыскания может составлять до 30−50°, а перекладка руля на попутной волне становится малоэффективной.

Элементы посадки судна

Дифферент. Увеличение дифферента на корму улучшает устойчивость судна на курсе и ухудшает его поворотливость. С другой стороны, дифферент на нос резко ухудшает устойчивость на курсе — судно становится рыскливым, что усложняет маневрирование в стесненных условиях. Поэтому судно стараются загрузить так, чтобы оно в течение рейса имело небольшой дифферент на корму.

22

Крен. Крен судна нарушает симметричность обтекания корпуса. Площадь погруженной поверхности скулы накрененного борта становится больше соответствующей площади скулы приподнятого борта. В результате судно стремится уклониться в сторону, противоположную крену, т. е. в сторону наименьшего сопротивления.

1.8. Информация о маневренных характеристиках судна

Информация о маневренных характеристиках судна в соответствии с резолюцией ИМО А.601(15) «Требования к отображению маневренной информации на судах» должна быть представлена в виде:

−лоцманской карточки;

−таблицы маневренных характеристик (для рулевой рубки);

−формуляра маневренных элементов.

Информация о маневренных характеристиках должна корректироваться после модернизации или переоборудования судна.

Лоцманская карточка. Лоцманская карточка заполняется вахтенным помощником и предназначена для предоставления информации лоцману о текущем состоянии судна в период проводки (рис. 1.18).

Рис. 1.18. Лоцманская карточка

Таблица маневренных характеристик. Таблица маневренных характери-

стик (рис.1.19) должна содержать основные особенности и подробную информацию о маневренных характеристиках судна. Она должна постоянно находиться в рулевой рубке и быть таких размеров, чтобы ею было удобно пользоваться. Маневренные характеристики судна могут отличаться от приведенных в таблице в зависимости от внешних условий, состояния корпуса и загрузки судна.

23

Г. Н. Шарлай. Маневренность судна

В таблицу маневренных характеристик для рулевой рубки должны быть включены следующие данные.

1.Название судна, позывные, водоизмещение, дедвейт, коэффициент общей полноты при осадке в полном грузу по летнюю грузовую марку.

2.Осадки, при которых была получена информация о маневренных элементах.

3.Характеристики рулевого устройства.

4.Характеристики якорной цепи.

5.Характеристики энергетической установки.

6.Влияние подруливающего устройства в условиях испытания.

7.Увеличение осадки (в грузу) из-за проседания и влияния крена.

8.Циркуляция при максимальном угле перекладки руля (в грузу и в балласте).

9.Тормозные характеристики и маневры в аварийной ситуации (в грузу и в балласте).

10.Маневрирование при спасании человека за бортом. Последовательность действий и рекомендованная циркуляция.

11.Мертвые зоны.

12.Теневые секторы.

13.Высота судна (в грузу и в балласте).

14.Инерционные характеристики представляют в виде линейных графиков, построенных в постоянном масштабе расстояний и имеющих шкалу значений времени и скорости. Тормозной путь с передних ходов на «Стоп» ограничивают моментом потери управляемости судна или конечной скоростью, равной 10% исходной. На графиках показывают стрелкой наиболее вероятную сторону отклонения судна от начального пути в процессе снижения скорости.

15.Информация о поворотливости приводится в виде графика и таблицы. График циркуляции отражает положение судна через 30° на траекторию вправо и влево с положением руля «на борт» и «на полборта». Аналогичная информация представляется в табличной форме, но через каждые 10° изменения начального курса в диапазоне 0−90°, на каждые 30° − в диапазоне 90−180°, на каждые 90° − в диапазоне 180−360°. В нижней части таблицы помещают данные о наибольшем диаметре циркуляции.

Элементы ходкости отражают в виде графической зависимости скорости судна от частоты вращения гребного винта и дополняют таблицей, где на каждое значение постоянной скорости указана частота вращения гребного винта.

Увеличение осадки судна учитывается при крене и проседании, когда судно движется на ограниченной глубине с определенной скоростью.

Элементы маневра для спасения человека, упавшего за борт, выполняют приемом координат на правый или левый борт. В информации указывают следующие данные для выполнения правильного маневра: угол отворота от начального курса; оперативное время перекладки руля на противоположный борт, выхода на контркурс и в точку начала маневра; действия судоводителя на каждом этапе эволюции.

Все расстояния в информации о маневренных элементах приводят в кабельтовых, время − в минутах, скорость − в узлах.

24

Рис. 1.19. Фрагмент таблицы маневренных характеристик

25