1.Общие сведения
1.1.Ветроволновые воздействия и виды реакции судна на них
Управление судном в шторм требует от судоводителей знания и учета всех видов воздействия ветра и волн на судно.
Ветер. Одним из факторов, влияющих на движение судна, является ветер. Он характеризуется скоростью и направлением. Скорость ветра выражается в метрах в секунду, в узлах, или в баллах шкалы Бофорта. Направление представляется в градусах или в румбах. Движение воздуха в атмосфере всегда турбулентно, вследствие чего параметры ветра обладают изменчивостью. Различают средние и мгновенные значения скорости и направления ветра. В практике судовождения используются обычно средние значения элементов ветра, так как мгновенные испытывают сильные колебания. Резкие изменения скорости ветра называются порывами, а особенно сильные из них − шквалами. При шквале ветер внезапно и кратковременно (до нескольких минут) резко усиливается, часто до штормового, и затем ослабевает. Направление ветра при шквале, как правило, меняется.
Результат действия ветра на судно определить точно затруднительно. При слабом встречном ветре судно мало теряет скорость, и слегка увеличивает ее, когда такой ветер с кормы. При сильном ветре ход судна уменьшается как при встречном, так и при попутном ветре. Причиной этого является действие волнения, которое развивается при ветре и увеличивает сопротивление движению судна. Встречный ветер может снизить ход судна с большой площадью парусности на 40%. В общем случае считается, что сильный ветер с носовых курсовых углов уменьшает скорость среднетоннажных судов на величину от 3 до 13%. При бортовых углах ветра потери в 1,5÷2,0 раза меньше, чем при встречном ветре той же силы.
Ветер вызывает также отклонение судна от линии пути. Величина ветрового дрейфа зависит от скорости судна, боковой
9
площади его парусности, силы и курсового угла ветра. У судов боковая площадь парусности неодинакова. Большую парусность имеют автомобилевозы, контейнеровозы. У груженых танкеров и балкеров она значительно меньше, чем у контейнеровозов, имеющих такую же длину корпуса.
Ветер не только изменяет элементы движения судна, но и влияет на его управляемость. Когда на переходе морем суда идут полным ходом, действие ветра мало сказывается на их способности управляться. При швартовке, при движении в узкости и в открытом море малым ходом сильный ветер может стать причиной значительного ухудшения, и даже потери судном управляемости. Для ряда судов порывы ветра и шквалы в условиях шторма сопровождаются значительными динамическими наклонениями, которые, складываясь с бортовой качкой, могут привести к появлению опасных углов крена.
Следует отметить, что с ростом размеров судов влияние ветра на их поведение ослабляется.
Волнение. Морское волнение является главным фактором, влияющим на мореходность судна. Оно вызывает качку, увеличивает гидродинамические нагрузки на корпус, уменьшает упор винта и ухудшает показатели работы главного двигателя, приводит к росту сноса судна с линии пути. Плавание в условиях волн может сопровождаться такими негативными явлениями как заливание палубы, слеминг, оголение лопастей гребного винта, уменьшение остойчивости.
Действие волнения зависит от его интенсивности, курсового угла, размеров и формы корпуса судна, его скорости. Встречное волнение уменьшает ход судна. При слабом попутном волнении скорость судна может немного повыситься. При умеренном и сильном попутном волнении скорость судна снижается. Следует отметить, что довольно трудно отделить в реакции судна на погодные условия результаты воздействий ветра и волн. Ввиду того, что волнение является основным влияющим на мореходность судна фактором, его подробная характеристика приведена в отдельной главе книги.
Виды реакции судна. Выделяют следующие виды реакции судна на волнение:
10
−колебательные движения корпуса судна во всех шести степенях свободы (качка);
−меняющиеся с частотой волнения напряжения элементов корпуса, ударные нагрузки;
−вибрации корпуса и его элементов;
−изменения, имеющие постоянный характер (снижение скорости хода, увеличение нагрузки на двигатель, дрейф и т.д.);
−неблагоприятные явления, такие как слеминг, заливаемость, оголение винта, брочинг и т.д.
ζ |
|
|
heave |
|
|
yaw |
η |
|
|
|
|
|
sway |
|
|
ψ |
|
|
pitch |
|
G |
|
|
|
θ |
ξ |
|
roll |
surge |
Рис. 1.1. Виды качки
Вызываемая волнением качка судна (рис. 1.1) подразделяется на шесть видов:
•бортовая (Roll) – вращательные колебания около продольной оси, лежащей в диаметральной плоскости судна (попеременный крен на правый и левый борт);
•килевая (Pitch) – вращательные колебания около поперечной оси судна, параллельной плоскости мидель шпангоута (дифферент судна то на нос, то на корму);
•вертикальная (Heave) – колебания вдоль вертикальной оси судна;
•продольно-горизонтальная (Surge) – колебания вдоль продольной оси судна;
•поперечно-горизонтальная (Sway) – колебания вдоль поперечной оси;
•рыскание (Yaw) − вращательные колебания около вертикальной оси.
11