4 курс 1 семестр (7-й семестр) / Литература / Конспект лекций по УС

На третьем этапе судно под воздействием попутного течения пройдет путь относительно грунта, равный произведению скорости течения (с положительным знаком) на суммарное время двух предыдущих этапов, т.е.

Исключим из формулы (10.20) время торможения, для чего произведе-

ния VT t1 и VT t2 выразим через соответствующие пути. Используя формулы (10.17; 10.18), составим отношение

откуда VT t2 2S2 .

Умножим и разделим на Vo произведение VT t1 . Аналогично предыдущему, получим

Подставим выражения (10.21; 10.22) в формулу (10.22). После несложного упрощения получим формулу для определения длины выбега при попутном течении

время торможения t2 от скорости течения VT до остановки судна относительно

воды. Разность S S2 даст длину выбега относительно грунта. На третьем этапе судно под воздействием встречного течения пройдет путь относительно

101

грунта, равный скорости течения (с отрицательным знаком) умноженной на разность времени двух предыдущих этапов, т.е.

При малых значениях скорости течения средний упор можно приближенно считать равным упору винта при вращении на задний ход в швартовном

режиме, т.е. Pср P1 . Учитывая это, также заменяя произведения VT t1 и VT t2

соответствующими выбегами, получим формулу для определения длины выбега относительно грунта при встречном течении

Пример. Определить для газовоза «CHACONIA» длину выбега с полного хода вперед на «полный ход назад» при плавании на попутном и встречном течении. Скорость течения VT = 3 узла = 1,54 м/с.

Остальные данные приведены в примере раздела 9. При попутном течении

При встречном течении

Таким образом, на попутном течении длина выбега относительно берега (грунта) увеличилась на 563 метра, а на встречном течении уменьшилась на 396 метров.

102

10.3. Расчет безопасной скорости и минимально-допустимого расстояния сближения судов с учетом тормозних характеристик и наличия радиолокационной информации

Международные правила предупреждения столкновений судов в море, 1972 г. (МППСС-72) вводят такие взаимосвязанные понятия, как «безопасная скорость» и «чрезмерное сближение судов».

При назначении безопасной скорости в числе других факторов правила рекомендуют учитывать состояние видимости, маневренные возможности судна, особенно расстояние, необходимое для полной остановки судна, а также характеристики, эффективность и ограничения радиолокационного оборудования.

МППСС-72 настоятельно рекомендуют использовать радиолокационное оборудование для заблаговременного определения чрезмерного сближения и опасности столкновения судов. Кроме качественных рекомендаций в МППСС72 отсутствуют какие-либо количественные оценки безопасной скорости и чрезмерного сближения судов. Каждый судоводитель субъективно назначает безопасную скорость и определяет минимально-допустимое расстояние сближения судов. Из-за этого почти в каждом случае столкновений судов главными причинами являются значительное превышение безопасной скорости и заниженное расстояние допустимого сближения судов.

Минимально-допустимое расстояние будем определять радиусом опасной зоны сближения судов, Rо.з. .

При использовании радиолокационной станции (РЛС) радиус опасной зоны сближения судов можно определить из следующего выражения:

откуда предельной величиной безопасной скорости следует считать такую скорость, при которой длина тормозного пути будет равна

где

Rо.з. - радиус опасной зоны;

Sv - длина тормозного пути судна при начальной скорости V0 ;

а- радиолокационный параметр.

103

Как видно из формул (10.26) и (10.27), радиус опасной зоны и величина безопасной скорости зависят от тормозных характеристик судна и радиолокационного параметра а , который должен учитывать технические возможности радиолокатора по обнаружению опасности вхождения эхо-сигнала другого судна в опасную зону. Количественно параметр а выражается расстоянием, поэтому его значение можно представить в виде зависимости

где

V0 - относительная скорость сближения судов;

T - время наблюдения, необходимое для обнаружения опасного сближения судов с требуемой точностью.

Опуская промежуточные выводы, выразим параметр а через дальность обнаружения эхо-сигнала, d

Рассмотрим примеры расчета радиуса опасной зоны и тормозного пути при заданной скорости для газовоза CHACONIA, расчет тормозных характеристик которого приведен в разделе 9.

Пример 1. Судно следует в открытом море, вдали от берегов, в условиях пониженной видимости. Водоизмещение судна 34400 т, скорость 16,6 узлов.

Из раздела 9 определяем длину тормозного пути при реверсе движителя на полный задний ход: S= 0,70 мили.

Дальность радиолокационного обнаружения судов составляет 7 миль. Подсчитываем величину радиуса опасной зоны

Rо.з. 0,01d 2 2 0,7 1,89 мили.

Пример 2. Судно следует в узкости при пониженной видимости. Дистанция расхождения с судами ограничена до 0,9 мили, а дальность обнаруже-

104

ния целей ограничена пятимильной шкалой РЛС. Исходя из этих условий, требуется определить безопасную скорость.

Находим длину тормозного пути

Sv 12 0,9 0,01 52 0,32мили 3,2кбт.

При S = 3,2 кбт, безопасная скорость будет равна,

V = 5,0 узлов.

Вопросы для самопроверки

1.Обоснование математической модели альтернативного метода определения пути и времени торможения судна.

2.Влияние попутного и встречного течения на длину тормозного пути судна.

3.Определение безопасной скорости судна с учетом тормозных характеристик и наличия радиолокационной информации.

105

РАЗДЕЛ 11.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК РАЗГОНА И ПОДТОРМАЖИВАНИЯ СУДНА

11.1 Обоснование математической модели метода

При разгоне судна от заданной скорости (или нулевой скорости) до установившейся скорости, величина силы инерции равняется разности между силой упора гребного винта, P и силой сопротивления движению, R , соответствующего установившейся скорости, т.е.

в которой К1 – коэффициент упора винта; - массовая плотность во-

ды, кг / м3 ; n – частота вращения гребного винта, об / с; Dв – диаметр гребного винта, м.

Коэффициент упора, К1 является функцией относительной поступи гребного винта и обычно определяется по кривым действия винта. Зависимость К1 f ( ) близка к линейной и может быть аппроксимирована линейным уравнением (см. рисунок 11. 1), для чего необходимо составить отношение

106

где К1ш в – коэффициент упора при швартовном режиме; К10 – коэффи-

циент упора при установившемся режиме движения; К1 – текущее значение коэффициента упора; о , - относительная поступь в установившемся режиме движения и текущее значение относительной поступи.

Коэффициент упора

К1о

К1=f( )

Рисунок 11.1 - Коэффициент упора в функции относительной поступи винта, аппроксимированный линейной зависимостью

Поскольку

где - коэффициент попутного потока, то

Подставим в правую часть дифференциального уравнения (11.1) выражения (11.2) и (11.3), получим

107

та при установившемся движении.

После подстановки (11.6) в (11.5) и раскрытия скобок получим

Определим величину среднего упора гребного винта в заданном интервале скорости

Для определения силы среднего сопротивления движению судна в том же интервале скорости применим теорему о среднем интегрального исчисления, согласно которой

При наиболее часто используемом показателе степени, а = 2 формула (11.9) принимает вид

Rср 3 V22 V2V1 V12 .

Весь процесс разгона разделим на несколько интервалов скорости (V1 , V2 , …Vn – границы интервалов) и предположим, что в каждом интервале работа сил сопротивления и упора гребного винта равна работе их средних величин. Тогда правую часть уравнения (11.1) перепишем так

108

из которого на основании теорем об изменении количества движения и кинетической энергии получим формулы для определения времени и длины пути разгона и подтормаживания

способов, приведенных в разделе 9.

Коэффициент упора гребного винта на передний ход в швартовном режиме можно определить по эмпирической формуле

1шв Dв

При разгоне и подтормаживании судна величину присоединенной массы можно подсчитать по формуле

Тогда масса судна с учетом коэффициента присоединенной массы будет

Пример. Определить длину пути и время разгона и подтормаживания для т/х «Василий Порик».

Водоизмещение судна, Dс = 29100 т ; длина между перпендикулярами, L = 174 м; ширина, В= 23,0 м; средняя осадка Т = 9,5 м; диаметр винта, Dв = 5,9 м шаг винта, Н = 5,04 м ; частота вращения винта на передний ход, nо=1,415 об/ с; скорость судна при nо , Vо = 6,69 м/ с, скорость полного переднего хода, Vпп = 8,75 м/ с. Результаты вычислений представим в таблице 1.

109

Порядок расчета:

1. m 1,5 3,14 1020 9,5223,0 2493079кг ; 4

2.1 к m 31593080кг .

3.0,003510202 5719 = 10234. Ro 10234 6,692 458053H .

4.Rср 102343 V22 V2V1 V 21 .

5.К1шв 0,4 5,045,9 0,018 0,359 .

6. Ршв 0,359 1020 1,415 2 5,94 890134 Н .

Таблица 11.1. Характеристики разгона и подтормаживания т/х «Василий Порик»

В таблице 11.2 представлены результаты натурных замеров пути и времени разгона т/х «Василий Порик» из неподвижного состояния до скорости

12 узлов (6.2 м/с).

110