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

Угол ветрового дрейфа, который возникает при этом, можно рассчитать по формуле

где Vл - скорость судна по лагу, узлы.

Значение коэффициента дрейфа k можно рассчитать по формуле

где Sн - площадь проекции надводной части корпуса на ДП; Sп - площадь проекции подводной части корпуса на ДП;

оп - коэффициент общей полноты;

Т- средняя осадка, м;

L - длина судна между перпендикулярами, м.

Здесь площадь парусности выражается в м2 , скорость кажущегося ветра

вм/с, а сила Rау в кН.

Вформуле (13.1) величина цп принимается положительной, если

центр парусности смещен в нос от миделя и отрицательной при его смещении в корму.

Расположение центра парусности по длине судна зависит от размеров и расположения надстроек и других надводных частей, а также от дифферента судна и его осадки. Площадь парусности и положение центра парусности можно рассчитать по чертежу бокового вида судна с учетом масштаба. Таким образом, при наличии ветра, на судно действует аэродинамический момент Ма , стремящийся развернуть судно относительно вертикальной оси и поставить его лагом к ветру.

13.2. Условие сохранения управляемости при ветре и волнении

При сильном ветре и большом угле ветрового дрейфа, для удержания судна на курсе приходится перекладывать руль на значительный угол, чтобы скомпенсировать сумму моментов поперечных аэро и гидродинамических сил. Наибольшей величины суммарный момент этих сил достигает при кормовых курсовых углах ветра, когда моменты Мг и Ма имеют одинаковые знаки. Условие сохранения управляемости для этого случая имеет вид:

131

Аэродинамический момент Ма пропорционален квадрату скорости ветра и зависит от курсового угла ветра. Гидродинамический момент Мг пропорцио-

нален квадрату скорости судна и углу перекладки руля р . Поэтому решение

уравнения (13.7) позволяет определить угол перекладки руля, необходимый для удержания судна на курсе при заданной величине отношения скоростей ветра и судна W|V и данном курсовом угле ветра qw. Для судоводителя важно знать, при каких условиях судно теряет способность удерживаться на заданном курсе. Потеря управляемости характеризуется условием

где

к – требуемый угол перекладки руля для компенсации постоянного

сноса;

уд - необходимый угол перекладки, для удержания судна на курсе;

мах – максимальный угол перекладки для данного судна.

При этом, значение уд будет равным тв или в , в зависимости от погодных условий: тв - угол перекладки, необходимый для выравнивания рысканья судна на тихой воде; в - угол перекладки, необходимый на волнении.

Угол тв для судов обычно небольшой и колеблется в пределах 2 – 5 градусов. Этот угол легко определить простым наблюдением. Угол в рекомендуется принимать равным 10 – 15 градусов.

На тихой воде, для удержания судна на курсе, манипулирование рулем будет происходить на угол тв вокруг нулевого положения руля и формула

(13.8) примет вид уд ì àõ . При плавании в условиях ветра, руль перекла-

дывают на постоянный угол к и манипулируют им вокруг этого положения

на угол в .

Значение W|V и qw, при которых судно теряет управляемость при данных осадке и дифференте, можно определить экспериментальным путем. Для этого необходимо выполнить ряд галсов, отличающихся по курсу на 20 – 30 градусов в условиях свежего и умеренного ветра. На каждом из галсов нужно, постепенно снижая обороты и производя измерение скорости W и курсового угла qw кажущего ветра, зафиксировать по лагу скорость Vs, при которой судно перестает управляться. Величины W|V и qw, полученные из такого эксперимента, определяют условие потери управляемости при данных осадках и дифференте.

132

Таким образом, нет необходимости выполнять наблюдения в условиях штормового ветра, поскольку потеря управляемости определяется не абсолютным значением скорости ветра, а отношением скорости ветра к скорости судна. При этом нужно только учитывать, что, если наблюдения производятся при отсутствии значительного волнения, то нужно считать, что судно потеряло

управляемость тогда, когда перекладка руля на угол к не обеспечивает удержание судна на курсе, несмотря на то, что при большей перекладке руля судно еще продолжает управляться. Если же руководствоваться перекладкой руля на

максимальный угол мах , то это приведет к тому, что полученные результаты не будут оправдываться при плавании в условиях значительного волнения. При этом ошибки будут направленными в опасную зону – судно будет терять управляемость при значениях W|V гораздо меньших, чем полученные из эксперимента.

Эксперименты следует выполнять в балласте и грузу, а полученные результаты свести в таблицу, из которой можно находить отношение W|V по заданному курсовому углу, при котором судно теряет управляемость.

13.3 Аналитический расчет аэродинамической и гидродинамической силы, а также поперечной силы руля, действующие на судно

При аналитических расчетах аэродинамическую силу Ау можно определить по формуле

где Сау – безразмерный коэффициент аэродинамической силы, зависящий

от формы надводной части судна и курсового угла кажущегося ветра;

Q y – боковая площадь парусности (площадь проекции надводной части на ДП), м.кв.

a - массовая плотность воздуха ( a = 1,226 кг/м. куб.)

Коэффициент Cay находится в пределах от 0,8 sin qw до 1,3 sin qw

( 1,18sin qw ).

Плечо аэродинамической силы определяется по формуле (13.1).

Гидродинамическая сила R y в Ньютонах определяется по формуле

133

результат, полученный по формуле (13.12), необходимо увеличить в 1,5 – 2 раза.

Явление, при котором невозможно предотвратить разворот судна на ветер, называется потерей управляемости первого рода. Она наступает при сильном ветре, когда результирующий момент, разворачивающий нос судна на ветер, будет значительным по величине, а скорость судна – невелика. В этом случае момент перекладки руля может оказаться недостаточным для удержания судна на курсе.

При увеличении отношения скорости ветра и скорости судна и возрастании угла дрейфа наступает ситуация, когда судно снова обретает способность удерживаться на заданном курсе. Однако дальнейшее увеличение угла дрейфа и отношения скорости ветра и скорости судна приведет к невозможности удерживать судно от уваливания под ветер и наступит потеря управляемости второго рода. При ветре в борт и при кормовых курсовых углах потеря управляемости второго рода не наблюдается.

Вопросы для самоконтроля

1.Векторы истинного и кажущегося ветра. Курсовые углы кажущегося ветра, их отсчет. Измерение силы и скорости ветра.

2.Аэродинамические силы и моменты, их зависимость от скорости ветра, скорости судна, площади надстроек, палубного груза и направления ветра относительно ДП судна.

3.Относительное смещение аэродинамической силы от мидельшпангоута (формула Федяевского).

4.Центр парусности судна и его расположение по длине судна.

5.Схема действия аэродинамической силы и ее момента. Возникновение ветрового угла дрейфа.

6.Гидродинамическая сила и ее момент. Центр бокового сопротивления (ЦБС) его расположение на подводной части судна.

7.Расчет отстояния центра бокового сопротивления (ЦБС) от мидельшпангоута при угле дрейфа, равном 90о, и при наличии у судна дифферента.

8.Условие удержания судна на курсе с помощью перекладки руля. Потеря управляемости.

9.Расчет плеча гидродинамической силы (в длинах корпуса).

10.Расчет угла ветрового дрейфа.

11.Расчет угла перекладки руля на тихой воде и при волнении. 12.Экспериментальный способ определения отношения скорости ветра к

скорости судна и курсового угла ветра, когда судно теряет управляемость.

13.Аналитический расчет аэродинамической силы, Ay.

14.Аналитический расчет гидродинамической силы, Ry.

15. Определение величины боковой силы руля.

135

РАЗДЕЛ 14.

УПРАВЛЕНИЕ СУДНОМ ПРИ ОБГОНЕ И РАСХОЖДЕНИИ НА МЕЛКОВОДЬЕ И В КАНАЛАХ

14.1. Гидродинамическое взаимодействие судов

При расхождении судов на малых расстояниях на их корпусы могут воздействовать дополнительные внешние силы, обусловленные гидродинамическим воздействием. В результате действия этих сил суда могут потерять управляемость и создать аварийную ситуацию. В зависимости от сочетания различных факторов и взаимного положения судов, возникающие при гидродинамическом контакте поперечные силы Yг и моменты Мг могут менять свой знак, в связи с чем может происходить «притяжение» и «расталкивание судов». Поперечная сила Yг положительна по знаку, если она направлена в сторону борта другого судна (встречного или обгоняемого). Момент зарыскивания Мг считается положительным, если он стремиться развернуть носовую оконечность данного судна в сторону другого судна.

Картина гидродинамического воздействия двух одинаковых судов при обгоне следующая (см. рисунок 14.1).

Рисунок 14. 1 - Возникновение поперечных сил и моментов при обгоне

Известно, что при движении судна давление в его носовой оконечности повышено (на рисунке помечено двумя плюсами) по сравнению с давлением в кормовой оконечности (один плюс). В средней части судна давление понижено (два минуса).

При подходе носовой оконечности обгоняющего судна к корме обгоняемого судна за счет разности давлений в оконечностях судов на обгоняющее судно действует поперечная сила присасывания, которая создает гидродинамический момент, стремящийся развернуть нос обгоняющего судна в сторону обгоняемого судна. В этот момент на обгоняемое судно действует также сила

136

присасывания, которая приложена к корме и стремится развернуть корму обгоняемого судна в сторону борта обгоняющего судна.

После того, как мидель обгоняющего судна проходит мидель обгоняемого судна (рис. 14.1 (б)), направление действия моментов на суда изменяется, а направление поперечных сил сохраняется.

При встречном движении (см. рисунок 14.2) в начальный момент при выходе носовых оконечностей на общий траверз зоны повышенного давления обоих судов эти оконечности начинают взаимодействовать друг с другом в сторону «расталкивания», а моменты Мг стремятся отбросить носовые оконечности друг от друга, т.е. Мг<0. По мере дальнейшего сближения судов носовая зона повышенного давления судна 1 взаимодействует с зоной пониженного давления средней части судна 2. В результате на суда действуют силы присасывания Yг > 0 и моменты зарыскивания Мг > 0, стремящиеся развернуть суда носовыми оконечностями в сторону друг друга. После того, как мидель судна 1 проходит мидель судна 2, картина вновь меняется, поскольку начинают взаимодействовать зоны повышенного давления в кормовой оконечности судна 1 с зоной пониженного давления в средней части судна 2. В этот момент на суда действуют силы присасывания Yг > 0, создающие моменты, которые стремятся сблизить кормовые оконечности. При выходе кормы судна 1 на траверз кормы судна 2 начнут взаимодействовать зоны повышенного давления кормовых оконечностей. В результате этого на кормовые оконечности будут действовать расталкивающие силы Yг < 0, а гидродинамические моменты будут стремиться от-

Рис 14.2 - Возникновение поперечных сил и моментов при встречном движении двух судов.

Таким образом, в процессе встреч и обгонов судов характер действий гидродинамических сил непрерывно изменяется, что затрудняет управление су-

137

дами. В реальных условиях взаимодействие судов может иметь еще более сложный характер, что объясняется взаимодействием волновых систем расходящихся судов, наличием углов дрейфа, влиянием ограничений фарватера по глубине и ширине и т.д. Поэтому в целях обеспечения безопасности судов при расхождении рекомендуется заблаговременно снижать скорость хода.

Случай обгона одного судна другим является более опасным, чем встречное расхождение, т.к. при обгоне гидродинамические силы и моменты значительно больше и действуют они более продолжительное время. При встречном расхождении поперечные силы в большинстве случаев оказываются отрицательными (т.е. отталкивают одно судно от другого), и максимальный по абсолютной величине момент, как правило, отрицателен, т.е. происходит отталкивание судов.

В случае обгона на малых глубинах суда могут навалить друг на друга даже при довольно значительных траверзных расстояниях (от 2 до 5 ширин меньшего судна). Гидродинамические силы и моменты практически не влияют на движение судов, когда расстояние между их бортами составляет более шести ширин меньшего судна. При обгоне одного судна другим манипулирование рулем должно осуществляться очень осторожно. Наблюдались случаи, когда при зарыскивании обгоняющего судна в сторону обгоняемого перекладка руля на противоположный борт не давала положительного эффекта вследствие того, что при полной перекладке руля на борт судно получало значительное обратное смещение, из-за чего возрастало воздействие гидродинамических сил.

14.2. Управление судном в канале

При движении судна по каналу возрастает волнообразование и сопротивление воды, скорость движения уменьшается. Кроме этого, местные власти ограничивают скорость движения судов для сохранения ложа и бровок канала.

Когда судно смещается с оси канала и движется вблизи его бровки, то возникают силы отталкивания от берега, вследствие чего нос судна стремится развернуться в сторону оси канала, а корма «присасывается» к берегу. Для предотвращения такого «присасывания» и обеспечения прямолинейного движения судна вдоль откоса канала руль следует положить в сторону бровки. При этом, если скорость движения вдоль откоса канала уменьшается, то судно уходит в сторону берега, а при увеличении скорости – в сторону оси канала. Необходимо также учитывать возможность ухода носовой оконечности судна от мели.

При движении мимо расширенных участков канала из-за обтекания корпуса потоком воды у судна увеличивается рыскливость. На подходе к такому участку оно стремится развернуться в сторону расширения, после прохода – в противоположную сторону.

На прямолинейном участке канала судно должно следовать по его оси. Отклонение от оси канала допустимо лишь при расхождении судов. Первоначально встречные суда должны уклоняться таким образом, чтобы их левые бор-

138

та находились примерно на оси канала. Когда расстояние между ними станет примерно равным трем длинам большего из судов, они должны постепенно уклоняться на необходимое траверзное расстояние, обеспечивающее безопасное расхождение.

Обгон в каналах следует избегать. Однако, если возникнет такая необходимость, то следует выбирать его прямолинейные участки.

При расхождении двухвинтового судна желательно работать одним винтом, расположенным к осевой линии канала, в этом случае уменьшается отсос воды со стороны берега, к которому подошло судно, что приведет к уменьшению ухода его от откоса.

Для улучшения управляемости судов в момент расхождения частота вращения движителей может быть кратковременно увеличена. Это не вызовет резкого увеличения скорости.

При расхождениях и обгонах судов в каналах и реках их проседания увеличиваются более интенсивно, чем на более глубокой воде, и этот факт необходимо учитывать.

Подходя к глубоким выемкам и поворотам канала, где судовой ход не просматривается, необходимо заранее уменьшить скорость, следовать с осторожностью и подавать соответствующий звуковой сигнал, предписанный правилом 34(в) МППСС-72, а также оповещать другие суда по УКВ о своем подходе к криволинейному участку. Судно необходимо вести ближе к выпуклому участку.

Проходя мимо стоящих у берега судов, необходимо заблаговременно снизить скорость движения до минимальной. При плавании по реке большое значение имеет учѐт попутного или встречного течений.

Вопросы для самоконтроля

1.Гидродинамическое взаимодействие судов при обгоне в узкости.

2.Взаимодействие судов при встречном движении.

3.Управление судном в канале.

4.Взаимодействие судов при обгоне на малых глубинах.

139

РАЗДЕЛ 15.

МАНЕВРИРОВАНИЕ ПРИ ПАДЕНИИ ЧЕЛОВЕКА ЗА БОРТ. МАНЕВР «КООРДОНАТ». ЭКСТРЕННОЕ ТОРМОЖЕНИЕ ДЛЯ УКЛОНЕНИЯ ОТ ОПАСНОСТИ

15.1. Маневры судна при спасании человека, упавшего за борт

При спасении человека, упавшего за борт, судну приходится маневрировать в различных условиях (днем или ночью) и при различных состояниях погоды и моря.

Если место падения человека или предметы, выброшенные ему на помощь, видны с судна, то лучшим ориентиром для маневрирования будет огонь своевременно сброшенного светящегося буя.

Судну приходится маневрировать и в том случае, когда падение человека замечено по прошествии длительного промежутка времени (10 – 15 мин.).

В зависимости от скорости судна, состояния моря и видимости капитан принимает незамедлительные меры по спасению человека, упавшего за борт.

Первый, кто заметит падение человека за борт, должен немедленно громко доложить на мостик : «Человек за бортом справа (слева)!» и одновременно сбросить с соответствующего борта спасательный круг со светящимся буйком или другое спасательное средство или любой находящийся поблизости плавающий предмет, могущий оказать помощь человеку, упавшему за борт (плот, доску, ящик и т.п.). Каждый член экипажа, услышавший слова: «Человек за бортом», обязан всеми доступными средствами оповестить вахтенного штурмана. На тихоходных судах, у которых тормозной путь при реверсе двигателя составляет около трех-четырех длин корпуса, вахтенный помощник капитана, увидевший падение человека за борт или услышавший слова «Человек за бортом (справа или слева)», обязан немедленно застопорить двигатели и переложить руль на тот борт, с которого упал человек (чтобы отвести корму судна и не втянуть человека в струю от винтов). Одновременно он устанавливает непрерывное наблюдение за упавшим за борт и объявляет тревогу: «Человек за бортом».

Если позволяют условия погоды, немедленно приступают к спуску спасательной шлюпки. Если это невозможно, то спасение производят самим судном. Для этого после первого маневра «стоп машина» увеличивают ход до полного, возвращаются к месту падения человека ( см. рисунок 15.1) и маневрируют так, чтобы подойти к упавшему с наветренной стороны. Приблизившись к нему, при помощи концов поднимают его на борт или подхватывают со штормтрапа или грузовых сеток.

Если маневрирование производится в темное время, то необходимо пользоваться прожекторами, не упуская из вида упавшего за борт.

140