5.Капитаны судов, следующие во льду за ледоколами, обязаны подчиняться приказам капитана ледокола, касающимся движениям во льду, и действовать, сообразуясь с ними. Своими действиями капитаны судов обязаны помогать капитану ледокола для совместного быстрейшего и безаварийного прохождения ледовой зоны.
6.Суда, идущие за ледоколами, не должны обгонять друг друга.
7.Суда, идущие за ледоколами, должны быть готовы дать немедленно полный ход назад. Когда судно начнет двигаться назад, следует иметь руль в положении «прямо».
8.Суда, идущие во льду на буксире ледокола, не должны давать своей машине ход вперед без приказания капитана ледокола. Они должны быть постоянно готовыми отдать буксир по первому требованию капитана ледокола, а также дать полный ход назад.
9.В первую очередь проводятся суда военные, почтово-пассажирские и суда с таким грузом, относительно которого сделаны особые указания о срочности, а затем все остальные суда в порядке очереди прибытия их к кромке льда или готовности к выходу из порта.
10.В случае аварии на судне, следующем за ледоколом, оно обязано поднять сигнал бедствия по МСС. Если судно получит во льду какое-либо повреждение или течь, то капитан этого судна и его экипаж должны немедленно принять меры к ликвидации их и одновременно сообщить капитану ледокола по радио или иными средствами связи о повреждении.
11.Суда, идущие за ледоколом во льду, обязаны руководствоваться международными сигналами.
12.В случае неисполнения распоряжения капитана ледокола капитаном судна, которое идет под проводкой данного ледокола, капитан ледокола в праве отказать в проводке впредь до исполнения приказания.
13.Ни ледокол, ни владелец ледокола, ни фрахтователь не несут имущественной ответственности за повреждения и другие убытки, могущими быть причиненными проводимому судну во время и вследствие проводки через лед и связанных с этой проводкой маневров.
14.Торговые суда всех флагов пользуются бесплатно услугами ледоколов при проводке от кромки льда в порт к причалу и из порта в море, а равно для буксировки во время проводки, если эта буксировка будет признана капитаном ледокола необходимой. Перешвартовка судов, связанная с осуществлением погрузочно-разгрузочных операций, бункеровкой, вводом в док и т.п., производится за отдельную плату.
15.Всякое судно, воспользовавшееся ледоколом для проводки через лед, этим самым изъявляет согласие на подчинение постановления настоящих правил.
Судно должно быть готово в любой момент принять с ледокола буксир, имеющий на конце «усы», для проводки через якорные клюзы. Для этого якоря должны быть завалены заранее на палубу, а якорные цепи обтянуты втугую.
71
Между якорными клюзами на палубе должна быть выложена «подушка» из деревянных брусьев, на которой огоны «усов» соединяются между собой с помощью нескольких шлагов растительного троса, который при необходимости легко перерубить.
Эффективность проводки судов во льду в значительной мере определяется дистанциями между судами в караване: чем они меньше, тем реже суда застревают во льду. Но при этом приходится считаться с опасностью навала на впереди идущее судно, если оно неожиданно застрянет.
Безопасная скорость каравана выбирается такой, при которой нет риска серьезных повреждений корпусов судов.
Успешная проводка каравана через сплоченный лед в условиях сжатия зависит от времени, затрачиваемого на прохождение пути, равного длине каравана, т.е. от кормы последнего в караване судна до кормы ледокола. Если это время меньше времени сжатия канала, пробитого ледоколом, то проводка может проходить без задержек. При значительном сжатии льда, концевые суда могут застревать. В таких случаях проводка может осуществляться по частям, а
вособо сложных условиях – по одному судну на буксире способом «вплотную». Для этого нос судна с помощью буксирной лебедки ледокола втягивается
вспециальный вырез в корме ледокола, окантованный плетеным кранцем. При этом виде буксировки проводимое судно обязано по команде капитана ледокола давать ход своей машине, чтобы облегчить продвижение во льдах.
Застрявшее во льду судно ледокол окалывает, проходя вдоль его подветренного борта со стороны кормы. При этом, когда форштевень ледокола поравняется с кормой застрявшего судна, на последнем необходимо дать малый ход вперед, а когда нос ледокола дойдет до середины судна, необходимо дать полный ход вперед. Запаздывание с дачей полного хода может привести к тому, что судно не двинется за ледоколом и околку придется повторять. К моменту начала движения необходимо руль переложить на борт, противоположный околке, чтобы несколько задержать резкий поворот судна в сторону кормы ледокола.
7.5. Выбор параметров движения каравана во льду
Обозначим длину каравана (от кормы ледокола до кормы последнего судна) через lk , полагая, что в караване n судов (см. рисунок 7.1),
lk d1 L1 d2 L2 ... dn Ln , |
(7.1) |
где d i – дистанция от носа i-го судна до кормы впереди идущего судна (или от кормы ледокола, если i=1):
72
Рисунок 7.1 – Схема формирования каравана
Время, в течение которого караван проходит расстояние, равное его длине lk , будет равно:
tn |
d1 L1 d2 L2 ... dn Ln |
, |
(7.2) |
|
Vk |
||||
|
|
|
где Vk - скорость движения каравана.
Величину скорости движения каравана во льду назначает капитан ледокола, исходя из анализа технических характеристик судов в караване, погодных условий и состояния льда в районе плавания.
Очевидно, что чем скорее караван будет проходить расстояние, равное своей длине, тем меньше затянется канал, пробитый ледоколом. Однако необходимо соблюдать условие, чтобы дистанция между каждыми двумя судами была не меньше тормозного пути идущего сзади судна, чтобы можно было предотвратить навал в случае задержки судна, идущего впереди. Поэтому, получив указание капитана ледокола о величине скорости движения каравана, капитан каждого судна в караване определяет длину тормозного пути своего судна для заданной скорости и эта длина тормозного пути будет тем минимальным расстоянием до кормы идущего впереди судна, которое необходимо сохранять и постоянно контролировать.
Вопросы для самоконтроля
1.Подготовка судна для плавания во льдах.
2.Плавание и управление судном во льдах.
3.Самостоятельное плавание во льдах.
4.Плавание под проводкой ледоколов.
5.Обоснование выбора параметров движения каравана во льдах.
73
РАЗДЕЛ 8
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ УПРАВЛЕНИИ СУДНОМ
8.1. Судно как объект управления
Транспортное морское судно совершает движение на границе двух сред: воды и воздуха, испытывая при этом гидродинамические и аэродинамические воздействия.
Для достижения заданных параметров движения, судном необходимо управлять. В этом смысле судно является управляемой системой. Каждая управляемая система состоит из трех частей: объекта управления, средства управления и управляющего устройства (автомата или человека)
Управление – это такая организация процесса, которая обеспечивает достижение определенной цели, соответствующей задаче управления.
При плавании судна в открытом море, задача управления заключается в обеспечении его перехода из одной точки в другую по прямолинейной траектории, удерживая заданный курс и периодически корректируя его после получения обсерваций. В этом случае курс является управляемой координатой, а процесс поддержания его постоянного значения является целью управления.
Мгновенное значение ряда координат определяет состояние судна в данный момент. Такими координатами являются: курс, скорость, угол дрейфа, поперечное смещение относительно генерального курса и т.п. Они являются выходными координатами. В отличие от них координаты, являющиеся причинами управляемого движения, называются входными. Это угол перекладки руля и частота вращения гребного винта. При выборе значений входных координат, управляющее устройство (авторулевой, судоводитель), руководствуются значениями выходных координат. Такая связь между следствием и причиной называется обратной связью.
Рассмотренная управляемая система является замкнутой, т.к. в ней действует управляющее устройство (судоводитель). Если же управляющее устройство перестанет функционировать, то система становится разомкнутой и поведение объекта управления (судна) будет определяться тем состоянием, в котором зафиксированы средства управления (угол перекладки руля, частота и направление вращения гребного винта).
В дисциплине «Управление судном» изучаются задачи управления судном, движение которого происходит в непосредственной близости от препятствий, т.е. на расстояниях, сопоставимых с размерами самого объекта управления, что исключает возможность рассматривать его как точку (например, как в курсе «Навигация»).
74
8.2. Силы и моменты, действующие на судно
Все силы, действующие на судно, принято разделять на три группы: движущие, внешние и реактивные.
Кдвижущим относят силы, создаваемые средствами управления для придания судну линейного и углового движения. К таким силам относятся: упор гребного винта, боковая сила руля, силы, создаваемые средствами активного управления (САУ) и т.п.
Квнешним относятся силы давления ветра, волнения моря, течения. Эти силы в большинстве случаев создают помехи при маневрировании.
Креактивным относятся силы и моменты, возникающие в результате движения судна. Реактивные силы зависят от линейных и угловых скоростей.судна. По своей природе реактивные силы и моменты разделяются на инерционные и неинерционные. Инерционные силы и моменты обусловлены инертностью судна и присоединенных масс жидкости. Эти силы возникают только при наличии ускорений – линейного, углового, центростремительного. Инерционная сила всегда направлена в сторону, противоположную ускорению. При равномерном прямолинейном движении судна инерционные силы не возникают.
Неинерционные силы и их моменты обусловлены вязкостью забортной воды, следовательно, являются гидродинамическими силами и моментами. При рассмотрении задач управляемости используется связанная с судном подвижная система координат с началом в его центре тяжести. Положительное направление осей: Х – в нос; Y – в сторону правого борта; Z – вниз. Положительный отсчет углов принимается по часовой стрелке, однако, с оговорками в отношении угла перекладки, угла дрейфа и курсового угла ветра.
За положительное направление перекладки руля принимают перекладку, вызывающую циркуляцию по часовой стрелке, т.е. перекладку на правый борт (перо руля разворачивается при этом против часовой стрелки).
За положительный угол дрейфа принимается такой, при котором поток воды набегает со стороны левого борта и, следовательно, создает положительную поперечную гидродинамическую силу на корпусе судна. Такой угол дрейфа возникает на правой циркуляции судна.
Общий случай движения судна описывается системой из трех дифференциальных уравнений: двух уравнений сил по продольной Х и поперечной Y осям и уравнением моментов вокруг вертикальной оси Z.
8.3.Система уравнений движения судна в горизонтальной плоскости
Эта система имеет следующий вид:
75
(m 11) dVdtx (m 22)Vy Rx Ppx Pe Ax
(m ) |
dVy |
(m )V R |
y |
P |
A |
|
|
(8.1) |
|||||
|
||||||
22 |
dt |
11 x |
py |
y |
||
|
|
|
|
|
|
(J 66) ddt M R M P M A ,
где
m - масса судна;
11 - присоединенная масса при движении по оси Х;22 - присоединенная масса при движении по оси Y; Vx - проекция скорости судна на ось Х;
Vy - проекция скорости судна на ось Y;
- угловая скорость судна;
J - момент инерции судна относительно Z: J = m x R2
66 - момент инерции присоединенных масс относительно оси Z;
Rx - продольная гидродинамическая сила на корпусе;
R y - поперечная гидродинамическая сила на корпусе;
Pe - полезная сила упора гребного винта;
Ppx - продольная сила давления воды на руль;
Ppy - поперечная сила руля;
Ax - продольная аэродинамическая сила; Ay - поперечная аэродинамическая сила;
M R -момент гидродинамической силы на корпусе; M Р -момент поперечной силы руля;
M А - момент аэродинамической силы.
В левых частях системы (8.1) стоят инерционные силы и моменты. В первых двух уравнениях – соответствующие проекции силы инерции и центробежной силы, а в третьем уравнении – инерционный момент относительно вертикальной оси. В правых частях находятся неинерционные силы и моменты, записанные в общем виде. Эта система может быть решена численными методами с помощью ЭВМ с целью моделирования движения судна при маневриро-
76
вании. Решение в конечном виде возможно лишь для частных случаев и при некоторых допущениях.
Так, первое уравнение системы характеризует движение судна по оси Х при его разгоне и торможении, поэтому оно позволяет оценить инерционнотормозные характеристики. Решение второго уравнения, описывающее поперечное смещение, позволяет получить зависимости для дрейфа судна на циркуляции и под влиянием ветра. Третье уравнение, характеризующее угловое движение, используется при оценке управляемости судов.
8.4. Маневренные характеристики судна
Маневренными характеристиками судна называют совокупность параметров, которые позволяют судить о физических процессах, происходящих при изменении его движения. Их подразделяют на две основные группы :инерционно-тормозные и управляемости.
Для использования режимов движения в практических целях установлены градации числа оборотов и соответствующей им скорости переднего хода, а также числа оборотов заднего хода: передний полный ход (ПП); передний полный маневренный ход (ППм); передний средний ход (ПС); передний малый ход (ПМ); передний самый малый ход (ПСМ); задний полный ход (ЗП); задний средний ход (ЗС); задний малый ход (ЗМ); задний самый малый ход (ЗСМ).
У судов с ВРШ устанавливают условные деления на шкале рукоятки управления для разворота лопастей, которые соответствуют установленным режимам движения судна.
8.5.Требования к содержанию информации о маневренных характеристиках судна
Согласно Резолюциям ИМО № А-209 и № 285, каждому судну рекомендуется иметь на борту «Информацию капитану о маневренных элементах судна». Наставлением по организации штурманской службы на судах Украины (РШСУ-98) предусмотрен минимум сведений, включаемых в такую «Информацию», а также форма их представления.
Поворотливость судна представляется в «Информации» в виде вычерченных в масштабе траекторий движения судна на циркуляции при перекладке руля «на борт» и на 15 градусов вправо и влево. На траектории указываются точки, соответствующие определенным изменениям курса с начала циркуляции, а именно: в первой четверти циркуляции – через 10 градусов, во второй – через 30 градусов и далее – через 90 градусов.
По инерционно-тормозным характеристикам в «Информацию» включаются сведения о пассивном торможении и торможении полным задним ходом, соответственно, с полного морского, полного маневренного, среднего, малого и самого малого передних ходов. Эти сведения для каждого маневра приводятся
77
в виде линейного вертикального графика, вертикальная длина которого в принятом масштабе выражает тормозной путь. Через каждую минуту времени от начала торможения на линейных вертикальных графиках делаются засечки, против которых указывается скорость судна в данной точке. В начале графика, внизу, указывается начальная скорость для данного маневра.
Графики для активного торможения строятся до полной остановки судна, а для пассивного – до скорости, составляющей 20% от скорости полного хода судна. Элементы поворотливости, разгона и торможения строятся для двух состояний судна – в грузу и балласте. В «Информацию» включаются также элементы ходкости в виде таблиц и графиков зависимости скорости судна от частоты вращения винта в грузу и балласте.
Маневренные элементы могут определяться любыми способами, обеспечивающими точность конечных результатов, не хуже +/- 10% от измеряемой величины. Натурные измерения допускается производить при ветре до 4 баллов и волнении до 3 баллов.
Линейные графики, рекомендованные ИМО, неудобны для практической работы из-за трудности интерполяции, при выборке t и V на нелинейной шкале. Несмотря на рекомендацию ИМО, трудоемкость выборки данных, большая плотность информации, отсутствие промежуточных данных для конкретных режимов, очевидно, делают такие графики нецелесообразными для использования их на мостике.
На рисунке 8.1 представлена классификация маневренных характеристик судна, разработанная профессором Мальцевым А.С. Более подробное описание этих характеристик будет приведено в последующих разделах.
78
Инерционно-тормозные характеристики
Маневренные характеристики
Характеристики устойчивости
Характеристики управляемости
Характеристики поворотливости
Разгон Sраз tраз
Подтормаживание
Sптр tптр
Пассивное торможение
Sпт tпт
Активное торможение
Sат tат
Постоянная времени задержки поворота Т ( )
Устойчивость на курсе, критерий Q
Зона неустойчивости
о ро
Характеристики одерживания поворота to( ),Qo ( )
Выдвиг l1( )
Прямое смещение l2( )
Тактический диаметр циркуляции Dt ( )
Диаметр установив. циркуляции Dу ( )
Период циркуляции
Тц (Vн, )
Рисунок 8.1 – Классификация маневренных характеристик
79
Вопросы для самоконтроля
1.Судно как объект управления. Составные части управляемой системы. Замкнутая система управления. Координаты состояния судна в данный момент.
2.Группы сил, действующие на судно: движущие, внешние и реактивные.
3.Инерционные и неинерционные силы и моменты.
4.Подвижная система координат. Положительное направление осей и положительный отсчет углов (перекладки руля, дрейфа).
5.Система дифференциальных уравнений движения.
6.Классификация маневренных характеристик.
7.Информация капитану о маневренных элементах судна. Представление инерционно-тормозных характеристик и характеристик поворотливости.
80