§ 41. Циркуляция

Циркуляцией называется кривая, описываемая центром тяжести судна при поворо-те. При этом предполагается, что руль был переложен на угол α. При удержании руля в таком положении и происходит движение судна, называемое циркуляцией.

Движение судна по циркуляции можно разделить на три периода:

I. Маневренный – от начала перекладки руля до окончания, то есть до того момента, когда угол перекладки достигнет значения α. Длитель-ность этого периода – около 0,5 минуты. На рисунке 63 это период АВ.

II. Эволюционный – от момента окончания перекладки руля до начала движения по окружности. При этом судно поворачивает на 90 - 100º. На рисунке 63 это период ВС.

III. Период установившегося движения - движение судно по окружно-сти. Обычно этот период наступает при повороте судна на 100 - 120º.

Циркуляция является характеристикой поворотливости судна и оценивается следующими параметрами:

• Диаметр установившейся циркуляции Dц – диаметр окружности, описываемой центром тяжести судна в период установившегося движения, который обычно измеряется в длинах судна. Судно, имеющее лучшую поворотливость, имеет меньший диаметр циркуляции. Для судов внутреннего плавания он составляет Dц = (1,2 – 2,2)L, для морских судов – Dц = (3 – 5)L.

• Тактический диаметр циркуляции Dт, определяющий расстояние между положением диаметральной плоскости в начале поворота и после поворота на 180º. Dт = (0,9 – 1,2) Dц.

• Период циркуляции Тц – время, необходимое для совершения оборота в 360º:

(168)

где v – скорость судна в м/сек.

Элементы циркуляции зависят от скорости хода судна, на которой совершается по-ворот. Поэтому при ходовых испытаниях производят замеры элементов циркуляции при разных режимах работы двигателя и поворотах. Во время эволюционного периода появля-ется и увеличивается угол дрейфа, и уменьшается скорость хода, а при установившемся движении судно движется с постоянным углом дрейфа и скоростью.

Углом дрейфа называется максимальный угол между диаметральной плоскостью судна и направлением первоначального движения судна. При движении по окружности – это угол между диаметральной плоскостью судна и касательной к окружности.

Во время установившегося движения судно получает крен в сторону, противопо-ложную повороту. Величину этого угла крена можно определить по формуле Г.А.Фирсова:

(169)

где θmax – максимальный угол крена на установившейся циркуляции в градусах;

vo – первоначальная скорость судна в м/сек;

h – первоначальная метацентрическая высота судна в м;

L – длина судна в м:;

zg – аппликата центра тяжести судна в м;

Т – осадка судна в м.

Если известен диаметр циркуляции судна Dц, то угол крена можно определить по формуле:

(170)

где g = 9.81 м/сек – ускорение свободного падения.

Преобразовав выражение (170), получим формулу для вычисления диаметра цир-куляции по известному углу крена:

(171)

Глава 5. Ходкость

§ 42. Основные понятия и определения.

Ходкостью называется способность судна развивать заданную скорость под дей-ствием приложенной к нему движущей силы при наименьшей затрате энергии.

При движении судна с постоянной скоростью v судно находится в состоянии рав-новесия, то есть силы, действующие на судно равны. Что же это за силы? Движение судна осуществляется за счет силы, создаваемой его движительным комплексом – упором Р. В противоположную сторону действует сила, препятствующая движению.

Но судно можно представить, как некое тело, движущееся в набегающем потоке (рисунок 64). При таком движении на корпусе судна появляется сила сопротивления, на-правленная под углом к направлению движения. Эту силу можно разложить на две со-ставляющие:

o сила, равная по величине упору и направленная в противоположную дви-жению сторону – сила сопротивления окружающей среды R.

o сила, направленная перпендикулярно движению – подъемная сила F

Для больших судов подъемная сила может быть незначительной. Но для неболь-ших судов не учитывать ее невозможно. Естественно, что она увеличивается с увеличением скорости. Все знают, что корпус моторных лодок при быстром движении как бы выходит из воды. Мало того, существуют суда (глиссеры), которые используют подъемную силу для уменьшения сопротивления воды, а, следовательно, для увеличения скорости хода.

Получается, что для того, чтобы обеспечить движение судна с заданной скоростью, нужно учесть силу сопротивления движению судна R, действие его движителя и, наконец, взаимодействие системы «корпус – двигатель – движитель». То есть основой расчета ходкости судна является определения величины сопротивления воды движению судна.