Важное
Hyundai Heavy Industries продвигается на оборонный рынок США
"Торнадо-С" вооружили 
|
Главная / Издания / Литература / Книжная полка / Г.Г. Ермолаев, Л.П. Андронов, Е.С. Зотеев, Ю.П. Кирин, Л.Ф. Черниев. Морское судовождение
§ 130. Управляемость и инерционные свойства суднаУправляемость — это способность подчиняться действию руля.Рыскливость — отклонение от курса независимо от действия руля. Устойчивость на курсе — это способность сохранять заданное ему направление движения. Увальчивость — свойство уклоняться в своем движении под ветер при руле, поставленном прямо. Поворотливость — способность быстро и легко подчиняться действию руля. Инерционные свойства — это способность сохранять заданное ему первоначальное ускорение. Управляемость судна зависит от работы гребных винтов, крена, дифферента и осадки судна, ветра и волнения, глубины воды под килем, расстояния до стенок гидротехнических сооружений бровок каналов и узкостей. Основным фактором, определяющим управляемость судна, является взаимодействие комплекса: руль — винты — корпус. При вращении винта по часовой стрелке (если смотреть с кормы) лопасти винта испытывают воздействие воды, направленное против часовой стрелки и называемое силой реакции D (рис. 181,а).  Рис. 181. Вследствие того что гидростатическое давление у нижней 'лопасти винта всегда больше, чем у верхней (сила D1 меньше силы D3), силы реакции стремятся отклонить корму судна вправо. Воздействие сил реакции на горизонтально расположенные лопасти винта (сила D2 и D4) направлено в противоположные стороны и вызывает вибрацию кормовой части судна. Струи воды за кормой, имея направление назад, вращаются в виде спирали, наталкиваясь на перо руля. Сила набрасываемой струи С (рис. 181, б) всегда больше у нижней части руля (где больше гидростатическое давление) и поэтому стремится отклонить корму судна влево. Во время движения судна вперед за его кормой образуется разреженное пространство, в которое устремляется вода, находящаяся сзади судна. Так как разрежение больше у верхней более широкой части кормы (b1>b2), сила попутного следа b (см. рис. 181, а) стремится отклонить корму влево. Сумма сил набрасываемой струи С и попутного следа b, как правило, больше силы реакции D, поэтому при движении вперед судна, имеющего один винт правого шага, на установившемся ходу при прямом положении руля корма уклоняется влево, а нос — вправо. В первый момент после того, как дали передний ход, действует только сила реакции и корма судна стремится вправо. По мере поста скорости отклонения судна влево уменьшается, и как только судно наберет определенную скорость, нос судна начнет уклоняться вправо. Диаметр циркуляции судна с винтом правого шага при повороте вправо меньше, чем при повороте влево. При ходе назад судна с винтом правого шага силы реакции, направленные по часовой стрелке, стремятся уклонить корму влево Силы набрасываемой струи также уклоняют корму влево. Это объясняется тем, что лопасть винта, находящаяся справа, набрасывает струю на кормовой подзор под углом, близким к 90°, а левая лопасть направляет струю почти параллельно кормовому подзору под киль. Действие всасываемой струи при прямом положении руля не оказывает влияния на уклонение кормы. Таким образом, на заднем ходу судна с винтом правого шага корма его уклоняется влево, а нос — вправо. Для удержания судна с одним винтом правого шага на прямом курсе в нормальных условиях при ходе вперед необходимо держать руль немного влево. Удержать судно на заднем ходу на прямом курсе поворотом руля вправо очень трудно. Если судно имеет ход вперед, а машины работают задним ходом при прямом положении руля, нос судна уклоняется вправо. При руле, положенном на борт, нос судна уклоняется в сторону положенного руля до момента погашения судном инерции вперед. При перемене заднего хода на передний в первый момент работы винтов сила реакции резко отбрасывает корму вправо. Поэтому следует сначала положить руль вправо на борт для увеличения силы набрасываемой струи (сила винтовой отработки), а затем отводить его, сообразуясь с конкретной обстановкой. На двухвинтовом судне винты вращаются в разные стороны, поэтому действие сил реакции, набрасываемой струи и попутного следа взаимно уничтожается. Двухвинтовое судно описывает примерно такую же циркуляцию, как и одновинтовое при работе двух машин. При застопоренной машине того борта, куда осуществляется поворот, диаметр циркуляции значительно уменьшается. При работе машин «враздрай» (одна вперед, другая назад) судно можно развернуть на месте, но время разворота увеличится. При выходе из строя одной машины судно можно удержать на курсе, если по борту работающей машины не действуют сильный ветер и волнение. Управляемость судна зависит от типа, формы, размеров и установки руля. Чем больше плошадь пера руля, тем быстрее можно выполнить заданный маневр. При выводе руля из среднего положения на угол а вода, обтекающая судно, будет производить давление Р, направленное нормально к плоскости пера руля (рис. 182, а) и приложенное в Центре давления, который в общем случае не совпадает с центром тяжести площади пера руля. Силу давления воды на руль Р можно определить по приближенной формуле Жосселя  где k = 40 для одновинтовых судов со скоростью 8—12 узлов и k = 22,5 для двухвинтовых судов; а — угол перекладки руля; S — площадь пера руля, которая приближенно может быть вычислена по формуле S = k1 LT;  Рис. 182. здесь L, Т — длина и осадка судна соответственно; k1 — коэффициент, который для крупных грузовых судов равен 0,018—0,027; малых — 0,023—0,033; крупных пассажирских —0,017—0,019; танкеров—0,018—0,022; буксиров — 0,03—0,06 м² V — скорость судна, м/сек. Приложим в центре тяжести судна две равные и противоположные силы Р1 и Р2, параллельные и равные силе давления воды на руль Р. Силы Р и Р2 образуют пару сил, вращающую судно, момент которой можно приближенно определить по формуле  Разложив силу P1, получим силу F, увеличивающую сопротивление движению судна, и силу Q, которая создает дрейф судна. Циркуляция судна при отклоненном на постоянный угол а совершается так, как показано на рис. 182, б. Диаметр установившейся циркуляции судна можно приближенно определить по формуле  где k1 — эмпирический коэффициент, зависящий от водоизмещения судна V, длины L и площади погруженной части диаметральной плоскости FДП k2 — эмпирический коэффициент, зависящий от угла перекладки руля а. Значения коэффициентов k1 и k2 приведены в табл. 8; V — объемное водоизмещение судна, м³; S — площадь пера руля, м². Таблица 8 Тактический диаметр циркуляции на полном ходу с рулем, отклоненным на угол а = 30°, определяется по эмпирической формуле  Обычно тактический диаметр циркуляции составляет 90—120% от диаметра установившейся циркуляции или колеблется от четырех до семи длин судна. Диаметр циркуляции уменьшается с ростом скорости судна и угла перекладки руля. Он зависит также от соотношения длины судна к ширине. Скорость, диаметр циркуляции и другие маневренные элементы судна определяются на ходовых испытаниях судна, на мерной миле или в процессе эксплуатации и записываются в специальные таблицы в журнале маневренных элементов судна, отдельно для разных случаев загрузки и режимов работы машин. Расстояние, на которое переместится судно в направлении первоначального движения от точки начала циркуляции до поворота судна на 90°, l1 составляет для различных судов 60—120% от величины диаметра циркуляции D0. Расстояние от линии первоначального курса до точки, когда судно повернется на 90°, h составляет 50—60% от D0. Наибольшее отклонение судна от линии первоначального курса в сторону, противоположную повороту l3, достигает 10% от D0. Скорость судна на установившейся циркуляции можно определить по следующей эмпирической формуле:  Центробежная сила Q приложена в центре тяжести судна Zd, а сила бокового сопротивления — примерно посередине осадки судна Т, что на установившейся циркуляции вызывает крен судна обычно в сторону, противоположную циркуляции. Максимальный угол крена на установившейся циркуляции Omax можно вычислить по приближенной формуле Г. А. Фирсова  где h — поперечная метацентрическая высота судна, м. В начальный период перекладки руля судно получает крен в сторону поворота, так как центр давления на руль расположен обычно ниже центра тяжести судна и центра бокового сопротивления дрейфу. На управляемость судна влияет форма подводной части судна. Чем больше длина и осадка судна, но меньше ширина, тем устойчивее оно на курсе. При наличии крен а судно стремится уклониться от курса в сторону, противоположную крену, так как на накрененный борт воздействуют силы давления воды значительно большие, чем на противоположный борт. При наличии дифферента судна нанос обводы корпуса испытывают большее сопротивление, что снижает ход судна. Так как площадь носовой части подводного борта при дифференте на нос больше, чем кормовой, поворот судна осуществляется как бы вокруг точки, расположенной между миделем и носом судна. Это приводит к «забрасыванию» кормы влево при повороте вправо и наоборот. При дифференте на нос радиус циркуляции судна уменьшается. При небольшом дифференте на корму улучшается ход судна. Поворот судна в этом случае происходит как бы вокруг точки, расположенной между миделем и кормой судна. Забрасывание кормы на повороте меньше, чем при дифференте на нос. Слишком большой дифферент на корму ухудшает ход судна. При одновременном действии крена и дифферента судна влияние крена на управляемость судна увеличивается при дифференте на нос и уменьшается при дифференте на корму. В последнем случае радиус циркуляции судна увеличивается. Качка судна ухудшает управляемость. Встречное волнение сбивает нос судна под ветер, попутное волнение усиливает рыскливость судна. Влияние ветра на управляемость судна зависит от сочетания таких факторов, как длина судна, высота надводного борта, осадка, крен, дифферент судна, форма штевней, количество, форма и расположение надстроек, сила ветра, наличие палубного, груза, курс судна относительно ветра. Судно с застопоренными машинами становится в бакштаг по отношению к ветру либо лагом. Большое число развитых надстроек в носовой части способствует уваливанию судна носом под ветер на переднем ходу и выходу судна кормой на ветер на заднем ходу. В последнем случае судно трудно удержать на заданном курсе. Суда, имеющие развитые надстройки в кормовой части, на переднем ходу обладают повышенной рыскливостью, а на задаем — плохо выходят на ветер. Обтекаемые формы надводной части судна способствуют улучшению управляемости судна. Чем ближе направление встречного ветра к диаметральной плоскости судна, тем больше увальчивость судна. В этом случае малейший поворот судна от ветра приводит к резкому увеличению парусности наветренного борта, и сила бокового давления ветра быстро возрастает. При курсовых углах ветра более 90° большинство судов дрейфует на ветер. Это объясняется тем, что время рыскания судна на ветер обычно больше времени рыскания под ветер. На управляемость судна оказывает влияние род двигателя судна. Наиболее удобным двигателем с этой точки зрения является паровая машина, которая дает возможность в широких пределах варьировать числом оборотов винта. Двигатель внутреннего сгорания при запуске дает сразу большое число оборотов и сообщает резкое поступательное движение судну, что в значительной степени затрудняет маневрирование. Время реверса на турбинных и дизельных установках гораздо больше, чем у паровой машины, а процесс реверсирования сложнее. Наличие палубного груза, уложенного высокими штабелями, увеличивает парусность судна и снижает его управляемость. Поворотливость судна снижается при относительной перегрузке концевых трюмов, поэтому следует концентрировать нагрузку в серединных трюмах. Инерционные свойства судна являются важным фактором в эксплуатации судна. Аварии судов часто являются следствием плохого знания и учета судоводителями инерционных качеств судов. Инерция судна зависит от сообщенной ему кинетической энергии, которая пропорциональна массе судна и квадрату скорости его. Сила движения судна вперед почти в 2 раза больше силы торможения судна сопротивлением воды при свободном гашении инерции. Поэтому путь и время разгона судна значительно меньше пути и времени торможения судна. Путем торможения называют путь, который пройдет судно при полном ходе вперед после момента дачи сигнала «стоп машины». Длина тормозного пути судна с хорошими обводами без работы винтами назад примерно равна 25—30 длинам судна (1500— 3000 м). Время до полной остановки судна колеблется в пределах 10—20 мин. Длина тормозного пути при работе машин полным ходом назад сокращается до 4—7 длин судна (300—800 м), а время до полной остановки — до 2—4 мин. Длина тормозного пути судна уменьшается с ростом мощности машин при работе на задний ход и уменьшением водоизмещения судна. Практически чем быстроходнее судно, тем сравнительно меньше длина его тормозного пути при работе винтов полным ходом назад. Исключение составляют суда с турбинными установками, мощность которых при работе на задний ход равна 30—50% мощности на передний ход. Установлены следующие соотношения между силой заднего хода N3, силой переднего хода NП и длиной тормозного пути судна S, выраженной в длинах судна L:  Способность судна гасить свою инерцию во многом зависит от загрузки судна, дифферента, типа и мощности силовой установки, гидрометеорологических факторов. Вперед Оглавление Назад
|
.jpg)
