Диаметр циркуляции судна обычно составляет. Количественные оценки циркуляции судна

25.10.2021

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по выполнению курсовой работы по дисциплине «Управление судном»

Тема: « Расчет элементов циркуляции и инерционных характеристик судна »

В соответствии с Резолюцией ИМО А.160 (ES.IV) и параграфа 10 Правила II/I Международной конвенции о подготовке и дипломировании моряков и несению вахты 1978 г. на каждом судне должна быть представлена информация о маневренных характеристиках.

Выполнение курсовой работы по дисциплине «Управление судном» предусматривает более глубокое изучение вопросов, связанных с определением маневренных элементов судна.

Задание по КР включает в себя расчеты элементов циркуляции и инерционны свойств судна, а также составление типовой таблицы маневренных элементов по полученным результатам.

Курсовая работа выполняется курсантами 5 курса судоводительского факультета в 10 семестре после изучения Раздела 3 (темя 13–17) типовой программы дисциплины «Управление судном».

Курсовая работа включает следующие темы:

1. Определение элементов циркуляции судна расчетным способом.

2. Расчет инерционных характеристик судна, включающих в себя пассивное торможение, активное торможение и разгон судна при различных режимах движения.

3. Расчет увеличения осадки судна при плавании на мелководье и в каналах.

4. Составление таблицы маневренных элементов судна на основании результатов расчета (расчетно-графическая часть работы).

Курсовая работа оформляется в соответствие с существующими требованиями.

Размерность физических величин в используемых формулах должна соответствовать приведенной в разделе «Условные обозначения», если в тексте МУ не оговорено иное.

После проверки курсовой работы преподавателем учащийся в назначенный срок защищает ее на кафедре.

2. Условные обозначения

Δ – объемное водоизмещение, м 3

D – весовое водоизмещение судна, т

L – длина судна между перпендикулярами, м

В – ширина судна, м

d – осадка, м

V 0 – скорость полного хода, м/с

V н – начальная скорость для конкретного маневра, м/с

С в – к-т общей полноты

С м – к-т полноты мидельшпангоута

С д – к-т полноты ДП

С у – к-т подъемной силы пера руля

η – пропульсивный коэффициент

λ 11 – коэффициент присоединенной массы

α – угол поворота судна, град

β – угол дрейфа судна на циркуляции, град

δ р – угол перекладки руля, град

θ – угол крена, град

ψ – угол дифферента, град

l р – длина пера руля, м

h р – высота пера руля, м

λ р – относительное удлинение пера руля

А р – площадь пера руля, м 2

А д – площадь погруженной части ДП судна, м 2

А м – площадь погруженной части мидельшпангоута, м 2

D в – диаметр гребного винта, м

H в – шаг винта, м

n 0 – частота вращения винта, 1/с

N i – индикаторная мощность главного двигателя, л.с.

N е – эффективная мощность, л.с.

М ш – момент на швартовых

Р зх – упор винта на швартовых на заднем ходу, тс

Т 1 – время первого периода, с

Т 2 – время второго периода, с

Т р – время реакции судна на перекладку руля, с

Т ц – период циркуляции, с

Д 0 – диаметр установившейся циркуляции, м

Д т – тактический диаметр циркуляции, м

Д к – диаметр циркуляции кормовой оконечности судна, м

l 1 – выдвиг, м

l 2 – прямое смещение, м

ΔS – ширина полосы движения на циркуляции, м

S 0 – инерционная постоянная, м

S т – тормозной путь при активном торможении, м

t т – время активного торможения, с

S п – тормозной путь при пассивном торможении, м

t п – время пассивного торможения, с

S р – путь разгона судна, м

t р – время разгона судна, мин

g – ускорение свободного падения, м/с 2

3. Задание по разделу «Определение элементов циркуляции судна»

Все элементы циркуляции определяются для двух водоизмещений судна (в грузу и в балласте) с полного переднего хода с положением руля «на борт» (35°) и «полборта» (15°).

Результаты расчета сводятся в таблицу и по ним строится кривая циркуляции для двух водоизмещений и двух перекладок руля.

3.1 Методика расчета элементов циркуляции

Диаметр установившейся циркуляции с некоторыми допущениями рассчитывается по эмпирической формуле Шенхера .

где К 1 – эмпирический коэффициент, зависящий от отношения ;

Таблица значений коэффициента К 1

	0,05	0,06	0,07	0,08	0,09	0,10	0,11	0,12	0,13	0,14	0,15
К 1	1,41	1,10	0,85	0,67	0,55	0,46	0,40	0,37	0,36	0,35	0,34

Площадь пера руля определяется по формуле:

где А – эмпирический коэффициент, определяемый по формуле:

Коэффициент подъемной силы пера руля С у может быть найден по формуле:

(в расчете принимать ).

Тактический диаметр циркуляции можно определить по формулам:

– в грузу: ;

– в балласте: ,

где Д т – тактический диаметр циркуляции при перекладке руля «на борт».

Зависимость тактического диаметра циркуляции от угла перекладки руля выражается формулой:

Выдвиг и прямое смещение рассчитываются по формулам:

где К 2 – эмпирический коэффициент, определяемый по формуле:

где – относительная площадь пера руля, выраженная в процентах от площади погруженной части ДП:

Угол дифферента определяется по формуле:

Диаметр циркуляции кормовой оконечности судна можно определить по формуле:

Поступательная скорость на установившейся циркуляции определяется по приближенным формулам:

при перекладке руля «на борт» ;

при перекладке руля «пол борта»

Период установившейся циркуляции определяется по формуле:

Ширина полосы движения судна на циркуляции определяется по формуле:

3.2 Методика построения циркуляции судна

Кривую эволюционного периода циркуляции можно построить из дуг окружностей переменных радиусов. После поворота судна на угол 180° радиус циркуляции считается постоянной величиной.

Величина радиуса циркуляции постоянно уменьшается от наибольшего значения в начале поворота до значения поворота радиуса установившейся циркуляции.

Относительные значения радиусов неустановившейся циркуляции в зависимости от угла поворота судна и угла перекладки руля показаны в таблице:

Таблица значений R н /R ц

где R н – радиус неустановившейся циркуляции;

R 0 – радиус установившейся циркуляции.

Порядок построения циркуляции:

1. Проводим линию первоначального курса и откладываем на ней в выбранном масштабе отрезок пути судна, пройденного за маневренный период:

2. Рассчитываем средний радиус поворота судна на угол 10° по данным таблицы. Для этого, например, выбираем из таблицы от ношение радиусов R н /R ц при углах поворота на 5° и 10° при р = 35. Эти значения будут равны 4,4 и 3,2.

Затем рассчитываем средние радиусы поворота судна в интервалах от 10° до 30° и т.д.

3. Кривую циркуляции судна строим (аппроксимируем) из ряда дуг окружностей различных радиусов до угла поворота на 180°.

4. Построив кривую циркуляции в эволюционном периоде завершаем построение, описав окружность радиусом установившейся циркуляции до угла поворота на 360° (рис. 1)

Рис. 1. Схема построения циркуляции судна

4. Задание по разделу «Определение инерционных характеристик судна»

Инерционные характеристики должны быть рассчитаны при маневрах ППХ-ПЗХ, СПХ-ПЗХ, МПХ-ПЗХ, ППХ-СТОП, СПХ-СТОП, МПХ-СТОП, разгон из положения СТОП-ППХ.

Перечисленные характеристики представляются в виде графиков для водоизмещений судна в грузу и в балласте. Результаты расчета сводятся в таблицу:

груз			балласт
ППХ	СПХ	МПХ	ППХ	СПХ	МПХ
А м, м 2	ххх	ххх	ххх	ххх
R 0 , т	ххх	ххх	ххх	ххх
S 1 , м
V 2 , м/с
М 1 , т	ххх	ххх	ххх	ххх
S 2 , м
М ш	ххх	ххх	ххх	ххх	ххх
Р зх, т	ххх	ххх	ххх	ххх	ххх
S 3 , м
Т 3 , с
S т, с
t т, с
Т ср, с
S св, м
С	ххх	ххх	ххх	ххх
Т р, мин.	ххх	ххх	ххх	ххх
S р, кб.	ххх	ххх	ххх	ххх

4.1 Методика определения инерционных характеристик судна

4.1.1 Активное торможение

Активное торможение рассчитывается в три периода.

Расчет ведется до полной остановки судна (V к = 0).

Принимаем , .

Определяем сопротивление воды движению судна на полном ходу по формуле Рабиновича:

где .

Инерционная постоянная:

где m 1 – масса судна с учетом присоединенной массы:

Упор винта на заднем ходу:

где ;

N е = η ∙ N i ;

η может быть определена по формуле Эмерсона:

Путь, пройденный в первом периоде:

S 1 = V н ∙ Т 1

Скорость судна в конце второго периода:

Путь, пройденный судном во втором периоде:

Путь, проходимый судном в третьем периоде:

Время третьего периода:

Общий путь и время торможения:

S т = S 1 + S 2 + S 3

t т = t 1 + t 2 + t 3

4.1.2 Пассивное торможение

Расчет ведется до скорости V к = 0,2 ∙ V 0 .

Определяем время пассивного торможения:

4.2 Разгон судна

Расчет судна ведется до скорости V к = 0,9 ∙ V 0

Определяем путь и время разгона по эмпирической формуле:

S р = 1,66 ∙ С

где С – коэффициент инерционности, определяемый по выражению:

где V к, узлы;

5. Расчет дополнительных данных для таблицы маневренных элементов

5.1 Увеличение осадки судна на мелководье

Величина увеличения осадки судна на мелководье может быть рассчитана по формулам института гидрологии и гидромеханики Украины (формула Г.И. Сухомела), модифицированным А.П. Ковалевым :

при

где – отношение глубины моря к средней осадке;

k– коэффициент, зависящий от отношения длины к ширине судна.

Таблица для определений k:

Результаты расчета представляются в виде графика зависимости d к = f(V) при соотношении h/d = 1,4 и А к /А м = 4; 6; 8.

5.2 Увеличение осадки судна от крена

Увеличение осадки при различных углах крена рассчитывается по формуле:

Результаты расчета представлены в табличной форме для углов крена до 10º.

5.3 Определение запаса глубины на ветровое волнение

Волновой запас глубины определяется в соответствии с приложением 3 РШС‑89 для высот волн до 4 метров и представляется в табличной форме.

5.4 Маневр «Человек за бортом»

Одним из видов маневра судна «Человек за бортом» является разворот с выходом на контркурс. Выполнение этого маневра зависит от выбора угла отклонения судна от первоначального курса (α). Величина угла α определяется по формуле:

где Т п – время перекладки руля с борта на борт (Т п = 30 сек);

V ср – средняя скорость на циркуляции, определяемая из выражения:

Построение схемы маневра выполняется по данным циркуляции, рассчитанным в разделе 3.

Литература

1. Войткунский Я.И. и др. Справочник по теории корабля. – Л.: Судостроение, 1983.

2. Демин С.И. Приближенное аналитическое определение элементов циркуляции судна. – ЦБНТИ ММФ, экспресс-информация, серия «Судовождение и связь», вып. 7 (162), 1983, с. 14–18.

3. Знамеровский В.П. Теоретические основы управления судном. – Л.: Издательство ЛВИМУ, 1974.

4. Карапузов А.И. Результаты натурных испытаний и расчет маневренных элементов судна типа «Прометей». Сб. Безопасность мореплавания и ведения промысла, вып. 79. – Л.: Транспорт, 1987.

5. Мастушкин Ю.М. Управляемость промысловых судов. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981.

7. Справочник капитана (под общей редакцией Хабура Б.П.). – М.: Транспорт, 1973.

8. Судовые устройства (под общей редакцией Александрова М.Н.): Учебник. – Л.: Судостроение, 1988.

9. Цурбан А.И. Определение маневренных элементов судна. – М.: Транспорт, 1977.

10.Управление судном и его техническая эксплуатация (под общей редакцией Щетининой А.И.). – М.: Транспорт, 1982.

11.Управление судами и составами (Соларев Н.Ф. и др.). – М.: Транспорт, 1983.

12.Управление крупнотоннажными судами (Удалов В.И., Массанюк И.Ф., Матевосян В.Г., Ольшамовский С.Б.). – М.: Транспорт, 1986.

13.Ковалев А.П. К вопросу о «проседании» судна на мелководье и в канале. Экспресс-информация, серия «Безопасность мореплавания», вып 5,1934. – М.: Мортехинформреклама.

14.Гире И.В. и др. Испытания мореходных качеств судов. – Л.: Судостроение, 1977.

15.Ольшамовский С.Б., Миронов А.В., Маричев И.В. Совершенствование маневрирования крупнотоннажными судами. Экспресс-информация, серия «Судовождение связь и безопасность мореплавания», вып. 11 (240). – М.: Мортехинформреклама, 1990.

16.Экспериментальное и теоретическое определение маневренных элементов судов НМП для составления формуляров маневренных характеристик. Отчет о НИР УДК. 629.12.072/076. – Новороссийск, 1989.

Изменение нагрузки на двигатель в период разгона судна может быть проиллюстрировано рис. 2.19. В установке с прямой передачей на ВФШ при отсутствии разобщительных муфт во время пуска двигателя одновременно начинает вращаться гребной винт. В первый момент скорость судна близка к нулю, поэтому нагрузка на дизель будет изменяться по швартовной винтовой характеристике до пересечения ее с регуляторной характеристикой двигателя (участок 1-2), соответствующей определенному положению рычага управления всережимным регулятором. Далее по мере увеличения скорости судна нагрузка снижается по регуляторной характеристике двигателя (участок 2-3). В точке 3 судно заканчивает разгон до скорости, определяемой винтовой характеристикой II. Дальнейший разгон до достижения требуемой скорости судна осуществляется по винтовой характеристике (участки 3-5 ÷ 13-14).Для этой цели рукоятка управления всережимным регулятором устанавливается в ряд промежуточных положений, соответствующих регуляторным характеристикам двигателя. Обычно на каждом промежуточном положении регуляторной характеристики двигателя делается выдержка, необходимая для достижения соответствующей скорости судна и для установления теплового состояния двигателя. Заштрихованные площадки соответствуют работе двигателя, затрачиваемой дополнительно для разгона судна. Ступенчатый разгон судна позволяет затрачивать меньшую работу двигателя и исключает вероятность его перегрузки.

Рис. 2.19. Изменение нагрузки на двигатель в период разгона судна

В случаях экстренного разгона судна рукоятка управления всережимным регулятором после запуска двигателя сразу переводится из положения в положение, соответствующее номинальной частоте вращения коленчатого вала. Рейка топливного насоса высокого давления передвигается регулятором в положение, соответствующее максимальной подаче топлива. Это приводит к тому, что изменение эффективной мощности и частоты вращения коленчатого вала в период разгона происходит по более крутой винтовой характеристике (на рис. 2.19 – по характеристике, соответствующей относительной скорости судна = 0,4). В точке 15 двигатель выходит на внешнюю номинальную скоростную характеристику двигателя. При дальнейшем разгоне судна нагрузка на двигатель будет изменяться по внешней номинальной скоростной характеристике двигателя (участок 15-14). Точка 14 характеризует нагрузку на двигатель по окончании разгона судна.

На рис. 2.19 показана динамика изменения нагрузки на двигатель в процессе разгона судна в предположении, что в одном случае (при медленном разгоне судна) нагрузки будут в основном определяться положением винтовой характеристики, а при быстром разгоне судна двигатель будет выходить на внешнюю номинальную скоростную характеристику. В этом случае двигатель перегружается по величине эффективного крутящего момента.

Выше рассматривался режим разгона при наличии ВФШ. Установка с ВРШ обеспечивает более быстрое протекание процесса разгона судна благодаря возможности полного использования эффективной мощности двигателей и получению более высоких тяговых характеристик судна.

Условия работы двигателя при разгоне судна зависят от способа управления подачей топлива и от закона перемещения органов управления двигателем.

Изменение нагрузки на двигатели при циркуляции судна. По характеру воздействия нагрузки на главные двигатели весь маневр циркуляции судна следует разделять на участки входа и выхода из циркуляции и участок движения с постоянным радиусом циркуляции. На первых двух участках двигатели работают на неустановившихся режимах, вызванных изменением скорости судна, угла дрейфа, угла перекладки руля. При сохранении радиуса циркуляции двигатели работают на установившихся режимах, отличных, однако, от тех, которые имели место во время хода судна на прямом курсе. При циркуляции судно движется не только по радиусу, но и с дрейфом; скорость его падает при той же частоте вращения гребного вала, гребные винты работают в косом водяном потоке, КПД их снижается. В связи с этим нагрузка на двигатель возрастает. Увеличение нагрузки на двигатель зависит от скорости, от форм обвода корпуса судна, конструкции рулей и угла их перекладки.

Криволинейная траектория движения центра тяжести G при перекладке руля на некоторый угол и удержания его в этом положении, называется циркуляцией

Различают 4 периода циркуляции:

Предварительный период - время от момента подачи команды рулевому, до начала перекладки пера руля.
Маневренный период циркуляции - определяется началом и концом перекладки руля. т.е. по времени совпадает со временем продолжительности перекладки руля.
Эволюционный период циркуляции - начинается с момента окончания перекладки руля и заканчивается, когда элементы движения примут установившийся характер.
Установившийся период циркуляции - начинается с момента движения центра тяжести по замкнутой прямой, при неизменном положении руля.

Элементы движения судна на циркуляции: dt - тактический диаметр циркуляции; Дц - диаметр установившейся циркуляции; l 1 - выдвиг - расстояние между положениями центра тяжести судна в начальный момент циркуляции и после поворота на 90°: l 2 -обратное смещение; l 3 -прямое смещение - расстояние от линии первоначального курса до центра тяжести судна после поворота на 90°. B-угол дрейфа

В начальный, эволюционный период циркуляции на перо руля, выведенное из ДП, действует гидродинамическая сила, одна из составляющих которой направлена перпендикулярно к ДП, и вызывает дрейф судна. Под действием упора винта и боковой силы судно движется вперед и смещается в сторону, противоположную перекладке руля. Поэтому наряду с дрейфом возникает обратное смещение судна в сторону, противоположную повороту. Траектория циркуляции в первый момент искажается. Обратное смещение уменьшается по мере возрастания центробежной силы инерции, приложенной к центру тяжести судна и направленной во внешнюю сторону поворота. Обратное смещение выносит судно за внешнюю сторону циркуляции. И хотя оно не превышает полуширины судна, учитывать его надо, особенно при крутых поворотах в узкости.

В период установившейся циркуляции моменты сил, действующих на руль и корпус судна, уравновешиваются и судно совершает движение по окружности. Нарушение параметров движения судна может произойти при изменении угла перекладки руля, скорости судна или под воздействием внешних сил.

Основные элементы циркуляции судна - диаметр и период. Диаметр циркуляции характеризует поворотливость судна. Различают тактический диаметр циркуляции Dт и диаметр установившейся циркуляции Dц.

Тактический диаметр циркуляции Dт - это расстояние между первоначальным курсом судна и после его поворота на 180 ° и составляет 4-6 длин морских транспортных судов.

Диаметр установившейся циркуляции Dц - это диаметр окружности, по которой движется центр тяжести судна во время установившейся циркуляции. Тактический диаметр циркуляции примерно на 10 % больше диаметра установившейся циркуляции.

Диаметр циркуляции зависит от многих факторов: длины, ширины, осадки, загрузки, скорости судна, дифферента, крена, стороны и угла прокладки, количества гребных винтов и рулей и др.

При циркуляции. ДП судна не совпадает с касательной к криволинейной траектории движения центра тяжести. В результате этого образуется угол дрейфа Р. Нос судна смещается внутрь кривой циркуляции, а корма во внешнюю сторону. С увеличением скорости угол дрейфа увеличивается, и наоборот. Изза наличия угла дрейфа судно на циркуляции занимает полосу воды больше своей величины. Это необходимо учитывать судоводителям при маневрировании и расхождении в стесненных условиях плавания.

Следующий элемент, характеризующий поворотливость судна - период циркуляции. Это время, за которое судно поворачивается на 360 °. Он зависит от скорости судна и угла перекладки руля. С увеличением скорости и угла перекладки руля период циркуляции уменьшается. При перекладке руля в первоначальный момент появляется крен судна в сторону поворота. Он исчезает в начале движения на циркуляции и при дальнейшем движении судно получает крен в обратную сторону поворота. Это объясняется тем, что вначале на судно действует кренящий момент М"кр, возникающий от силы Р - давления воды на перо руля и силы R бокового сопротивления. При дальнейшем повороте судна на него начинают действовать центробежная сила инерции К, приложенная к центру тяжести судна (G) и направленная во внешнюю сторону поворота, и сила бокового сопротивления R. Эти две силы образуют момент М"кр, значительно больший, чем М"кр, который кренит судно на борт, противоположный переложенному рулю (противоположную сторону поворота).

Диаметр циркуляции на полном ходу и руле, переложенном на борт, прямо пропорционален плечу управления ¾ (L – B) и обратно – пропорционален плечу поперечного сопротивления 1/8 (L + 3B).

Величина установившегося диаметра циркуляции крупнотоннажного судна приближенно будет равна:

Или (1.3)

где L и В – длина между перпендикулярами и ширина судна, м.;

Длина циркуляции С = πD. Угол дрейфа β при центре поворота будет равен V = L/C . 180°. Приведенные зависимости позволяют находить элементы циркуляции в зависимости от отношения L/B. Это отношение является причиной разных диаметров циркуляции судов примерно одного и того же дедвейта. Результаты расчета представлены в табл. 2.

Таблица 2.

Элементы циркуляции в зависимости от L/B

L/B	Ц.В.	D	C	β
	1/3 L	4 L	12,6 L
	1/32 L	3,8 L	12,0 L
	5/14 L	3,6 L	11,3 L
	3/8 L	3,3 L	10,5 L
	2/5 L	3,0 L	9,4 L

Центр вращения судна (Ц.В.), как понятие – точка, вокруг которой вращается судно, рассматривается в работе Генри Х. Хойера . На переднем ходу судна Ц.В. находиться примерно на ¼ длины судна от носа. На заднем ходу он располагается примерно в ¼ длины от кормы. На циркуляции Ц.В. располагается в носовой части на значениях длины судна, указанных во второй колонке табл. 2.

При управлении судном более важным является знание наибольшего диаметра циркуляции судна (Dт), называемого тактическим. Его величина для судна в балласте может быть определена по эмпирической формуле:

(1.4)

для судна в грузу по формуле:

(1.5)

где С в – коэффициент полноты водоизмещения.

В работе на основании обработки натурных испытаний для приближенной оценки величины Dт получена следующая формула:

где е – основание натуральных логарифмов.

В работе для определения элементов установившейся циркуляции крупнотоннажного судна приведены следующие формулы.

Угловая скорость вращения:

где: V – линейная скорость на установившейся циркуляции, уз;

D Ц – диаметр установившейся циркуляции, м.

Период циркуляции:

Время поворота судна на заданный угол φ° определяется из выражения:

Т φ = Т цφ ° / 360°, мин.

Зависимость диаметра циркуляции D от угла перекладки руля может быть выражена формулой:

(1.9)

где D т – тактический диаметр циркуляции при угле перекладки руля α р = 35° «на борт».

Ширина полосы движения корпуса судна при повороте определяется по формуле:

DS ц = L sin β + B cos β (1.10)

где: β- угол дрейфа судна на циркуляции;

S ц - ширина полосы движения, м.

Угол дрейфа судна на циркуляции можно определить по приближенной формуле:

(1.11)

Для крупнотоннажных судов обратное смещение на циркуляции может иметь значительную величину.

С некоторым приближением эту величину найдем по формуле:

(1.12)

где l 3 – обратное смещение центра тяжести судна, .

Тогда крайняя точка кормы с учетом l 3 может отклониться от кривой циркуляции на расстояние, определяемое по формуле:

;

Выдвиг судна l п по первоначальному курсу, при повороте на угол менее 90° (l 1 – выдвиг судна при повороте на 90° приведен в таблице маневренных элементов) приближенно может быть определен по формуле:

(1.13)

где: V 0 - скорость судна в момент начала поворота;

R ср - радиус кривизны циркуляции на участке поворота, R ср = 1,2 D т /2 при перекладке руля на угол не более 20°;

DК - угол поворота судна (ИК 2 –ИК 1 = DК);

t МП - время реакции судна на переложенный руль (мертвый промежуток).

Значение относительной скорости на установившейся циркуляции для крупнотоннажного судна можно определить по следующей эмпирической формуле:

(1.14)

Для разворота судна на обратный курс ширина фарватера (акватории разворота судна) должна быть не менее:

(1.15)

Расчеты элементов циркуляции «в ручную», по приведенным формулам в условиях работы судоводителя на мостике займут много времени, поэтому необходимо, чтобы информация о поворотливости была в компьютере или на плакате в виде специального планшета (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Выполнение поворотов с использованием планшета циркуляций

Планшет циркуляций представляет собой сетку направлений (радиусы) и дистанций (концентрические окружности), на которую нанесены кривые циркуляции при различных углах перекладки руля. Для крупнотоннажных судов эти кривые наносят с учетом движения на циркуляции оконечностей судна (на рис. 1.4) это показано для циркуляции левого борта при перекладке руля на 10°.

Планшетом можно пользоваться следующим образом. На кальке в масштабе планшета наносят схему фарватера (канала) в районе поворота с отметками старого ИК 1 и нового ИК 2 , а также один – два наиболее удобных ориентира. Затем кальку накладывают на планшет так, чтобы линия ИК, совпадала с радиусом планшета ОО. Перемещая кальку вдоль этого радиуса, выбирают необходимую циркуляцию и поворот на новый курс при угле перекладки руля выбранной циркуляции.

Под поворотливостью судна подразумевается его способность изменять направление движения под воздействием руля (средств управления) и двигаться по траектории данной кривизны. Движение судна с переложенным рулем по криволинейной траектории называют циркуляцией . (Разные точки корпуса судна во время циркуляции движутся по разным траекториям, поэтому, если специально не оговаривается, под траекторией судна -подразумевается траектория его ЦТ.)

При таком движении нос судна (рис.1) направлен внутрь циркуляции, а угол а0между касательной к траектории ЦТ и диаметральной плоскостью (ДП) называется углом дрейфа на циркуляции .

Центр кривизны данного участка траектории называют центром циркуляции (ЦЦ), а расстояние от ЦЦ до ЦТ (точка О) - радиусом циркуляции .

На рис. 1 видно, что различные точки по длине судна движутся по траекториям с разными радиусами кривизны при общем ЦЦ и имеют разные углы дрейфа. Для точки, расположенной в кормовой оконечности, радиус циркуляции и угол дрейфа - максимальны. На ДП судна имеется особая точка-полюс поворота (ПП), которой угол дрейфа равен нулю, Положение ПП, определяемое перпендикуляром, опущенным из ЦЦ на ДП, смещено от ЦТ по ДП в нос приблизительно на 0,4 длины судна; величина такого смещения на различных судах изменяется в небольших пределах. Для точек на ДП, расположенных по разные стороны от ПП, углы дрейфа имеют противоположные знаки. Угловая скорость судна в процессе циркуляции сначала быстро возрастает, достигает максимума, а затем, по мере смещения точки приложения силы Yo в сторону кормы, несколько снижается. Когда моменты сил РуиYo уравновесят друг друга, угловая скорость приобретает установившееся значение.

Циркуляция судна разделяется на тря периода: маневренный, равный времени перекладки руля; эволюционный - с момента окончания перекладки руля до момента, когда линейная и угловая скорости судна приобретают установившиеся значения; установившийся - от окончания эволюционного периода и до тех пор, пока руль остается в переложенном положении. Элементами, характеризующими типичную циркуляцию, являются (рис.2):

Выдвиг l1 - расстояние, на которое перемещается ЦТ судна в направлении первоначального курса с момента перекладки руля до изменения курса на 90°;

Прямое смещение l2 - расстояние от первоначального положения ЦТ судна до положения его после поворота на 90°, измеренное по нормали к первоначальному направлению движения судна;

Обратное смещение l3- расстояние, на которое под влиянием боковой силы руля ЦТ судна смещается от линии первоначального курса в сторону, обратную направлению поворота;

Тактический диаметр циркуляции DT - кратчайшее расстояние между ДП судна в начале поворота а ее положением в момент изменения курса на 180°;

Диаметр установившейся циркуляции Dуст - расстояние между положениями ДП судна для двух последовательных курсов, отличающихся на 180°, при установившемся движении.

Четкую границу между эволюционным периодом и установившейся циркуляцией обозначить невозможно, так как изменение элементов движения затухает постепенно. Условно можно считать, что после поворота на 160-180° движение приобретает характер, близкий кустановившемуся. Таким образом, практическое маневрирование судна происходит всегда при неустановившемся режиме.

Элементы циркуляции при маневрировании удобнее выражать в безразмерном виде - в длинах корпуса:

в таком виде легче сравнивать между собой поворотливость различных судов. Чем меньше безразмерная величина, тем лучше поворотливость.

Элементы циркуляции обычного транспортного судна для данного угла перекладки руля практически не зависят от начальной скорости при установившемся режиме работы двигателя. Однако, если при перекладке руля увеличить обороты винта, то судно совершит поворот более крутой, чем при неизменяемом режиме главного двигателя (ГД).

Прилагается два рисунка.

Рис.1 Рис.2

Циркуляцией называют траекторию, описываемую ЦТ судна, при движении с отклоненным на постоянный угол рулем. Циркуляция характеризуется линейной и угловой скоростями, радиусом кривизны и углом дрейфа. Угол между вектором линейной скорости судна и ДП называютуглом дрейфа . Эти характеристики не остаются постоянными на протяжении всего маневра.

Циркуляцию принято разбивать на три периода: маневренный, эволюционный и установившийся.

Маневренный период – период, в течение которого происходит перекладка руля на определенный угол. С момента начала перекладки руля судно начинает дрейфовать в сторону, противоположную перекладке руля, и одновременно начинает разворачиваться в сторону перекладки руля. В этот период траектория движения ЦТ судна из прямолинейной превращается в криволинейную с центром кривизны со стороны борта, противоположного стороне кладки руля; происходит падение скорости движения судна.

Эволюционный период – период, начинающийся с момента окончания перекладки руля и продолжающийся до момента окончания изменения угла дрейфа, линейной и угловой скорости. Этот период характеризуется дальнейшим снижением скорости (до 30 – 50%), изменением крена на внешний борт и резким выносом кормы на внешнюю сторону.

Период установившийся циркуляции – период, начинающийся по окончании эволюционного, характеризуется равновесием действующих на судно сил: упора винта, гидродинамических сил на руле и корпусе, центробежной силы. Траектория движения ЦТ судна превращается в траекторию правильной окружности или близкой к ней.

Геометрически траектория циркуляции характеризуется следующими элементами:

Dо – диаметр установившейся циркуляции – расстояние между диаметральными плоскостями судна на двух последовательных курсах, отличающихся на 180° при установившемся движении;

Dц – тактический диаметр циркуляции – расстояние между положениями ДП судна до начала поворота и в момент изменения курса на 180°;

l1 – выдвиг – расстояние между положениями ЦТ судна перед выходом на циркуляцию до точки циркуляции, в которой курс судна изменяется на 90°;

l2 – прямое смещение – расстояние от первоначального положения ЦТ судна до положения его после поворота на 90°, измеренное по нормали к первоначальному направлению движения судна;

l3 – обратное смещение – наибольшее смещение ЦТ судна в результате дрейфа в направлении, обратном стороне перекладки руля (обратное смещение обычно не превышает ширины судна В, а на некоторых судах отсутствует совсем);

Tц –период циркуляции – время поворота судна на 360°.

Рис. 1.8. Траектория судна на циркуляции

Перечисленные выше характеристики циркуляции у морских транспортных судов среднего тоннажа при полной перекладке руля на борт можно выразить в долях длины судна и через диаметр установившейся циркуляции следующими соотношениями:

Dо = (3 ÷ 6)L; Dц = (0,9 ÷ 1,2)Dу; l1 = (0,6 ÷ 1,2)Dо ;

l2 = (0,5 ÷ 0,6)Dо; l3 = (0,05 ÷ 0,1)Dо; Tц = πDо/Vц .

Обычно величины Dо; Dц; l1; l2; l3 выражаются в относительном виде (делят на длину судна L ) – легче сравнивать поворотливость различных судов. Чем меньше безразмерное отношение, тем лучше поворотливость.

Скорость на циркуляции для крупнотоннажных судов снижается °с перекладкой руля на борт на 30%, а при повороте на 180° – вдвое.

Необходимо отметить и следующие положения:

а) начальная скорость оказывает влияние не столько на Dо , сколько на ее время и выдвиг, и только у высокоскоростных судов заметны Dо в большую сторону;

б) с выходом судна на траекторию циркуляции оно приобретает крен на внешний борт, значение которого по правилам Регистра не должно превышать 12 °;

в) если во время циркуляции увеличивать число оборотов ГД, то судно совершит поворот более крутой;

г) при выполнении циркуляции в стесненных условиях следует учитывать, что кормовая и носовая оконечности судна описывают полосу значительной ширины, которая становится соизмеримой с шириной фарватера.