Керованість морського судна
Морська бібліотека України немає
Таким чином, керованість об'єднує два якості судна - стійкість на курсі і повороткість.
Стійкістю на курсі називається здатність судна зберігати прямолінійний напрямок руху відповідно до заданим курсом.
Повороткість - це здатність судна змінювати напрямок руху і рухатися по заздалегідь обраної судноводієм криволінійної траєкторії.
У морі на судно, яке здійснює поступальний рух, впливає багато факторів: вітер, хвилювання, протягом, нерівномірність роботи гребних гвинтів і керма і т.п. їх дія важко піддається кількісному обліку, але всі вони прагнуть внести збудження в режим руху судна.
Практично здатність судна триматися па курсі досягається шляхом періодичної перекладки керма. При цьому, чим менше кути перекладки керма і число перекладань в одиницю часу, тим більшою стійкістю на курсі володіє судно.
Аналізуючи поняття стійкості судна па курсі і вимоги щодо її забезпечення, можна встановити, що це якість судна знаходиться в деякому протиріччі з іншим його якістю - повороткістю.
Як відомо всяке поліпшення стійкості на курсі пов'язано з погіршенням повороткості і навпаки. Тому при проектуванні судна для забезпечення найкращої керованості прагнуть знайти найбільш доцільне поєднання стійкості судна на курсі і його повороткості, відповідне технічним завданням, тобто призначенням судна і умов його плавання.
Керованість судна забезпечується спеціальними засобами управління, призначення яких - створювати силу (перпендикулярну ДП), що викликає бічний зсув судна (дрейф) і поворот його навколо поздовжньої (крен) і поперечної (диферент) осей.
Засоби управління поділяються на основні та допоміжні.
Основні засоби - рулі, поворотні насадки, крильчасті рушії - призначені для забезпечення керованості судна під час його руху.
Допоміжні засоби забезпечують керованість судна на гранично малих ходах і при русі по інерції з непрацюючим р д. До цієї групи належать підрулюють пристрої різних типів, активні керма.
При проектуванні рульового пристрою необхідно враховувати призначення судна. Так, суду далекого плавання проходять значні відстані, дотримуючись одного напрямку, в той час як суду, які вчиняють часті заходи в порти, а також портові та інші судна, що працюють на обмежених акваторіях, проходять невеликі відстані при частих реверсах і перервах курсу. Очевидно, що для судів першої групи основною вимогою є хороша стійкість на курсі, а для другої групи - хороша повороткість.
Слід підкреслити, що для судів, особливо транспортних, збереження стійкості на курсі - це фактор, що забезпечує їх економічні показники, так як погана стійкість на курсі мимоволі подовжує рейсовое час, яке служить одним з основних експлуатаційних показників транспортних судів.
ДІЯ КЕРМА НА СУДНО
ДІЯ КЕРМА НА СУДНО
При русі судна в результаті перекладання пера керма на кут α, на ньому, під дією потоку води буде виникати результуюча різниці тисків з боку потоку на внутрішню і зовнішню поверхні крила. Крім сил тисків на всю поверхню крила вздовж хорди профілю діють сили опору, обумовлені в'язкістю рідини.
Результуючі всіх сил тиску і сил опору можна замінити однією рівнодіюча Р, яка називається рівнодіючої гідродинамічних сил, що діють на крило. Силу Р прийнято характеризувати її проекціями на напрямок швидкості незбуреного потоку і напрямок, перпендикулярний йому.
Проекція сили Р на напрямок швидкості потоку V0 називається лобовим опором Рх. а проекція тієї ж сили на напрямок, перпендикулярний швидкості потоку - підйомної силою Ру.
Очевидно, що сила лобового опору Рх. спрямована в бік, протилежний руху судна, викликає гальмування судна і зменшення, таким чином, його швидкості. Сила Рy спрямована перпендикулярно ДП і викликає на передньому ходу зміщення корми судна вліво. Сила Ру - корисна сила, що забезпечує розворот судна під час перекладання керма.
При перекладанні пера керма на кут, більший 35 °, підйомна сила Ру стає незначною, а сила лобового опору Рх. зменшує швидкість судна, збільшується. Тому на практиці кут перекладки керма, як правило, не буває більше 35 °.
Практика плавання показує, що керованість на задньому ходу завжди значно гірше, ніж на передньому, а в багатьох випадках суду майже не справляються навіть в умовах спокійної води.
ЦИРКУЛЯЦІЯ СУДНА І ЕЛЕМЕНТИ ОБІГУ
ЦИРКУЛЯЦІЯ СУДНА І ЕЛЕМЕНТИ ОБІГУ
Припустимо, що судно здійснює усталене прямолінійний рух, причому напрямок швидкості судна збігається з діаметральної площиною. Нехай в деякий момент на цьому судні проведена перекладка керма на заданий кут. В результаті судно починає здійснювати рух по криволінійній траєкторії.
Криволінійна траєкторія, яку описує центр ваги судна під час перекладання керма на деякий кут і подальшому утриманні його в цьому положенні, називається циркуляцією.
Розрізняють три періоди циркуляції: маневрений, еволюційний і період сталої циркуляції.
Маневрений період циркуляції визначається початком і кінцем перекладки керма, тобто за часом збігається з тривалістю перекладки керма. У цей період судно продовжує рухатися практично прямолінійно.
Еволюційний період циркуляції починається з моменту закінчення перекладки керма і закінчується, коли елементи руху візьмуть сталий характер, тобто перестануть змінюватися в часі.
Період сталої циркуляції починається з моменту закінчення еволюційного періоду і триває весь час, поки кермо судна знаходиться в перекладенні положенні.
Траєкторія криволінійного руху центру ваги судна, тобто його циркуляція характеризується наступними елементами:
Діаметр сталої циркуляції ДЦ - діаметр окружності, описуваної судном в усталений період циркуляції, який починається після повороту судна на 90-180 °;
Тактичний діаметра циркуляції Дт - найкоротша відстань між становищем діаметральної плоскоскості судна на початку повороту і після зміни початкового курсу на 180 °;
Висуваючи l1 відстань, на яку зміщується центр ваги судна в напрямку початкового курсу від точки початку циркуляції до точки, відповідної зміни курсу судна на 90 °;
Пряме зміщення l2 - відстань від початкового курсу судна до точки положення центра ваги в момент повороту судна на 90 °;
Зворотне cмещеніе l3 - найбільша відстань, на яку зміщується центр ваги судна від лінії початкового курсу в бік, протилежний повороту.
Значення елементів циркуляції, які висловлюються в частках діаметра циркуляції ДЦ. лежать у відносно вузьких межах і для судів різних типів змінюються таким чином:
Для морських транспортних суден Дт становить 4-6 довжин судна. Крім зазначених елементів до характеристик циркуляції відносять:
- період сталої циркуляції Т - час повороту судна на 360 °;
- кутову швидкість обертання судна на сталої циркуляції ω = 2π / Т.
Якщо на судні, що йде прямим курсом, раптово перекласти кермо, то в перший момент після початку перекладки на судно діють наступні сили: поперечна складова Ру сил, що діють на кермо; поперечна складова Ry сил, що діють на занурену частина корпусу судна; поперечна складова відцентрових сил інерції судна Fц. Лінія дії цієї сили спрямована в бік повороту судна.
Всі зазначені сили розташовуються в різних площинах по висоті. Таким чином, в перший момент після перекладки керма сумарний момент всіх наведених сил викликає невеликий крен судна на той борт, на який перекладений кермо. В результаті такого накрененія судна і дії поперечної складової Ру на кермі виникає дрейф судна і зворотне зміщення l3 - зміщення судна в сторону, протилежну повороту. Траєкторія циркуляції спотворюється. Зворотне зміщення не перевищує половини ширини судна, але при маневруванні в обмежених умовах враховувати його потрібно, так як воно виносить судно за зовнішню сторону циркуляції.
У міру зміни кривизни траєкторії відцентрова сила зменшується, а потім змінює знак, тобто змінює напрямок дії на протилежне. Одночасно відбувається наростання моменту від сили Ry внаслідок збільшення кута дрейфу і зменшення моменту від сили Рy через зниження швидкості судна.
В результаті зміни характеру дії зазначених сил, і моментів, судно спочатку випрямляється, а потім починає кренитися в сторону, зворотний напрямку перекладки керма. Причому кут крену виявляється тим більше, чим більше швидкість судна на циркуляції, кут перекладки керма і чим менше метацентрическая висота судна.
В результаті такого крену і дії поперечної складової Pу на кермі діаметральна площину судна на циркуляції не збігається з дотичною до криволінійної траєкторії руху центру ваги, тобто утворюється кут дрейфу - b0. Ніс судна зміщується всередину кривої циркуляції, а корми заноситься в зовнішню сторону. Зі збільшенням швидкості судна кут дрейфу збільшується. Через наявність кута дрейфу судно на циркуляції займає смугу води більше ширини судна. Це необхідно враховувати при маневруванні в вузькості.
Під час повороту внаслідок гальмуючого дії керма і появи кута дрейфу зростає опір води руху судна, що призводить до зменшення швидкості. Втрата швидкості на циркуляції в деяких випадках може досягати 50%.