Лаюораторные работы водный транспорт. Методические указания для курсантов спе циальности 18040265, выполняющих лабораторные работы по курсу Управ ление судном
 Скачать 1.13 Mb.
|
|
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 ТЕМА: Буксировка на волнении. ЦЕЛЬ: Расчет буксирной линии, состоящей из стального троса и капро- новой вставки. ЗАДАНИЕ: 1. Буксирная линия составлена из штатного буксирного троса, закреплен- ного за два 120-ти метровых швартовных троса буксируемого судна. Посадка буксирующего судна выбирается из колонок 2, 3, посадка буксируемого – из колонок 4, 5 вариантов задания (прил. 3). 2. Использовать расчеты, выполненные в лабораторной работе № 1. Оп- ределить возможную максимальную скорость буксировки судна в открытом 9 море при воздействии встречного ветра 10 м/с, создающего волнение 4 балла, высота волны 4 метра. 3. Выполнить расчет буксировки при высоте волны 6 метров с двукрат- ным запасом прочности буксирного троса. 4. Вычертить график зависимости упругого удлинения швартовных тро- сов от скорости буксировки (сопротивления буксируемого судна). 5. Вычертить схему крепления и соединения буксирной линии. Контрольные вопросы: 1. В чем различие между буксирным тросом и буксирной линией? 2. Как выполняется расчет буксирной линии? 3. Какие усилия действуют в буксирной линии при плавании на волне- нии? 4. Какие бывают буксирные линии? 5. Какие бывают способы крепления и соединения элементов буксирной линии? МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЯСНЕНИЯ: Буксирные линии всех типов надо рассматривать с точкизрениятого, на- сколько они удовлетворяют требованию обеспечения свободного орбиталь- ного движения судов при плавании на волнении, т.е. при морской буксировке необходимо подбирать буксирную линию так, чтобы расстояние между су- дами могло изменяться на значение, равное высоте волны h в . При этом в бук- сирных канатах не должно возникать напряжений, превышающих их проч- ность. Длину составной комбинированной буксирной линии определяют исходя из условий безопасного расстояния между буксирующим и буксируемым су- дами. Увеличение расстояниямежду судами при буксировке может быть достигнуто упругой деформацией. Упругое удлинение стальных тросов по- рядка 1% и на практике при определении длины буксирной линии не учиты- вается, а принимается в запас, необходимый для компенсации случайных рывков. Введение в буксирную линию синтетического троса с упругостью, значи- тельно большей, чем упругость стального троса, делает такую комбинацию приемлемой. Преимущество этого метода в том, что при сравнительно не- большой стреле провеса обеспечивается хорошее упругое удлинение. Нет не- обходимости укорачивать буксирную линию при прохождении по неболь- шим глубинам. Введение в буксирную линию автоматической лебедки удовлетворяет ос- новному требованию морской буксировки по обеспечению свободного орби- тального движения судов при плавании на волнении. Имея тягу, равную упо- ру винта, буксирная лебедка в случае превышения на буксирном тросе пре- 10 дусмотренного усилия начинает травить буксирный трос и, наоборот, когда усилие уменьшается, выбирает его слабину. Синтетические тросыимеют упругое удлинение перед разрывом от 30 до 50%. При буксировке расчетное усилие, растягивающее трос, не должно пре- вышать 1/3–1/5 разрывного усилия троса. В таких условиях упругое удлине- ние синтетического троса можно определить: Δ l = l √(R 0 /( α ×P разр .)), м где α – коэффициент, равный 2,6 для крученого троса из полиамида; 3,5 для плетеного восьмипрядного троса из полиамида; 8,0 для крученого троса из полипропилена или полиэфира и 11,0 для плетеных тросов из того же материала. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 ТЕМА: Буксировка на волнении. ЦЕЛЬ: Расчет буксирной линии, состоящей из стального троса закреп- ленного за якорь буксируемого судна. ЗАДАНИЕ: 1. Буксирная линия составлена из штатного буксирного троса, закреплен- ного за якорь буксируемого судна, вытравлено за борт 2 смычки якорной це- пи. Посадка буксирующего судна выбирается из колонок 2, 3, посадка букси- руемого – из колонок 4, 5 вариантов задания (прил. 3). 2. Использовать расчеты, выполненные в лабораторных работах № 1–2. Определить возможную максимальную скорость буксировки судна в откры- том море при воздействии встречного ветра 12 м/с, создающего волнение 4 балла, высота волны 5 метров. Определить стрелку провиса буксирного тро- са. 3. Выполнить расчет по пункту 2 при высоте волны 6 метров с двукрат- ным запасом прочности буксирного троса. 4. Вычертить график зависимости глубины погружения якоря от скорости буксировки (сопротивления буксируемого судна). 5. Вычертить схему крепления и соединения элементов буксирной линии. МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЯСНЕНИЯ Увеличение расстояния между судами при буксировке на волнении дос- тигается за счет распрямления линии и определяется величиной ее провеса. В свою очередь, провес линии пропорционален массе троса и, следовательно, чем длиннее линия или чем она тяжелее, тем большее расхождение между судами может быть обеспечено. На практике утяжеление линии получают 11 путем комбинирования стального буксирного троса с вытравленной якорной цепью. Весьма распространен метод, при котором буксирный трос прикреплен к якорной цепи и несколько смычек вытравлено за борт. Его преимущества за- ключаются в следующем: буксирный канат удобно крепится на буксируемом судне; можно и удлинить, и укоротить буксирную линию; тяжелый участок цепи дает сравнительно большую стрелу провеса, которую можно увеличить, не отклепывая от цепи якоря, а закрепив за его скобу буксирный трос и стра- вив якорную цепь вместе с якорем. Буксирная линия из якорной цепи, якоря и стального троса, используемая при буксировке аварийного судна, может быть принята как линия, состоящая из двух прямых участков – якорной цепи и троса. При длине вытравленной якорной цепи не более 2–3 смычек, как это делают обычно на практике, и при большой массе якоря, равной примерно массе двух смычек якорной цепи, та- кое допущение вполне приемлемо для практических расчетов. При ухудше- нии погоды, когда на буксируемом судне увеличивают длину вытравленном цепи, форма буксирной линии существенно не изменится и участки якорной цепи и троса по-прежнему можно принимать за линии, близкие к прямым. Из двух искомых величин 2х и f, которые рассчитывались в предыдущих примерах симметричных и несимметричных буксирных линий с помощью довольно громоздких формул, в этом случае легко определяется простейшим геометрическим построением величина провеса f пр . Она является высотой треугольника, все стороны которого известны: длина вытравленных участков цепи и троса и горизонтальная проекция этих участков. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4 ТЕМА: Снятие судна с мели. ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Изучение условий, выполнение расчетов, необходимых для снятия судна с мели собственными средствами. ЗАДАНИЕ: 1. Судно село на мель. Волнение ветровое, его направление совпадает с направлением ветра. Из таблицы вариантов заданий (прил. 3) выбрать дан- ные: Осадка до посадки на мель – колонки 2 и 3, Осадка после посадки на мель – колонки 4 и 5, Курс судна – колонка 6, Действующий ветер – колонка 7, Высота волны – колонка 8, Грунт – колонка 12. 12 2. Дать определения живучести судна, непотопляемости судна, коэффи- циента проницаемости помещения, палубы переборок, аварийной ватерли- нии. 3. Изучить сигналы, подаваемые судном на мели, днем, ночью и в тумане согласно МППСС. Вычертить схемы (вид сверху и сбоку) расположения ог- ней и знаков (секторы, дальность видимости и т.п.). 4. Изучить судовое аварийное имущество. Записать в лабораторной рабо- те список материалов, используемых для заделки пробоин. 5. Рассчитать нагрузку судна на грунт с учетом волнового и ветрового воздействия. Рассчитать необходимое усилие для снятия судна с мели. 6. Рассчитать стягивающее усилие главного двигателя при его работе на задний ход. 7. Записать выводы о возможности снятия судна с мели собственными силами. МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЯСНЕНИЯ Работа выполняется по методике, изложенной в главе 8 учебника Управ- ление судном. Под общ. ред. В.И. Снопкова, изд. «Транспорт» 1991 г. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5 ТЕМА: Расчет якорной стоянки. ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Изучение условий, выполнение расчетов, необходимых для постановки судна на якорь, обеспечения безопасной якорной стоянки и съемка с якоря. ЗАДАНИЕ: 1. Дать описание якорей, которые должны быть на вашем судне согласно требованиям правил Регистра морского судоходства. 2. Изучить сигналы, подаваемые судном на якоре, днем, ночью и в тумане согласно МППСС. Вычертить схемы (вид сверху и сбоку) расположения ог- ней и знаков. 3. Пояснить, что означает «характеристика снабжения судна», как рас- считывается и ее значение для вашего судна (см. правила Регистра морского судоходства). 4. Рассчитать силы, действующие на судно во время максимального при- лива и отлива, а также во время стоячей воды, ориентировочный курс судна в это время. Выбрать данные из таблицы вариантов заданий (прил.3): Осадка судна – колонки 2 и 3, Глубина моря – колонка 9, Грунт – колонка 12, Преобладающий ветер – колонка 7, 13 Приливо-отливные течения полусуточные, правильные: отливное на- правлено на запад, максимальная скорость 2 узла, приливное – на восток, максимальная скорость 1,5 узла. Изменение глубины под килем из-за прили- во-отливных явлений не учитывать. 5. Определить количество смычек якорной цепи, которое необходимо вы- травить в воду для обеспечения безопасной якорной стоянки в течение не- скольких суток. 6. Рассчитать длину якорной цепи, которая будет лежать на грунте во время стоячей воды, максимального приливного и отливного течения. 7. Вычертить в соответствующем масштабе план стоянки судна на якоре и окружность, внутри которой будет находиться судно в любой момент вре- мени. 8. Указать, при каких условиях необходимо потравливать якорь-цепь или отдавать второй якорь. 9. Сигнализация колоколом при постановке и съемке с якоря. МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЯСНЕНИЯ Работа выполняется по методике, изложенной в главе 12 учебника «Управление судном. Под общей редакцией В.И. Снопкова, изд. «Транспорт» 1991 г.» ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6 ТЕМА: Плавание в узкости. ЦЕЛЬ: Расчет сил и моментов гидродинамического взаимодействия судов при обгоне на малом расстоянии друг от друга. УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ к работе № 6 1 – индекс, относящийся к обгоняемому судну; 2 – индекс, относящийся к обгоняющему судну; D – кратчайшее расстояние между бортами судов при обгоне; D 0 – кратчайшее расстояние между диаметральными плоскостями судов при обгоне; Н – глубина моря; υ – скорость движения судна; ξ – расстояние между плоскостями миделей судов; X г – продольная гидродинамическая сила; Y г – поперечная гидродинамическая сила; M г – момент поперечной гидродинамической силы; Fr – число Фруда; k d – коэффициент, учитывающий влияние кратчайшего расстояния между диаметральными плоскостями судов; c x , c y , c m – коэффициенты влияния отношения длин судов; 14 k h – коэффициент влияния глубины моря; k x , k y , k m – коэффициенты гидродинамического взаимодействия; К 0 – коэффициент относительного расположения судов; Р в – мощность, потребляемая гребным винтом, кВт; Н в – шаг гребного винта, м; D в – диаметр гребного винта, м; n – частота вращения гребного винта, c -1 ; b ср – средняя ширина руля; ЗАДАНИЕ: 1. Описать, какие возникают силы и моменты при прохождении одного судна в близи другого, особенно в узкости. 2. Рассчитать силы и моменты, действующие на оба суда при обгоне на малом расстоянии. Вычертить схему действия сил и моментов. Данные взять из таблицы вариантов заданий (прил.3): Глубина моря – колонка 9, Обгоняемое судно: осадка – колонки 2 и 3, скорость – колонка 10, Обгоняющее судно: осадка – колонки 4 и 5, скорость – колонка 11. 3. Рассчитать боковую силу руля и момент, действующий на судно от пе- реложенного руля, сравнить с моментом от гидродинамического взаимодей- ствия при обгоне сделать выводы о возможности безопасного обгона. 4. Описать правила и сигналы, вычертить схему огней и знаков, которые согласно МППСС выставляют суда при обгоне в узкости. 5. Записать меры, предпринимаемые для обеспечения безопасности судна при расхождении в узкости. Контрольные вопросы: 1. Как можно охарактеризовать понятие «узкость» и «мелководье» с точ- ки зрения управления судном? 2. Что такое критическая скорость при плавании в стесненных условиях? 3. Как проявляется гидродинамическое взаимодействие между судами при встречах и обгонах? МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЯСНЕНИЯ Одной из опаснейших навигационных ситуаций является расхождение судов на небольших траверзных расстояниях. В этом случае на суда дейст- вуют дополнительные внешние силы, обусловленные гидродинамическим воздействием корпусов. В результате действия этих сил управляемость судов ухудшается и может возникать аварийная ситуация, приводящая к столкно- вению судов. 15 Морская практика зарегистрировала достаточно большое количество столкновений, которые произошли в результате гидродинамического взаи- модействия судовых корпусов. В зависимости от сочетания различных факторов и взаимного положения судов возникают гидродинамические поперечные силы Y г и моменты M г мо- гут менять свой знак и может происходить не только «притяжение», но и «расталкивание» судов. Таким образом, в процессе встреч и обгонов судов характер действия гидродинамических усилий непрерывно изменяется, что влечет за собой со- ответствующие трудности в управлении судами. В реальных условиях взаи- модействие судов может иметь еще более сложный характер, что объясняет- ся взаимодействием волновых систем расходящихся судов, наличием углов дрейфа, влиянием ограничений фарватера по глубине и ширине и т. д. В по- следние десятилетия вопрос о гидродинамическом взаимодействии судов изучен достаточно полно для скоростей хода, соответствующих числам Фру- да, при которых волнообразование, создаваемое судовым корпусом, незначи- тельно (Fr < 0,25). В конце 80-х годов научные сотрудники Гамбургского морского институ- та выполнили серию экспериментов по определению сил и моментов, дейст- вующих на суда при движении параллельными курсами на малых траверзных расстояниях, и предложили полуэмпирический метод расчета этих сил и мо- ментов. Встречное движение судов обычно не приносит вреда, как известно из практики, так как: - на первом этапе действуют силы отталкивания; - этап прохождения короткий; - сила присасывания на последнем этапе вызывает возврат к стабиль- ному движению в первоначальном направлении. Такое маневрирование, часто выполняемое в узких проходах, далее не рассматривается. Маневр обгона опасен и риск увеличивается в связи с: - большой скоростью судна; - небольшим расстоянием расхождения; - небольшим различием между скоростями υ 1 и υ 2 В большинстве случаев столкновения судов происходят на последнем этапе, когда обгон почти завершен, из-за того, что после действия силы при- сасывания в параллельном положении действует момент рыскания по отно- шению к обгоняемому судну. Полуэмпирический подход к методу расчета сил присасывания и момен- тов рыскания при обгоне одного судна другим на параллельных курсах. Если два судна идут параллельными курсами, образуется поле гидроди- намических сил взаимодействия X г , Y г и вращающего момента (момента рыс- кания) М г. . Эти силы измеряются при взаимодействии судов во время испы- таний моделей в различных относительных положениях ξ и находят коэффи- 16 циенты взаимодействия. Затем найденные коэффициенты используются для расчета сил и моментов при обгоне других судов при условии, что длины су- дов различаются не более чем на 60% (L 1 /L 2 ≤ 1,6 ≥ L 2 /L 1 ). Рассчитывают средние величины: средняя длина: L ср = (L 1 + L 2 )/2, средняя осадка: d ср = (d 1 + d 2 )/2, средняя скорость: υ ср = ( υ 1 + υ 2 )/2. Учитывается плотность воды: для пресной ρ = 1000 кг/м 3 , для соленой морской воды ρ = 1025 кг/м 3 Определяется кратчайшее расстояние между диаметральными плоско- стями судов D 0, которое равно кратчайшему расстоянию между бортами су- дов, увеличенному на половину ширины обоих судов D 0 = D + В 1 /2 + В 2 /2. Значение продольной силы X г , поперечной силы Y г и момента рыскания М г находятся по формулам: X г = k x c x k d k h ( ρ /2) υ m 2 L m d m ; Y г = k y c y k d k h ( ρ /2) υ m 2 L m d m ; М г = k m c m k d k h ( ρ /2) υ m 2 L m 2 d m Коэффициент влияния расстояния между диаметральными плоскостями судов аппроксимируются зависимостями: если D 0 ≤ 0,6 L m , то k d = 0,35 L m /D 0 ; если D 0 ≤ L m , то k d = 0,21 L m /D 0 2 ; если D 0 ≤ 1,4 L m , то k d = 0,21 L m /D 0 3 ; если D 0 > 1,4 L m , то k d = 0,294 L m /D 0 4 Коэффициенты влияния отношения длин судов аппроксимируются сле- дующими параболическими зависимостями: c x = 0,012 (-(L 1 /L 2 ) 2 + 2 (L 1 /L 2 )) + 0,005; c y = 0,02 (-(L 1 /L 2 ) 2 + 2 (L 1 /L 2 )) + 0,01; c m = 0,004 (-(L 1 /L 2 ) 2 + 2 (L 1 /L 2 )) + 0,001. Коэффициент влияния глубины моря определяется по формуле, предло- женной Ю.М. Мастушкиным k h = 1 + 10 e [-0,786(H/d ср ) (5/3) ]. Коэффициенты гидродинамического взаимодействия, зависящие от вза- имного расположения судов К 0 , k x , k y , k m , выбираются из таб. 3, составленной по результатам испытаний моделей в опытовом бассейне, где: К 0 = ξ /L ср – для относительного расположения судов; k x – для продольной силы X г ; k y – для поперечной силы Y г ; k m – для момента рыскания М г 17 |