управление судном книга. На якоре 203 Штормовые диаграммы 184186 Штормовые условия в дрейфе

• Название: На якоре 203 Штормовые диаграммы 184186 Штормовые условия в дрейфе
• Анкор: управление судном книга.doc
• Дата: 19.12.2017
• Размер: 3.93 Mb.
• Имя файла: управление судном книга.doc
• Тип: Документы; #12203
• страница: 8 из 66

1Р = 0,83Г\ (4.14)

где № —эквивалентная скорость кажущегося ветра для использования в формуле (4.12), м/с;

W' — скорость кажущегося ветра, измеренная анемометром над верхним мостиком, м/с.

Опыт практического использования формулы (4.12) на различ­ных судах показывает, что предвычисление угла дрейфа обеспечива­ется с точностью 1—2°, что примерно соответствует точности графиче­ского счисления пути судна.

Угол дрейфа по формуле (4.12) в условиях плавания легко рас­считывать с помощью калькулятора. При этом следует иметь в виду, что коэффициент дрейфа k_a для каждого конкретного судна зависит только от его осадки, поэтому значения коэффициента целесообразно заранее рассчитать для рабочего диапазона осадок судна с интерва­лом, например, через 1 м и использовать то значение £_а, которое со­ответствует средней осадке на данный период плавания. Переменны­ми величинами будут скорость кажущегося ветра W в м/с, его курсо­вой угол q_w и скорость судна У_л, уз.

Наиболее просто угол дрейфа может быть получен из специаль­ных таблиц дрейфа, рассчитанных по формулам (4.12) с учетом (4.13) и (4.14). Предлагаемые таблицы приведены в прил. 1 и состоят из трех таблиц. Определение угла дрейфа по ним сводится к последо­вательной выборке из трех таблиц (необходимая интерполяция выпол­няется «на глаз»).

Таблицы дрейфа являются универсальными и могут быть исполь­зованы на любом судне по заранее вычисленным значениям k_a для разных осадок.

Влияние переложенного руля на угол дрейфа. При определении уг­ла дрейфа по формуле (4.12), а также с помощью таблиц или номо­граммы, построенных по указанной формуле, не учитывается тот факт, что под действием аэро- и гидродинамической сил, точки приложения которых в общем случае не совпадают с ЦТ судна, последнее имеет тенденцию разворачиваться вокруг вертикальной оси, т. е. приводить­ся к ветру или уваливать в зависимости от знака результирующего момента действующих сил.

Чтобы обеспечить движение заданным курсом, приходится пере­кладывать руль на некоторый средний угол, т. е. создавать момент боковой силы руля для компенсации результирующего момента аэро- и гидродинамической сил. При этом поперечная сила руля P_PV, скла­дываясь алгебраически с поперечной аэродинамической силой А_у, увеличивает или уменьшает скорость бокового перемещения судна V_v% что приводит к изменению угла дрейфа а на величину Да, которая зависит от отношения площадей руля и погруженной части ДП — Sp/S_y.

Для морских транспортных судов можно приблизительно считать, что в среднем

(4.15)

43

дрешра

V

Рис. 4.4. Силы и моменты» действующие на судно в свободном дрейфе

Учесть влияние перекладки руля на угол дрейфа можно с помощью приближенной формулы, полученной с учетом (4.!5),

Ла°= =F 0,26р. (4.16)

Из приведенной формулы видно, что на каждые 5° перекладки руля угол дрейфа изменяется приблизительно на 1°. При перекладке руля под вегер (судно стремится к ветру) абсолютное значение угла дрейфа уменьшается на величину Ла°. Если же судно уваливает, и приходится руль перекладывать на ветер, то значение угла дрейфа соответственно возрастает.

Дрейф судна с остановленными двигателями. Иногда судну прихо дится длительное время находиться в море с остановленными двигате лями (ожидание светлого времени, неисправность двигателя, ожида­ние распоряжений и т. п.). При наличии ветра судно в данных обсто­ятельствах дрейфует с некоторой скоростью, направление которой в общем случае не совпадает с направлением действующего ветра.

При установившемся дрейфе аэродинамическая сила А уравнове­шивается гидродинамической силой R. Для равновесия судна по курсу необходимо, чтобы аэро- и гидродинамическая силы действовали в од­ной плоскости. При этом условии аэро- и гидродинамический моменты уравновешивают друг друга.

Указанному условию соответствуют положения судна носом или кормой строго против ветра, однако это случаи неустойчивого равно­весия, так как при любом случайном отклонении ДП от данного на­правления возникает поперечная аэродинамическая сила, момент ко­торой стремится развернуть судно еще больше от линии ветра. Одно­временно возникает поперечная гидродинамическая сила, момент ко­торой разворачивает судно в том же направлении, что и аэродинами­ческий момент (рис. 4.4).

Действующие при свободном дрейфе силы и их моменты стремят­ся развернуть судно приблизительно лагом к ветру, следовательно, где-то вблизи этого направления и должно быть положение устойчи­вого равновесия. Данный вывод подтверждается опытом: суда в уста­новившемся свободном дрейфе располагаются примерно лагом к ветру.

Аналитическое определение условий устойчивого свободного дрей­фа выражается системой трех уравнений (1.1), которые для случая ус­тановившегося режима, т. е. при отсутствии инерционных сил, а также равенства нулю силы упора винта и силы на руле, имеют вид:

Rx—^xl |

R_V=A_V; (4.17)

Система (4.17) выражает условие равновесия аэро- и гидродина­мических сил по осям X и К, а также равновесие аэро- и гидродинами­ческого моментов вокруг оси Z.

Продольная гидродинамическая сила R_x выражается зависи­мостью:

= (4.18)

где С_ж —коэффициент продольной гидродинамической силы, который для движения с углом дреАфа может быть получен по эмпирической формуле

С, = 0,075 sin ^168»^ <^4Л9>

Продольная аэродинамическая сила А_х выражается приближен­ной формулой:

А*

1.3-Ё²-cos V»-. (4.20)

где Qx — лобовая площадь парусности, м².

Ранее были приведены формулы для выражения поперечных сил и их коэффициентов: (4.2), (4.6), (4.7) и (4.11).

Условие равновесия одновременно по осям X и У можно получить, если поделить второе уравнение на первое системы (4.17):

4^L- ⁽⁴ 2|)

Дат Л*

Подставляя в найденное условие выражения (4.2), (4.6), (4.18) и (4.20), окончательно получим

. 0,23 sin a-f 1,09 sin» а Q_x

(*.,«-Т_Т) 0.075S.*

Полученное выражение дает возможность для любого значения угла дрейфа а определить значение курсового угла ветра q_Wt при ко­тором обеспечивается равновесие сил по продольной и поперечной осям одновременно. I

Второе условие устойчивого свободного дрейфа выражается рав­новесием аэро- и гидродинамического моментов относительно верти­кальной оси, проходящей через ЦТ судна.

Если разделить третье уравнение на второе системы (4.17), то, учитывая, что отношение момента к силе равняется плечу этой силы, получим указанное условие в виде равенства плеч аэро- и гидроди­намической сил

(4.23)

Рис. 4.5. Положение судна при свободном дрейфе в зависимости от знака смещения ЦП от ЦТ:

а — ЦП смещен в нос от ЦТ; б — ЦП смешен в корму от ЦТ

Подставляя значения плеч из формул (4.3) и (4.4) и учитывая при этом, что ЦБС располагается, как правило, достаточно близко к ЦТ судна (/_ЦБС « 0), получим окончательно второе условие равно­весия при свободном дрейфе

,; = 2(«° -45° + 1807_ц„). (4.24)

Положение устойчивого равновесия при дрейфе с остановленными двигателями будет иметь место при одновременном выполнении двух условий, выражаемых формулами (4.22) и (4.24).

На большинстве морских судов коэффициент ft находится в пре­делах 0,6—0,8, а отношение d)L — в пределах 0,03—0,07, поэтому мож­но приближенно принять средние постоянные значения:

6. 
   0,7; d/L=0,5.
   

С учетом принятых значений по формулам (4.22) и (4.24) по­строена номограмма для определения q°_w и а° по Q_VIQ_X и 7ц„, приве­денная в прил. 2.

Номограмма показывает, что при больших значениях 7_ЦП направ­ление свободного дрейфа может существенно отличаться от направле­ния ветра (порядка до 20°), что следует учитывать на практике.

Положения судна при свободном дрейфе в зависимости от знака 7_ЦП и действующей силы показаны на рис. 4.5.

При свободном дрейфе практически важно знать не только на­правление движения, но и скорость судна относительно воды V.

Из приведенной схемы (см. рис. 4.5) видно, что

у_ ^V* _ ^ (4 251

cos (90°— a⁰) sin а *

где v_v — поперечная составляющая скорости судна.

Поперечная составляющая скорости V_v соответствует скорости дрейфа «на стопе» К_в0, которую можно получить по таблицам дрей­фа (см. прил. 1).

3. 
   Маневрирование в условиях ветра
   

При маневрировании в условиях ветра внешние силы и их мо­менты, особенно при небольших скоростях движения, сопоставимы с силами и моментами средств управления (руля и винта), а нередко и превосходят их, что затрудняет или делает даже невозможным вы­полнение того или иного маневра из-за резкого ухудшения или потери управляемости.

Для оценки и прогнозирования поведения судна при маневриро­вании в условиях ветра воспользуемся уже известными нам обшими закономерностями отдельно для аэро- и гидродинамических сил и их моментов.

На рис. 4.6 схематически показано действие на судно аэро- и гид­родинамических сил в зависимости от курсового угла кажущегося вет­ра для трех условий.

Точки приложения поперечных сил показаны в соответствии с приближенными формулами (4.3) и (4.4) для плеч аэро- и гидродина­мической сил соответственно. При этом для простоты сделано допуще­ние, что ЦП и ЦТ совпадают по длине судна и находятся в точке G (такое допущение достаточно справедливо для судов без дифферента с надстройкой, расположенной посредине, а также для судов с кор­мовым расположением надстройки, но имеющих такой дифферент ^на корму, при котором ЦП смещен вперед до совпадения с ЦТ судна).

Рассмотрим подробнее каждый из трех случаев (см. рис. 4.6).

Ветер со стороны носовых курсовых углов. Поток воздуха, дейст­вующий на надводную часть судна, имеющего скорость v_x> со стороны носового курсового угла (см. рис. 4.6, а) создает поперечную аэроди­намическую силу А_у. Точка ее приложения в соответствии с формулой

3. 
   смещена от ЦТ вперед по ДП, т. е. навстречу потоку воздуха, на расстояние 1л. В связи с этим создается момент А_у1_а, стремящийся развернуть судно в направлении увеличения q_u-_% т. е. носом от ветра. В то же время сила А_и создает поперечное движение со скоростью