Драчев В.Н. Учет циркуляции при плавании в стесненных районах

Подождите немного. Документ загружается.

где b – ширина акватории, м;

L – длина судна, м.

Эта зависимость действительна для всех судов, так как коэффици-

ент k, равный 8, можно считать безопасным для циркуляции судов,

потому что в Резолюции ИМО MSC 137(76) «Стандарты маневренных

качеств судов» определяется тактический диаметр циркуляции, кото-

рый не должен превышать 5 длин судна.

Определение мелководья можно представить следующим образом.

Движущееся судно вызывает образование различных волн. Частица

воды в волновом движении на глубокой воде движется по круговой

орбите.

Скорость волны на мелководье меньше, чем на глубокой воде, по-

тому что частицы движутся не по круговой орбите, а по эллиптиче-

ской. Вследствие различия в свойствах волн на глубокой и мелкой во-

де наибольшее значение при движении на мелководье претерпевает

волновое сопротивление. Длины волн, возникающие при движении

судна на мелкой воде, больше, чем на глубокой, причем это различие

растет с увеличением скорости судна. Кроме того, скорость распро-

странения волн на мелкой воде имеет предельное значение, равное

теоретически V

КР

и соответствующее скорости перемещения

одинокой волны.

Практикой установлено, что на мелководье по сравнению с глубо-

кой водой резко ухудшается эксплуатационная устойчивость судна на

курсе, повышается рыскливость; заметно ухудшается и поворотли-

вость судов.

На мелководье резко уменьшаются углы дрейфа, угловая скорость

поворота и соответственно увеличивается радиус установившейся

циркуляции при одинаковых углах перекладки руля. Исследования

А.Д. Гофмана показали, что ухудшение поворотливости на мелково-

дье носит закономерный характер. Для определения радиуса устано-

вившейся циркуляции на мелководье R

им получена следующая за-

висимость:

)/(71,0/1,01 HdHd

(1)

где R

∞

- радиус установившейся циркуляции на глубокой воде, м,

d - осадка судна, м;

Н - глубина, отчитываемая от поверхности воды, м,

– радиус установившейся циркуляции на мелководье.

Рис 4.1. Увеличение радиуса цир-

куляции на мелководье RM по сравне-

нию с радиусом циркуляции на глубо-

кой воде R

∞

Рис. 4.2. Влияние мелководья

на величину относительной скоро-

сти поворота.

Увеличение радиуса циркуляции, рассчитанное по формуле (1),

приведено на рис. 4.1.

Отношение угловой скорости поворота на мелководье ω

к угло-

вой скорости на глубокой воде ω

∞

оказалось весьма стабильным для

судов различных типов (рис. 4.2)

Уменьшение угла дрейфа на мелководье является благоприятным

обстоятельством, поскольку оно позволяет увеличивать размеры су-

дов для беспрепятственного прохождения лимитирующих поворотов.

Снижение падения скорости на циркуляции в условиях мелководья

объясняется резким уменьшением углов дрейфа.

При движении судов на мелководье основное влияние на его

инерционно - тормозные характеристики оказывают три фактора:

Увеличение сопротивления воды;

Увеличение присоединенных масс и моментов инерции;

Изменение коэффициента влияния корпуса на движитель.

Увеличение сопротивления воды приводит не только к уменьше-

нию инерционности судна, но и к снижению его начальной (устано-

вившейся) скорости при одинаковой частоте вращения винта.

Увеличение присоединенных масс и моментов инерции на мелко-

водье увеличивает пропорционально инерционность судна и частично

компенсирует влияние увеличения сопротивления воды. Кроме того,

увеличение присоединенного момента оказывает стабилизирующее

влияние на траекторию судна при свободном и активном торможении.

Глава 5. ИСПОЛЬЗУЕМЫЙ МЕТОД УЧЕТА

ЦИРКУЛЯЦИИ ПРИ ПОВОРОТАХ

Особенностью плавания в стесненных водах, где ширина фарвате-

ра ограничена, состоит в том, что возникает необходимость повышен-

ной точности счисления пути и более частого определения места суд-

на с высокой точностью. Поэтому в таких районах устанавливается

дополнительное навигационное оборудование, издаются карты круп-

ного масштаба, а условия плавания подробно описываются в навига-

ционных пособиях.

Заблаговременное изучение района плавания с использованием

всех источников и предварительная прокладка обязательна в стеснен-

ных районах. Особое внимание должно быть уделено глубинам, коле-

баниям уровня воды, течению и рекомендациям по выбору пути.

Ошибки по причине неодновременности наблюдений при опреде-

лении места судна могут быть значительными. В связи с этим, при

плавании в стесненных водах необходимо пользоваться теми метода-

ми судовождения, которые дают дополнительные возможности кон-

троля места судна относительно линии пути такими как параллельные

индексы, ограждающие изолинии и т.д.

Особое внимание должно быть уделено элементам движения суд-

на относительно дна. При плавании по фарватерам ограниченной ши-

рины обычные методы контроля за движением судна оказываются не

всегда эффективными из-за запаздывания информации о местополо-

жении. В таких местах устанавливаются специальные средства нави-

гационного ограждения, дающие возможность непрерывно визуально

или по экрану радиолокационной станции (РЛС) контролировать

движение судна (створы, плавучее ограждение и т. д.). Однако во

всех случаях периодически местоположение судна наносится на кар-

ту. Следует иметь в виду, что всегда для определения места судна и

глазомерного ориентирования лучше пользоваться береговыми знака-

ми, т.к. плавучее ограждение может быть снесено со своих штатных

мест.

При плавании в стесненных районах по прямолинейным участкам

пути, при современном навигационном оборудовании контроль за ме-

стом судна можно обеспечить с достаточно высокой точностью. Од-

нако при смене курса расчет движения и момент начала перекладки

руля определяются глазомерно. На больших судах в процессе поворо-

та даже при нахождении точки (места, с которого производилось оп-

ределение) в районе безопасных глубин, другая часть судна уже может

находиться в таком районе, глубины которого являются опасными для

плавания. Поэтому расчет поворота на стадии планирования стано-

вится обязательным. К тому же предположение о перемещении судна

по окружности при движении судов на циркуляции оказываются не-

достаточно точными. Особенно это относится к первой четверти цир-

куляции.

Для навигационных целей используется значение тактического

диаметра циркуляции (Д

), определяемого как расстояние между кур-

сами при повороте судна на 180

. Величина Д

для каждого судна яв-

ляется функцией отклонения руля, загрузки судна, дифферента и не-

значительно зависит от скорости хода. Если Д

известно, то циркуля-

ция может быть рассчитана графическим методом.

Рис. 5.1. Графический метод учета Рис. 5.2. Графический метод учета

циркуляции с помощью циркуляции с помощью

биссектрисы линий, параллельных курсу

На рис. 5.1 и 5.2 показаны графические методы расчета циркуля-

ции, которые приведены в учебниках Навигация. В обоих случаях из

точки «В» проводят окружность равную радиусу циркуляции (Rц =

), а также показана точка начала и точка окончания циркуляции.

Сама циркуляция нанесена Rц, хотя в первой четверти она, как указы-

валось выше, не соответствует окружности, а о точке начала пере-

кладки руля (ПР) ничего не говорится. Кроме того мелководье значи-

тельно воздействует на циркуляцию.

В действительности с момента начала перекладки руля центр тя-

жести (ЦТ) судна движется по линии пути, в то время как само судно

начинает вращаться вокруг точки, называемой полюсом поворота

(ПП), который для большинства судов располагается вблизи носовой

оконечности на расстоянии примерно 0,4 длины судна от ЦТ, прини-

маемого на мидель – шпангоуте. Место положения ПП у разных судов

отличается по длине от ЦТ до носовой части судна и зависит от угла

перекладки руля. В процессе поворота до того момента, пока линей-

ная скорость и скорость поворота не стабилизируется, ПП перемеща-

ется в носовой части судна.

Глава 6. РАСЧЕТ ТОЧКИ ПЕРЕКЛАДКИ РУЛЯ

ПРИ ПОВОРОТЕ С УЧЕТОМ ЦИРКУЛЯЦИИ

Для решения задач

навигационного харак-

тера наиболее сущест-

венное значение имеет

учет элементов пово-

ротливости во время

плавания в стесненных

условиях на ограничен-

ных по размеру аквато-

риях.

При выполнении по-

воротов на фарватерах,

в узкостях судоводите-

лю приходится считать-

ся с тем, что судно не

может мгновенно и в

одной точке изменить

свой курс. Простейшим

видом учета циркуляции

является способ, при

котором в угол, образо-

ванный старым и но-

вым курсом, вписывается дуга радиусом, равным ½ диаметра цирку-

ляции.

Точка входа в циркуляцию А

и выхода из нее В

определяются как

места касания этой дуги (рис. 6.1).

Однако как показывают исследования [3], если судно в точке А

переложит руль, то на новый курс оно ляжет не в точке В

, а где-то в

точке В

Для крупнотоннажных судов величина этого смещения В

, т. е.

ошибка в расчетах маневра, может достигать, как видно из табл. 6.1

значительных величин.

Рис. 6.1. Расчетные и действительные кривые

циркуляции

Эта ошибка может быть еще значительнее при наличии у судна

большого «мертвого промежутка» (t

MП

), когда отношение В

становится больше единицы. Кроме того, в процессе циркуляции в

начальной стадии, как уже указывалось, судно смещается от первона-

чального курса в сторону, противоположную повороту. Величина так

называемого обратного смещения у судов в полном грузу обычно не-

значительна и не превышает нескольких десятков метров. Однако из-

за наличия дрейфа крайняя точка кормы у судов с большой длиной

корпуса отклоняется на расстояние A

, которое уже становится со-

измеримым с шириной фарватера.

Рис. 6.2. Выполнение поворота на

фарватере при изменении

курса на величину менее

90о

Рис. 6.3. Выполнение поворота на

фарватере при изменении

курса на величину более 90

Таблица 6.1

Направ-

ление

цирку-

ляции

«Лисичанск»

D = 32 тыс. т

Танкер

D = 31 тыс. т

Танкер

D = 212 тыс. т

Вправо

235

0,60

157

0,45

345

0,51

Влево

265

0,66

131

0,41

213

0,33

Следовательно, для того, чтобы в процессе поворота судно не кос-

нулось внешних кромок фарватера, точка начала маневра А

(рис. 6.2)

должна находиться от них на расстоянии не менее А

А'

= ∆b

по тра-

верзу и А

= ∆S по курсу.

С некоторым приближением эти расстояния могут быть определе-

ны по следующим формулам:

cos

sin

;

tgRtvS

СРМП

где

L, B -

ср

–

∆К -

длина и ширина судна соответственно;

скорость в момент начала поворота;

средний радиус кривизны циркуляции на участке А

(рис. 6.3);

угол поворота (ИК

– ИК

= ∆К)

Судно при выполнении поворота занимает определенную полосу

шириной, равной

cossin BL

В связи с этим выполнение поворотов на угол более 90

возможно

только при определенном соотношении размеров судна, его характе-

ристик поворотливости с шириной фарватера (см. рис. 6.3).

Как видно из рисунка, безопасное выполнение поворота может

быть обеспечено при условии, что ширина фарватера

cos

bRbRb

СРСРФ

или

.cos

cos1sin

cos1

BKLK

СРФ

Для разворота судна на обратный курс ширина фарватера долж-

на быть

,1cos

sin

TФ

где

тактический диаметр циркуляции.

Из изложенного становится очевидно, что безопасность маневри-

рования крупнотоннажного судна в стесненных условиях может быть

обеспечена только при условии наличия у судоводителя информации

о поворотливости судна, включающей, помимо диаметра, траекторию

Рис. 6.4. Циркуляция судна на глубокой воде с перекладкой руля

На 35

, 20

и 10

циркуляции и углы дрейфа.

Учитывая, что в условиях работы судоводителя на мостике расчет

траектории движения судна на циркуляции неудобен, предлагается

способ расчета движения судна с использованием касательных к тра-

ектории циркуляции.

При выполнении практических маневров обычно не приходится

изменять курс более чем на 90

, поэтому можно считать, что все ма-

невры выполняются при неустановившемся движении.

На каждом судне имеется буклет с маневренными характеристи-

ками, в который занесены результаты циркуляции судна на глубокой

воде с углом перекладки руля, как правило, на 35

, 20

и 10

Движения судна на циркуляциях построены таким образом, что

точка «А

» (см. рис. 6.4) является точкой начала перекладки руля для

Рис. 6.5. На ИК1 нанесена точка начала перекладки руля для поворота

на ИК2

циркуляций, которые нанесены на рисунок.

Рассмотрим поворот судна с углом перекладки руля на 20

градусов

(рис. 6.5). Первоначально судно следует ИК

, в точке С судно должно

лечь на ИК

, изменив курс на ∆К = ИК

– ИК

Для расчета точки перекладки руля необходимо к линии первона-

чального движения (см. рис. 6.4) под углом, равным углу поворота,

провести линию, которая должна быть касательной к кривой движе-

ния центра тяжести судна с перекладкой руля равной 20 градусам

(угол перекладки руля задан первоначально). Касательную необходи-

мо провести до пересечения линии первоначального движения. Точка

пересечения касательной и линии первоначального движения обозна-

чена «С».

Расстояние А

С – выдвиг при повороте на угол ∆К с переклад-

кой руля на 20

. Линия первоначального движения разбита на кабель-

товы. Снимается значение выдвига А

С, затем в масштабе карты (см.

рис. 6.5) откладывается снятое расстояние из точки «С» (точки смены

курса) в обратном направлении движения, конец которого обозначен

точкой «А

», указывающей место начала перекладки руля. Поэтому,

при плавании в стесненных водах по крупномасштабным картам се-

кущее расстояние или секущий пеленг для определения места начала

перекладки руля выставляется к точке «А

».

В случае изменения угла перекладки руля для поворота на угол ∆К

(см. рис. 6.4) необходимо провести касательную к соответствующей

траектории центра тяжести на циркуляции до пересечения с линией

первоначального движения, найти расстояние от точки С (точка пере-

сечения касательной с линией первоначального движения) до точки А

(точка начала перекладки руля для поворота) и в масштабе карты на-

нести его на линию пути, тем самым найти точку начала перекладки

руля.

Предлагаемый метод позволяет быстро определить и нанести на

карту точку начала перекладки руля.

При смене курса лучше всего поворот производить с максималь-

ной перекладкой руля 20

. Совершая плавание в стесненных водах,

судно всегда следует с пониженной скоростью, поэтому перекладка

руля на 20

возможна. Рассчитывая поворот, судоводитель не всегда

может учесть и принять во внимание внешние силы, которые могут

воздействовать на судно при смене курса. По этой причине судно мо-

жет не вписаться в рассчитанную траекторию. Учитывая угол пере-

кладки руля, судоводитель всегда должен предусматривать дополни-

тельную перекладку руля в сторону увеличения при необходимости.