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

Подождите немного. Документ загружается.

курса от действия руля, были достаточными, чтобы «погасить» ско-

рость поворота до достижения заданного угла. В заключительный мо-

мент скорость поворота падала медленно, поэтому математическая

модель судна удалялась от касательной. И даже в этом случае рас-

стояние по нормали до касательной не превысило ширины судна.

Величины смещения по нормали от касательной сведены в табли-

цу 6.5. Если учесть, что точность по DGPS до 10 м, то точность выхо-

да на заданный курс методом касательных довольно высокая. К тому

же по DGPS в основном контролируется движение судна по прямой.

Поэтому для выхода на новый курс предлагается расчетный метод

по касательным к циркуляции. Однако заключительная часть поворо-

та для каждого судна должна быть определена индивидуально.

Таблица 6.5

Угол

поворота

Отстояние от касательной точки выхода на курс (м)

Балкер

Танкер

RO - RO

-3.0

2.0

4.0

10.0

-2.0

-4.0

2.0

3.8

8.0

18.0

2.0

4.0

3.0

2.0

5.0

8.0

22.0

5.0

8.0

5.0

8.0

16.0

14.0

28.0

8.0

10.0

8.0

12.0

16.0

28.0

7.0

12.0

10.0

13.0

20.0

16.0

14.0

16.0

11.0

16.0

24.0

16.0

24.0

4.0

9.0

14.0

20.0

26.0

20.0

32.0

6.0

Глава 7. РАСЧЕТ ТОЧКИ ПЕРЕКЛАДКИ РУЛЯ

ПРИ ПОВОРОТЕ НА МЕЛКОВОДЬЕ

Как указывалось выше в главе 4, мелководье значительно влияет

на увеличение радиуса циркуляции за счет:

увеличения сопротивления воды;

увеличения присоединенных масс;

изменения коэффициента влияния корпуса на движитель.

В циркуляционном письме ИМО MSC Circ. 1053 от 5 декабря 2002

года в «Пояснении к стандартам маневренных качеств судна» глубо-

кая, нестесненная акватория определяется следующим образом: «Ма-

невренность судна в большой степени зависит от глубины акватории,

мелководья, берегов и проходящих судов. Поэтому испытания долж-

ны выполняться, предпочтительно, на глубокой нестесненной, но ук-

рытой акватории. Глубины должны превышать среднюю осадку судна

в 4 раза». Следовательно, глубокая вода там, где глубины 5 и более

осадок судна.

Предлагается способ расчета точки перекладки руля (ПР) на лю-

бой глубине мелководья при повороте до 90 градусов с использовани-

ем циркуляции на глубокой воде.

Циркуляция на глубокой воде означает, что она сделана на любой

глубине, которая равняется пяти и более осадкам судна.

Для сравнения выполнены циркуляции математической модели

судна (использована математическая модель судна водоизмещением

33089 т) на глубине 52 м (равной пяти осадкам судна) и на глубине

120 м (равной 11,5 осадок судна). Циркуляции для каждой из выше-

указанных глубин сделаны с перекладкой руля от 35

до 10

через 5

Затем построены траектории движения центра тяжести каждой цирку-

ляции.

После этого, используя метод касательных, описанный в главе 6,

сняты значения выдвигов при повороте от 20

до 90

с интервалом в

как для циркуляций на глубине 120 м, так и для циркуляций на

глубине 52 м.

Значения выдвигов сведены в таблицу 7.1 для сравнения следую-

щим образом:

1. для каждого угла перекладки руля сделаны по две циркуляции

(на глубине 120 м и на глубине 52 м);

2. для каждого угла поворота с интервалом 10

внесены значения

выдвигов с циркуляции на глубине 120 м и с циркуляции 52 м;

3. найдена разница между двумя выдвигами, снятыми с циркуля-

ций, которые сделаны на разных глубинах, но с одним и тем же

углом поворота.

Таблица 7.1.

Разница выдвига в кабельтовых на глубинах 120 м и

52,0 м при различной перекладке руля и углах по-

ворота.

Угол

пово-

рота

Руль 35

Руль 30

Руль 25

Вы-

двиг

на

глуб.

120 м

в кбт

Вы-

двиг

на

глуб.

52 м

в кбт

Раз-

ница

выд-

вига

в кбт

Вы-

двиг

на

глуб.

120 м

в кбт

Вы-

двиг

На

Глуб.

52 м

в кбт

Раз-

ница

выд-

вига

в кбт

Вы-

двиг

на

глуб.

120 м

в кбт

Вы-

двиг

На

Глуб.

52 м

в кбт

Раз-

ница

выд-

вига

в кбт

1,40

1,34

0,06

1,35

1,36

0,01

1,46

1,52

0,06

1,60

1,51

0,09

1,63

1,62

0,01

1,76

1,81

0,05

1,78

1,73

0,05

1,86

2,03

2,07

0,04

2,02

1,97

0,05

2,10

2,28

2,32

0,04

2,24

2,22

0,02

2,33

2,35

0,02

2,57

2,62

0,05

2,49

2,47

0,02

2,61

2,87

2,94

0,07

2,78

2,92

2,93

0,01

3,23

3,26

0,03

3,08

3,07

0,01

3,27

3,29

0,02

3,57

3,65

0,08

Продолжение таблицы 7.1

Угол

По-

воро-

та

Руль 20

Руль 15

Руль 10

Вы-

двиг

на

глуб.

120 м

в кбт

Вы-

двиг

на

глуб.

52 м

в кбт

Раз-

ница

выд-

вига

в кбт

Вы-

двиг

на

глуб.

120 м

в кбт

Вы-

двиг

На

Глуб.

52 м

в кбт

Раз-

ница

выд-

вига

в кбт

Вы-

двиг

на

глуб.

120 м

в кбт

Вы-

двиг

На

Глуб.

52 м

в кбт

Раз-

ница

выд-

вига

в кбт

1,54

1,58

0,04

1,75

1,76

0,01

2,12

2,15

0,03

1,86

1,90

0,04

2,11

2,13

0,02

2,60

2,56

0,04

2,15

2,20

0,05

2,46

3,03

3,02

0,01

2,47

2,51

0,04

2,81

3,47

3,43

0,04

2,82

2,83

0,01

3,16

3,19

0,03

3,93

3,90

0,03

3,16

3,19

0,03

3,56

3,61

0,05

4,41

3,55

3,56

0,01

4,02

4,03

0,01

4,92

3,98

4,51

5,52

5,54

0,02

Получено 48 сравнений выдвигов, из которых только 5 превыша-

ют величину 0,05 кбт (9,1 м). Наибольшая разница достигает 0,09 кбт

(16,38 м).

Сравнения подтверждают, что результаты циркуляции, полученные

на глубине равной пяти осадкам, можно считать как циркуляцию на

глубокой воде. Поэтому в дальнейшем за глубокую воду при расчетах

принимается глубина равная пяти осадкам судна, хотя в действитель-

ности циркуляция будет выполняться на более глубокой воде.

При расчете точки начала перекладки руля на любой глубине, ко-

торая менее пяти осадок, для определенного угла поворота и заданно-

го угла перекладки руля необходимо определить выдвиг по циркуля-

ции на глубокой воде для того же угла поворота и с тем же углом пе-

рекладки руля.

Для того чтобы найти выдвиг на любой другой глубине, которая

менее пяти осадок, необходимо сделать следующее:

1. Вначале найти коэффициент для глубины равной пяти осад-

кам (глубокой воды), который равен значению выдвига:

,2,0

где Т – средняя осадка;

5Т

– глубина, равная пяти осадкам.

2. Найти коэффициент для глубины, принятой к расчету:

где Н

– глубина менее 5-ти осадок (расчетная);

– коэффициент для расчетной глубины.

3. Найти коэффициент мелководья, который определяет увеличе-

ние циркуляции:

,2,0

где К

– коэффициент мелководья.

4. Найти величину выдвига на мелководье.

Величину выдвига на глубокой воде принимаем за 1, прибавля-

ем коэффициент на мелководье (К

) и умножаем на величину

выдвига на глубокой воде.

2,011

KSSS

где S

– выдвиг на глубокой воде;

– выдвиг на мелководье.

В конечном виде формула имеет вид

2,01SS

. (6.1)

Для оценки коэффициента первоначально принята математическая

модель балкера со следующими данными:

Водоизмещение

33089 т

Длина наибольшая

182,7 м

Длина между перпендикуляра-

ми

173,9 м

Ширина

22,6 м

Осадка носом (Тн)

10,1 м

Осадка кормой (Тк)

10,7 м

Средняя осадка (Тср)

10,4

Для циркуляций взяты следующие глубины:

120 м

Глубокая вода

32,1 м

Глубина равная 3-м осадкам

21,4 м

Глубина равная двум осадкам

18.0 м, 16.0 м, 14.5 м и

13.0 м

Произвольно взятые глубины

Итого 7 глубин.

На каждой глубине выполнено по 6 циркуляций на правый борт

(ПрБ) с углом перекладки руля от 35

до 10

через каждые 5

. Всего на

данной модели сделано 42 циркуляции.

После этого результаты по циркуляциям с одним и тем же углом

перекладки, но по разным глубинам собраны в пакеты. В результате

получилось шесть пакетов по количеству углов перекладки руля, а в

каждом пакете по 7 циркуляций по количеству глубин, принятых к

расчетам (см. табл. 7.2.1-7.2.6).

Затем к каждой построенной циркуляции проведены касательные

к кривой движения центра тяжести судна таким образом, чтобы они

составляли с линией первоначального движения угол равный углу по-

ворота.

Как указывалось, выше к расчетам приняты углы поворота от 20

до 90

с интервалом равным 10

Каждая из касательных проведена до пересечения линии первона-

чального движения. Полученный отрезок от точки начала перекладки

руля до точки пересечения линии первоначального движения является

выдвигом для определенного угла поворота.

Для каждого угла перекладки руля построена сравнительная таб-

лица, по которой производится сравнение величины выдвига для каж-

дого угла поворота полученного с чертежа кривой движения центра

тяжести судна при определенной глубине и расчетная величина вы-

двига при тех же величинах поворота и глубины (табл. 7.2.1 – 7.2.6,

стр. 44 – 49).

В первой колонке таблицы внесены глубины, принятые к расче-

там.

Во второй – по строке глубины в верхней части находится коэф-

фициент для глубины, которая принята к расчету. В нижней части по-

мещен коэффициент, с помощью которого рассчитывается величина

выдвига. Коэффициент применяется для всех углов поворота по ли-

нии глубины, т. е. для каждой глубины, принятой к расчетам, свой ко-

эффициент.

Для глубины 120 м коэффициента нет, потому что величина вы-

двига на этой глубине является основной величиной, по которой на-

ходится расчетная величина выдвига для всех глубин при повороте на

тот же угол.

Далее расположены столбцы, в верхней части которых указан угол

поворота, и каждый из них разбит на две колонки.

В первой колонке по линии глубины 120 м верхнее значение – ве-

личина выдвига в масштабе, который снят с чертежа. Нижнее значе-

ние соответствует реальной величине выдвига.

По линиям следующих глубин в первом столбце верхнее значение

- величина выдвига в масштабе для глубины, принимаемой к расчету

и определенного угла поворота. Нижнее значение соответствует ре-

альной величине выдвига.

Во второй колонке расчетный выдвиг, полученный путем умно-

жения расчетного коэффициента по глубине на величину выдвига для

глубины 120 м этого же угла поворота.

Если разница между значением реального выдвига и расчетного

превышают 0,3 кбт (55,56 м), то они затемнены, а разница между ни-

ми указана внизу под столбцами.

Итак на математической модели балкера водоизмещением 33089 т

сделано 42 циркуляции на правый борт, затем столько же циркуляций

на левый борт. В результате на данной математической модели вы-

полнено 84 циркуляции. На каждой из циркуляций снято по 8 выдви-

гов для углов поворота от 20

до 90

с интервалом равным 10

и полу-

чено 672 измерения (см. табл. 7.2.1 – 7.2.6 циркуляция на правый

борт, 7.3.1 – 7.3.6 циркуляция на левый борт). Для 576 выдвигов, сня-

тых с чертежей, сделаны сравнения с расчетными выдвигами (96 вы-

двигов относятся к глубине 120 м). В результате сравнения получено:

483 значения не превышают разницу 0,3 кбт (55,5 м) между сня-

тыми с чертежа выдвигами и расчетными, что составляет 88,6%;

66 измерений превышают 0,3 кбт (55,5 м), что составляет 11,4%;

27 измерений превышают 0,4 кбт (74,1 м), что составляет 4,7%.

На глубинах равных 2-м и 3-м осадкам судна тактический диаметр

циркуляции в трех случаях из 24 превышает 0,3 кбт.

При глубинах, меньших двух осадок тактический диаметр резко

возрастает, а измеренные и рассчитанные величины расходятся и дос-

тигают до 3-х кбт.

Затем для оценки коэффициента использована математическая мо-

дель танкера со следующими данными:

Водоизмещение

77100 т

Длина наибольшая

242,8 м

Длина между перпендикулярами

228,0 м

Ширина

32,2 м

Осадка носом (Тн)

12,5 м

Осадка кормой (Тк)

12,5 м

Средняя осадка (Тср)

12,5 м

Для циркуляций были взяты следующие глубины:

120 м

Глубокая вода

38,0 м

Глубина, равная 3-м осадкам

25,0 м

Глубина, равная двум осадкам

21.0 м, 18.0 м и 15.0 м

Произвольно взятые глубины

Итого 6 глубин.

Сделано по 6 циркуляций на каждой из 6 глубин на правый борт.

В результате на данной модели выполнено 36 циркуляций. На каждой

из циркуляции снято по 8 выдвигов при угле поворота от 10

до 90

интервалом через каждые 10

и получено 288 измерения. Построены

сравнительные таблицы как и для модели балкера водоизмещением

33089 т. (см. таблицы 7.4.1 – 7.4.6). Для 240 выдвигов, снятых с чер-

тежей, сделано сравнение с расчетными выдвигами (48 выдвигов от-

носятся к глубине 120 м). В результате сравнения получено:

170 значений не превышают разницу 0,3 кбт (55,5 м) между сня-

тыми с чертежа выдвигами и расчетными, что составляет 70,8%;

70 измерений превышают 0,3 кбт (55,5 м), что составляет 29,1%;

38 измерений превышают 0,4 кбт (74,1 м), что составляет 15,8%.

Тактический диаметр циркуляции в двух случаях из 12 превышает

0,3 кбт на глубинах равных 2-м и 3-м осадкам судна.

При глубинах меньше двух осадок тактический диаметр резко

возрастает, а измеренные и рассчитанные величины расходятся и дос-

тигают до 4-х кбт.

После приведенных выше расчетов основанных на математиче-

ских моделях были взяты данные по циркуляции т/х «Норильск» со

следующими данными (рис. 7.1):

Водоизмещение

30758 т

Длина наибольшая

173,5 м

Длина между перпендикулярами

164,9 м

Ширина

24,55 м

Осадка носом (Тн)

10,0 м

Осадка кормой (Тк)

10,7 м

Средняя осадка (Тср)

10,35 м

Циркуляция судна на глубокой воде (рис. 7.2) построена на осно-

ве натурных испытаний. Однако никаких данных по построению кри-

вой нет для того, чтобы можно было бы построить циркуляцию судна

в другом масштабе. Поэтому на рис. 6.2 циркуляция приведена в на-

туральном виде. Для определения выдвигов при поворотах от 20

до

саму кривую пришлось увеличивать, а увеличение могло повлечь

за собой ошибки при построении в более крупном масштабе.

Циркуляция на мелководье (рис. 7.3) построена при отношении

глубины к осадке равном 1,25 на основе расчетных данных. Поэтому

расчеты могли повлечь определенные ошибки плюс возможные

ошибки при увеличении кривой при построении в более крупном

масштабе.

В результате сравнения выдвигов (табл. 7.5 ) при поворотах от

до 90

с интервалом 10

, которые сняты с чертежа, с расчетными

величинами получено:

- сравнений – 8 шт;

- количество измерений, разница которых превышает 0,3 кбт – 5 шт

- количество измерений, разница которых превышает 0,4 кбт – 4 шт;

- наибольшая разница между величиной снятой с чертежа и расчет-

ной составила 0,65 кбт при повороте на 90

На основании сравнений расчетных выдвигов с выдвигами полу-

ченными с кривой циркуляции предлагается метод расчета выдвига,

при помощи которого рассчитывается точка начала перекладки руля

при поворотах на новый курс с использованием циркуляции на глубо-

кой воде для судов различного тоннажа.

Предлагаемый способ расчета прост и позволяет быстро находить

точку перекладки руля на любой глубине менее пяти осадок. Судово-

дитель, рассчитывая поворот, определяет сможет ли судно в данном

месте самостоятельно произвести безопасный поворот или ему потре-

буется посторонняя помощь, которая может быть оказана буксирами

либо решать проблему поворота иным способом. В любом случае су-

доводитель будет готов к повороту, а сам процесс поворота заблаго-

временно проработан с экипажем на стадии планирования.

Предлагаемый способ расчета позволяет решать вопрос поворота

при наличии циркуляции на глубокой воде, однако в большинстве

случаев на судах они представлены в таком виде, что ими нельзя

пользоваться, т. е. они существуют для отчета.

Для использования предлагаемого метода желательно иметь кри-

вые циркуляций с разными углами перекладки руля.

Таблица 7.2.1

Определение расстояния от места пересечения курсов до точки перекладки руля в зависимости от

угла поворота и глубины места маневрирования

при перекладке руля на 35° Пр/Б

Балкер, D = 33089 т. L = 182,7 м, L

┴┴

= 173,9 м, В = 22,6 м

1 кбт

46,3

мм

Тн =

10,1

Тк =

10,7

Тср

10,4

Угол поворота

T/H

черт

расч

черт

расч

черт

расч

черт

расч

черт

расч

черт

расч

черт

расч

черт

расч

черт

расч

мм/кбт

120.0

65,0

74,0

82,5

93,5

103,5

115,5

128,5

142,5

160,0

1,40

1,60

1,78

2,02

2,24

2,49

2,78

3,08

3,46

52,0

62,0

70,0

80,0

91,0

103,0

114,5

128,5

142,0

163,0

1,34

1,51

1,73

1,97

2,22

2,47

2,78

3,07

3,52

32,1

0,324

70,0

77,7

89,0

101,0

113,0

125,5

140,5

160,0

190,0

1,124

1,51

1,58

1,68

1,80

1,92

2,00

2,18

2,27

2,44

2,51

2,71

2,80

3,03

3,12

3,46

4,10

3,88

21,4

0,486

69,0

88,0

99,5

112,0

127,0

142,0

158,0

178,0

223,5

1,286

1,49

1,81

1,90

2,06

2,15

2,29

2,42

2,60

2,74

2,87

3,07

3,21

3,41

3,57

3,84

3,96

4,83

4,44

18,0

0,578

74,0

89,0

104,5

120,0

138,0

156,5

179,0

205,0

281,5

1,378

1,60

1,93

1,92

2,20

2,26

2,46

2,59

2,78

2,98

3,08

3,38

3,44

3,87

3,82

4,43

4,24

6,08

4,76

16,0

0,650

77,0

94,5

113,0

130,0

150,5

171,5

194,5

219,5

319,0

1,450

1,66

2,04

2,32

2,44

2,58

2,81

2,93

3,25

3,24

3,70

3,62

4,20

4,02

4,74

4,46

6,89

5,01

14,5

0,717

85,0

103

122,5

141,5

161,0

184,0

207,5

235,5

340,0

1,517

1,84

2,13

2,22

2,42

2,65

2,70

3,06

3,48

3,39

3,97

3,78

4,48

4,21

5,09

4,67

7,34

5,24

13,0

0,800

87,0

106,0

129,5

150,5

175,0

201,0

228,5

262,0

395

1,600

1,88

2,25

2,29

2,56

2,80

2,85

3,25

3,23

3,78

3,58

4,34

3,99

4,94

4,44

5,66

4,92

8,53

5,53