Циркуляция судна и её учёт при прокладке

Рис. 4.2. Циркуляция судна

Для судов небольшого и среднего тоннажа циркуляцию можно считать дугой окружности, а диаметральная плоскость будет составлять с ней некоторый угол q_ц (рис.4.2), называемый углом дрейфа при циркуляции.

В точке А подана команда на руль и начали перекладывать руль вправо. Некоторое время, называемое мёртвым промежутком, судно будет продолжать следовать прежним курсом и только в точке В начнёт поворачиваться, причём в первый период смещение центра массы будет в сторону обратную повороту на величину l, называемую обратным смещением. Величина l обычно не превышает половины ширины судна и в практике судовождения не учитывается. Для практического судовождения важно знать величину мёртвого промежутка и расстояние АВ, которое судно проходит за это время. В точке С центр массы судна начнёт перемещаться в сторону перекладки руля по кривой, радиус которой постепенно уменьшается до момента, когда угловая скорость изменения курса достигнет своего наибольшего значения. Это происходит при повороте на 120 - 180°, после чего центр массы дальше будет перемещаться по окружности. Время от начала перекладки руля до момента начала поворота судна в сторону перекладки руля называется предварительным периодом циркуляции. Величина этого периода зависит от характеристик судна, его инерции, наличия ветра и волнения и достигает у крупнотоннажных судов 1 минуты.

В дальнейшем начинается период неустановившейся циркуляции, который продолжается до тех пор, пока циркуляция не станет близка к окружности. Дальнейшая циркуляция называется установившейся и имеет диаметр D_у. Для судовождения важен не диаметр установившейся циркуляции, а расстояние между линией курса до поворота и линией курса после поворота на обратный курс. Это расстояние называется тактическим диаметром циркуляции D_ц, а время поворота на обратный курс называется эвалюционым периодом циркуляции Т₁₈₀ .

Величина D_ц зависит не только от угла перекладки руля, но и от обводов судна, его размеров, размеров пера руля, от осадки и незначительно от скорости судна. Поэтому D_ц определяется на каждом судне для двух ( “пол борта” и “на борт”) или трёх положений (10°, 20°, 30°) руля, для судна в грузу и в балласте и иногда для трёх режимов работы двигателей ( полный, средний и малый ход ). Изменение D_ц и Т₁₈₀ вследствие волнения, ветра и течения должно учитываться непосредственно судоводителем.

Существуют несколько способов определения D_ц.

Рис. 4.3. Определение диаметра циркуляции с помощью РЛС

Секундомер покажет период циркуляции Т₁₈₀ (рис.4.3).

С помощью РЛС можно получить и всю кривую циркуляции, что особенно важно для крупнотоннажных судов. Для этого с момента подачи команды на руль о начале поворота через каждые 10 - 20с измеряют ГКП и D до выбранного ориентира. После окончания наблюдений на листе миллиметровки наносят положения судна, что позволяет создать диаграмму циркуляции.

Если наблюдения производить по плавающей вехе, то можно исключить влияние течения, искажающее характер кривой циркуляции.

Определение D_ц по створу и ориентиру.Судно ложится на курс перпендикулярный створу и, в момент пересечения створа, подаётся команда на руль о начале поворота, пускается секундомер и измеряется горизонтальный угол a₁ между ориентиром и створом или берётся пеленг ориентира ГКП₁. В момент, когда судно повернёт на обратный курс, останавливают секундомер и, в момент пересечения створа, измеряется горизонтальный угол a₂ или берётся второй пеленг ориентира ГКП₂ (рис.4.4). С карты снимается расстояние d от ориентира до линии створа и рассчитывается D_ц:

Рис. 4.4

Рис. 4.4. Определение диаметра циркуляции по створу и ориентиру

Рис. 4.5. Определение диаметра циркуляции по углу снижения

Судно следует заданной скоростью и, в момент подачи команды на руль о повороте, сбрасывают за борт какой-нибудь плавающий и хорошо видимый предмет и пускают секундомер. Когда судно придёт на обратный курс, останавливают секундомер и удерживают судно на этом курсе. Когда сброшенный предмет окажется на траверзе, измеряют секстаном угол a. Зная высоту глаза е и наклонение видимого горизонта d, вычисляют D_ц.

D_ц = е ctg b, (4.6)

где b = a + d. Наклонение d или измеряют наклономером Каврайского или выбирают из табл. 3.21 МТ – 2000.

Несмотря на то, что формула (4.6) приближённая, т.к. она не учитывает кривизну зрительного луча и кривизну земной поверхности, но на расстояниях до 1 мили даёт результаты с точностью достаточной для практики судовождения.

При плавании в узкостях и когда прокладка ведётся на крупномасштабных картах (частных и планах), в том числе и при проработке перехода, для повышения точности графического счисления необходимо учитывать циркуляцию. Учёт циркуляции может производиться графическим способом, по таблицам и по диаграммам циркуляции. При любом из этих способов решаются две задачи:

1. прямая, когда известна точка начала поворота и нужно найти точку окончания поворота, из которой надо проложить новый курс;

2. обратная, когда надо найти точку начала поворота, чтобы судно вышло на заданную линию нового пути, положение которого на карте известно.

Графический способ учёта циркуляции.

Рис. 4.6. Графический способ решения прямой задачи

Время поворота находят по формуле

, (4.7)

где a - угол поворота, градусы, Т₁₈₀ - время циркуляции на 180°.

Плавание на циркуляции определяют по формуле

. (4.8)

Рис. 4.7. Первый вариант графического способа решения обратной задачи

Рис. 4.8. Второй вариант графического способа решения обратной задачи

Время поворота и плавание на циркуляции находят по формулам (4.7) и (4.8).

Таблица циркуляции и учёт циркуляции по таблице.

На каждом судне должна быть таблица циркуляции, из которой получают следующие элементы циркуляции:

Рис. 4.9 Иллюстрация для расчета таблицы циркуляции

Аргументами для входа в таблицу является угол перекладки руля и угол поворота a° = ИК₂ - ИК₁

Формулы для расчёта таблицы циркуляции могут быть получены из рассмотрения рис. 4.9, на котором: К₁ - старый курс, К₂ - новый курс ВМ = МА= d₁, q = a° / 2, ВА = d, ОВ = R_ц.

В прямоугольном D ВМК Ð К = 90°, Ð В = a°/2, следовательно Ð М = Ð ВМК =180° - (90° + a°/2) = 90° - a°/2 .

Из прямоугольного D ВМО d₁/ R_ц = ctg( 90° - a°/2).

Отсюда

d₁ = R_ц tg a°/2. (4.9)

Из D ВМК d/2 = d₁sin(90° - a°/2) = d₁cos a°/2 = R_ц tg a°/2 cos a°/2 = = R_ц sin a°/2.

Т.о.

d = 2 R_ц sina°/2. (4.10)

Время поворота и плавание на циркуляции рассчитываются соответственно по формулам (4.7) и (4.8).

Таблица циркуляции выглядит так:

Руль 30°, D_ц = 5 кб, Т₁₈₀ = 4,5 мин

В табл. 2.21 МТ – 2000 приведены элементы циркуляции для разных R_ц и Т₁₈₀.

Учёт циркуляции по таблице производится нижеследующим образом. Прямая и обратная задачи могут быть решены с использованием d или d₁.

Прямая задача. Положение точки А конца поворота определяется курсовым углом промежуточного курса q = a°/2 и плаванием по этому курсу - d, выбираемыми по углу поворота a°. Из точки В прокладывают промежуточный курс и на нем откладывают d.

Можно также получить положение точки А конца поворота с использованием d₁. Для этого, отложив по старому курсу К₁ от точки В начала поворота величину d₁, находят точку М пересечения курсов К₁ и К₂. От точки М проводят новый курс и, отложив на нём d₁, получают точку А окончания поворота.

По углу a° выбирается также величина и время плавания на циркуляции.

Рис. 4.10 Нахождение точки конца поворота при обратной задаче

В таблице циркуляции величина d₁ дана для углов меньших 150°, т.к. с приближением к 180° tg a°/2 быстро увеличивается. Если же a > 150°, положение точки А конца поворота определяют по q= a°/2 и d, для чего из любой точки старого курса (например В₁ на рис.4.10) проводят ИКпр = ИК₁ + a°/2, на котором откладывают величину промежуточного курса d. Из полученной точки А₁ проводят линию параллельную К₁ до пересечения её в точке А конца поворота с линией проложенного нового курса К₂.

Диаграмма циркуляции и учёт циркуляции по диаграмме.

У крупнотоннажных судов часто характер кривой циркуляции довольно значительно отличается от окружности и поэтому таблица циркуляции, которая рассчитывается из предположения, что циркуляция является окружностью, на этих судах не может использоваться. Для таких судов строят диаграммы циркуляции, представляющие собой фактические кривые циркуляций, соединяющие нанесённые на планшет точки, полученные по экспериментальным наблюдениям.

Рис. 4.11. Диаграмма циркуляции

Учет циркуляции по диаграмме циркуляции производится нижеследующим образом.

Прямая задача. На кривой, соответствующей положению руля, по углу поворота находят точку А окончания поворота. На рис. 4.11 показан пример нахождения точки А для угла поворота a = 110° на кривой циркуляции а, соответствующей углу перекладки руля 10°. Положение точки А на диаграмме определяется отрезком В₀А = d и курсовым углом промежуточного курса, снимаемым по наружной шкале.

Обратная задача. На кривой соответствующей углу перекладки руля по углу поворота находят точку А конца поворота. На рис. 4.11 положение точки А находят по углу поворота a = 110° на кривой циркуляции а соответствующей углу перекладки руля 10°. Из этой точки проводят прямую, которая составит с вертикальной шкалой угол равный углу поворота a°. На оси ординат получают точку М. РасстояниеВ₀ М = d₁, которое откладывается на карте от точки М пересечения старого и нового курса по старому курсу. Получают точку В начала поворота. Расстояние АМ, снятое с диаграммы, равно d¢₁ по новому курсу. Отложив его на карте от точки М по новому курсу, получают точку А конца поворота.

Для упрощения и ускорения работы по учёту циркуляции при прокладке полезно иметь прозрачную палетку с отверстиями различных диаметров, соответствующих диаметру циркуляции в масштабе карты.

Циркуляцию целесообразно учитывать, если путь судна за время поворота изображается отрезком > 2 мм.