Маневр последнего момента

При сближении двух судов заблаговременное решение задачи расхождения дает судоводителю несколько альтернатив, выбор которых зависит от наличия акватории для маневрирования, ситуации сближения и маневренных характеристик собственного и других судов.

При чрезмерном сближении комбинированный маневр - уменьшение скорости и отворот использовать не рекомендуется, поскольку с началом уменьшения оборотов эффективность руля резко падает. Кроме того такая ситуация сближения требует применения максимально возможных управляющих воздействий - перекладки руля на борт или торможения полным задним ходом. Таким образом, в распоряжении судоводителя имеется три возможности: торможение полным задним ходом; поворот влево; поворот вправо.

Когда встречные суда попадают на границу указанной зоны, то требуется применение сильных, максимально возможных управляющих воздействий для того, чтобы предотвратить столкновение. Такой маневр, экстренное выполнение которого необходимо для предотвращения столкновения, в теории и практике управления судном получил название “маневр последнего момента”. Для получения аналитических зависимостей рассмотрим треугольник перемещений СнМСц(рис. 5.5.).

		·
		·
		Dпмт
		Dтек

Рис.5.5. Опасное сближение судов

Время наступления момента для выполнения такого маневра означает, что перестают действовать требования всех правил, регламентирующих обычное расхождение, и вступает в силу только одно - предотвратить столкновение, а если это невозможно, то свести к минимуму возможные повреждения.

Для вывода зависимостей необходимо ввести аксиомы, которые облегчат суть изложения и уменьшат число альтернатив.

Аксиома 1. Если существует угроза столкновения, то пеленг П (курсовой угол q) не изменяется, а расстояние D уменьшается, т.е.DП =П2-П1=0 и D2-D1<0.

Аксиома 2. Оптимальным курсом для отворота является параллельный или контркурс встречного судна. Такой отворот позволит уменьшить зависимость ситуации сближения от вероятного маневра другого судна. Увеличение и уменьшение им скорости и отворот от нашего судна не ухудшит обстоятельства расхождения, а отворот в нашу сторону маловероятен, но и такую ситуацию можно учесть, путем принятия специальных мер, обсуждение которых произведем в дальнейшем.

С учетом изложенного (см. рис.5.5.) и после несложных преобразований получим:

, (5.22)

, (5.23)

где D_тек- относительное расстояние между судами; t_пер- время от момента измерения расстояния Dтекдо точки пересечения курсов М; К -относительная скорость К= V_ц/V_н;V_ц– ско- рость встречного судна; V_н- скорость собственного судна; Р - угол пересечения курсов собственного и встречного судов (“относительный курс”).

Приведенные зависимости (5.22), (5.23) показывают, что ситуация опасного сближения определяется отношением скоростей судов, курсовым углом и относительным курсом.

Для получения зависимостей, которые учитывают динамические характеристики судна при выполнении маневра последнего момента, используем способ отрезков.

Из рис.5.5 выражения для расстояния между судами во время наступления момента начала маневрирования с учетом зависимости (5.22) и (5.23) будут иметь вид:

, ( 5.24)

, (5.25)

, (5.26)

где D_пмт, D_пмп, D_пмл- расстояние между судами в момент начала торможения, отворота право и влево соответственно; S_трм- тормозной путь при существующей начальной скорости и режиме работы машины полным задним ходом; а_п, в_п, а_л, в_л- коэффициенты поворотливости вправо и влево соответственно; Dq_п, Dq_л- угол отворота вправо и влево, с учетом аксиомы 2 равный:

Dq_п= 180-Р , Dq_л= Р . (5.27)

Представление характеристик поворотливости в виде отрезков заключается в том, что точка начала поворота определяется расстоянием до точки пересечения М выражением :

, (5.28)

. (5.29)

Приближенно значения указанных отрезков можно определить из выражения :

, (5.30)

. (5.31)

где l_1л, l_1п-выдвиг при повороте влево и вправо для заданного угла перекладки руля; D_тл, D_тп- тактический диаметр при повороте влево и вправо. Полученные зависимости справедливы для случая, изображенного на рис.5.5. В других ситуациях необходимо учитывать геометрию сближения.

В зависимости от геометрии сближения можно построить зону опасного сближения. Однако попытки построить одну зону для всех маневров и ситуаций к успеху не приводят. Сочетания Р и курсового угла q обладают определенной зависимостью. Такие зоны определяют время наступления маневра последнего момента, однако, в предположении, что суда не обладают геометрическими размерами, а являются точечными объектами. По полученным зависимостям (5.25) - (5.31) зону можно строить в системах автоматизированной радиолокационной прокладки.

При исследовании маневра последнего момента установлено, что очередность наступления времени для его выполнения не зависит от судоводителя, а определяется только динамическими свойствами собственного судна и ситуацией сближения - Vн, P и q.

		Dпмл

Рис.5.6. Учет навигационного запаса при опасном сближении судов

Обратим также внимание на то, что все встречные суда из числа опасных имеют курсовые углы меньше 90° при любых значениях относительного курса. Суда находящиеся на траверзе q=90° и позади траверза могут быть опасными только те, у которых Р<90° и их скорость больше скорости собственного.

С учетом изложенного выше были рассмотрены все возможные случаи наступления момента для маневрирования при чрезмерном сближении. Для удобства рассмотрения все они сведены в табл. 5.2. Аналогичная ситуация будет, при курсовых углах встречных судов левого борта, однако направление отворота будет противоположно тому, которое указано в табл. 5.2.

При рассмотрении зависимостей до сих пор суда принимались в виде точек, а их траектории в виде линий. Такое допущение справедливо до тех пор, пока расстояние между судами не соизмеримо с их геометрическими размерами. Для получения соответствующих зависимостей рассмотрим ситуацию чрезмерного сближения (см. рис. 5.6.). Введем обозначение

. Расстояние между линией курса, на который будет поворачивать собственное судно при чрезмерном сближении и траекторией встречного судна, по которой

Таблица 5.2

Очередность наступления вида маневра при отметках справа

оно будет перемещаться при неизменном курсе и скорости обозначим Sнз. Для его учета необходимо рассматривать отрезок ММ^’ (рис. 5.6.) значение которого можно определить из выражения:

. (5.32)

С учетом приведенных ранее зависимостей (5.30-5.31) выражения для определения расстояния между судами, при которых необходимо отда-вать команды на маневрирование примут вид:

, (5.33)

, (5.34)

. (5.35)

Величина Sнздолжна учитывать (см. рис. 5.6): длину собственного судна; ширину встречного судна; погрешности в определении расстояния между судами; вероятный неблагоприятный маневр встречного судна, с которым происходит опасное сближение.

Будем считать, что расстояние на экране РЛС измеряется между центрами тяжести судов.

В связи с тем, что геометрические размеры встречного судна неизвестны, будем принимать их для гипотетического судна с размерами L=250 м и В=50 м. Если будет наблюдаться судно меньших размеров, то запас будет в безопасную сторону. Размеры собственного судна Lни Вн нам известны.

Вероятный неблагоприятный маневр встречного судна будем учитывать величиной его прямого смещения l2 . Поскольку его характеристики поворотливости нам неизвестны, то будем ориентироваться на данные приведенные в табл. 5.3. Максимальное значение этой составляющей навигационного запаса будет равно тактическому диаметру циркуляции.

Таблица 5.3

Характеристики поворотливости морских судов

С учетом изложенного величину навигационного запаса можно рассчитать по формуле:

. (5.36)

Обратим особое внимание на тот факт, что при выборе навигационного запаса, его значение необходимо назначать не менее 0,5 мили, с учетом того, что кратчайшее сближение на такое расстояние, не рекомендуется существующими национальными нормативными документами.

Для того, чтобы полностью исключить возможность столкновения, величину Sнзнеобходимо рассчитать по формуле:

. (5.37)

Все величины входящие в формулу (5.37) постоянны. Единственным параметром, который определяет ситуацию сближения, является значение l2ц . Его величина будет зависеть от того, на какой угол произведет перекладку руля другое судно и в какой момент времени оно это сделает. Для оценки ситуации чрезмерного сближения были проведены испытания кинематической математической модели с выполнением маневров последнего момента для судов, перечисленных в табл. 5.3. Испытания проводились при значении относительных курсов 135°, 90° и 45° и при относительных скоростях 0.5, 1 и 2, при отсутствии навигационного запаса, и при его величине равной l2и Dт.

При проведении испытаний установлено, что на ситуацию чрезмерного сближения преобладающее влияние имеет соотношение скоростей собственного и других судов и момент начала его маневра - раньше нас, одновременно или после начала маневрирования собственного судна для предотвращения столкновения.

Ситуация моделировалась таким образом, что начальное положение рассчитано для случая, когда в распоряжении штурмана остался только один маневр и столкновение неизбежно, если собственное судно не маневрирует.

При отсутствии навигационного запаса опасное маневрирование происходит:

если Vн»Vц в случае, когда другое судно начало маневр раньше или одновременно с нами;

если Vн>Vц в случае, когда другое судно начало маневрировать раньше нас;

если Vн<Vцв случае, когда другое судно начинает маневрировать после нас.

При навигационном запасе равном прямому смещению другого судна опасное маневрирование происходит:

если Vн»Vц в случае, когда другое судно начало маневрировать одновременно и незначительно раньше или позже нас;

если Vн>Vц в случае, когда другое судно начало маневр раньше нас;

если Vн<Vц в случае, когда другое судно начинает маневрировать после нас.

При навигационном запасе равном тактическому диаметру циркуляции опасность столкновения не наступает при любом соотношении скоростей и только происходит чрезмерное сближение при Vн<Vц и маневре цели после нас.

На основании проведенных испытаний установлено, что навигационный запас равный тактическому диаметру циркуляции позволяет предупредить столкновение даже при неблагоприятном маневре другого судна. Только при Vн<Vц в случае, если наблюдается чрезмерное сближение, рекомендуется кратковременно увеличить скорость собственного судна.

Если при расчетах значение Sнзменьше 5 кбт, то рекомендуется его назначать равным 5 кбт. При этом обратим внимание на тот факт, что выполнение расчетов экстренного маневрирования может выполнять только ЭВМ в процессе расхождения. Ручное решение указанной задачи можно выполнить только заблаговременно для типовых ситуаций.