Устойчивость и рыскливость судов на курсе.

Основы управления судном с механическим двигателем

Управляемость судна.

Основные понятия.

Маневренность – качество судна, выражающееся в его способности изменять курс и скорость под воздействием органов движения и управления. Маневренность объединяет в себе свойства управляемости и инерционные характеристики (путь и время торможения и разгона).

Управляемостью называется способность судна двигаться по заданной траектории. Управляемость объединяет два качества: поворотливость и устойчивость на курсе.

Поворотливость – способность судна изменять курс и двигаться по заранее заданной криволинейной траектории.

Устойчивость на курсе – способность сохранять заданное направление прямолинейного движения.

Оба качества по своему характеру противоположны друг другу. При проектировании судов стремятся найти наиболее целесообразное сочетание этих качеств.

Установлено, что суда при положении руля «прямо» не обладают устойчивостью на курсе и для его поддержания необходима постоянная перекладка руля на некоторый угол то на один, то на другой борт. Отклонение судна от курса при руле «прямо» называется рыскливостью.

Торможение судна подразделяется на два вида: пассивное и активное. При пассивном торможении судно тормозится сопротивлением среды движению (вода, воздух и другие внешние факторы).

Активное торможение производится сопротивлением среды и работой движителя судна на задний ход. Разгон судна – это достижение судном скорости от нуля до заданной.

Устойчивость и рыскливость судов на курсе.

Устойчивость и рыскливость судна зависит прежде всего от расположения двух характерных точек О и G, где точка О является центром сопротивления среды, а точка G – центром тяжести судна.

Рисунок 1.1. Расположение характерных точек при установившемся движении судна.

а-1 а-2

Рисунок 1.2. Расположение сил сопротивления и сил инерции при уходе судна с курса.

При движении на прямом курсе на судно действуют силы R и Р_e, приложенные в точках О и О₁ соответственно (рис. 1.1), где:

R – сопротивление воды движению судна.

Р_е – упор винта.

Эти силы взаимно уравновешиваются при установившемся движении.

Точка О может быть расположена чуть впереди или позади центра тяжести G.

Если на судно окажет воздействие какая-либо внешняя сила (волна, ветер), то судно отклонится с курса и займет положение (рис. 1.2). Однако в момент отклонения судна на его центр тяжести будет действовать сила инерции Q, направленная по первоначальному направлению движения. Сила сопротивления R будет действовать в направлении противоположном Q, т.е. под углом к ДП судна. Разложим эти силы на составляющие вдоль ДП и перпендикулярно к ней. Из рис. а-1 видно, что составляющие R_y и Q_y образуют пару сил, влияющую на уклонение судна с курса. Эта пара сил будет еще больше уклонять судно, если точка О расположена впереди точки G; и будет возвращать судно на курс, если точка О позади (рис. 2). В первом случае судно будет рыскливо (поворотливо), во втором – устойчиво на курсе, но менее поворотливо. Для лучшей управляемости необходимо, чтобы точки O и G находились на одной вертикали или О, несколько позади G (установлено опытными данными).

Суда не обладают устойчивостью на курсе, даже в тихую погоду. Их эксплуатационная устойчивость достигается с помощью перекладки руля. Судно считается устойчивым на курсе, если при ветре и волнении не выше 3 баллов руль перекладывается 4-6 раз в минуту на угол 2-3°. При несоблюдении этих условий судно считается рыскливым.

Рыскание судна может быть симметричным и ассиметричным. Это зависит от вида надводной части корпуса и действия внешних факторов. Иногда рыскливость называют по старой трактовке: уклонение судна под втер – увальчивость, уклонение судна на ветер (при прямо положенном руле) – наветренность. Рыскливость значительно удлиняет путь судна и является отрицательным фактором.

1.3. Управляемость судна на заднем ходу.

Большинство судов плохо управляется при движении задним ходом. В ряде случаев управлять судном рулем на заднем ходу не представляется возможным, особенно при наличии сильного ветра.

Для сравнения управляемости судна при движении передним и задним ходом рассмотрим силы и моменты, действующие на судно при криволинейном движении (рис. 1.3).

Рисунок 1.3. Силы и моменты, действующие на судно на переднем и заднем ходу.

На переднем ходу при перекладке руля возникает сила Р_у (на руле). Приложив в ц.т. две разных и противоположно направленных силы заметим, что Р_у вызывает поворот под действием момента Р_у l_p сила.

R_y также вызывает поворот судна в ту же сторону под действием момента R_y l_R, появляющегося вследствие бокового смещения.

На заднем ходу сила Р_у своим моментом Р_у l_р поворачивает судно так же в сторону перекладки руля. Однако, сила R_у обусловливающее гидродинамическое сопротивление корпуса, создает момент R_у l_R обратный действию момента Р_уl_р. Направление и величина циркуляции будет зависеть от соотношения моментов.

Если Р_у l_p> R_у l_R, то судно поворачивается в сторону перекладки руля. Если наоборот, то в другую сторону. Следовательно судно на заднем ходу может быть не управляемо.

Объясняется это тем, что на заднем ходу влияние потока воды от винта на руль очень мало. Устойчивость судна на курсе на заднем ходу бывает неудовлетворительной.

Дополнительные приспособления – активный руль, поворотная насадка, подруливающее устройство улучшают устойчивость судна на курсе на заднем ходу.