Количественные оценки циркуляции судна.

Для количественной оценки циркуляции используют геометрические и временно-скоростные характеристики.

К геометрическим характеристикам относятся следующие величины:

1. Диаметр установившейся циркуляции – D_ц = 2R_ц.

Диаметр установившейся циркуляции – это диаметр траектории движения Ц.Т. судна на установившемся периоде циркуляции.

Для сравнительной оценки поворотливости различных судов величину D_ц (или R_ц) обычно выражают в длинах корпуса судна L. Это отношение называют основной мерой поворотливости судна и эта величина является относительным диаметром циркуляции (D_ЦОТ).

(6.4)

Для судов внутреннего плавания D_ЦОТ лежит в пределах 2,5 3,5.

2. Тактический диаметр циркуляции D_Т - расстояние между диаметральной плоскостью судна на прямом курсе и положением ее при повороте на 180^о.

D_Т = (6.5)

где L – длина судна, м ;

Т – осадка судна, м;

S_Р - площадь руля, м²;

К_ОП – опытный коэффициент.

обычно величина D_Т = (0,9 – 1,2) D_ц.

Рис. 6.3 Схема циркуляции судна

3. Выдвиг l₁ –Расстояние, на которое смещается цент тяжести судна в направлении первоначального курса от точки начала циркуляции до точки, соответствующей изменению курса судна на 90^о. Для различных судов l₁ колеблется в пределах l₁ = (0,6 -1,5) D_Ц.

4. Прямое смещение l₂ – кратчайшее расстояние от линии первоначального курса судна до точки, с которой совпадает центр тяжести (ц.т.) в момент изменения курса на 90^о; обычно l₂ = (0,25 -0,50) D_ц.

5. Обратное смещение l₃ – наибольшее расстояние, на которое смещается ц.т. судна в сторону, обратную направлению поворота; обычно l₃ = (0,01 – 0,1) D_ц.

К скоростно-временным характеристика относятся:

1. Период циркуляции Т_Ц - время поворота судна на 360^о.

2. Линейная скорость движения Ц.Т. судна на установившейся циркуляции – V_ц.

3. Угловая скорость вращения судна на установившейся циркуляции ω.

ω = (6.6)

Угол дрейфа судна на циркуляции определяется по Ц.Т. по корме и по носу соответственно β_Ц , β_К и β_Ц..

Оценка реакции судна на перекладку рулевого органа определятся коэффициентом отзываемости k_отз , который выражается отношением времени t_o от начала перекладки рулевого устройства судна до требуемой величины перекладки, к моменту времени начала поворота судна.

К_отз = ( 6.7)

Для одиночных судов этот коэффициент, как правило, стремится к единице, а для толкаемых составов – значительно меньше, так как толкаемые составы после окончания перекладки органа управления некоторое время еще продолжают двигаться прежним параллельным курсом.

Необходимая для движения ширина судового хода определяется параметрами циркуляции по кормовой оконечности судов и составов, так как кормовая оконечность судна движется по кривой большего радиуса, чем его Ц.Т.

В соответствии с (рис. 6.4) элементы траектории движения кормовой оконечности судна на циркуляции, целесообразно оценивать максимальным обратным смещением кормовой оконечности. Наибольший диаметр, называемый диаметром циркуляции по корме судна, будет характеризовать циркуляционное движение крайней точки кормовой оконечности судна. Диаметр циркуляции по корме судна будет

D_К = D_Ц + L_Рsinβ (6.8)

где L_Р – расстояние от Ц.Т. судна до точки приложения сил Р_Р ( до кормы).

Зная величину D_К, судоводитель может оценивать величину акватории, необходимой для оборота.

Рис.6.4. Изменение угла дрейфа по длине судна и радиуса циркуляции.

В таблице 6.1. приведены данные об относительных радиусах установившейся циркуляции некоторых судов внутреннего плавания.

Таблица 6.1.

6.2.3 Крен судна при циркуляции.

В процессе циркуляции судно получает крен (рис.6.5). Величина и сторона угла крена зависит от того в каком периоде циркуляции находится судно. В маневренном периоде циркуляции под действием рулевой силы (Р_У) крен направлен в сторону борта, на который переложен руль. В эволюционный период судно вначале выпрямляется, в результате действия восстанавливающего момента остойчивости, а затем приобретает максимальный динамический крен наружу циркуляции, так как начинает действовать цетро стремительная сила. После одного - двух колебаний судно к началу периода установившейся циркуляции приобретает статический крен, направленный наружу циркуляции, который может быть определен по формуле Г.А.Фирсова

θ^о_max = 1,4 (6.9)

где θ^о_max – максимальное значение угла крена на установившейся циркуляции;

V_o – скорость движения судна на прямом курсе, м/сек;

Z_Д – ордината центра тяжести судна относительно основной плоскости, м;

h - начальная метацентрическая высота судна, м;

Т и L – осадка и длина судна, м.

Метоцентрическая высота (h ) – расстояние между метоцентром и центром тяжести (Ц.Т.) судна

Метоцентр (М) – точка пересечения равнодействующих сил давления воды с ДП.

Наиболее опасный крен возникает при циркуляции на полном ходу, когда руль переложен на борт.

Динамический крен в эволюционный период циркуляции по своей величине может превосходить крен в установившийся период более чем в 2 раза.

У судов с малой остойчивостью, крен на циркуляции на полном ходу может достигать 12 – 15^о . На пассажирских судах крен на циркуляции более 7^о не желателен, а более 12^о считается недопустимым.

Для уменьшения угла крена судна на циркуляции необходимо снизить скорость движения перед выходом на циркуляцию. Пределы изменения скорости движения судна перед выходом на циркуляцию судоводитель может определить по имеющейся на судне Информации об остойчивости.

Рис.6.5 Крен судна при циркуляции.

Не учет этих факторов может привести к трагическим последствиям и катастрофам. В качестве примера можно привести катастрофу теплохода «Булгария», которая произошла на Куйбышевском водохранилище.

Теплоход «Булгария», совершавший круиз по маршруту Казань – Болгар- Казань, 10 июля 2011 года затонул в Волге в районе села Сюкеево Камско-Устинского района Татарстана.

Согласно отчету «Ространснадзора», «около 12:25 10 июля судно попало под воздействие сильного порыва ветра с левого борта, начался сильный ливень с грозой. В этот момент Д/Э «Булгария» вошел в левый поворот. Следует отметить, что при перекладке рулей влево все теплоходы приобретают дополнительный динамический крен на правый борт .

В результате угол крена составил 9 градусов. «При таком крене иллюминаторы правого борта вошли в воду, вследствие чего через открытые иллюминаторы за 1 минуту в отсеки судна поступило около 50 тонн забортной воды. Чтобы уменьшить площадь воздействия ветра на левый борт, капитан решил лечь курсом «на ветер». Для этого рули были положены на 15 влево». В результате крен увеличился и суммарное количество поступающей в отсек судна воды достигло 125 тонн в минуту. После этого все иллюминаторы и часть главной палубы правого борта погрузились в воду. За последние 5-7 секунд произошло резкое увеличение крена от 15 до 20 градусов, в результате чего судно опрокинулось на правый борт и затонуло.

Комиссией был сделан вывод, что одной из причин аварии был фактор того, что маневр поворота влево был осуществлен без учета особенностей остойчивости судна, уже имевшего крен в 4^о на правый борт; дополнительно возникающего крена на правый борт, вызванного центробежной силой при циркуляции влево; дующего в левый борт крепкого ветра и большой парусности судна.

Изменения скорости движения судна на циркуляции можно достигнуть путем регулирования режима работы судовых движителей с помощью уменьшения частоты вращения движителя перед циркуляцией и в ее процессе, а также с помощью работы движителей в различных направлениях – «враздрай» (что возможно при многовальной установке на судне).

Снижение скорости движения судна перед циркуляцией вызывает уменьшение выдвига циркуляции l₁ и ее тактического диаметра D_Т, что наглядно иллюстрирует (рис. 6.6 ) .

Рис.6.6. Циркуляция теплохода при различных первоначальных скоростях хода.

После того как судно вошло в установившуюся циркуляцию, для увеличения интенсивности поворота частота вращения движителей может быть увеличена, что существенно не изменит геометрические характеристики циркуляции.

Значительное уменьшение потребной акватории для производства циркуляции может быть достигнуто применением маневра, называемого «оборот с места». При этом судно перед началом маневра останавливают, рули перекладывают на максимальный угол соответствующего борта и дают полные обороты движителям на передний ход. Судно сразу входить в циркуляцию, размеры которой меньше, чем при движении малым ходом, а время маневра уменьшается.

Работу движителей «враздрай» рекомендуется применять при маневрировании и на ограниченных акваториях. При этом оборот судна осуществляется почти на месте, а потребная акватория будет равняться длине судна.

На величину диаметра циркуляции влияют:

а) площадь пера руля; чем она больше, тем меньше диаметр циркуляции.

Для увеличения площади руля устанавливают несколько рулей, используют активные рули и рулевые насадки.

б) распределение грузов на судне; если грузы сосредоточены в средней части судна, то оно поворачивается быстрее, с меньшим диаметром циркуляции, а если в оконечностях – медленнее, с большим диаметром циркуляции;

в) в отношении длины судна к его ширине; чем больше отношение , тем больше диаметр циркуляции;

г) площадь погружной части диаметральной плоскости; чем она больше, тем больше диаметр циркуляции;

д) дифферент судна; при дифференте на нос судно имеет несколько лучшую поворотливость чем при дифференте на корму.

Как вывод можно сказать, что при плавании по ВВП судно постоянно движется по криволинейным траекториям и совершает большое количество циркуляций. Поэтому знание элементов циркуляции имеет большое значение для обеспечения безопасности плавания судов.