Циркуляция судна, ее периоды и элементы

Для суждения о поворотливости судна обычно производится анализ циркуляции, как наиболее простого вида криволинейного движения судна.

Циркуляцией судна называют его движение с отклоненным на постоянный угол органом управления, а также траекторию, описываемую центром тяжести судна.

По времени циркуляционное движение судна разделяется на три периода:

1. Маневренный период − в течение его осуществляется перекладка органа управления на заданный угол; при дальнейшем движении угол перекладки остается неизменным. В маневренный период одиночные суда только начинают поворот, а толкаемые составы часто продолжают двигаться прямолинейно.

2. Эволюционный период (эволюция) начинается с момента окончания перекладки органа управления и продолжается до момента, когда все параметры установятся, и центр тяжести судна или состава начнет описывать траекторию в виде окружности.

3. Установившийся период циркуляции начинается с момента окончания эволюционного периода и продолжается до тех пор, пока угол перекладки органа управления судном остается постоянным.

Траекторию движения судна в третьем периоде циркуляции принято называть установившейся циркуляцией. Отличительная особенность установившейся циркуляции − постоянство характеристик движения и малая их зависимость от начальных условий.

На схеме показаны следующие характеристики циркуляции, применяемые для ее количественной оценки:

− диаметр установившейся циркуляции по ЦТ судна или состава;

−диаметр установившейся циркуляции по корме судна или состава;

− тактический диаметр циркуляции (расстояние между ДП судна на прямом курсе и после поворота его на 180°);

− выдвиг (поступь) циркуляции (смещение ЦТ судна в направлении первоначального прямолинейного движения до момента поворота судна на 90°);

− прямое смещение судна на циркуляции (расстояние от линии первоначального прямолинейного курса до ЦТ судна, развернувшегося на 90°);

− обратное смещение судна на циркуляции (наибольшее расстояние, на которое смещается ЦТ судна в сторону, противоположную перекладке руля);

− угол дрейфа судна на циркуляции (угол между ДП судна и вектором скорости на циркуляции);

− полюс поворота судна (точка на ДП судна или ее продолжении, в которой = 0).

Рисунок – Схема циркуляции судна

В общем виде картина движения судна по периодам циркуляции сводится к следующему. Если на движущемся прямолинейно судне переложить органы управления на некоторый угол, то на рулях или поворотных насадках возникает гидродинамическая сила, одна из составляющих которой будет направлена нормально к диаметральной плоскости судна (боковая сила).

Под действием боковой силы судно смещается в сторону, противоположную направлению перекладки органа управления. Возникает обратное смещение судна, наибольшее значение которого будет наблюдаться в точке кормового перпендикуляра. Обратное смещение судна приводит к появлению угла дрейфа, и поток, первоначально набегавший вдоль диаметральной плоскости, начинает натекать на борт, противоположный направлению перекладки органов управления. Это приводит к образованию боковой гидродинамической силы на корпусе судна, направленной в сторону перекладки органов управления и приложенной, как правило, в нос от ЦТ судна.

Под действием моментов от боковых сил на органах управления и корпусе судно поворачивается вокруг вертикальной оси в направлении переложенного органа управления. Возникающая при этом центробежная сила инерции уравновешивается боковыми рулевыми и корпусными силами, а момент этих сил уравновешивается моментом сил инерции.

В эволюционный период наблюдается интенсивное увеличение угла дрейфа, что приводит к уменьшению угла атаки руля или поворотной насадки и соответствующему снижению величины рулевой силы. Одновременно с ростом угла дрейфа увеличивается сила, действующая на корпус, а точка ее приложения постепенно смещается в направлении кормы. В этот же период наблюдается увеличение угловой скорости поворота и уменьшение радиуса кривизны траектории, что, несмотря на снижение линейной скорости движения, вызывает рост центробежной силы инерции.

Установившаяся циркуляция наступает тогда, когда силы и моменты, действующие на органы управления, корпус судна, а также инерционные силы и моменты уравновешиваются и перестают изменяться во времени. Это и обусловливает стабилизацию параметров движения судна, которые принимают постоянные значения при угле поворота от линии первоначального курса на 90÷130° для одиночных судов и 60÷80° − для толкаемых составов.