Инерционные характеристики.

При управлении судном на акватории портов, рейдов, в узкостях, при расхождении судов в море, а также в аварийных ситуациях воз­никает необходимость изменения скорости судна. Изменение скорости судна, обладающего большой массой, происходит главным образом под воздействием двух сил: силы упора (тяги) движителя и силы сопротивления воды. При этом масса судна при его ускорении (положительном или отрицательном) порождает силу инерции, всегда препятствующую изменению скорости движения.

Способность судна изменять скорость своего движения при изменении частоты и направления вращения движителей называется инерционными характеристиками.

Основными инерционными параметрами, определяющими различные маневры скоростью, являются: путь, проходимый судном вовремя маневра и время, необходимое ему для достижения заданной скорости.

Из всего многообразия обычно выделяют следующие основные виды маневров:

Разгон-процесс достижения судном установившейся скорости при заданном режиме работы движителей.

Выбег-процесс гашения поступательной скорости при остановленных движителях( ).

Торможение-процесс остановки судна при помощи перевода работы движителей в режим «полный ход назад».

Подтормаживание-процесс снижения скорости движения путем уменьшения частоты вращения движителей.

Движение судна в процессе изменения скороси описывается первым уравнением системы (22). При отсутствии ветра и прямом положении руля для случая прямолинейного движения.

,

(67)

где - масса судна с учетом присоединенных масс воды при движении по оси Х , т;

- сила сопротивления воды, кН;

-полезная тяга винтов, кН

Знак «-» перед силой сопротивления указывает, что эта сила всегда направлена против движения, знак «+» перед полезной тягой винта означает, что тяга направлена вперед, а знак «-» - назад.

Произведение массы на ускорение представляет собой силу инерции. При торможении ускорение имеет отрицательный знак.

Инерционные характеристики определяют для каждого судна по специальной программе. Для типовых судов и составов изданы справочники инерционных характеристик, пользование которыми позволяет значительно повысить безопасность судовождения при маневрировании. Наибольшее значение для безопасности плавания имеют характеристики торможения судна. Характеристики выбега используют главным образом для буксируемых составов, характеристики разгона - при шлюзовании, отходе от причала и других маневрах.

Процесс торможения судна может быть разбит на три периода. Первый период - с момента подачи команды «Стоп» до прекращения подачи топлива в цилиндры двигателя. За этот период не наблюдается существенного уменьшения частоты вра­щения движителя. Второй период - с момента прекращения подачи топлива до полной остановки гребного винта. Продолжительность пассивного периода зависит от начальной скорости судна, реверсивных свойств двигателя и механика, выполняющего реверс. На теплоходах нельзя выполнить реверс сразу после команды, если судно шло полным ходом. Для надежного реверса нужно, чтобы обороты переднего хода после прекращения подачи топлива снизились до значения, при котором давление воздуха, подаваемого в цилиндры, было способно преодолеть момент вращения винта, вращающегося на передний ход, и изменить направление вращения двигателя, обеспечив его запуск на задний ход.

Попытки запустить двигатель при больших "оборотах" могут привести к тому, что запас воздуха израсходуется вхолостую и маневр не будет выполнен. Число оборотов, при котором следует начинать реверс, регламентируется инструкцией по эксплуатации главного двигателя.

По данным натурных испытаний, продолжительность первых двух периодов составляет 10-20с для толкачей без составов и с составами, движущимися со скоростью км/ч; 20-35с, для грузовых теплоходов и пассажирских судов при км/ч.. Продолжительность первых двух периодов экстренного торможения меньшая, чем 25с должна быть подтверждена заводом изготовителем двигателя. Трётий Период начинается с момента запуска двигателя на задний ход и продолжается до полной остановки судна.

На турбоходах реверс зависит от времени запуска турбины заднего хода и выполняется быстрее, чем на теплоходах. Однако, из-за небольшой мощности турбины заднего хода торможение у турбоходов в активный период менее интенсивно, чем у судов с ДВС. У судов с электроходов реверсивные свойства примерно такие же, как и судов с ДВС.

Наиболее быстрый реверс достигается на судах, оборудованных ВРШ, за счет поворота лопастей в положение упора заднего хода. При этом не происходит изменения направления вращения вала и снижения мощности двигателя. Приводы ВРШ на современных судах позволяют изменить направление упора винта за 7-10 секунд.

Активный период торможения продолжается с момента реверса до остановки судна. Торможение происходит за счет совместного действия сопротивления среды и тяги винта на заднем ходу, которая в процентах от тяги полного переднего хода составляет у теплоходов 75-80%, у турбоходов - 25-60%. В активный период под влиянием работающего винта судно не только теряет скорость, но и получает вращение вокруг центра тяжести и смещается от линии пути в сторону поворота. Боковое смещение особенно велико у крупнотоннажных судов. Так, супертанкеры могут уклоняться от первоначальной линии пути на 3-4 кабельтова, приобретая угловую скорость вращения 10-14 град/мин. При этом судно разворачивается по отношению к первоначальному курсу ,С на 100-120°.

На двухвинтовых судах при торможении бокового смещения не наблюдается.

Путь проходимый судном за первые два периода можно определить по формуле:

,

(68)

где

,

(69)

где -скорость перед началом маневра, м/с

Скорость судна ( ) в конце второго периода торможения можно определить по формуле

.

(70)

Путь проходимый судном в 3 периоде торможения:

,

(71)

где

;	(72)
;	(73)
,	(74)

здесь -коэффициент использования мощности -го двигателя при работе на задний ход: для реверсивных двигателей =0,85. При установке реверс - редуктора ( ) принимается равным отношению передаточных чисел реверс - редуктора на переднем заднем ходу;

-мощность, подведенная к -му движителю на переднем ходу, кВт;

-частота вращения -го винта на переднем ходу, ;

шаг -го гребного винта, м.

Общий путь торможения .

Время торможения .

Поскольку на величину параметров торможения оказывает влияние начальная скорость судна перед маневром, то ее можно учитывать введением поправок:

	(75)
,	(76)

где

;	(77)
.	(78)

Параметры выбега можно определить по формулам

.

(79)

Для морских судов Российским Регистром установлен норматив:

.

Для судов внутреннего плавания:

.

(80)

В табл. 2 приведены тормозные пути для ряда речных и река-море судов. А в табл. 3 для морских одновинтовых судов дедвейтом 10000-40000 т., выраженные в длинах корпуса судов.

Таблица 2

Характеристика торможения некоторых серийных транспортных судов

Таблица 3

Тормозные пути одновинтовых морских судов

У некоторых судоводителей существует мнение, что у судов с сильно обросшим корпусом тормозной путь уменьшается за счет дополнительного сопротивления воды. В действительности существенного сокращения тормозного пути у таких судов не наблюдается. Это объясняется возрастанием инерции за счет увеличения присоединенной массы.

Уменьшить тормозной путь на одновинтовом судне можно путем перекладки руля во втором периоде, когда судно тормозится силой сопротивления воды. Очевидно, что перекладывать руль следует с таким расчетом, чтобы к моменту начала работы винта на задний ход судно получило вращательное движение в сторону, противоположную его боковому смещению.

При испытаниях, проводимых на крупнотоннажных танкерах, наилучшие результаты получались, когда торможение осуществлялось в следующей последовательности: одновременно с командой «Полный назад» руль перекладывался лево на борт (у судов с правым вращением винта), после отворота судна от первоначального курса на 10—15° руль перекладывался на правый борт. Тормозной путь при этом сокращался до 35%, а боковое смещение - до 1 кб. На рис.34 приведены траектории движения теплохода «Маршал Жуков» при торможении с рулем, находящимся в диаметральной плоскости, и с перекладкой руля на борт

Следует, однако, учесть, что данный способ можно применить, если двигатель своевременно запустится на задний ход. В противном случае, судно уклонится далеко влево, что не всегда допустимо. Очевидно, что при затяжном реверсе следует либо одержать судно после его отворота на 10—15°, либо первую перекладку руля выполнить вправо, затем, как указано выше, влево и снова вправо.

кбт

Рис. 34. Траектория торможения т/х «Маршал Жуков» с рулем в положении «прямо» и с перекладкой руля.

Дополнительный тормозящий эффект можно получить за счет стравливания якорей в воду. Опыты, проведенные на т/х «Профессор Щеголев» водоизмещением 5800 т и т/б «Морис Торез» водоизмещением 62600 т, показали, что стравливание 1/2-1 смычек двух канатов может сократить тормозной путь на 30%. С увеличением количества вытравленных смычек сопротивление воды возрастает. Однако вытравливать более одной смычки не следует во избежание их запутывания.