Средняя частота вращения винта

СИЛЫ И МОМЕНТЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА СУДНО.

 

Все силы, действующие на судно, разделяются на три группы:

 движущие;

 внешние;

 реактивные.

К движущим силам относятся силы, создаваемые средствами управления: тяга винта, боковая сила руля, силы, создаваемые средствами активного управления.

К внешним силам относятся силы давления ветра, волнения моря, давления течения.

К реактивным силам относятся силы, возникающие в результате движения судна под действием движущих и внешних сил. Они разделяются на инерционные — обусловленные инертностью судна и присоединенных масс воды и возникающие только при наличии ускорений. Направление действия инерционных сил всегда противоположно действующему ускорению. Неинерционные силы обусловлены вязкостью воды и воздуха и являются гидродинамическими и аэродинамическими силами.

Равномерное прямолинейное движение судна характеризуется равенством тяги винта силам сопротивления воды. Вода обладает свойствами вязкости и весомости, которые обусловливают два вида сопротивлений: вязкостное и волновое. Как показывают исследова­ния, вязкостное сопротивление имеет две составляющие: трения и формы.

На вязкостное сопротивление пре­имущественное влияние ока­зывают площадь и шерохо­ватость смоченной поверхности корпуса, а сопротив­ление формы зависит еще и от обводов судна.

Волновое сопротивление связано по своей природе с образова­нием корабельных волн, возникающих в силу взаимодействия кор­пуса движущегося судна с окружающей его водой.

 

Рассмотрим физическую картину обтекания жидкостью тела, форма которого соответствует форме корпуса судна:

Набегающие на тело струи жидкости искривляются тем больше, чем ближе они расположены к телу. Вследствие этого гидродинамическое давление на тело распределяется так, как показано на рисунке. В оконечностях площади сечений струек наибольшие, скорости наименьшие, а давления наибольшие. По мере приближения к середине тела площади сечений струек уменьшаются, скорости частиц жидкости увеличиваются, а давление падает. В районе максимальной толщины тела скорости частиц больше скорости набегающего потока, в результате чего здесь появляется зона разрежения, т.е. здесь избыточное давление отрицательно.

 

 

Поскольку в оконечностях тела гидродинамическое давление повышено, здесь происходит подъем жидкости, а в средней части, где давление понижено – опускание. Подъем и опускание жидкости имеет динамический характер, поэтому частицы жидкости по инерции перемещаются на большие расстояния, чем следует для уравновешения давления. Затем поднявшиеся частицы под действием собственного веса, а опустившиеся – под давлением окружающей жидкости начинают двигаться в обратном направлении. Так возникают возмущения, дающие начало волновому движению жидкости.

 

При обтекании судна водой образуется две группы волн: носовые и кормовые. Каждая состоит из поперечных и расходящихся волн. Высота носовых волн больше, чем кормовых. Носовая волна начинается гребнем, расположенным сразу за форштевнем. Первая кормовая волна всегда начинается впади­ной, захватывающей кормовую оконечность. Поэтому в носовой части судна давление будет больше, чем в кормовой. За счет раз­ницы этих давлений образуется волновое сопротивление, на вели­чину которого оказывает влияние интерференция поперечных ко­рабельных волн, заключающаяся в том, что носовые волны, достиг­нув кормовых, накладываются на них. Этот процесс зависит от ско­рости и длины судна. При неблагоприятной интерференции по­дошва носовой волны накладывается на подошву первой кормовой волны, в результате чего амплитуда суммарной волны увеличива­ется, а ее рельеф становится более крутым

· Расходящиеся волны представляют собой ряд гребней, смещенных относительно друг друга так, что мысленная линия, соединяющая середины их длин, составляет с ДП угол α = 18-20˚, а гребни угол β= 36-40˚. Вследствие инерции воды первая носовая расходящаяся волна зарождается не у самого форштевня, а несколько дальше в сторону кормы. Первая кормовая расходящаяся волна зарождается перед ахтерштевнем. Расходящиеся волны создаются и распространяются независимо друг от друга. С удалением от корпуса высота волн уменьшается.
Поперечные волны перпендикулярны ДП судна. Они зарождаются в тех же местах, где и расходящиеся волны. По мере удаления от штевней протяженность поперечных волн увеличивается, но не выходит за границу, образованную расходящимися волнами. Запас энергии всех поперечных волн одинаков, поэтому, чем больше протяженность волны, тем меньше ее высота. Поперечные волны распространяются в направлении потока.

МАНЕВРЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СУДНА

Определение маневренности

Маневренность — это совокуп­ность основных навигационных свойств судна, которая обеспечивает ему возможность перемещаться в заданном направлении с необхо­димой скоростью. Маневренные свой­ства судна не постоянны и состоят из элементов. Их изменение проис­ходит под влиянием различных фак­торов как внешних, так и самого судна.

К числу основных элементов судна относятся: ходкость, скорость, уп­равляемость, инерция.

Ходкость — способность судна пе­ремещаться с заданной скоростью, преодолевая сопротивление воды и ветра. Это достигается работой движителя (главный двигатель, па­рус и т. д.), который создает и под­держивает движущую силу, прило­женную к судну. Ходкость судна характеризуется скоростью, инер­цией и дальностью плавания.

Скорость — способность судна проплывать определенное расстояние ( S ) за определенное время ( t ): V— = S / t . От точного знания скорости зависит успех выполнения маневра, поэтому она определяется на каж­дом судне с точностью до 0,1 уз при заданной частоте вращения дви­жителей.

На скорость в пе­риод эксплуатации судна влияют: обрастание корпуса (5—10 %), вол­нение и ветер (до 20 % и более), мелководье, течение, загрузка и диф­ферент.

Способы определения скорости. Существует несколько способов опре­деления скорости судна: навигаци­онные (на мерной линии, с помощью плавающего предмета, между об­сервациями), радиотехнические (с помощью судовой РЛС, по радио­навигационным системам).

Определение скорости на мерной линии. Этот способ является наибо­лее точным и получил наибольшее распространение, применяется он на специально оборудованном полиго­не, называемом мерной линией (рис, 161). Для оборудования этого полигона выбирают участок моря, за­щищенный от волнения, ветра и тече­ния, с равными и достаточными глу­бинами. Запас воды под килем должен быть равен 5—6 осадкам судна.

 

Рис 161. Испытание на мерной линии

На берегу устанавливают одну па­ру ведущих (С₁ С₂) и не менее двух пар секущих (А₁ А₂, В₁ В₂) створ­ных знаков.

Испытания проводят при волне­нии не более 3 и ветре — не более 4 баллов и скорости течения до 0,3 уз. Полигон должен быть сво­бодным и удобным для маневри­рования.

Судно в грузу или балласте выхо­дит на мерную линию. Скорость определяется на всех режимах ра­боты главного двигателя: полного, среднего, малого и самого малого хода. В судовой журнал записыва­ются осадки носом и кормой, состоя­ние погоды (ветер, волнение, на­личие течения).

В районе мерной линии судно ло­жится на ведущие створы (перпен­дикулярно к секущим), имея частоту вращения винта, соответствующую режиму испытаний. В момент прохождения первой пары секущих створов В₁ В₂ наблюдатель пускает секундомер, одновременно замечая отсчет лага и тахометра (частоту вращения гребного винта). При про­хождении второй пары секущих створов А₁ А₂ останавливают се­кундомер, вновь снимают Показания лага и тахометра. Полученные дан­ные заносят в таблицу испытаний. После прохода вторых секущих створных знаков судно проходит некоторое расстояние, разворачивается и ложится на обратный курс. Сле­дует иметь в виду, что при пово­роте (на циркуляции) происходит падение скорости до 40—50 %. По­ворот выполняют с таким расче­том, чтобы к первым по ходу секу­щим створам на следующем пробеге судно вышло на ведущие створы, имея установившуюся скорость и частоту вращения винта. Для этого рекомендуется, пройдя конечный створ, отвернуть на угол 10—20° в сторону от берега и, пройдя рас­стояние  где D_{ц –} диаметр циркуляции; а° — угол отворота от курса, повернуть в сторону от берега на обратный курс.

Чтобы исключить влияние ветра и течения, для каждого режима ра­боты главного двигателя совершают три пробега на мерной линии — два в одном направлении и один— в обратном.

Скорость судна V определяется на каждом пробеге:

где S' — длина пробега между секущими створами, мили;

t — время пробега между секущими створами, с.

Скорость судна на определенном режиме работы главного двига­теля

где  - скорости судна, определен­ные за первый, второй и третий пробеги.

                            

Средняя частота вращения винта

где n — частоты вращения винта на первом, втором и третьем пробегах.

После окончания испытаний вы­черчивают график и составляют таб­лицу соответствия скорости судна и частоты вращения винта. Скорость судна может быть рассчитана по обсервации при определении места судна любым способом, дающим хо­рошую точность. Затем необходимо измерить расстояние между двумя обсервованными точками и поделить его на время между этими определениями. При этом способе опреде­ляется фактическая скорость судна в конкретных условиях плавания без исключения влияния ветра, вол­нения и течения.

 

ПОНЯТИЕ ОБ УПРАВЛЯЕМОСТИ

Управляемость — это способность судна удерживать заданное направ­ление движения или изменять его под действием пера руля.Управляе­мость объединяет в себе — устойчи­вость движения и поворотливость судна, знание которых имеет важ­ное практическое значение для обес­печения безопасности мореплавания. В результате действия обтекающих масс воды и воздуха на корпус суд­на, винт и руль даже при отсутствии ветра и волнения (штиль) судно отклоняется с заданного курса. Самопроизвольный уход судна с курса на ходу при прямом положении пера руля называется рыскливостью.

Перекладкой руля судно удержи­вается на курсе. Рыскливость зави­сит от архитектурных и конструк­тивных типов судов, загрузки, крена и дифферента, количества винтов, а также других факторов.

Если перо руля вывести из диа­метральной плоскости (ДП) судна, то судно будет совершать движение по криволинейной траектории. Эта траектория, описываемая центром тяжести судна, называется цирку­ляцией.

 

Поворотливость судна. Циркуляцией называют траекторию, описываемую ЦТ судна, при движении с отклоненным на постоянный угол рулем. Циркуляция характеризуется линейной и угловой скоро­стями, радиусом кривизны и углом дрейфа. Угол между вектором ли­нейной скорости судна и ДП называют углом дрейфа (в). Эти характе­ристики не остаются постоянными на протяжении всего маневра.

Циркуляцию принято разбивать на три периода: маневренный, эволюционный и установившийся.

Маневренный период - период, в течение которого происходит перекладка руля на определенный угол. С момента начала перекладки руля судно начинает дрейфовать в сторону, противоположную пере­кладке руля, и одновременно начинает разворачиваться в сторону пе­рекладки руля. В этот период траектория движения ЦТ судна из пря­молинейной превращается в криволинейную с центром кривизны со стороны борта, противоположного стороне кладки руля; происходит падение скорости движения судна.

Эволюционный период - период, начинающийся с момента окончания перекладки руля и продолжающийся до момента оконча­ния изменения угла дрейфа, линейной и угловой скорости. Этот пери­од характеризуется дальнейшим снижением скорости (до 30 - 50%), изменением крена на внешний борт и резким выносом кормы на внешнюю сторону.

Период установившийся циркуляции - период, начинающийся по окончании эволюционного, характеризуется равновесием дейст­вующих на судно сил: упора винта, гидродинамических сил на руле и корпусе, центробежной силы. Траектория движения ЦТ судна пре­вращается в траекторию правильной окружности или близкой к ней.

Геометрически траектория циркуляции характеризуется сле­дующими элементами:

Do - диаметр установившейся циркуляции - расстояние между диаметральными плоскостями судна на двух последовательных кур­сах, отличающихся на 180° при установившемся движении;

D_H - тактический диаметр циркуляции - расстояние между по­ложениями ДП судна до начала поворота и в момент изменения курса на 180°;

11 - выдвиг - расстояние между положениями ЦТ судна перед вы­ходом на циркуляцию до точки циркуляции, в которой курс судна из­меняется на 90°;

12
- прямое смещение - расстояние от первоначального положения ЦТ судна до положения его после поворота на 90°, измеренное по нормали к первоначальному направлению движения судна;

Рис. 1.8. Траектория судна на циркуляции

- обратное смещение - наибольшее смещение ЦТ судна в ре­зультате дрейфа в направлении, обратном стороне перекладки руля (обратное смещение обычно не превышает ширины судна В, а на не­которых судах отсутствует совсем);

Т_ц - период циркуляции - время поворота судна на 360°.

В начальный, эволюционный пе­риод циркуляции на перо руля, вы­веденное из ДП, действует гидро­динамическая сила, одна из со­ставляющих которой направлена перпендикулярно к ДП, и вызывает дрейф судна. Под действием упора винта и боковой силы судно движется вперед и смещается в сторону, противоположную перекладке руля. Поэтому наряду с дрейфом возни­кает обратное смещение судна в сторону, противоположную повороту. Траектория циркуляции в первый момент искажается. Обратное сме­щение уменьшается по мере воз­растания центробежной силы инер­ции, приложенной к центру тяжести судна и направленной во внешнюю сторону поворота. Обратное смеще­ние выносит судно за внешнюю сто­рону циркуляции. И хотя оно не пре­вышает полуширины судна, учиты­вать его надо, особенно при крутых поворотах в узкости.

В период установившейся цирку­ляции моменты сил, действующих на руль и корпус судна, уравно­вешиваются и судно совершает движение по окружности.

Нарушение параметров движения судна может произойти при изменении угла пе­рекладки руля, скорости судна или под воздействием внешних сил.

   

При циркуляции, ДП судна не совпадает с касательной к криволи­нейной траектории движения центра тяжести. В результате этого обра­зуется угол дрейфа β. Нос судна смещается внутрь кривой циркуля­ции, а корма во внешнюю сторону. С увеличением скорости угол дрейфа увеличивается, и наоборот. Из-за наличия угла дрейфа судно на цир­куляции занимает полосу воды боль­ше своей величины. Это необходимо учитывать судоводителям при манев­рировании и расхождении в стес­ненных условиях плавания.

Инерционные свойства судна

Инерция — одно из важнейших маневренных свойств судна.

Основными элементами инерции являются время t и расстояние S , необходимые судну для его останов­ки или приобретения другой задан­ной скорости после изменения или прекращения работы движителя.

На инерционные характеристики судна влияют различные факторы: начальная скорость, загрузка, крен, дифферент, тип и мощность СЭУ, глубина места и гидрометеороло­гические условия.

Инерционные характеристики включают в себя следующие ма­невры:

• движение судна по инерции - свободное торможение;

• разгон судна до заданной скорости;

• активное торможение;

Свободное торможение характеризует процесс снижения ско­рости судна под влиянием сопротивления воды при неработающем двигателе. Двигатель работает до момента прекращения подачи топ­лива в цилиндры, затем двигатель останавливается, а винт продолжает вращаться (свободное вращение), оказывая дополнительное сопро­тивление движению судна. Торможение судна происходит вследствие изменения движущей си­лы (снижение частоты вращения винта) или увеличения силы сопро­тивления (ветра, волнения, течения).

Разгон судна характеризует процесс постепенного увеличения скорости движения до соответствующего режима работы двигателя на определенном ходу. Разгон судна осуществляется от нулевой скоро­сти относительно воды до скорости, соответствующей заданному по­ложению телеграфа.

 Активное торможение - это торможение при помощи реверси­рования дизельного двигателя. Первоначально телеграф устанавлива­ют в положение «Стоп», и только после того, как обороты двигателя упадут на 40-50%, ручку телеграфа переводят в положение «Полный задний ход». Окончание маневра - остановка судна относительно во­ды.

Процесс активного торможения судна условно можно разделить на 3 периода:

• первый период (t₁) - от момента начала маневра до момента остановки двигателя (t₁ ~ 7-8 сек);

• второй период (t₂) - от момента остановки двигателя до пуска его на задний ход;

• третий период (t₃) - от момента пуска ГД на задний ход до остановки судна или до приобретения установившейся ско­рости заднего хода.

Определенный интерес с практической точки зрения представ­ляет собой определение времени и пути, проходимого судном при смене режима движения с полного переднего на передний средний или передний малый и т. п.

Процесс ускорения или замедления будет продолжаться до тех пор, пока силы, действующие на судно, не урав­новесятся (движение станет устано­вившимся) или прекратят свое действие (судно остановится).

Таблица маневренных элементов судна включает в себя обязатель­ный оперативный минимум данных, который может быть дополнен служ­бой безопасности мореплавания или капитаном: инерционные и тормоз­ные характеристики, элементы по­воротливости; элементы ходкости, изменение осадки под влиянием кре­на и посадки, элементы маневра для спасения человека, упавшего за борт.

 

ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА МАНЕВРЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СУДНА

Конструктивные факторы.

Отношение длины к ширине судна ( L /B). Чем больше это от­ношение, тем хуже поворотливость судна. Это связано с относитель­ным увеличением сил сопротивления боковому перемещению судна. Поэтому широкие и короткие суда обладают лучшей поворотливо­стью, чем длинные и узкие.

Отношение осадки к длине судна ( T / L ). При увеличении отно­шения поворотливость судна несколько ухудшается, т.е. судно в пол­ном грузу будет обладать худшей поворотливостью, чем то же судно в балласте.

Отношение ширины к осадке (В/Т). Рост этого отношения приводит к существенному улучшению поворотливости. Суда широ­кие и мелкосидящие более поворотливы, чем суда с большой осадкой и узкие.

Коэффициент общей полноты (δ). С увеличением коэффици­ента δ поворотливость улучшается, т.е. чем полнее обводы судна, тем лучше его поворотливость.

Форма кормы (площадь кормового дейдвуда и полнота кор­мы). Особенно сильное влияние на поворотливость судна оказывает площадь кормового дейдвуда. Поэтому даже небольшое ее увеличе­ние приводит к резкому возрастанию диаметра циркуляции при всех углах перекладки руля. Увеличение полноты кормы способствует улучшению поворотливости судна.

Форма носовых образований судна значительно меньше влияет на поворотливость, чем форма кормы. Как правило, влияние формы носа проявляется только при наличии значительного носового подзора (например, у ледоколов), что обусловливает некоторое возрастание диаметра циркуляции судна.

Размеры и конфигурация руля. Увеличение площади руля, так же как и другие изменения формы руля, приводящие к росту его эф­фективности (например, увеличение относительного удлинения руля), оказывает двоякое влияние на поворотливость. С одной стороны, уве­личивается боковая сила, действующая на переложенный руль, что приводит к улучшению поворотливости. С другой стороны, увеличи­ваются демпфирующие свойства руля, следовательно, поворотливость ухудшается. Практические расчеты показывают, что увеличение пло­щади руля ведет к уменьшению диаметра циркуляции при больших углах перекладки руля и к увеличению его при малых углах переклад­ки.

Размещения руля. Размещение руля относительно винтов зна­чительно влияет на поворотливость судна. Расположение руля в вин­товой струе благодаря увеличению скорости его обтекания способст­вует росту эффективности руля и отражается на поворотливости судна так же, как увеличение площади руля. Влияние винтовой струи сказы­вается тем больше, чем большая площадь руля попадает в поток от винта.

Рис. 2.3. Влияние угла перекладки руля на поворотливость судна

 

При перекладке руля более чем на 35⁰ эффективность его дейст­вия на поворотливость судна резко уменьшается.

Скорость судна. Исходная скорость хода V, с которой судно совершает прямолинейное движение до перекладки руля, влияет на диаметр установившейся циркуляции лишь в том случае, когда число Фруда (Fr)>0,3. При меньших числах Фруда указанное влияние прак­тически не проявляется.

В то же время форма циркуляции, ее геометрические характери­стики в эволюционном периоде (выдвиг, прямое смещение, обратное смещение) зависят от исходной скорости судна.

Влияние размещения грузов. Ма­невренные элементы судна в полном грузу и балласте различны. Судно в полном грузу имеет меньшую ско­рость, большую инерцию и диаметр циркуляции, медленнее набирает ход и для его поворота требуется боль­шая перекладка руля. Для гашения инерции такого судна требуется боль­ше времени. При размещении тяже­лых грузов в концевых трюмах ухудшаются поворотливость судна и устойчивость его на курсе.

Влияние дифферента. Увеличение дифферента на корму приводит к смещению центра бокового сопротивления от миделя в сторону кор­мы, поэтому возрастает устойчивость судна на курсе и ухудшается его поворотливость. С другой стороны, дифферент на нос резко ухудшает устойчивость на курсе — судно становится рыскливым, что усложня­ет маневрирование в стесненных условиях. Поэтому судно стараются загрузить так, чтобы оно в течение рейса имело небольшой дифферент на корму.

Влияние крена. При наличии крена и положении пера руля в ДП, незави­симо от стороны вращения винта (винтов) судно уклоняется в сторону, противоположную крену. Это объяс­няется тем, что скуловые обводы судна начинают испытывать разное сопротивление воды. Площадь на­груженной части корпуса относитель­но ДП становится разной. Большее сопротивление воды будет испыты­вать подводная часть накрененного борта, и нос судна начнет уклоняться в сторону меньшего сопротивления воды. Для удержания судна с кре­ном на курсе руль перекладывается в сторону крена. Любая перекладка руля — это потеря скорости. Следо­вательно, крен уменьшает скорость судна.

Влияние ветра и волнения. Влия­ние ветра на судно зависит от его силы и направления относительно ДП, архитектурного и конструктив­ного типа (высота борта, над­строек и т. д.). При ветре с носо­вых курсовых углов судно уваливает­ся под ветер или приводится на ветер, увеличивается рыскливость, скорость судна уменьшается. При ветре с кормовых курсовых углов, при силе ветра до 5 баллов скорость судна увеличивается.

Работе ветра сопутстствует волне­ние моря. Направление волнения часто совпадает с направлением ветра. Волнение оказывает значи­тельное воздействие на корпус судна. Появляются качка и рыскливость судна, что ухудшает управляемость и снижает скорость. При волнении по корме рыскливость и качка могут достигать больших величин (до 30°). Если направление волнения встреч­ное, то может возникнуть слеминг — удары волн о носовую часть днища судна. Для уменьшения этого опас­ного явления необходимо менять курс или снижать скорость. Ветер и волнение оказывают меньшее воздействие на судно в грузу.

Влияние мелководья. При плава­нии в районах мелководья ухудшает­ся управляемость судна. На малых глубинах, особенно если рельеф дна не ровный, увеличивается рыскливость и снижается скорость. При движении судна на мелководье с большой скоростью изменяется ха­рактер волнообразования. Расходя­щиеся волны в носовой и кормовой частях судна преобразуются в две поперечные волны, которые перпен­дикулярны ДП судна. Одна волна движется впереди форштевня, вто­рая — за кормой. Носовая волна увеличивает сопротивление движе­нию судна — уменьшает скорость. Волна у кормы создает впадину. Судно проседает, что равносильно увеличению осадки и дифферента на корму, ухудшается управляемость. Это также ведет к уменьшению скорости. Если запас воды под килем небольшой, при проседании судна возможно касание грунта днищем. Поэтому при выходе на мелководье рекомендуется снижать скорость. Ха­рактерные признаки выхода судна на мелководье: увеличение вибрации судна, особенно в кормовой части, и появление крупной и крутой волны за кормой. При плавании на мелко­водье судно всегда стремится в сторо­ну больших глубин. Это необходимо учитывать при расхождении с судами и плавании в узкости. Потеря ско­рости на мелководье достигает 25 % и более.

Влияние осадки Изменение осадки приводит к изменению площади бо­кового сопротивления погруженной части корпуса и площади парус­ности. В результате с увеличением осадки улучшается устойчивость судна на курсе и ухудшается поворотливость, а с уменьшением осадки — наоборот. Кроме того, уменьшение осадки вызывает увеличение площади парусности, что приводит к относительному усилению влия­ния ветра на управляемость судна.

Влияние узкости. При плавании в узкости увеличивается сопротивле­ние воды и ухудшается управляе­мость. Это происходит вследствие то­го, что вытесняемая судном вода из-за близости берегов не может сво­бодно распространяться в стороны. Давление воды пытается выжать судно на середину узкости и на глубину. Потеря скорости в узкос­ти иногда достигает больших вели­чин.

Изменение осадки от изменения солености воды. Соленость воды в разных бассейнах различна и колеб­лется в широких пределах от 0 до 50 % (промилле). Увеличение соле­ности воды увеличивает ее плотность и сопротивление движению, умень­шает объемное (полное) водоизме­щение и незначительно изменяет дифферент (и наоборот).

 

ВЛИЯНИЕ РАБОТЫ ДВИЖИТЕЛЕЙ НА УПРАВЛЯЕМОСТЬ СУДНА

 

Влияние различных сил на работу гребного винта на переднем ходу

Скорость судна. Для судов морско­го флота установлены следующие степени скоростей для переднего и заднего ходов:самый малый, малый, средний, полный, самый полный.

Полный ход соответствует 100 % технической скорости, средний равен 75 %, а малый 50 % от скорости полного хода.

Самый малый ход — скорость, при которой судно слушается руля (уп­равляется). Частота вращения дви­жителей на самом малом ходу зави­сит от вида судовой энергетической установки. На судах с дизелем сра­зу после пуска устанавливается вы­сокая частота вращения, которую можно уменьшить только до опреде­ленного предела (около 30 % часто­ты вращения от полного хода). На судне, где СЭУ паровая машина, турбина или электродвигатель, мож­но получить любую минимальную частоту вращения движителя.

Самый полный ход — максимально возможный ход, который дается на непродолжительное время до 15 мин. Этот ход обычно дается в крити­ческих ситуациях: для избежания столкновения, навала, выхода из ледяного сжатия или снятия судна с мели.

При одной и той же частоте враще­ния движителя судно развивает на заднем ходу меньшую скорость, чем на переднем. Эффективность заднего хода на одну ступень ниже эффек­тивности переднего, так как гребной винт рассчитан на работу на перед­нем ходу. Обводы подводной части корпуса судна также рассчитаны для движения вперед.

Характеристики гребного винта. Гребной винт предназначен для соз­дания силы тяги и обеспечения по­ступательного движения судна. Он является и хорошим помощником рулю, особенно при маневрировании в узкостях и на швартовных опера­циях.

На морских судах устанавливают трех-, четерех- и реже пяти лопаст­ные винты. Наибольшее распростра­нение на судах получили четырех­лопастные винты. По конструкции винты делятся на цельнолитые и со съемными лопастями. Основные ха­рактеристики винта — диаметр, шаг, скольжение, коэффициент полезного действия (к. п. д.).

Диаметр винта — это диаметр ок­ружности, описываемый концами ло­пастей.

Шаг винта — путь, проходимый винтом за один оборот в твердом теле.

Свой рабочий шаг с учетом потери части упорной силы на сколь­жение и другие сложные явления гребной винт развивает после того, как судно начнет двигаться с нор­мальной скоростью при данной часто­те его вращения. Так как гребной винт вращается не в твердом теле, а в воде, то он не в состоянии сдвинуть судно за один оборот на полную величину своего шага по отношению к окружающей воде. Это явление объясняется скольжением лопастей о воду.

Коэффициент полезного действия гребного винта — отношение мощ­ности, развиваемой винтом, к эффек­тивной мощности СЭУ. Гребные вин­ты изготавливают правого и левого вращения (шага).

 

Совместная работа гребного винта и руля

Рассмотрим влияние работы винта на поворотливость судна на разных этапах работы двигателя.

Судно неподвижно относительно воды. Перо руля находится в диаметральной плоскости.
Как только машине будет дан ход вперед и винт начнет вращаться, нос судна вначале будет
незначительно уклоняться влево. Объяснить это можно тем, что при малых оборотах винт
своими развернутыми лопастями как бы загребает воду и забрасывает корму вправо, а нос
идет влево. По мере увеличения оборотов винта нос судна установится на первоначальный
курс и затем уклонится вправо. Происходит это потому, что при работе винт набрасывает воду на перо руля, причем струя воды, набрасываемая винтом на нижнюю часть руля, создает
гидродинамическое давление, которое уклоняет корму влево, а нос —вправо. Следовательно,
при работе винта правого шага вперед, при положении «прямо руль», нос судна в конечном
итоге уклоняется в сторону вращения винта.
Судно имеет ход вперед, винт работает назад. Руль прямо. Винтодновинтового судна, начавший вращаться на задний ход, своими развернутыми лопастями как бы загребает воду с
левой стороны, обтекает правый борт и, оказывая на него давление, заставляет корму разворачиваться влево, а нос — вправо.
Судно имеет ход назад, винт работает назад. До тех пор, пока судно не приобретет достаточную скорость заднего хода, положение пера руля на поворотливость судна влияния не оказывает. Как отмечалось ранее, на поведение судна оказывает влияние струя воды от винта,
направленная в правую часть обводов корпуса, вследствие чего нос судна идет вправо. Как
только судно разовьет определенную скорость заднего хода и перо руля будет находиться в
массе встречного потока воды, образованного движением судна, положение пера может заставить судно пойти кормой в сторону переложенного руля. В этом случае на руль будут
действовать две силы: сила встречной воды, возникающая от движения судна назад, и сила
всасываемой струи, порождаемая засасывающим действием винта при его работе на задний
ход.
Судно имеет ход назад, винт работает вперед. При положении«прямо руль» нос судна может уклоняться или вправо, или влево (обычно вправо). При положении «право на борт» нос
судна уклоняется вправо. При положении «лево на борт» нос судна уклоняется влево. Струя
воды от гребного винта создает гидродинамическое давление на перо руля значительно
большей силы, чем от встречного потока при движении судна назад.

Рис.1.5. Поведение одновинтового судна при работе гребного винта правого вращения

В лияние гребного винта регулируемого шага и руля на у правляемость судна

Судно неподвижно относительно воды. Прямо руль. При даче переднего хода корма уклоняется влево, а нос идет вправо. При перекладке руля вправо или влево судно будет уклоняться в сторону переложенного руля. С разворотом лопастей в диапазоне переднего хода
меняется сила попутного потока и сила набрасываемой струи от винта на руль, в результате
чего будет изменяться скорость движения судна вперед, а следовательно, и управляемость.
Судно имеет ход вперед, винт работает назад. Руль прямо. Струя от винта (вращающегося в прежнюю сторону, но имеющего повернутые лопасти, соответствующие заднему ходу) будет действовать не в правый подзор, как у фиксированного винта, а в левый, уклоняя корму право, а нос — влево. Уклонение кормы вправо будет увеличиваться еще за счет того, что сила набрасываемого спирального потока начнет действие на перо руля и кормовой подзор слева. Дополнительно сила попутного потока будет воздействовать на винт, уклоняя также корму вправо. Под суммарным воздействием этих сил корма резко пойдет вправо, а нос — влево.
Судно имеет ход назад, винт работает назад. При установившемся движении судна назад и
положенном прямо руле на поведение судна оказывает влияние струя воды от винта ВРШ,
которая действует в левый подзор, отклоняя постоянно корму вправо.
Судно имеет ход назад, винт работает вперед. При переходе с заднего хода на передний
(реверс ВРШ) основное влияние на судно будет оказывать струя от винта, набрасываемая
на руль справа, в результате корма пойдет влево, а нос — вправо. При перекладке руля влево
или вправо нос судна всегда будет уклоняться в сторону переложенного руля.

Управление двухвинтовыми судами
При работе обоих винтов на передний или задний ходы судно хорошо слушается руля. В отличие от одновинтового судна, двухвинтовое при работающих обоих винтах разного шага на задний или передний ход при положении руля «прямо» будет двигаться по прямому направлению, не уклоняясь в стороны. На двухвинтовом судне, как правило, устанавливают винты разного шага: на правом борту — винт правого шага (правого вращения), а на левом — левого. К недостаткам двухвинтовых судов следует отнести пониженную эффективность расположенного в ДП руля. По этому на малых скоростях, когда основная часть силы, возникающей на руле при его перекладке, создается за счет струи воды, набрасываемой винтом на руль, главным способом управления является маневр машинами. Анализ маневрирования двухвинтовыми судами позволяет сделать следующие выводы:
• диаметр циркуляции у двухвинтовых судов с винтами разного шага одинаков на оба борта, а наименьший — при работе винтов «враздрай»;
• двухвинтовое судно с помощью машин можно развернуть на месте, что очень важно в стесненной акватория; это положение справедливо для судов, имеющих достаточно мощные двигатели и значительный разнос винтов от диаметральной плоскости судна;
• тормозной путь и время торможения двухвинтового судна будут меньше, а при работе машин на задний ход (при винтах разного шага) судно не уклоняется с курса, что очень важно при следовании в узкостях и каналах;
• малая осадка, малый разнос винтов, слабые двигатели и большие их обороты снижают маневренные качества двухвинтовых судов.

 

Средства для улучшения управляемости судов

 

Крыльчатые движители. Они уста­навливаются, как правило, на судах портофлота, повышают их манев­ренность, так как появляется возможность перемещаться не только вперед и назад, но и лагом

Конструктивно крыльчатый дви­житель представляет собой диск (ро­тор) с вертикальной осью вращения. Ротор устанавливается заподлицо с днищевой обшивкой. На диске распо­ложено 4—8 поворотных вертикаль­ных лопастей. При вращении дви­жителя каждая лопасть совершает свое вращательное движение по отношению к диску и вместе с дис­ком — относительно воды.

Активные рули. Это рули с уста­новленными на них вспомогатель­ными винтами, которые расположены на задней кромке пера руля или вмонтированы в перо руля

Azipod (Azimuth Pod – азимутальная гондола), которая включает в себя дизель-генератор, электромотор и винт. Электромотор, обеспечивающий вращение винта, расположен в специальной гондоле. Винт находится на горизонтальной оси, уменьшается количество механических передач – в результате достигается максимальный двигательный эффект. Винто-рулевая колонка имеет угол разворота до 360°, что значительно повышает управляемость судна.

Достоинства Azipod:

· уменьшается расход топлива на 10 – 20%;

· уменьшается вибрация корпуса судна;

· из-за того, что диаметр гребного винта меньше – эффект кавитации снижен;

· отсутствует эффект резонанса гребного винта.

Одновременно внедряется CRP (contra-rotating propeller) технология. В этом случае винты располагаются друг против друга и имеют противоположное направление вращения, чем достигается наибольший двигательный эффект. Данная система используется на судах, обслуживающих регулярные линии, для которых очень важна скорость доставки груза или пассажиров.

Подруливающие устройства (ПУ). Это средства активного управления судном. ПУ создают силу упора в направлении, перпендикулярном ДП судна. ПУ чаще всего располагают в носовой части судна, где они более эффективны для управления судна. В настоящее время построены суда с ПУ с носовым и кормовым располо­жением.

Гребные винты ПУ уста­навливают в поперечном прямом трубопроводе необходимого сечения, расположенном ниже ватерлинии.

В качестве движителей ПУ приме­няют ВФШ или один ВРШ насос­ного типа, где имеются мощные на­сосные установки (танкеры, земсна­ряды и т. д.).

 

 

 

---

Дата добавления: 2020-04-25; просмотров: 298; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!