Рисунок 9 - Движение судна на циркуляции

26

как углы дрейфа возрастают по длине корпуса в сторону кормы, то точка приложения поперечной гидродинамической силы Rгy по мере искривления траектории смещается в сторону кормы, а момент этой силы Мг постепенно уменьшаясь меняет знак и начинает действовать противоположно моменту руля Мр, т.е. становится демпфирующим. Рост угловой скорости при этом замедляется, а когда моменты Мр и Мг становятся равными по абсолютной величине, угловая скорость стремится к установившемуся значению уст.. Благодаря сопротивлению переложенного руля (сила Rpx) и некоторому увеличению сопротивления корпуса при движении с углом дрейфа, а также проекции Rцх центробежной силы, линейная скорость судна VG постепенно уменьшается, стремясь к некоторому значению Vуст..

Чем лучше поворотливость, т.е. чем большую кривизну имеет траектория, тем больше снижается скорость на циркуляции. В среднем, на крупнотоннажных морских судах при повороте на 900 скорость снижается, приблизительно на 1/3, а при повороте на 1800 – вдвое.

Как вытекает из теоретических представлений и подтверждается практическими наблюдениями на управляемость судна оказывают влияние следующие величины: отношение длины судна к его ширине L/B, отношение осадки к длине T/L, коэффициент общей полноты оп, форма оконечностей судна, дифферент, площадь, форма и размещение руля.

Рассмотрим кратко влияние каждой из перечисленных величин.

Влияние отношения L/B. Увеличение L/B приводит к росту гидродинамической силы Rгy, что ведёт к уменьшению угла дрейфа на циркуляции и, следовательно, к сохранению высокой линейной скорости, так как сопротивление воды при малых углах дрейфа возрастает незначительно. Кроме того, при увеличении L точка приложения силы Rгy смещается в сторону кормы, при этом увеличивается демпфирующее действие момента Mг, входящего в третье уравнение системы (1), что приводит к уменьшению угловой скорости (скорость изменения курса). Таким образом, увеличение L/B значительно ухудшает поворотливость судна.

Влияние отношения T/L. Увеличение T/L тоже приводит к росту силы Rгy, но в то же время точка приложения её смещается в сторону носа, что уменьшает демпфирующее действие момента Mг. В результате при увеличении отношения T/L поворотливость изменяется незначительно.

Влияние коэффициента оп. На поворотливость судна значительно влияет коэффициент продольной полноты , который выражается отношением оп к коэффициенту полноты мидель-шпангоута , т.е. = оп / . Увеличение приводит к уменьшению силы Rгy и уменьшению демпфирующего момента Mг. Поэтому увеличение оп значительно улучшает поворотливость.

Влияние формы носовой и кормовой оконечностей. Значительное влияние на поворотливость оказывает степень подреза штевней, критерием которой является коэффициент полноты диаметральной плоскости. Особенно сильно влияет степень подреза кормы. Чем больше кормовой подрез, тем больше смещается в нос точка приложения силы Rгy, что приводит к улучшению

29

Рисунок 11 - Диаграмма управляемости теоретически неустойчивого судна

2.4. Определение характеристик поворотливости из эксперимента

Экспериментальный способ определения характеристик поворотливости более трудоемок, по сравнению с определением характеристик торможения, поскольку требует более точных способов траекторных измерений и значительной продолжительности по времени их выполнения.

Для получения данных о поворотливости судна предусматривают выполнение следующих маневров:

–циркуляция;

–спираль (прямая и обратная);

–симметричный зигзаг;

–несимметричный зигзаг.

Программа испытаний и ее объем зависят от того, какие данные о характеристиках поворотливости необходимо получить. Если необходимо получить полное представление о них, то значения скорости и углов перекладки руля определяется количеством характерных точек, которых достаточно для построения надежных зависимостей. Обычно подробный объем испытаний проводят для головных судов серии. Для последующих судов ограничиваются меньшим числом контрольных маневров, позволяющих судить о тождественности маневренных характеристик головного и типового судов.

Последовательность выполнения испытательных маневров существенного значения не имеет. Рекомендуется начинать испытания с наибольших скоростей хода. Перекладку руля в процессе испытаний производят как на правый, так и на левый борт. Это обусловлено тем, что элементы поворотливости зависят от боковых сил, возникающих на винте (винтах), и

30

технологической не симметрии судна.

Маневр “циркуляция” обычно выполняют для углов перекладки руля на 15 и 35 градусов при максимальной, средней и малой скоростях движения. На судах с ДВС при больших скоростях движения возникают перегрузки двигателей. Чтобы не изменять положение регуляторов подачи топлива рекомендуется испытания проводить при маневренном режиме.

Маневр “циркуляция” состоит из трех периодов: маневренный; эволюционный; установившийся. Маневренный период начинается от момента подачи команды на перекладку руля до момента окончания перекладки руля на заданный угол. Эволюционный период начинается, от момента окончания перекладки руля и заканчивается, когда элементы движения судна перестанут изменяться во времени. Установившийся период начинается с момента окончания второго периода и длится все время, пока руль находится в переложенном положении. Между вторым и третьим периодом резкой границы провести не представляется возможным, поэтому в практике судовождения считают, что установившееся движение наступает при повороте судна на 1800.

По результатам выполнения маневра получают значения геометрических

времени поворота от угла курса при различных скоростях и углах перекладки руля.

Маневр “Спираль” выполняют в следующей последовательности: при движении судна с постоянным курсом и скоростью перекладывают руль на 300 вправо и удерживают в таком положении до тех пор, пока не установится постоянное значение угловой скорости с. При достижении постоянного значения сi уменьшают угол перекладки руля на 50 и выдерживают его в таком

положении до момента достижения постоянного значения сi+1. Процедуру повторяют до тех пор, пока руль не будет переложен на 50. В зоне перекладки50 угол изменяют на 10 или 20, как позволяет указатель положения пера руля. Маневр повторяют аналогично на левый борт (обратная спираль) до углов 300. В процессе маневрирования регистрируют скорость судна, угол перекладки руля и угловую скорость. По результатам испытаний строят диаграмму управляемости = f ( и получают данные о зоне неустойчивости 0 и ро.

Маневр “зигзаг” выполняют на маневренном и среднем ходу. Порядок выполнения следующий: при движении судна постоянным курсом и скоростью перекладывают руль на 200 правого борта и выдерживают его в таком положении до тех пор, пока курс не изменится на 200; в момент изменения курса на 200 вправо перекладывают руль на 200 левого борта и ожидают изменения курса на 200 влево относительно первоначального. Процедуру повторяют не менее пяти раз на каждый борт. В процессе испытаний регистрируют моменты времени, когда происходят манипуляции с рулем и изменения курса, включая прохождение через линию первоначального и скорость судна в соответствующие моменты. Результаты испытаний маневра “Симметричный зигзаг” используют для нахождения коэффициентов математических моделей, описывающих движение судна.

31

Для получения данных о маневренных характеристиках производят испытания мореходных качеств после постройки судна перед сдачей в эксплуатацию. Назначением таких испытаний является как проверка проектных решений, которые приняты при постройке судна, так и получение данных, которыми необходимо обеспечить судно в соответствии с рекомендациями ИМО и требованиями национальных нормативных документов. Порядок выполнения указанных испытаний определяется специальными программами, которые составляются конструкторским бюро при проектировании судна, и согласовываются с заводом строителем и заказчиком.

В зависимости от целей, которые ставятся перед производством сдаточных натурных наблюдений, все испытания судов можно разделить на три группы: пропульсивные, маневренные и мореходные.

Полностью пропульсивные испытания судов производят крайне редко. Обычно ограничиваются определением скорости при различных режимах работы главной силовой установки. Результаты скоростных испытаний позволяют получить следующие данные:

–зависимость между частотой вращения гребных винтов и скоростью судна, при водоизмещении в грузу и в балласте, на тихой воде;

–значение наибольшей скорости хода при номинальной нагрузке главных двигателей;

–зависимость мощности на гребном валу и упора винта от частоты его вращения.

Обычно при выполнении скоростных испытаний производят калибровку лага и строят ходовые паспортные диаграммы судна для различных условий его эксплуатации.

Основные параметры циркуляции можно получить из натурных наблюдений, а также по эмпирическим формулами, при этом параметры

выражаются в длинах корпуса судна L .