6. Оценка эффективности и своевременности маневров

Количественных критериев для оценки эффективности и своевремен­ности маневров судов до последнего времени не существовало, и такие оценки не производились. Показателем эффективности маневров скоро­стью может быть величина сокращения (уменьшения) расстояния AS, кото­рая может быть получена в результате его производства

ΔS = S₁ – S₂,

где S₁ - путь, который прошло бы судно, если бы маневр не производился;

S₂ - путь, который прошло судно во время маневра.

Критерий оценки эффективности маневра по сокращению расстояния в этом случае может быть определен по формуле:

K_p = (l – S₂/S₁).

Вторым критерием эффективности маневра по сокращению скорости может быть величина, определяемая по формуле

К_с = (1- V_к/ V_н),

где V_н – скорость в начале маневра;

V_к – скорость в конце маневра.

Результаты расчетов по оценке эффективности маневров т/х «Петр Васев» сведены в таб. 2.

Таблица 2

Как видно из приведенных данных, критерии, показывающие эффективность маневра скоростью на крупнотоннажных судах, имеют малое значение. Каждый последующий маневр давал сокращение расстояния менее 1 кб, а сокращение скорости составляло от 1,3 до 3,5 уз. Оценку эффективности маневров п/х «Адмирал Нахимов» при поворотах на малые углы произведем по величине расстояния ΔД, на которое перемещалось судно в результате этих маневров, в сторону от грозящей опасности (т/х «Петр Васев»). В результате первого отворота на 5° с 23.06 до 23.07 п/х «Адмирал Нахимов» переместился от линии пути на ΔД₁ = S₂sin 5°, ΔД₁ = 0,14 кб; второго отворота на 5°с 23.07 до 23.09 – ΔД₂= 0,28 кб; третьего отворота на 10° с 23.09 до 23.11-ΔД₃=0,54 кб. Маневры п/х «Адмирал Нахимов» были приблизительно в два раза менее эффектив­ны по сравнению с маневрами т/х «Петр Васев». Общее смещение, которое получил п/х «Адмирал Нахимов» в сторону от опасности за 5 мин, состав­ляло 0,96 кб, т.е. менее 1 кб. Можно сделать вывод: судоводители могли применить перечисленные маневры, лишь не располагая априорной ин­формацией об их малой эффективности. Оценку своевременности произво­димых судоводителями маневров, направленных на предотвращение столкновения судов, будем производить по двум величинам: по времени запаздывания начала маневра и по величине ошибки в определении рас­стояния между судами для начала маневра, равной разности расстояния между судами, с которых начинались эти маневры, и безопасными дистан­циями между судами, с которых должны быть начаты эти маневры.

Оперативное время, когда эти дистанции между судами имели ме­сто, можно определить, воспользовавшись формулами (5.1) и (5.2). Из квадратного уравнения, полученного из этих формул, определяем опера­тивное время по формуле

При Д = 5 м.м, t = 10 мин; при Д = 4 м.м, t = 13 мин; при Д = 3 м.м, t = 16 мин.

Судовое время будет равно

t_с.в. = 22/47 + t... .

Произведенные расчеты показали, что маневр подтормаживания нуж­но было начать по судовому времени в 22.57, маневры пассивного тормо­жения - в 23.00, активного торможения -в 23.03.

Расчетные данные по оценке своевременности маневров скоростью т/х «Петр Васев» приведены в табл. 3.

Таблица 3.

Результаты определения фактических дистанций между судами, с ко­торых начинались маневры, определены и показаны на рис. 6.

Большое время запаздывания маневров (7-8 мин) и ошибка в 3-4 и более раза в определении дистанций для начала маневров скоростью свиде­тельствует о том, что капитан т/х «Петр Васев» не располагал информацией о безопасных дистанциях между судами для начала маневра и не был обу­чен методам их определения. Дистанция между судами, с которой п/х «Адмирал Нахимов» начал маневр последнего момента, составляла 2 кб (см. рис. 6).

Рис. 6. Дистанции между судами, с которых начинались маневры

1-Д = 17,0 кб, ИП = 3,0°; 2 - Д – 11,3 кб, ИП = 359,0°; 3-Д- 6,3 кб, ИП - 355,0°; 4 –Д - 2,0 кб, ИП = 349,0°

Минимальная дистанция между судами, на которой можно было пре­дотвратить столкновение судов путем перекладки руля на левый борт, в данном случае составляла 5,3 кб. Ошибка в оценке дистанции для начала маневра последнего момента у п/х «Адмирал Нахимов» составила 2,3 кб, или 256%, т.е. более чем в 2,5 раза; по времени запаздывания она состави­ла 2,5 мин. Маневр последнего момента должен был начаться не позднее 23.05 по судовому времени. Вахтенный помощник капитана на п/х «Адмирал Нахимов» также не располагал информацией о безопасных дис­танциях для начала маневра на предупреждение столкновения судов. На­учно обоснованный метод для определения величин этих дистанций в средних и высших учебных заведениях и на курсах повышения квалифика­ции судоводителей не изучается (за исключением НГМА).

7. Обеспечение безопасного расхождения судов манером скоростью с использованием ПЭВМ

Маневр скоростью для предупреждения столкновения судов является одним из наиболее сложных маневров для крупнотоннажных судов по двум факторам: безопасные дистанции между судами, с которых должен начинаться маневр у крупнотоннажных судов, очень велики и достигают при расхождении с высокоскоростными судами 15-20 миль и более, длительность маневра от его начала до окончания расхождения может достигать 30 мин и более. Редкое применение маневра в сочетании с вышеизложенными обстоятельствами приводят при определении дистанций для начала маневра к очень большим ошибкам, достигающим 300-400 % от величин безопасных дистанций, и как результат к столкновению судов.

При расхождении крупнотоннажных судов в море одним из важных факторов для предупреждения столкновений судов является правильный выбор дистанции для начала маневра.

В соответствии с хорошей морской практикой дистанция между крупнотоннажными судами, с которой определяется наличие угрозы столкновения судов путем пеленгования встречного судна составляет от 6 до 12 и более морских миль.

Решение проблемы состоит в создании математической модели расхождения судов и ее реализации на мостике с помощью ПЭВМ.

В работе А. И. Зеленков. Рекомендации судоводителю по выбору угла отворота. М.:«Судовождение, связь и безопасность мореплавания», вып.11(366),1999.дано теоретическое обоснование и разработаны практические рекомендации по выбору угла отворота при расхождении с судном, приближающимся на курсовом угле правого борта, с использованием данных САРП и созданной авторами номограммы.

Рекомендации по выбору дистанций для начала маневра скоростью и вида маневра (подтормаживание, пассивное торможение, активное торможение) с помощью номограммы содержится в работе С. Б. Ольшамовский. Повышение безопасности мореплавания. НГМА, 2000,.

К недостаткам решения задач расхождения с помощью номограмм следует отнести: ограниченный диапазон применения, сравнительно невысокая точность решения задачи, наличие у судоводителя навыков при их использовании и др.

По нашему мнению, в настоящее время при наличии на всех крупнотоннажных судах ПЭВМ и широком их использовании судоводителями для решения эксплутационных задач назрела необходимость применения вычислительной техники для решения следующих задач маневрирования: расхождение судов, разработка программ и предварительной прокладки перехода проливов, узкостей, акваторий портов с учетом динамических качеств судна и др. Остановимся на решении задачи с использованием ПЭВМ по выбору дистанции для начала маневра скоростью, уступающим дорогу судном, когда по тем или иным условиям плавания применение более эффективного маневра курсом невозможно или нецелесообразно.

Безопасная дистанция между судами (Д_б), с которой следует начинать маневр скоростью, зависит от динамических качеств судна и вида маневра, разности курсов (), скорости нашего судна (_н), скорости судна-цели (_ц) и определяется по формуле (2).

. (7.1)

Определение величин v_н, v_ц, не представляет затруднений. Они могут быть сняты с экрана САРПа. Здесь– разность между курсом нашего судна (К_н) и курсом цели (К_ц):

,

v_н – скорость нашего судна;

v_ц– скорость судна-цели;

– время маневра или время от начала маневра до момента пересечения курса нашего судна с судном-целью, т.е. до окончания расхождения.

С физической точки зрения – это время, за которое расстояние до точки пересечения курсов в результате маневра уменьшается на величинумор. миль – в прибрежном плавании илимор. миль – в открытом море заданной судоводителем дистанции на расхождение.

Для определения строятся три графика разности дистанций при отсутствии маневраи дистанции при наличии маневра– для маневров подтормаживания (уменьшения скорости), пассивного и активного торможения.

, (7.2)

где – разность дистанций между путем, пройденным нашим судном на постоянной скорости за время, и путем, пройденным нашим судном за времяпри маневре уменьшения скорости;– путь, проделанный нашим судном на постоянной скоростиза время;– путь, пройденный нашим судном за времяпри маневре скоростью.

При уменьшении скорости от до малого (или самого малого хода) функцияимеет вид

, (7.3)

где– функция для определения пройденного пути при уменьшении оборотов двигателя до малого хода;– установившаяся скорость, до которой снижаются обороты двигателя;– время;а– инерционный параметр, который определяется по результатам натурных испытаний судна или по формуле маневренных качеств судна:

, (7.4)

где – это промежуток времени (4-5 мин), за который скорость после остановки двигателя (пассивном торможении) снизилась отдо;

здесь: – время начала наблюдения;– время окончания наблюдения;

– скорость в начале наблюдения;– скорость во время окончания наблюдения.

По результатам трех-четырех значений величин определяем среднее значение:

,

– определяются в начале, середине и конце маневра.

При отсутствии натурных данных инерционный параметр можно определить по формуле

, (7.5)

где – масса судна; кгсс²/м;– коэффициент присоединений массы воды;;– коэффициент полноты мидельшпангоута,

– ширина судна, м;– осадка судна, м.

В табл. 7.1 приведены значения инерционных параметров для крупнотоннажных танкеров различного водоизмещения.

Таблица 7.1.

Характеристики судна				Значение , м
Водоизмещение, тонны	Длина, м	Ширина, м	Осадка, м
272 000	334	51	19,6	4 400
180 000	295	46	17,5	4 000
130 000	250	38	11,8	3 800
85 000	228	32,2	13,6	3 500

На рис. 7 показана схема расхождения крупнотоннажных судов на пересекающихся курсах при маневре изменения оборотов двигателя с полного на малый ход.

Рис. 7. Схема расхождения крупнотоннажных судов на пересекающихся курсах при маневре скоростью

– положения судна А

– положения судна В

При пассивном торможении функция имеет вид:

, (7.6)

– функция пройденного пути после остановки двигателя.

При активном торможении формула приобретает вид

, (7.7)

– функция пройденного пути при работе двигателя на задний ход, при,.

Здесь – инерционный параметр при активном торможении движителем определяется из выражения

, (7.8)

где время до полной остановки судна;

время после команды о реверсе двигателя до начала изменения скорости хода судна30-60 с.

В формуле (7.7) время измеряется в минутах, скорость судна – в уз, инерционный коэффициент =(0,7-0,8), пройденный путь– в милях.

Для определения времени маневра построим графики,идля трех маневров по формулам (2,3,6,7), для чего воспользуемся системойMathcad, ее новейшей версиейMathcad2001Professional(илиPRO).

Процесс построения графиков в системе Mathcadполностью автоматизирован. В новом открытом файле, с помощью клавиатуры набираются формулы, а затем под ними – константы и диапазон изменения аргумента, одновременно для маневров подтормаживанияи пассивного торможения.

Так как размерность в выражениях иодинакова, программа позволяет строить графики одновременно и получить их значение на одном поле.

Порядок построения двухмерных графиков в прямоугольных координатах рассмотрим на примере танкера 180 000т. идущим со скоростью полного маневренного хода =12 уз (6 м/с),

Для маневра уменьшения скорости от полного маневренного хода м/с (12 уз) до малого ходам/с (6 уз):

;

м/с;м/с;м;с.

Для маневра пассивного торможения:

м/с;м;с.

Затем входим в опцию «график» и выводим на экран типы графиков: двухмерный график в прямоугольных координатах, двухмерный график в полярных координатах, трехмерный график и т. д. Выбрав двухмерный график в прямоугольных координатах и сделав на нем щелчок левой кнопкой мыши, получаем формат графика. На оси абсцисс наносим аргумент «t» и пределы его изменения, а на оси ординат функциии, затем после второго щелчка мышкой получаем графики, показанные на рис.8. Для их построения используем формулы

,,м,,,

,

,,,

.

Рис. 8. Графики для определения времени маневра t_м

Аналогично был построен и график для маневра активного торможения изменения функций и(рис.9), на которых аргумент– в минутах, а значение функции – в милях. Для построения этих графиков были использованы следующие формулы

,,,

,

,.

Рис. 9. Графики для определения времени маневра t_м

По графикам функций ,идля выбранной судоводителем дистанции в конце расхождения судов определяем время маневров. Для дистанциив 1 милю для танкера водоизмещением 180000т проводим линию, параллельную оси абсцисс, до пересечения с соответствующей кривой и получаем:

=1144 с=19,1 мин;

=862 с=14,4 мин;

=816 с=13,6 мин.

Более точным и быстрым способом определения является проведение по формулам,ирасчетов, назначив определенный шаг для времени (например,с), и в файле с набранными формулами нажать знак «=» (равно). В результате получим таблицу значений функций,ис интервалом заданного шага. Затем для значениямор.миль определим интервал времени, в котором находится (1852 м), и методом интерполирования определим значение.

Перечисленные выше подготовительные работы по определению времени маневров ,идолжны быть проделаны задолго до начала процесса расхождения. Строго говоря, эти величины действительны для случаев, когда груженый танкер начинает маневр с полного маневренного хода при отсутствии ветра и волнения моря. Если маневр начинать с меньшей скорости, то фактически дистанция расхождения будет несколько больше одной мили, то же самое можно сказать и при наличии ветра, и при волнении. Судно в балласте имеет меньшее значение инерционного параметраи большую скорость при маневренном полном ходе, поэтому при использовании данных груженого судна расхождение будет происходить на дистанции несколько больше запланированной в 1 или 2 мили.

Далее решение задачи с помощью ПЭВМ по определению безопасной дистанции между судами для начала маневра в процессе расхождения рекомендуется производить в Mathcadе, после того, как будет установлено, что пеленг на судно, идущее пересекающим курсом, заметно не меняется.

Предварительно нужно создать файл «Безопасные дистанции для расхождения» с указанием названия вашего судна с занесенными формулами (8.9,8.10,8.11), а ниже их в файле должны быть значения переменных и функции для определения результатов расчетаД(), см. файл «Безопасные дистанции для расхождения танкера «Кубань» водоизмещением 180000 т».

Во время расхождения судов определим с помощью САРПа скорость цели, например, =5м/с и разность курсов=110. Под каждой формулой напишем исходные данные: =5м/с,=110 и функция для определения результатов расчета () =.

После щелчка левой кнопкой мыши мгновенно получаем результат по определению величин безопасной дистанции для начала маневра, которая для уменьшения хода до малого хода равна 56 кб, при маневре пассивного торможения – 42кб, при маневре активного торможения – 40 кб.

Файл «Безопасные дистанции для расхождения танкера «Кубань» водоизмещением 180000 т».

Безопасная дистанция в кб при маневре уменьшения оборотов двигателя с полного маневренного хода до малого хода (подтормаживании):