Величина центробежной силы при циркуляции судна зависит. Циркуляцию принято разбивать на три периода: маневренный, эволюционный и установившийся. Диаметр циркуляции, описываемой кормовой оконечностью
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.
Различают четыре периода циркуляции: предварительный, маневренный, эволюционный и установившейся циркуляции.
Предварительный период - время от момента подачи команды рулевому до начала перекладки пера руля.
Маневренный период - время от момента начала перекладки руля до момента окончания.
Эволюционный период - время от момента окончания перекладки руля до момента, когда элементы движения примут установившийся характер.
Период установившейся циркуляции - с момента движения центра тяжести судна по замкнутой кривой.
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.
Основные элементы циркуляции судна - диаметр и период. Диаметр циркуляции характеризует поворотливость судна. Различают тактический диаметр циркуляции Dт и диаметр установившейся циркуляции Dц (рис. 163).
Тактический диаметр циркуляции Dт - это расстояние между первоначальным курсом судна и после его поворота на 180 ° и составляет 4-6 длин морских транспортных судов.
Диаметр установившейся циркуляции Dц - это диаметр окружности, по которой движется центр тяжести судна во время установившейся циркуляции.
Тактический диаметр циркуляции примерно на 10 % больше диаметра установившейся циркуляции.
Диаметр циркуляции зависит от многих факторов: длины, ширины, осадки, загрузки, скорости судна, дифферента, крена, стороны и угла прокладки, количества гребных винтов и рулей и др.
При циркуляции. ДП судна не совпадает с касательной к криволинейной траектории движения центра тяжести. В результате этого образуется угол дрейфа Р. 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.
Следующий элемент, характеризующий поворотливость судна - период циркуляции. Это время, за которое судно поворачивается на 360 °. Он зависит от скорости судна и угла перекладки руля. С увеличением скорости и угла перекладки руля период циркуляции уменьшается. При перекладке руля в первоначальный момент появляется крен судна в сторону поворота. Он исчезает в начале движения на циркуляции и при дальнейшем движении судно получает крен в обратную сторону поворота. Это объясняется тем, что вначале на судно действует кренящий момент М"кр, возникающий от силы Р - давления воды на перо руля и силы R бокового сопротивления (рис. 164). При дальнейшем повороте судна на него начинают действовать центробежная сила инерции К, приложенная к центру тяжести судна (G) и направленная во внешнюю сторону поворота, и сила бокового сопротивления R. Эти две силы образуют момент М"кр, значительно больший, чем М"кр, который кренит судно на борт, противоположный переложенному рулю (противоположную сторону поворота). Вышеизложенное объяснение упрощено. В действительности распределение сил во время поворота сложнее.
Действие сил на циркуляции
Определение элементов циркуляции
Определение элементов циркуляции можно производить многими способами: с помощью РЛС, фазовых РНС, плавающих объектов, на створах, по двум горизонтальным углам, по пеленгу и вертикальному углу и т. д.
Элементы циркуляции определяют опытным путем для основных режимов главного двигателя (полный, средний, малый, самый малый), при развороте через левый и правый борт, в балласте и в полном грузу.
Под поворотливостью судна подразумевается его способность изменять направление движения под воздействием руля (средств управления) и двигаться по траектории данной кривизны. Движение судна с переложенным рулем по криволинейной траектории называют циркуляцией . (Разные точки корпуса судна во время циркуляции движутся по разным траекториям, поэтому, если специально не оговаривается, под траекторией судна -подразумевается траектория его ЦТ.)
При таком движении нос судна (рис.1) направлен внутрь циркуляции, а угол а 0 между касательной к траектории ЦТ и диаметральной плоскостью (ДП) называется угломдрейфа на циркуляции .
Центр кривизны данного участка траектории называют центром циркуляции (ЦЦ), а расстояние от ЦЦ до ЦТ (точка О) - радиусом циркуляции .
На рис. 1 видно, что различные точки по длине судна движутся по траекториям с разными радиусами кривизны при общем ЦЦ и имеют разные углы дрейфа. Для точки, расположенной в кормовой оконечности, радиус циркуляции и угол дрейфа - максимальны. На ДП судна имеется особая точка-полюс поворота (ПП), которой угол дрейфа равен нулю, Положение ПП, определяемое перпендикуляром, опущенным из ЦЦ на ДП, смещено от ЦТ по ДП в нос приблизительно на 0,4 длины судна; величина такого смещения на различных судах изменяется в небольших пределах. Для точек на ДП, расположенных по разные стороны от ПП, углы дрейфа имеют противоположные знаки. Угловая скорость судна в процессе циркуляции сначала быстро возрастает, достигает максимума, а затем, по мере смещения точки приложения силы Y o в сторону кормы, несколько снижается. Когда моменты сил Р у иY o уравновесят друг друга, угловая скорость приобретает установившееся значение.
Циркуляция судна разделяется на три периода: маневренный, равный времени перекладки руля; эволюционный - с момента окончания перекладки руля до момента, когда линейная и угловая скорости судна приобретают установившиеся значения; установившийся - от окончания эволюционного периода и до тех пор, пока руль остается в переложенном положении. Элементами, характеризующими типичную циркуляцию, являются (рис.2):
-выдвиг l 1 - расстояние, на которое перемещается ЦТ судна в направлении первоначального курса с момента перекладки руля до изменения курса на 90°;
-прямое смещение l 2 - расстояние от линии первоначального курса до ЦТ судна в момент, когда его курс изменился на 90°;
-обратное смещение l 3 - расстояние, на которое под влиянием боковой силы руля ЦТ судна смещается от линии первоначального курса в сторону, обратную направлению поворота;
-тактический диаметр циркуляции D T - кратчайшее расстояние между ДП судна в начале поворота и его положением в момент изменения курса на 180°;
-диаметр установившейся циркуляции D уст - расстояние между положениями ДП судна для двух последовательных курсов, отличающихся на 180°, при установившемся движении.
Четкую границу между эволюционным периодом и установившейся циркуляцией обозначить невозможно, так как изменение элементов движения затухает постепенно. Условно можно считать, что после поворота на 160-180° движение приобретает характер, близкий кустановившемуся. Таким образом, практическое маневрирование судна происходит всегда при неустановившемся режиме.
Элементы циркуляции при маневрировании удобнее выражать в безразмерном виде - в длинах корпуса:
в таком виде легче сравнивать между собой поворотливость различных судов. Чем меньше безразмерная величина, тем лучше поворотливость.
Элементы циркуляции обычного транспортного судна для данного угла перекладки руля практически не зависят от начальной скорости при установившемся режиме работы двигателя. Однако, если при перекладке руля увеличить обороты винта, то судно совершит поворот более крутой, чем при неизменяемом режиме главного двигателя (ГД).
Прилагается два рисунка.
Изменение нагрузки на двигатель в период разгона судна может быть проиллюстрировано рис. 2.19. В установке с прямой передачей на ВФШ при отсутствии разобщительных муфт во время пуска двигателя одновременно начинает вращаться гребной винт. В первый момент скорость судна близка к нулю, поэтому нагрузка на дизель будет изменяться по швартовной винтовой характеристике до пересечения ее с регуляторной характеристикой двигателя (участок 1-2), соответствующей определенному положению рычага управления всережимным регулятором. Далее по мере увеличения скорости судна нагрузка снижается по регуляторной характеристике двигателя (участок 2-3). В точке 3 судно заканчивает разгон до скорости, определяемой винтовой характеристикой II. Дальнейший разгон до достижения требуемой скорости судна осуществляется по винтовой характеристике (участки 3-5 ÷ 13-14).Для этой цели рукоятка управления всережимным регулятором устанавливается в ряд промежуточных положений, соответствующих регуляторным характеристикам двигателя. Обычно на каждом промежуточном положении регуляторной характеристики двигателя делается выдержка, необходимая для достижения соответствующей скорости судна и для установления теплового состояния двигателя. Заштрихованные площадки соответствуют работе двигателя, затрачиваемой дополнительно для разгона судна. Ступенчатый разгон судна позволяет затрачивать меньшую работу двигателя и исключает вероятность его перегрузки.
Рис. 2.19. Изменение нагрузки на двигатель в период разгона судна
В случаях экстренного разгона судна рукоятка управления всережимным регулятором после запуска двигателя сразу переводится из положения в положение, соответствующее номинальной частоте вращения коленчатого вала. Рейка топливного насоса высокого давления передвигается регулятором в положение, соответствующее максимальной подаче топлива. Это приводит к тому, что изменение эффективной мощности и частоты вращения коленчатого вала в период разгона происходит по более крутой винтовой характеристике (на рис. 2.19 – по характеристике, соответствующей относительной скорости судна = 0,4). В точке 15 двигатель выходит на внешнюю номинальную скоростную характеристику двигателя. При дальнейшем разгоне судна нагрузка на двигатель будет изменяться по внешней номинальной скоростной характеристике двигателя (участок 15-14). Точка 14 характеризует нагрузку на двигатель по окончании разгона судна.
На рис. 2.19 показана динамика изменения нагрузки на двигатель в процессе разгона судна в предположении, что в одном случае (при медленном разгоне судна) нагрузки будут в основном определяться положением винтовой характеристики, а при быстром разгоне судна двигатель будет выходить на внешнюю номинальную скоростную характеристику. В этом случае двигатель перегружается по величине эффективного крутящего момента.
Выше рассматривался режим разгона при наличии ВФШ. Установка с ВРШ обеспечивает более быстрое протекание процесса разгона судна благодаря возможности полного использования эффективной мощности двигателей и получению более высоких тяговых характеристик судна.
Условия работы двигателя при разгоне судна зависят от способа управления подачей топлива и от закона перемещения органов управления двигателем.
Изменение нагрузки на двигатели при циркуляции судна. По характеру воздействия нагрузки на главные двигатели весь маневр циркуляции судна следует разделять на участки входа и выхода из циркуляции и участок движения с постоянным радиусом циркуляции. На первых двух участках двигатели работают на неустановившихся режимах, вызванных изменением скорости судна, угла дрейфа, угла перекладки руля. При сохранении радиуса циркуляции двигатели работают на установившихся режимах, отличных, однако, от тех, которые имели место во время хода судна на прямом курсе. При циркуляции судно движется не только по радиусу, но и с дрейфом; скорость его падает при той же частоте вращения гребного вала, гребные винты работают в косом водяном потоке, КПД их снижается. В связи с этим нагрузка на двигатель возрастает. Увеличение нагрузки на двигатель зависит от скорости, от форм обвода корпуса судна, конструкции рулей и угла их перекладки.
Криволинейная траектория движения центра тяжести G при перекладке руля на некоторый угол и удержания его в этом положении, называется циркуляцией
Различают 4 периода циркуляции:
- Предварительный период - время от момента подачи команды рулевому, до начала перекладки пера руля.
- Маневренный период циркуляции - определяется началом и концом перекладки руля. т.е. по времени совпадает со временем продолжительности перекладки руля.
- Эволюционный период циркуляции - начинается с момента окончания перекладки руля и заканчивается, когда элементы движения примут установившийся характер.
- Установившийся период циркуляции - начинается с момента движения центра тяжести по замкнутой прямой, при неизменном положении руля.
Элементы движения судна на циркуляции: dt - тактический диаметр циркуляции; Дц - диаметр установившейся циркуляции; l 1 - выдвиг - расстояние между положениями центра тяжести судна в начальный момент циркуляции и после поворота на 90°: l 2 -обратное смещение; l 3 -прямое смещение - расстояние от линии первоначального курса до центра тяжести судна после поворота на 90°. B-угол дрейфа
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.
Основные элементы циркуляции судна - диаметр и период. Диаметр циркуляции характеризует поворотливость судна. Различают тактический диаметр циркуляции Dт и диаметр установившейся циркуляции Dц.
Тактический диаметр циркуляции Dт - это расстояние между первоначальным курсом судна и после его поворота на 180 ° и составляет 4-6 длин морских транспортных судов.
Диаметр установившейся циркуляции Dц - это диаметр окружности, по которой движется центр тяжести судна во время установившейся циркуляции. Тактический диаметр циркуляции примерно на 10 % больше диаметра установившейся циркуляции.
Диаметр циркуляции зависит от многих факторов: длины, ширины, осадки, загрузки, скорости судна, дифферента, крена, стороны и угла прокладки, количества гребных винтов и рулей и др.
При циркуляции. ДП судна не совпадает с касательной к криволинейной траектории движения центра тяжести. В результате этого образуется угол дрейфа Р. Нос судна смещается внутрь кривой циркуляции, а корма во внешнюю сторону. С увеличением скорости угол дрейфа увеличивается, и наоборот. Изза наличия угла дрейфа судно на циркуляции занимает полосу воды больше своей величины. Это необходимо учитывать судоводителям при маневрировании и расхождении в стесненных условиях плавания.
Следующий элемент, характеризующий поворотливость судна - период циркуляции. Это время, за которое судно поворачивается на 360 °. Он зависит от скорости судна и угла перекладки руля. С увеличением скорости и угла перекладки руля период циркуляции уменьшается. При перекладке руля в первоначальный момент появляется крен судна в сторону поворота. Он исчезает в начале движения на циркуляции и при дальнейшем движении судно получает крен в обратную сторону поворота. Это объясняется тем, что вначале на судно действует кренящий момент М"кр, возникающий от силы Р - давления воды на перо руля и силы R бокового сопротивления. При дальнейшем повороте судна на него начинают действовать центробежная сила инерции К, приложенная к центру тяжести судна (G) и направленная во внешнюю сторону поворота, и сила бокового сопротивления R. Эти две силы образуют момент М"кр, значительно больший, чем М"кр, который кренит судно на борт, противоположный переложенному рулю (противоположную сторону поворота).
Возможно, будет полезно почитать:
- Как попасть на экскурсию в Антарктиду? ;
- Чехия тройский замок. Замок Троя в Праге. Старинная винодельня и музей ;
- Бёклин и его "остров мёртвых" Культурный феномен своего времени ;
- Открыть левое меню хевиз Как добраться из будапешта на озеро хевиз ;
- Авиабилеты в крым Билеты на самолет в крым подешевеют ;
- Что можно и нельзя брать с собой ;
- Канатная дорога в Нячанге (Винперл) Самая длинная канатная дорога в мире вьетнам ;
- Каменец-подольская крепость - исторический памятник украины Жизнь за стенами каменец подольской крепости ;