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:

  1. Предварительный период - время от момента подачи команды рулевому, до начала перекладки пера руля.
  2. Маневренный период циркуляции - определяется началом и концом перекладки руля. т.е. по времени совпадает со временем продолжительности перекладки руля.
  3. Эволюционный период циркуляции - начинается с момента окончания перекладки руля и заканчивается, когда элементы движения примут установившийся характер.
  4. 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: