§ 24. Сили, що діють на корпус плаваючого судна

На корпус плаваючого по воді судна діють постійні та тимчасові сили. До постійних відносяться статичні сили, такі як вага судна і тиск води на занурену частину корпусу - сили підтримки. До тимчасових слід віднести сили, що з'являються при хитаванні судна на схвильованій поверхні води: сили інерції мас судна і опору води.

Сили, що діють на судно, що плаває на тихій воді, незважаючи на рівність їх рівнодіючих, довжиною корпусу розподіляються нерівномірно. Сили підтримки, як відомо, розподіляються по довжині відповідно до зануреного у воду об'єму корпусу і характеризуються формою стройової по шпангоутах. Сили ж ваги розподіляються по довжині корпусу залежно від розташування його елементів, таких як перебирання, надбудови, щогли, механізми, установки, вантажі тощо. Фактично виходить так, що на одній ділянці по довжині корпусу сили ваги переважають над силами , але в іншому - навпаки.

Мал. 39. Вигин корпусу судна, викликаний нерівномірним розподілом діючих на нього сил. 1 – крива сил ваги; 2 – крива сил підтримки.

Від непропорційного розподілу по довжині корпусу сил ваги та сил підтримки виникає загальний поздовжній вигинкорпус судна (рис. 39).

При плаванні судна на схвильованій поверхні з його корпус діють сили підтримки, постійно змінюють свою величину окремих ділянках довжини судна. Максимального значення ці сили досягають тоді, коли судно йде курсом, перпендикулярним до напрямку хвилі, довжина якої дорівнює довжині судна. При проходженні вершини хвилі у міделя, у середній частині корпусу утворюються надлишкові сили підтримки з нестачею їх у краях. Від нерівномірного розподілу сил підтримки у разі виходить перегин корпусу(Рис. 40, а). Через короткий проміжок часу судно переходить на підошву хвилі, при цьому надлишок сил підтримки переміщається до країв, через що виникає прогин корпусу(Рис. 40, б).

Внаслідок хитавиці судна, що виникла на хвилюванні, на корпус діють сили інерції, що надають на нього додатковий вплив, а під час плавання з великою швидкістю проти великої зустрічної хвилі при ударі днищової частиною носового краю про воду (явище слемінгу) виникають додатково ударні або динамічні навантаження.

За цією тематикою проводиться лабораторна робота 2.1 (2 години)

При русі судна прямолінійним курсом і положенні керма в діаметральній площині, за відсутності вітру і течії, сила упору рушіїв врівноважується силами опору води руху корпусу судна. Кермо і корпус симетрично обтікають зустрічні струмені води і сил, що відхиляють судно, не виникає. При переведенні керма на деякий кут α , З боку зверненої до обтічного потоку, на кермі виникає підвищений тиск, а на протилежному боці керма - знижений. Різниця тисків на сторонах пера руля створює силу Р,що давить на перо керма і залежить від швидкості натікання води на перо керма, кута перекладки, форми і площі пера керма. Після перекладки керма судно деякий час, за інерцією, продовжує рухатися прямолінійно, а потім повертається у бік перекладки керма. Розглянемо дію сили Рна судно в першу мить після перекладки керма.

Розкладемо силу Рза правилом паралелограма на дві складові сили: Ру– перпендикулярну ДП судна рульову силу, і Рх -спрямовану за ДП силу гальмування.Прикладемо до ЦТ судна дві рівні та протилежно спрямовані сили Р 1і Р 2, паралельні та рівні силі Ру.Сили Руі Р 2утворюють пару сил, а їхній момент, що повертає момент Мрзв. моментом кермаМр = Ру 0,5 L де 0,5L - плече пари сил Ру та Р 2 .Сила Рупри русі прямим курсом визначають за формулою:

Ру = k 1 k 2 з р 0,5 р Sр (k υ υ) 2 (α + β с) де:

k 1 - Коеф., Враховує збільшення кермової сили від постановки рульових шайб (1,15-1,2);

k 2 – коеф., що враховує вплив близькості пера руля до корпусу судна (1,05- 1,3 при меншому зазорі, більший коефіцієнт);

з р - Кутовий коеф. 5,15/1+(2S р/h р 2)де h р -висота пера руля, м;

ρ- масова щільність води (для прісної води 102 кгс з 2/м 4);

Sр - площа пера керма, м 2;

k υ - Коеф. що враховує зміну швидкості натікання води на перо керма, від дії гребного гвинта та корпусу судна (1,1-1,55, більше при штовханні, менше для одиночних суден);

υ – швидкість натікання води на перо керма, м/с;

α – кут перекладки керма, град;

β с – кут скосу потоку води за кормою, спричиненого обведеннями судна. (у одне і трьох гвинтових суден β с = 2-4 0, у двогвинтових з 2-ма кермами β с = 0 0).

З малюнка видно, що при перекладанні керма на судно починають діяти: момент, що повертає. Мр , Спрямований у бік відхилення пера керма; сила Ру , що зміщує судно у бік протилежного повороту та сила Рх збільшує опір руху. Збільшення опору при перекладці керма зменшує швидкість руху судна (при прямолінійному русі та утриманні судна на курсі 5-ти градусними перекладками керма, втрачається до 2% швидкості), тому перекладка керма не повинна перевищувати 1 0 .

Зміщення та дрейф судна у бік протилежний повороту керма, досягає найбільшого значення в кормовій частині судна, що слід враховувати при виконанні поворотів та оборотів поблизу небезпек.

Після подолання сил інерції судно починає рухатися криволінійною траєкторією – циркуляцією. В цей час на судно, як на будь-яке фізичне тіло, що рухається по кривій, діє відцентрова сила З , Спрямована в бік протилежну повороту.Вона прикладена до центру тяжкості судна, пропорційна його масі m , квадрату швидкості υ з поступального руху і назад пропорційна радіусу кривизни траєкторії руху r . З=mυ з 2 /r .

Ця сила з плечем h (відстань між ц.т. і центром величини судна) створює момент, що хрещує Мкр = Сh, що викликає крен судна у бік протилежного повороту судна, що також слід враховувати при виконанні різкого повороту та обороту (Знижувати швидкість і кут перекладки керма). Циркуляція, її періоди та елементи див. вище.

Після зупинки рушіїв тиск води на перо керма різко зменшується. Зі зменшенням швидкості судно гірше слухається керма і може втратити керованість. Працюючи гвинта «назад» за керма зверненої до гвинта, створюється знижений тиск, тому за керма перекладеному «вправо» ніс судна ухиляється ліворуч і навпаки, тобто. корма судна ухиляється у бік перекладки керма.

Сила тиску на перо керма під час руху заднім ходом у перший момент визначається за формулою: Ру = с у 0,5S ρ υ 2 , розглянемо дію сили Р на судно присування заднім ходом. Відхилення керма викликає момент, що повертає, від пари сил Р і Р 1, збільшення опору води руху корпусу судна та зменшення швидкості від дії сили Р х, і дрейф судна у бік перекладки керма. При циркуляції на задньому ходу під дією кермової сили збільшується тиск води на кормову частину борту (сила R 1 у), у бік якого перекладено кермо. Ця сила створює момент, що повертає, протилежний моменту керма, що повертає, і загальний момент, що повертає, в початковий момент циркуляції на задньому ходу дорівнює різниці моментів рульового і опору води корпусу судна. Тому навіть за рівного тиску на кермо поворотливість на передньому ходу краще, ніж на задньому. Однак, через деякий час після початку повороту кутова швидкість починає збільшуватись і гідродинамічні сили з боку зовнішнього борту стають більш динамічної сили R 1 увикликаною перекладкою керма. В цей час момент судна, що повертає, - сума моменту керма і позиційного моменту, що викликає збільшення швидкості повороту. Величина позиційного моменту близька до величини моменту керма, тому перекладка керма в протилежний бік може дати бажаного ефекту і виведе судна з циркуляції. Враховуючи це явище, під час руху заднім ходом не слід допускати великих швидкостей повороту та руху. Для виведення судна із циркуляції слід дати реверс «вперед» і керувати судном на передньому ході.

1. Загальні поняттята визначення

Керованість - здатність судна рухатися заданою траєкторією, тобто. утримувати заданий напрямокруху або змінювати його під дією пристроїв, що управляють.

Головними керуючими пристроями на судні є засоби управління кермом, засоби управління рушієм, засоби активного управління.

Керованість поєднує дві властивості:стійкість на курсі та поворотливість .

Стійкість на курсі- це здатність судна зберігати напрямок прямолінійного руху. Стійкість на курсі може бути автоматичною, коли судно здатне утримуватися на курсі без роботи засобу управління (кермом), та експлуатаційною, коли утримання судна на заданому курсі здійснюється за допомогою засобів управління.

Поворотливість - здатність судна змінювати напрямок руху і описувати траєкторію заданої кривизни.

Поворотливість та стійкість на курсі відповідають головному призначенню будь-якого засобу управління: повертати судно та забезпечувати його рух у постійному напрямку. Крім цього, будь-який засіб управління повинен забезпечувати протидію впливу зовнішніх силових факторів. Відповідно до цього Р.Я. Першицею введено визначення такого важливого складового керованості, як слухняність.

Слухняність - здатність судна долати опір маневрування при заданих зовнішніх впливах. За відсутності зовнішнього впливу роль може грати власна нестійкість курсі.

Коме слухняності введено поняття чутливості,під якою мається на увазі здатність судна якнайшвидше реагувати на дію засобу управління, зокрема, на перекладку керма.

Тяга гвинта. Щоб судно рухалося з певною швидкістю, до нього необхідно докласти рушійної сили, що долає опір руху. Корисна потужність, необхідна подолання опору, визначається формулою: Nп = R V, де R - сила опору; V – швидкість руху.

Рухаюча сила створюється гвинтом, який, як і всякий механізм, частина енергії витрачає непродуктивно. Витрачена потужність обертання гвинта становить: Nз= M n, де М - момент опору обертанню гвинта; n-Частота обертання гвинта.

Відношення корисної потужності до витрачається називається пропульсивним коефіцієнтом комплексу корпус-рушій:

h = RV/M n

Пропульсивний коефіцієнт характеризує потребу судна енергії, яка потрібна підтримки заданої швидкості руху. Потужність силової установки (ефективна потужність Ne) судна повинна бути більшою за витрачається потужність на обертання гвинта, оскільки є втрати у валопроводі і редукторі:

Ne = RV/h hв hр,

де hв, hр – коефіцієнти корисної дії валопроводу та редуктора.

Оскільки при рівномірному прямолінійному русі сила тяги гвинта дорівнює силі опору, наведену формулу можна використовувати для орієнтовної оцінки тяги гвинта в повному ході (Vo):

Ре = Ne h hв hр / Vo,

де пропульсивний коефіцієнт визначається за формулою Лаппа:

де L - довжина судна між перпендикулярами:

n-частота обертання гвинта, з -1.

Максимальна тяга гвинта розвивається у швартовному режимі - приблизно на 10% більше тяги гвинта в режимі повного ходу.

Сила тяги гвинта при роботі на задній хід становить приблизно 70-80% від тяги гвинта в режимі повного ходу.

Опір руху судна

Вода має властивості в'язкості і вагомості, які викликають два види опору при русі судна: в'язкісне і хвильове. В'язкісний опір має дві складові: тертя та форми.
Опір тертя залежить від площі та шорсткості змоченої поверхні корпусу. Опір форми залежить від обводів корпусу. Хвильовий опір пов'язаний з утворенням суднових хвиль при взаємодії корпусу судна, що рухається з навколишньою водою.

Для вирішення практичних завдань опір води руху судна приймають пропорційним квадрату швидкості:

R = k V ,

де k - коефіцієнт пропорційності, що залежить від осідання судна та ступеня обростання корпусу.

Як зазначено в попередньому розділі, силу опору на повному ході можна розрахувати за такою формулою:

Ro = Ne h hв hр/Vo.

Проміжні значення опору (R) для будь-якої швидкості ходу визначаються:

Інерція судна та приєднаних мас води

Рівність сил опору середовища руху судна та тяги гвинта визначає рівномірний поступальний рух судна. За зміни частоти обертання гвинта ця рівність сил порушується.
Зі збільшенням тяги швидкість судна зростає, зі зменшенням – падає. Зміна швидкості відбувається тривалий час, доки не буде подолано інерцію судна і сили тяги гвинта і опору не зрівняються знову. Мірою інерції є маса. Однак інерція судна, що рухається у водному середовищі, залежить не тільки від маси судна.

Корпус судна залучає до руху прилеглі до нього частки води, потім витрачається додаткова енергія. В результаті, щоб надати судну деяку швидкість буде потрібна триваліша робота силової установки.
При гальмуванні необхідно погасити як кінетичну енергію, накопичену судном, а й енергію залучених у рух частинок води. Така взаємодія частинок води з корпусом аналогічна до збільшення маси судна.
Ця додаткова маса (приєднана маса води) у транспортних суден становить від 5 до 10 % від водотоннажності при поздовжньому русі судна і приблизно 80% від водотоннажності при поперечному переміщенні.

2. Сили та моменти, що діють на судно при його русі

При розгляді руху судна використовується пов'язана із центром тяжкості судна прямокутна система координат XYZ. Позитивний напрямок осей: Х - у ніс; Y – у бік правого борту; Z – вниз.

Усі сили, що діють на судно, поділяються на три групи: рушійні, зовнішні та реактивні.

До рушійних відносяться сили, Створювані засобами управління: сила тяги гвинта, бічна сила керма, сили, що створюються засобами активного управління.

До зовнішніх сил відносяться сили тиску вітру,хвилювання моря, течії.

До реактивних відносяться сили,що виникають внаслідок руху судна під дією рушійних та зовнішніх сил. Вони поділяються на інерційні- обумовлені інертністю судна та приєднаних мас води та які виникають лише за наявності прискорень. Напрямок дії інерційних сил завжди протилежно до діючого прискорення.

Неінерційні сили обумовлені в'язкістю води та є гідродинамічними силами.

При аналізі сил, що діють на судно, воно сприймається як вертикальне крило симетричного профілю щодо діаметральної площини (ДП).

Стосовно судна основні властивості крила формулюються наступним чином:

якщо судно переміщається прямолінійно в потоці води чи повітря під деяким кутом атаки, то крім сили лобового опору, спрямованої протилежно руху, виникає підйомна сила , спрямована перпендикулярно потоку, що набігає. В результаті рівнодіюча цих сил не збігається з напрямком потоку. Величина рівнодіючої сил пропорційна куту атаки і квадрату швидкості потоку, що набігає;

точку застосування рівнодіючої сили зміщено по ДП від центру площі крила назустріч потоку. Величина цього усунення тим більше, ніж гостріше кут атаки. При кутах атаки близьких до 90 градусів, точка застосування рівнодіючої сили збігається з центром парусності(для надводної частини судна) та центром бокового опору(Для підводної частини);

стосовно підводної частини корпусу судна: кут атаки є кутом дрейфу , а для надводної частини - кусовим кутом (КУ) вітру, що здається;

центр бокового опору зазвичай збігається з центром тяжкості судна,а положення центру парусності залежить від розташування надбудов.

За відсутності вітру і прямому положенні керма перше диффенциальное рівняння руху судна можна як:

де Мх – маса судна з урахуванням приєднаної маси води.

Рівномірний рух:прискорень немає, тому інерційна сила Мх dV/dt=0. На судно діють дві рівні та протилежно спрямовані сили: сила опору води та сила тяги гвинта.

При зміні сили тяги гвинтапорушується рівність сил тяги гвинта та опору руху судна; це викликає появу інерційних сил, з'являється прискорення і судно починає рухатись прискорено чи сповільнено. Інерційні сили спрямовані проти прискорення, тобто. перешкоджають зміні швидкості руху.

При збільшенні сили тяги на судно діє 3 сили:сила тяги гвинта – вперед, сила опору- Назад, сила інерції - Назад.

При зменшенні сили тяги:сила тяги – вперед; з мулу опору- назад; сила інерції – вперед

При маневрі стоп:змулу опору- назад; сила інерції – вперед;

При реверсі:

а) до зупинки судна: сила опору- назад; сила тяги – назад; сила інерції – вперед.

б) після зупинки та початку руху назад: сила опору- Вперед; сила тяги – назад; сила інерції – вперед.

Примітка:вперед – напрямок до носа судна; тому - направлення до корми судна.

Сили, що діють на судно під час поворотів

Повороти судна відбуваються під дією перекладеного керма. Якщо утримувати перекладене на борт кермо протягом певного проміжку часу, то судно здійснюватиме рух, що називається циркуляцією. При цьому центр тяжкості судна описуватиме циркуляційну криву, формою близьку до кола.
За початок циркуляції приймається момент початку перекладки керма. Циркуляція характеризується лінійною та кутовою швидкостями, радіусом кривизни та кутом дрейфу.
Процес циркуляції прийнято ділити на три періоди: маневрений-продовжується протягом часу перекладки керма; еволюційний - починається з моменту закінчення перекладки керма і закінчується коли характеристики циркуляції приймуть значення; встановився - починається з закінчення другого періоду і триває до того часу, поки кермо залишається у перекладеному положенні.

Кермо судна сприймається як вертикальне крило симетричного профілю.Тому при його перекладці виникає підйомна сила – бічна сила керма Рр.

Прикладемо до центру тяжкості судна дві рівні Рру та протилежно спрямовані сили Р"ру і Р""ру. Ці дві сили взаємно компенсуються, тобто не впливають на корпус судна.

Тоді на судно діють такі сили та моменти:

сила лобового опору керма Ррх – зменшує швидкість судна;

момент сил Рру Р"ру - розвертає судно у бік перекладеного керма;

сила Р"ру - переміщає центр тяжіння убік, зворотний повороту.

Сили, що діють на судно у еволюційний період циркуляції

Розворот судна під впливом моменту сил Рру Р"ру призводить до появи кута дрейфу. Корпус судна починає працювати як крило. З'являється підйомна сила - гідродинамічна сила R. Прикладемо до ЦТ судна дві рівні Ry і спрямовані протилежно сили R"y R""y .

Тоді додатково до сил та моментів, що діють у маневреному режимі циркуляції, з'являються:

сила лобового опору Rx – ще більше зменшує швидкість судна;

момент сил Ry R"y - сприяє розвороту; кутова швидкість повороту збільшується;

сила R"y - компенсує силу Р"ру і траєкторія викривляється у бік повороту.

Сили, що діють у період циркуляції, що встановився.

Як тільки судно почало рух по криволінійній траєкторії, з'являється відцентрова сила Rц. Кожна точка по довжині судна описує щодо загального центру Про свою траєкторію.
При цьому кожна точка має свій кут дрейфу, значення якого зростають у міру вилучення у бік корми. Відповідно до властивостей крила, точка застосування гідродинамічної сили R зміщується в корму за центр тяжіння судна.

В результаті:

сила Рцх – зменшує швидкість судна;

сила Рцу - перешкоджає зміні радіусу циркуляції;

момент, що створюється гідродинамічною силою Rу - перешкоджає збільшенню кутової швидкості повороту;

всі параметри циркуляції прагнуть до своїх значень, що встановилися.

Геометрично траєкторія циркуляції характеризується:

Резолюцією ІМО А.751 (18) «Проміжні стандарти маневрених якостей судів» для суден, що знову будуються, запропоновані величини:

1) пряме усунення (advance) - трохи більше 4.5 довжин судна;

2) тактичний діаметр (tactical diameter) – трохи більше 5 довжин судна.

Керованість судна під час проходження заднім ходом

При русі судна заднім ходом з перекладеним кермом на судно діють такі сили та моменти (див. малюнок):

поперечна сила керма Рру;

момент сил Рру і Рру розвертає судно у бік, зворотний перекладеному керму;

гідродинамічна сила Rу утворює момент, що перешкоджає розвороту;

косо накидання води на кермо зменшує ефективний кут перекладки керма на величину, що дорівнює куту дрейфу і, отже, зменшується значення бічної сили керма.

Наведені фактори зумовлюють найгіршу керованість судна на задньому ході порівняно з переднім.

Сили та моменти, пов'язані з впливом вітру

При розгляді сил і моментів, пов'язаних з впливом вітру, використовується швидкість вітру.

Відповідно до властивості крила, при дії вітру з'являється аеродинамічна сила А.

Розкладаючи аеродинамічну силу на поздовжню та поперечну складові та приклавши до ЦТ дві рівні та протилежно спрямовані сили Ау та А”у отримаємо:

сила Ах – збільшує швидкість судна;

момент сил Ау і А"у - розвертає судно праворуч;

сила А""у - викликає бічне переміщення, що призводить до появи кута дрейфу a і гідродинамічної сили R;

поздовжня складова гідродинамічної сили Rх - зменшує швидкість судна;

момент сил Ry R""y, діючи в одному напрямку з моментом сил Ау та А"у, ще більше розвертає судно;

сила R" викликає бічний переміщення, протилежне переміщенню від сили А""у.

Для утримання судна на курсі необхідно перекладати кермо на деякий кут для створення моменту бічної сили керма Рру, що компенсує моменти аеро- та гідродинамічних сил.

Гребний гвинт, що працює, здійснює одночасно поступальний рух зі швидкістю судна V щодо незбуреної води і обертальний рух з кутовою швидкістю w= 2p n. Кожна лопата гвинта сприймається як окреме крило.

При накиданні водяного потоку на гвинт, кожної його лопаті створюється сила, пропорційна квадрату швидкості потоку і величині кута атаки. Розкладаючи цю силу за двома перпендикулярними один одному напрямами, отримаємо: силу тяги, спрямовану вздовж осі обертання гвинта і силу лобового опору, що діє в площині гвинта диска по дотичній до кола, яку описують точки на лопаті гвинта при його обертанні.

Оскільки працюючий гвинт розташований за корпусом судна, то при русі водяний потік натікає на лопаті гвинта з неоднаковими швидкостями і під різними кутами. В результаті спостерігається нерівність сил тяги та лобового опору для кожної лопаті, що призводить до появи крім тяги гвинта бічних сил, що впливають на керованість одногвинтового судна.

Основними причинами появи бічних сил є:

попутний потік води, що захоплюється корпусом під час його руху;

реакція води на працюючий гвинт;

нерівномірне накидання водяного струменя від працюючого гвинта на кермо або корпус судна.

Розглянемо вплив цих причин працювати гвинтів фіксованого (ВФШ) і регульованого (ВРШ) кроку правого обертання.

Вплив попутного потоку

У верхній частині гвинта швидкість попутного потоку води через форму обводів корпусу буде більшою, ніж у нижній його частині, що призводить до збільшення кута атаки потоку води на верхню лопату. Це можна показати, розглянувши рух елемента лопаті, розташованого на радіусі r від осі обертання гвинта.

Елемент лопаті при роботі гвинта бере участь у обертальному русі з лінійною швидкістю, що дорівнює 2pr●n, та поступальному русі зі швидкістю судна V.

Фактична швидкість поступального руху ділянки лопаті гвинта зменшується на величину DV швидкості попутного потоку. В результаті збільшується кут атаки до значення aф, що призводить до зростання сил dРх та dРу.
Проінтегрувавши dРх і dРу по довжині лопаті отримаємо значення сил тяги (Р1) та лобового опору (Q1), створюваних лопатою гвинта у верхньому положенні. Ці сили будуть більшими за сили Р3 і Q3, створюваних лопатою в нижньому положенні. Нерівність сил Q1 і Q3 викликає появу бічної сили DQ = Q1 - Q3, яка прагне розгорнути корму судна ліворуч убік більшої сили.

Реакція води на гвинт

На роботу гвинта впливає близькість поверхні води. В результаті спостерігається підсмоктування повітря до лопат у верхній половині диска гвинта. При цьому верхні лопаті відчувають меншу силу реакції води ніж нижні. Внаслідок цього виникає бічна сила реакції води, яка завжди спрямована у бік обертання гвинта - в даному випадку вправо.

При обертанні гвинта закручений потік води натікає на перо керма у його нижній та верхній частині під різними кутами атаки. У нижній частині атак атаки менше, ніж у верхній.

В результаті виникає бічна сила, яка прагне повернути корм праворуч.

Загальний вплив гвинта:для більшості суден з ВФШ та ВРШ сили чи взаємно.

І тут попутний потік зберігається. Однак, на відміну від розглянутого вище випадку попутний потік зменшує кут атаки.

Отже, зменшується сила лобового опору dPy на кожному елементі лопаті. У верхньому положенні таке зменшення сильніше, ніж у нижньому, т.к. у нижній частині швидкість попутного потоку менша. Тому результуюча сила лобового опору лопатей для ВФШ буде спрямована вліво.

В більшості судів ВРШ лівого обертання. Для ВРШ при зміні режиму роботи з переднього на задній хід напрямок обертання зберігається, змінюється лише крок гвинта: гвинт лівого кроку стає гвинтом правого кроку. Отже, результуюча сила лобового опору лопатей так само як і судів із ВФШ правого кроку буде спрямована вліво.

Реакція води на гвинт

Бічна сила реакції води на гвинт, як було сказано вище, завжди спрямована у бік обертання гвинта: як для ВФШ так і для ВРШ - вліво.

Гвинтовий струмінь накидається на кормову частину судна.

В результаті створюється підвищений гідродинамічний тиск і корми зміщуватимуться: як для ВФШ так і для ВРШ - вліво.

Загальний вплив гвинта: корми йде вліво.

Судно рухається назад, гвинт обертається.

З початком руху судна назад попутний потік зникає.

Реакція води на гвинт: ліворуч.

: ліворуч.

Загальний вплив гвинта:корми йде вліво.

4. Вплив гребних гвинтів на керованість багатогвинтового судна

Більшість сучасних пасажирських суден, криголамів, а також швидкохідних суден великого тоннажу оснащуються дво- або трьох вальними силовими установками. Головна особливість багатогвинтових суден у порівнянні з одногвинтовими суднами - це їхня найкраща керованість.
Гребні гвинти у двогвинтових, а також бортові гвинти у трьох гвинтових суден розташовані симетрично щодо діаметральної площини і мають протилежний напрямок обертання, зазвичай однойменний з бортом. Розглянемо керованість багатогвинтових суден з прикладу двогвинтового судна.

При одночасної роботі гвинтів уперед або назад бічні сили, викликані попутним потоком, реакцією води на гвинт і струменем від гвинтів, що накидається на кермо або корпус, компенсуються взаємно, оскільки гвинти мають протилежний напрямок обертання. Тому відсутня тенденція ухилення корми на той чи інший бік, як в одногвинтового судна.

Один гвинт працює вперед, інший стоп.

Скориставшись відомим прийомом, докласти до ЦТ дві рівні сили тяги гвинта Рл (на малюнку працює гвинт лівого борту) і протилежно спрямованих сили, отримаємо:

сила Р""л викликає рух судна вперед;

момент сил Рл і Р"л розгортає корму у бік гвинта, що працює;

з гідродинаміки відомо, що працюючий гвинт прискорює потік води, що обтікає кормові обводи, і гідродинамічний тиск з боку гвинта, що працює, падає. За рахунок різниці тисків утворюється сила Рд. Приклавши до Цт судна дві рівні Рд і протилежно спрямовані сили Р"д і Р"д, отримаємо: - момент сил Рд і Р"д розгортає корму у бік працюючого гвинта; сила Р"д - зміщує ЦТ судна у бік працюючого гвинта .

Таким чином, рух двогвинтового судна, що розглядається, приблизно аналогічно руху одногвинтового судна з перекладеним кермом.

Один гвинт працює назад, інший стоп.

Провівши аналогічні попередньому розділу постоєнія і міркування, можна отримати загальний висновок про те, що корма судна ухиляється у бік протилежний гвинту, що працює назад. При цьому необхідно відзначити, що сила Рд в даному випадку створюється за рахунок струменя від гвинта, що працює назад, накидається на кормову частину корпусу.

Розворот судна на місці при роботі гвинтів дороздріб

Двогвинтове судно може розгортатися практично на місці під час роботи гвинтів уроздріб (один гвинт працює переднім, а інший заднім ходом). Частота обертання підбирається таким чином, щоб сили тяги гвинтів були однаковими за величиною.
Приблизна рівність сил досягається, коли на машині, що працює вперед, дають хід на один щабель менше, ніж на машині, що працює назад. Наприклад: малий хід уперед – середній хід назад.
Розвертаючий момент створюється не тільки за рахунок розташування гвинтів по різні боки від ДП, але й за рахунок різниці тиску води біля бортів кормового підзору, що створюється протилежно спрямованими струменями від гвинтів.

До недоліків двогвинтових суден слід віднести знижену ефективність розташованого в ДП керма. Тому на малих швидкостях, коли основна частина сили, що виникає на кермі при його перекладці, створюється за рахунок струменя води, що накидається гвинтом на кермо, головним способом керування є маневр машинами.

Тригвинтові суднапоєднують у собі позитивні маневрені якості одно- і двогвинтових суден і мають більш високу маневреність у тому числі і на малих швидкостях. На передньому ходу середній гвинт підвищує ефективність керма за рахунок гвинтового струменя, що накидається на нього. На задньому ходу середній гвинт забезпечує поступальний рух, а розвороти здійснюються роботою бортових гвинтів.

5. Основні фактори, що впливають на керованість судна

Конструктивні чинники.

Відношення довжини до ширини судна ( L/B).Чим більше це ставлення, тим гірша поворотність судна, що пов'язано з відносним збільшенням сил опору бічному переміщенню судна. Тому широкі і короткі судна мають кращу поворотливість, ніж довгі і вузькі.

Коефіцієнт загальної повноти (d).Зі збільшенням коефіцієнта d поворотливість покращується, тобто. що повніше обводи судна, то краще його поворотливість.

Конструкція та розташування керма.Конструкція керма (його площа та відносне подовження) мало впливають на покращення поворотності судна. Істотно більший вплив має його розташування. Якщо кермо розташоване у гвинтовому струмені, швидкість натікання води на кермо зростає за рахунок додаткової швидкості потоку, викликаної гвинтовим струменем, що забезпечує значне поліпшення поворотності.

На двогвинтових суднах кермо, розташоване в ДП, має відносно малу ефективність. Якщо ж на таких суднах встановлені два пера руля за кожним з гвинтом, то поворотливість різко зростає.

Швидкість судна

Форма циркуляції, її основні геометричні показники (висув, пряме усунення, зворотне усунення) залежить від вихідної швидкості судна. Але діаметр циркуляції, що встановилася, при однаковому куті перекладки керма залишається постійним і не залежить від вихідної швидкості.

При вітрі керованість істотно залежить від швидкості судна: що швидкість менше, то більший вплив вітру на керованість.

Елементи посадки судна

Диферент.Збільшення диферента на корму призводить до усунення центру бокового опору від міделя у бік корми, тому зростає стійкість судна на курсі та погіршується його поворотливість.
З іншого боку, диферент на ніс різко погіршує стійкість на курсі - судно стає риклуватим, що ускладнює маневрування у стиснених умовах. Тому судно намагаються завантажити так, щоб воно протягом рейсу мало невеликий диферент на корму.

Крен.Нахил судна порушує симетричність обтікання корпусу. Площа зануреної поверхні вилиці накраненого борту стає більшою за відповідну площу вилиці піднесеного борту.

Через війну судно прагне ухилитися убік, протилежну крену, тобто. у бік найменшого опору.

Опад.Зміна опади призводить до зміни площі бічного опору зануреної частини корпусу та площі парусності. В результаті, зі збільшенням опади покращується стійкість судна на курсі та погіршується поворотливість, а зі зменшенням опади – навпаки.
Крім того, зменшення опади викликає збільшення площі парусності, що призводить до відносного посилення впливу вітру на керованість судна.

Усі сили, що діють на судно, поділяються на три групи:

Рухові;

Зовнішні;

Реактивні.

До рушійнимсилам належать сили, створювані засобами управління: тяга гвинта, бічна сила керма, сили, що створюються засобами активного управління.

До зовнішнімсилам відносяться сили тиску вітру, хвилювання моря, тиск течії.

До реактивнимсилам належать сили, що виникають внаслідок руху судна під дією рушійних та зовнішніх сил. Вони поділяються на інерційні- обумовлені інертністю судна та приєднаних мас води та які виникають лише за наявності прискорень. Напрямок дії інерційних сил завжди протилежно до діючого прискорення. Неінерційнісили обумовлені в'язкістю води та повітря і є гідродинамічні та аеродинамічні сили.

ТЯГА Гвинта та опір руху судна.

Щоб судно рухалося з певною швидкістю, до нього необхідно докласти рушійної сили, що долає опір руху. Корисна потужність, необхідна подолання опору, визначається формулою

де R – сила опору; V – швидкість руху.

Рухаюча сила створюється гвинтом, який, як і всякий механізм, частина енергії витрачає непродуктивно.

Відношення корисної потужності до витрачається називається пропульсивним коефіцієнтом комплексу корпус - рушій. Пропульсивний коефіцієнт характеризує потребу судна енергії, яка потрібна підтримки заданої швидкості руху.

Максимальна тяга гвинта розвивається у швартовному режимі (у разі, коли судно стоїть на швартових, а його машині дали повний передній хід). Ця сила приблизно на 10 % більша за тягу гвинта в режимі повного ходу. Сила тяги гвинта під час роботи на задній хід різних суден становить приблизно 70-80 % від тяги гвинта як повного ходу.

Гойдалка.

Качкою називаються коливальні рухи, які судно здійснює при становищі його рівноваги.

Коливання називаються вільними(На тихій воді), якщо вони здійснюються судном після припинення дії сил, що викликали ці коливання (шквал вітру, ривок буксирного троса). Через наявність сил опору (опір повітря, тертя води) вільні коливання поступово згасають і припиняються. Коливання називаються вимушеними,якщо вони відбуваються під впливом періодичних збурюючих сил (набігаючі хвилі).

Качка характеризується такими параметрами (рис. 179):

амплітудою θ- Найбільшим відхиленням від положення рівноваги;

розмахом- сумою двох послідовних амплітуд;

періодомТ- часом здійснення двох повних розмахів;

прискорення.

Качка ускладнює експлуатацію машин, механізмів і приладів через вплив сил інерції, що виникають, створює додаткові навантаження на міцні зв'язки корпусу судна, надає шкідливий фізичний вплив на людей.

Мал. 179. .Параметри качки: θ 1 і θ 2 амплітуди; θ 1 + θ 2 розмах.

Розрізняють бортову, кільову та вертикальну хитавицю. При бортовій качціколивання відбуваються навколо поздовжньої осі, що проходить через центр тяжкості судна, при кільовий- Навколо поперечної. Бортова хитавиця при малому періоді та великих амплітудах стає рвучкою, що небезпечно для механізмів і важко переноситься людьми.

Період вільних коливань судна на тихій воді можна визначити за формулою Т = c(B/√h,де У- ширина судна, м; h- Поперечна метацентрична висота, м; з- Коефіцієнт, рівний для вантажних суден 0,78 - 0,81.

З формули видно, що із збільшенням метацентричної висоти зменшується період хитавиці. При проектуванні судна прагнуть досягти достатньої стійкості при помірній плавності хитавиці. При плаванні на хвилюванні судноводій повинен знати період власних коливань судна та період хвилі (час між набіганням на судно двох сусідніх гребенів). Якщо період власних коливань судна дорівнює або близький до періоду хвилі, то настає явище резонансу, яке може призвести до перекидання судна.

При кільовій хитавині можливе або заливання палуби, або при оголенні носа або корми їх удари об воду (слемінг). Крім того, прискорення, що виникають при кільовій хитавиці, значно більше, ніж при бортовій. Ця обставина повинна враховуватися при виборі механізмів, що встановлюються у носі чи кормі.

Вертикальна хитавицявикликається зміною сил підтримки під час проходження хвилі під судном. Період вертикальної хитавиці дорівнює періоду хвилі.

Для запобігання небажаним наслідкам від дії качки суднобудівники застосовують засоби, що сприяють якщо не повному припиненню качки, то принаймні помірку її розмахів. Особливо гостро постає ця проблема для пасажирських суден.

Для помірки кільової качки і заливання палуби водою у ряду сучасних суден роблять значний підйом палуби в носі та в кормі (сідловатість), збільшують розвал носових шпангоутів, проектують судна з баком та ютом. У носі на баку встановлюють водовідбійні козирки.

Для стримування бортової хитавиці застосовують пасивні некеровані або активні керовані заспокійники хитавиці.

До пасивних заспокоювачів відносять кулевые килі,стальні пластини, що встановлюються протягом 30 - 50 % довжини судна в районі вилиці вздовж лінії струму води (рис. 180). Вони прості за облаштуванням, зменшують амплітуду качки на 15 - 20%, але надають значний додатковий опір води руху судна, зменшуючи швидкість ходу на 2-3 %.

Мал. 181. Бортові пасивні цистерни та положення в них рідини при хитаванні судна в резонанс із хвилею.

Ці цистерни ефективні за режимів качки з великим періодом. У всіх інших випадках вони не стримують, а навіть збільшують її амплітуду.

У активних цистернах(Мал. 182) вода перекачується спеціальними насосами. Однак установка насоса та автоматичного пристрою, що управляє роботою насоса, значно ускладнює та здорожує конструкцію.

Судно, яке стоїть на якорі, піддається впливу сил: вітру R А, течії R T , хвилювання R хвиль, інерційних сил нишпорення та гойдання R ін. Цим силам протидіє сила якірного пристрою, що тримає. Судно не дрейфуватиме, якщо горизонтальна складова рівнодіючої зовнішніх сил ∑R врівноважується тримає силою якірного пристрою F x , тобто ∑R = R А + R T + R хвиль + R ін<= F x Сила действия ветра Я л зависит от скорости ветра, площади обдуваемой поверхности и воздушного сопротивления судна. Силу действия ветра на судно (в Н) можно определить по формуле, которая для случая якорной стоянки упрощается: R А = 0,61Cx a U 2 (А u cos q u + B u sin q u), где Cx a - коэффициент воздушного сопротивления, зависящий от угла q u U - скорость ветра, м/с; А u , B u - площадь проекции надводной части корпуса судна соответственно на мидель и ДП, м 2 ; q u - угол между ДП и направлением ветра, °. Рассмотрим силу действия течения R т. Скорость течения на якорных стоянках редко превышает 2 - 3 уз. При расчете силы действия воды на подводную часть судна (в Н) можно использовать формулу R т = 58,8В T V 2 T sin Θ Т, где В т - проекция подводной части корпуса на диаметральную плоскость судна, м: ; V T - скорость течения, м/с; Θ Т - угол между направлением течения и ДП, °. Значение В T (в м 2) определяют по формуле В T = 0,9L max d ср где L max - наибольшая длина судна, м; d ср - средняя осадка, м. Силу рыскания R m , условно принимают равной весу якоря в воде. Для учета сил ударов волн по корпусу судна необходимо вводить в расчеты коэффициент динамичности Кд, который в первом приближении можно принять равным 1,4.

3.Розрахунок довжини якірного каната, необхідної використання тримає сили якоря.

Теоретично завдання може бути поставлене і в дещо іншому плані, а саме: необхідно визначити довжину якірного ланцюга, при якому буде повністю використана сила якоря, що тримає.

У цьому випадку горизонтальну складову натягу якірного ланцюга слід прирівняти до тримає якоря силі (Т=Р ЯК). Тоді lц = h де k rp - Коефіцієнт тримає сили якоря, що залежить від грунту і типу якоря; Pя - вага якоря, Н. Суворе розв'язання задачі з урахуванням всіх елементів динаміки процесу представляє певні труднощі через обмеженість необхідної для цього вихідної інформації. Слід зазначити, що з практичної точки зору в цьому немає необхідності, оскільки за несприятливих умов якірної стоянки потрібен інший підхід до безпеки судна. При обмежених коливаннях, що здійснюються судном у вертикальній площині, задовільні значення довжини якірного ланцюга, при якій компенсуються динамічні ривки, можуть бути отримані за рахунок введення у формулу так званого коефіцієнта динамічності kд: lц = h де Тср -середнє значення зовнішньої сили Н; kд - залежно від типу судна, умов стоянки можна прийняти 1.4-1.7

4. Розрахунок довжини якірного каната, необхідної для компенсації зовнішніх сил, що діють на судно.

Статичне рішення задачі довжини якірного ланцюга тобто виходячи з припущення, що судно під час якірної стоянки не має нишпорення. Ця крива називається ланцюговою лінією і описується такими рівняннями: l=ash(x/a) y= a+h = a ch (x/a) де l - Довжина якірного ланцюга від якоря до клюза, м; а - параметр ланцюгової лінії, що дорівнює відстоянню її вершини від початку координат a = T/pц, м; х, у - координати точки, в якій знаходиться якірний клюз м; h - відстояння клюзу від ґрунту, м. Спільне рішення наведеної системи рівнянь дозволяє визначити l: l=h або, враховуючи, що a = T/pц l=h де Т - горизонтальна складова натягу якірного ланцюга Н; Ра. - вага I м якірного ланцюга у воді, Н. Відповідно до поставлених початкових умов, горизонтальна складова натягу якірного ланцюга дорівнюватиме сумарній силі вітру і течії, що діє в даний момент на судно, Т = F T + F A lmin = h . Розрахунки, виконані за цими формулами, дають найменше значення довжини якірної ланцюга, коли він забезпечується нормальна робота якоря. Для виключення можливості зниження тримає сили якоря за рахунок ривків при появі у судна коливальних рухів через зміну навантаження (поривів вітру, наявності хвилювання та ін) довжина якірного ланцюга повинна бути дещо збільшена, щоб частина її при середніх значеннях зовнішньої сили лежала на ґрунті .

Лінійна щільність якірного ланцюга (в кг/м): у повітрі q= 0.021d 2 ц, у воді q=0,021*0,87^^0.018 d 2 ц, де du – калібр якірного ланцюга, мм. p align="justify"> Коефіцієнт тертя при протягуванні якірного ланцюга по різному грунту (без урахування присмоктування) визначається за табл. Тримаюча сила може бути отримана через масу якоря G і питому тримаючу силу К: K = F я /gG = 0.73 г (b як /l як)(66/М як)h 3 як де g - прискорення вільного падіння (9, 81 m/c s); г - щільність грунту, т/м 3 ; b як - ширина лапи якоря, м; l як - довжина лапи якоря, м; М як - величина, яка залежить від типу якоря та глибини занурення його лап; h як - занурення лапи якоря, м. h як = l як sinα як; тут α як - кут нахилу лап якоря, ° (для якоря Холла а = 45 °). Безпека якірної стоянки залежить від сукупності ряду факторів: стану судна, характеру ґрунту та насамперед гідрометеорологічної обстановки. Слід завжди пам'ятати, що навіть найсприятливіша якорна стоянка за певної зміни гідрометеорологічних умов може виявитися небезпечною і буде потрібно негайна зйомка з якоря для зміни місця стоянки або виходу у відкрите море. У зв'язку з цим категорично забороняється при стоянці судна на якорі проводити в машинному відділенні будь-які роботи, пов'язані з виведенням з ладу головного двигуна, кермового та якірного пристроїв. Машина повинна бути у готовності, термін якої встановлюється капітаном судна залежно від конкретної обстановки. На час всієї стоянки судна якорі встановлюються ходові вахти як у містку, і у машинному відділенні. Вахтова служба повинна вести безперервне спостереження як за станом погодних умов, і навколишньою обстановкою, поведінкою інших судів, які стоять поблизу якорі. Велику увагу слід приділяти своєчасному виявлення дрейфу судна, навіщо повинні використовуватися всі доступні у разі способи. Нині контроль дрейфом судна найчастіше здійснюється навігаційними способами шляхом взяття контрольних пеленгів чи дистанцій. Для досягнення найбільшої ефективності контролю як орієнтирів при знятті пеленгів або вимірі дистанції слід вибирати предмети, у яких зміни пеленгів (дистанції) у разі появи дрейфу будуть найбільш помітними. Підбираючи орієнтири, необхідно мати на увазі, що зовсім не обов'язково, щоб вони були нанесені на карту, оскільки виявлення дрейфу може бути встановлене характером зміни пеленгів (дистанцій) без виконання обсервацій. Для пеленгування найвигідніше вибирати орієнтири, розташовані близько до траверзу з обох бортів судна, а для вимірювання дистанцій - на носових або кормових курсових кутах. На невеликих і низькобортних суднах рекомендується використовувати і такий старий метод, як викидання прямо по носі ручного лота або просто баластини на лині з невеликою слабиною останнього. Натяг линя при постійному курсі судна є правильною ознакою появи дрейфу судна.

Особлива увага контролю за дрейфом судна повинна приділятися при стоянці на якорі на грунтах, що погано тримають, при нерівному горбистій дні. У цьому випадку на додаток до контролю за дрейфом судна на містку рекомендується виставити спостерігача на носі безпосередньо біля якірного пристрою. Різка зміна натягу якірного ланцюга, коли він надривається, а потім відразу ж різко провисає, є ознакою того, що якір повзе по грунту. Наявність вахтового у брашпіля, якщо немає автоматичного пристрою віддачі якоря, також корисна при стоянці на рейді з великою кількістю інших суден, які стоять на якорі. У разі дрейфу сусіднього судна швидке травлення якірного ланцюга дозволить усунути ризик навалу або хоча б зменшити його наслідки. Заходи щодо запобігання дрейфу залежать від причин, що викликали його, поява. За сприятливих погодних умов дрейф судна може виникнути через слабку міцність, що тримає якоря, коли якір або повзе на погано тримають ґрунтах, або періодично вивертається з ґрунту в результаті нерівномірного ущільнення ґрунту під лапами якоря при пухких ґрунтах. У таких випадках найкраще змінити місце якірної стоянки, особливо якщо дрейф відбувається у бік берега, будь-якої навігаційної небезпеки чи іншого судна. Найчастіше причиною дрейфу є погіршення гідрометеорологічної обстановки. Цілком зрозуміло, що дрейф судна стане неминучим, якщо зовнішні сили досягнуть значення, що перевищує силу якоря. У певних межах тримаюча сила якоря може бути трохи підвищена за рахунок додаткового травлення якірного ланцюга. Частина ланцюга, що лежить на грунті, дозволяє збільшити силу якоря, що тримає, на величину Δряк = f p ц Δl.

6. Способи постановки на один або два якорі.

Розглянемо кілька найхарактерніших випадків постановки судна однією якір і два якоря. Постановка на якір заднім ходом. Судно маневрує таким чином, щоб у точку віддачі якоря прийти на курсі, протилежному напрямку рівнодіючого вітру та течії. У точці віддачі якоря судно або зовсім не повинно мати руху або повільно просуватися назад. Віддасться якір того борту, що під час стоянки бажано мати навітряним. На канат виходять завдяки дрейфу чи підробивши двигуном заднім ходом. При значній швидкості дрейфу його зменшення підробляють двигуном вперед. Постановка на якір переднім ходом. Вона застосовується рідше, оскільки до виходу канат судно може розгорнути бортом до вітру. При цьому виникає небезпека ривка, який може вивернути якір із ґрунту. До моменту віддачі якоря судно не повинно мати руху або може повільно просуватися вперед, лежачи на курсі, що відповідає напрямку рівнодіючого вітру та течії. На одногвинтовому судні краще віддавати якір борту, що різнимає з кроком гвинта. Швидкість виходу на канат регулюється роботою двигунів. Канат труять слабо до довжини, при якій буде повністю використана сила якір, що тримає, після чого його починають поступово обтягувати. При цьому судно починає розвертатися носом до якоря. Для плавного зупинення судна не слід поспішати затримувати канат. Краще витравити його на зайву довжину, а потім підібрати. Постановка на два якір для збільшення тримає сили якірного пристрою. У цьому випадку якоря кладуть з невеликим рознесенням так, щоб кут між якірними канатами становив не менше ніж 30-40°. Першим віддають якір того борту, який діє сумарна сила вітру і течії. Маневрувати можна у різний спосіб. Постановка з ходу. При підході до місця віддачі першого якоря на курсах, близьких до перпендикулярних до напрямку вітру або течії, слідують з такою швидкістю, щоб, працюючи машиною назад, судно змогло зупинитися біля місця віддачі другого якоря. Перший якір віддають на передньому ході. Канат труять слабо, кермо кладуть у бік відданого якоря, і судно, розгортаючись проти вітру та течії, підходить до місця віддачі другого якоря, після віддачі якого виходять на канати. Витрує канати на потрібну довжину, їх плавно обтягують і вирівнюють. При постановці способом «тандем»судно стоїть на одному якорі, а другий кладуть на ґрунт і використовують як волокушу. Довжина витравленого каната повинна не набагато перевищувати піднесення клюза над грунтом. Якір, що волочиться по грунту, створює додатковий опір і зменшує амплітуду нишпорення. Постановка способом «фертоїнг»застосовується для зменшення радіусу циркуляції та амплітуди нишпорення в тих випадках, коли в районі якірної стоянки спостерігаються мінливі напрямки на протилежне припливно-відливні течії або бризи. Якорі кладуть йод кутом, близьким до 180 °. Довжина якірного каната, спрямованого проти течії чи вітру, має бути достатньою для забезпечення безпеки стоянки. У другого каната підбирають слабину. При постановці на два якір для зменшення нишпорення суднаякірні канати кладуть під прямим або навіть тупим (до 120 °) кутом. При цьому коли канат основного якоря розташовується паралельно напрямку вітру, канат другого якоря повинен натягнутися. Тоді судно при нишпоренні може перетинати лінію вітру тільки в один бік. Постановку здійснюють два прийоми, як описувалося вище. Але для того щоб отримати між канатами прямий або тупий кут, канат, що розташовується за вітром, цькують на довжину більшу, ніж необхідно для безпеки стоянки, а після віддачі другого якоря підбирають до отримання бажаного кута. Співвідношення довжини канатів – приблизно 4:3. Зазначений спосіб може застосовуватися для відстою при проходженні циклону, коли відбувається зміна кругового напрямку вітру. Якщо зміна вітру очікується за годинниковою стрілкою, судно ставлять на лівий якір, а правий кладуть на траверзі. У міру того, як вітер заходить вправо, правий канат травлять. Після того, як довжина канатів вирівнюється, а вітер продовжуватиме заходити вправо, починають підбирати лівий канат. Постановка судна на шпрингзастосовується для утримання судна у певному положенні стосовно вітру та течії, частіше - з метою прикриття корпусом судна від вітру та хвилювання плавзасобів, що знаходяться біля борту. Для постановки на шпринг швартовний трос (у разі його називають шпрингом) обносять але зовнішній боці того борту, з якого віддано якір. Один кінець його проводять через швартовний клюз у кормовій частині судна і кладуть на кнехти. Другий кінець проводять через борт через якірний клюз і кріплять до якірного каната, який попередньо підбирають до мінімальної довжини (така довжина забезпечує стоянку без дрейфу). Кріплення краще виконувати сталевим стропом, що дорівнює зі шпрннгом міцності, заводячи його навколо якірного каната. Строп та шпринг з'єднують такелажною скобою. Потравлюючи якірний канат, ставлять судно лагом або під бажаним кутом до вітру. У таке положення судно може бути поставлене і за допомогою кормового якоря або завезеного стоп-анкера. Слід пам'ятати, що судно, що стоїть на шпрингу, більшою мірою схильне до дрейфу, так як має великий опір вітру і течії. На рис. 1G.10, впоказана постановка судна на два якорі і два ширини. У тих випадках, коли один якір не забезпечує необхідного зусилля, що тримає, до якірного каната кріплять два якорі один за одним. Найчастіше спосіб постановки на «гусок»застосовується при завезенні якір для стягування судна з мілини.

7. Маневрування під час постановки (зйомки) на один або два якорі.

Під час зйомки з якоря у свіжу погоду для полегшення роботи. Брашпіля рекомендується обережно підробляти машиною, але з таким розрахунком, щоб судно не набуло великого розгону і якірний ланцюг не пішов під корпус судна. Для встановлення необхідного режиму роботи двигуна помічник капітана, що знаходиться на баку, повинен безперервно доповідати на місток про положення якірного ланцюга (її натяг і напрям). До допомоги двигуна при зйомці з якоря доводиться також вдаватися у тих випадках, коли якірний ланцюг настільки засмоктується ґрунтом, що брашпіль, як кажуть, «не тягне», тобто не в змозі вирвати ланцюг із ґрунту. Щоб у момент ривка не пошкодити брашпіль, необхідно перш ніж давати хід, взяти ланцюг на ланцюг на стопор і від'єднати брашпіль. Зйомка з двох якорів в залежності від конкретних умов якірної стоянки може здійснюватися як з роздільною, так і одночасною вибіркою якірних ланцюгів. До почергового підйому якорів вдаються завжди при великому куті рознесення якірних ланцюгів, коли судно стоїть на двох якорях способом фертоїнг, на якірних ланцюгах, що перехрещуються, і т. п. У цих випадках вибирається першим якір, що є в даний момент «не робітником», а потім якір , на якому судно в цей час стоятиме. Якщо судно стоїть на двох якорях з ланцюгами, що перехрещуються, то першим вибирається якір, відданий для запобігання нишпоренню. При цьому, щоб не допустити при вибірці тертя одного ланцюга про інше, необхідно, щоб ланцюг основного якоря був на цей час натягнутий («надраєна»). Тому якщо зйомка з якір відбувається вже при ослабленому вітрі, необхідно дати машині перед початком зйомки невеликий поштовх на задній хід. При стоянці на двох якорях способом фертоїнг для зйомки з якір спочатку труять якірний ланцюг якоря, на якому судно стоїть в даний момент, і одночасно з цим підбирають якірний ланцюг другого якоря. Коли він опиниться в клюзі, вибирають перший якір. Якщо кут рознесення якірних ланцюгів не перевищує 30-40 °, то за сприятливих умов зйомка з якір для її прискорення може проводитися з одночасним вибором обох якірних ланцюгів. При цьому слід мати на увазі, що на стисненому рейді, де дрейф судна неприпустимий, до одночасної вибірки якорів можна вдаватися, якщо різниця в довжинах якірних ланцюгів становить менше однієї глибини, або більше трьох глибин. У першому випадку обидва якорі будуть підірвані одночасно, що дозволить одразу почати працювати машиною, не допускаючи дрейфу судна. У другому випадку після підриву якоря з коротшим ланцюгом судно буде надійно залишатися без дрейфу на другому якорі. Таким чином, в обох випадках можна буде спокійно втягнути якоря по черзі в клюзи. При почерговому підйомі якір спочатку вибирається більш короткий якірний ланцюг, а потім після втягування якоря в клюз, більш довга. При цьому якщо зйомка з якоря здійснюється в умовах свіжої погоди, а момент підриву першого якоря необхідно підробити машиною на передній хід, щоб не прийти ривком на другий якірний ланцюг. При рівнодовгих якірних ланцюгах черговість їхньої вибірки диктується лише навігаційними міркуваннями. Зазвичай останнім піднімається той якір, у бік якого судно розвертатиметься на вихід із рейду. Це робиться для того, щоб у разі труднощі у розвороті судна на новий курс можна було використовувати якір. Особливі труднощі під час зйомки з двох якорів виникають, якщо в результаті зміни напрямку вітру судно розгорнеться і якірні ланцюги перехрестяться, утворюючи хрест при розвороті судна на 180 ° або при розвороті на 360 °. Освіта хреста, а тим більше крижа - річ надзвичайно небажана, тому що при цьому порушується нормальна робота якірного пристрою та може статися пошкодження якірних ланцюгів. Тому, як уже зазначалося, у разі небезпеки виникнення такої ситуації має бути зроблено своєчасне перекладання якорів. Якщо ж цього зроблено не було, необхідно вибрати хоча б один із якорів, доки утворився лише хрест. Спочатку вибирається той якірний ланцюг, який знаходиться знизу, другий - при необхідності потравлюється. Коли вибраний якір стане панер, другий якірний ланцюг виявиться чистим і далі можна надходити за обставинами: або знову стати на другий якір, або вибрати перший, щоб змінити місце стоянки. Все виявляється значно складнішим, якщо утворюється крест (або кілька крестів). У цьому випадку, перш ніж починати зйомку з якір, необхідно розвести кресті - розвернути судно в бік, зворотний закручування якірних ланцюгів. За сприятливих погодних умов розворот малотоннажного судна, хоч і зі значними труднощами, може бути зроблений за допомогою власної машини та суднового катера. Для розвороту великотоннажного судна потрібна допомога буксира. Якщо через погану організацію вахтової служби невідомо, в який бік відбулося закручування якірних ланцюгів, то для визначення напрямку розвороту судна вибирають обидва якірні ланцюги доти, доки з води не з'явиться крест. Розворот слід робити проти руху годинникової стрілки, якщо на початку крыжа правий ланцюг буде видно поверх лівої, і у зворотний бік, якщо лівий якірний ланцюг опиниться на правій. Виробляти для розведення крижів розклепування якірних ланцюгів на сучасному судні – завдання практично малореальне.

8. Розворот судна у вузькості за допомогою якоря.

Розвороти на обмеженій акваторії. Якщо на судні з відданим на грунт якорем, ланцюг якого натягнутий назад паралельно ДП, перекласти кермо на один з бортів і дати передній хід двигуну, то корма судна під впливом бічної сили керма P ру, що обтікає струменем від гвинта, отримує бічне переміщення в бік, протилежне перекладанню керма. Поздовжнього переміщення судно в початковому періоді не отримує, оскільки сила упору гвинта Рекомпенсується силою, що тримає якоря Р я, тому обертання спочатку відбувається навколо полюса повороту, положення якого залежить, від точки докладання поперечної сили. В даному випадку поперечна сила P ру створюється кермом, отже, прикладена приблизно на відстані 0.5L у корму від ЦТ, тому відповідно до графіка х пп = f(х р) перебуватиме приблизно на відстані 0.15L в ніс від ЦТ. Якщо якірний ланцюг витравлено на таку довжину l ц, при якій якір буде перебувати під днищем судна в районі полюса повороту (у цьому випадку відповідає l ц =0,35L), то судно і надалі продовжуватиме обертання навколо ПП без поступального руху ( якщо якір не тремтить). Отже, воно може бути розгорнуто практично на місці на будь-який кут. Якщо витравлено якірного ланцюга менше ніж 0.35L, то ПП зміщується в ніс, і обертання судна відбуватиметься як і раніше навколо точки, що знаходиться приблизно над якорем, що лежить на грунті, але з дещо меншою кутовою швидкістю, ніж у випадку l ц = 0,35L . Зменшення кутової швидкості пов'язане з тим, що ЦТ в даному випадку буде описувати дугу більшого радіусу, а це призводить до зростання дединамічного гідродинамічного моменту. Якщо ж якірного ланцюга витравлено більше ніж 0,35L, то після початку обертання між ДП і напрямом якірного ланцюга утворюється більш менш значний кут, а це призводить до появи поперечної складової натягу якірного ланцюга, прикладеної до носового краю і сприяє розвороту судна. Слід враховувати, що при такому обертанні судно набуває деякого поступального руху, тому потрібне для розвороту простір зростає. У всіх розглянутих випадках розвороту з використанням відданого на ґрунт якоря необхідно, щоб сила упору гвинта не перевищувала тримаючої сили якоря. В іншому випадку якір поповзе, і судно може не вписатися в акваторію.

9. Гальмування судна з використанням якорів.

Зниження гальмівних характеристик судна та підвищення його керованості на малих швидкостях можна досягти, використовуючи витрачені якорі з невеликою кількістю якірного ланцюга. Експериментально встановлено, що довжина гальмівної колії судна з витравленими якорями порівняно з довжиною гальмівної колії судна без витравлених якорів зменшується приблизно на 30%. Виявлено також, що діаметр циркуляції судна зменшується навіть при невеликій кількості ланцюга у воді на 15-20%. Спостерігається значне покращення керованості. По-перше, з відданими якорями при тон же швидкості руху двигунам можна дати велике навантаження і тим самим збільшити швидкість потоку, що набігає на перо керма. По-друге, внаслідок змішування центру сил опору води в ніс збільшується крутний момент від дії керма. В даний час судна ММФ обладнають приладами для дистанційної віддачі якорів, покращують конструкцію брашпилів та

шпилів, що дозволить більш ефективно застосовувати якорі підвищення маневрених якостей судів. Сила опору (в Н) якоря типу Холла потоку води, що набігає, R я = а 1 V з 2 G 2/3 де а 1 - розмірний коефіцієнт опору, приблизно рівний 5,5; V - швидкість потоку води, м/с; G – маса якоря, кг. Для розрахунку сили опору (в Н) якірного ланцюга прийнята залежність виду: R цп = с ц d ц l яц V с 2 де с ц - розмірний коефіцієнт, що дорівнює 588; d ц - калібр якірного ланцюга, м; l яц - довжина ланцюга, м. Для визначення спільного опору якоря і ланцюга потоку води, що набігає, необхідно визначити опір якоря R я при даній швидкості судна і підсумовувати його з опором ланцюга R цп. Рівняння вільного гальмування судна з витраченим якорем і якірним ланцюгом можна записати з урахуванням виразу в наступному вигляді: m (dV/dt) + (e + e + яц) KV 2 =0 де е яц = (R я + R цп) /R - коефіцієнт, що враховує вплив сили опору якоря та якірного ланцюга (R -сила опору води). Після інтегрування виразу отримаємо (відповідно в секундах і метрах): t i = (m/K(e + e у + е яц))(V -1 i - V -1 c) S i = (m/K(e + e в + е яц))ln(V c /V i). Також застосовується гальмування з використанням якорів, що протягуються по ґрунту.

10. Команди та доповіді при постановці (зйомці) на якір.

У правого/лівого якоря стояти! (Stand by starboard/port anchor!) Віддати правий/лівий якір! (Let go starboard/port anchor!) Труїти якір-ланцюг! (Slack away the cable!) Дві смички у воду! (Two shackles in the water!) Затримати якір-ланцюг!(Hold on the chain!) Вибрати якір-ланцюг! (Heave in the chain!) Закріпити якір-ланцюг! (Make fast the chain!) Накласти стопор! (Secure the break!) Панер! (It is apeak!) Якір чистий! (The anchor is clear!) Якір не чистий! (Foul anchor!)

11. Класифікація водної акваторії. Дрібноводдя.

З погляду управління судном поняття вузькості визначається співвідношенням між маневреними характеристиками судна (з урахуванням його лінійних розмірів) та шириною водного простору, в межах якого судно може безпечно слідувати за існуючих засобів навігаційного забезпечення. З точки зору ширини акваторії ділять на відкриті канали і. Відкриті акваторії ділять на глибокі, дрібні та поглиблені морські шляхи. Відкритою та глибокою акваторією називається така, на якій дно та береги не впливають на маневрені якості судна. Ширина відкритої акваторії визначається діаметром циркуляції. У морській світовій практиці приймається, що для виконання самостійної циркуляції на акваторії, де немає вітру та течії, необхідні розміри акваторії b >8L,де b – ширина акваторії, м; L -довжина судна, м. Ця залежність дійсна всім плаведниць, оскільки коефіцієнт k,рівний 8, є найбільшим коефіцієнтом використовуваних для визначення нормального діаметра циркуляції. Розмір параметра ширини акваторії відповідає мінімальному діаметру тактичної циркуляції. Визначення поняття мілководдя можна так. Судно, що рухається, викликає утворення різних хвиль.

12. Ефект хвилеутворення. Супутня хвиля.

Частка води у хвильовому русі на глибокій воді рухається круговою орбітою. Радіус орбіти на поверхні дорівнює амплітуді хвилі, а на глибині Нрадіус r н визначається формулою: r н = r про e - kH де r про - радіус орбіти частки на поверхні води, рівний амплітуді хвилі, м , е -основа натуральних логарифмів; k = 2 П/λ - хвильове число (λ- довжина хвилі, м); Н -глибина, що відраховується від поверхні води, м. Параметр e - kH називають коефіцієнтом загасання. Відомо, що якщо глибина води менша за 0,5λ, то при русі судна необхідно брати до уваги вплив дна. Рівняння, що визначає залежність швидкості хвилі від її довжини та глибини акваторії, с = де з -швидкість хвилі, м/с; g -прискорення вільного падіння, м/с2. При H→∞ вираз th (2ПH/ λ) →1 та швидкість поширення хвилі на глибокій воді с=. Відповідно до рівняння, при λ =const швидкість хвилі на мілководді менша, ніж на глибокій воді, оскільки частинки рухаються не по круговій орбіті, а по еліптичній. Швидкість судна, рівна максимальної швидкостіпоширення хвиль, називається критичною швидкістю судна, а величина цієї швидкості може бути визначена за рівнянням або приблизно для практичних цілей за допомогою виразу V кр = . Вплив мілководдя починає помітно позначатися при переході за швидкості, рівні 0,6V кр, коли висота і довжина поперечних хвиль, що створюються при русі судна, починають різко зростати. У міру збільшення швидкості збільшується і кут, що складається гребенями хвиль із ДП судна. При швидкості V>0,75V кр, поперечні та розбіжні хвилі поєднуються в одну загальну поперечну хвилю, що досягає найбільших розмірівза швидкості V= (0,9-1,0) (gH) 1/2і має вигляд поперечного валу, що рухається разом із судном трохи попереду форштевня. У кормовій частині судна кілька попереду ахтерштевня також створюються поперечні хвилі, які поширюються далеко з обох боків від судна. Разом із зростанням хвилеутворення зростає і опір води руху судна, перевантажується двигун, зростає витрата палива, підвищується знос двигуна. Тому збільшувати швидкість судна до значень, більших за 0,80 V кр, недоцільно. Швидкість суден у каналі призначається в межах 4-12 уз, проте, вона не повинна перевищувати величини 0,9 V кр.

13. Ефект просідання.

При русі судів відбувається зміна їх положення на плаву по відношенню до вільної поверхні та дна водойми. Істотна зміна посадки (просідання судна) спостерігається в умовах мілководдя, в каналах, річках та інших обмежених умовах. Аналітичний метод розрахунку посадки судна на ходу в умовах глибокої води було розроблено Ю. Н. Поповим. Задовільна відповідність результатів теоретичного розрахунку, заснованого на використанні лінійної теорії хвиль, з експериментом виходить у тому випадку, якщо зміна середнього осідання та кута диферента розглядається як сума двох складових, одна з яких викликається дією гідродинамічної вертикальної сили або відповідно диференціюючого моменту, а інша - перерозподілом зануреного обсягу через хвилеутворення. У цьому випадку: Δd = Δd д + Δd в; ψ= Δψ д + Δψ де Δd - зміна середньої осідання судна на ходу, м; ψ - кут диферента судна на ходу, град; Δd д - зміна середньої осідання судна від дії гідродинамічної вертикальної сили, м; Δψ д - зміни кута диферента під дією гідродинамічного днфферентуючого моменту, град; Δd в, Δψ - відповідно зміна середньої осадки і кута диферента через хвилеутворення. Розрахунки просадки суден на мілководді, якщо брати за основу висловлювання, надзвичайно трудомісткі. При порівняно малих докритичних швидкостях руху судна на мілководді, каналах, річках знижується роль власного хвилеутворення судна. Перерозподіл зануреного обсягу судна на ходу може бути наближено пояснено зміною рівня вільної поверхні води через наявність стиснення фарватеру. Прирощення осідання судна при русі по мілководді в загальному випадку пояснюється зменшенням гідростатичного тиску води під днищем корпусу судна. Це зменшення є наслідком збільшення швидкості обтікання днища водою через стислість потоку, зниження рівня води біля бортів, а також умов хвилеутворення у судна, що рухається. Гребні гвинти, що працюють, також впливають на просідання судна. Питанням збільшення опади під час руху судна в стиснутих умовах займалося багато радянських і зарубіжних дослідників. В результаті теоретичних та експериментальних досліджень розроблено велику кількість методів та емпіричних залежностей для визначення просадки судна в різних умовах плавання та конструктивних особливостей суден. Найбільш загальне рішення має званий класичний метод. Цей метод ґрунтується на безпосередньому застосуванні закону Бернуллі та закону нерозривності рідини. Модифікуючи рівняння Бернуллі та приймаючи, що величину тиску рможна висловити висотою водяного стовпа над умовним рівнем Н,рівняння Бернуллі набуде вигляду H+(U 2 /2g)=const, де Н -глибина, м; U -швидкість потоку води, що омиває судно, звана швидкістю зустрічного потоку, м/с; g -прискорення вільного падіння, м/с 2 . При порівняно малих докритичних швидкостях руху знижується роль свого хвилеутворення судна. Перерозподіл зануреного обсягу судна на ходу може бути наближено пояснено зміною вільної поверхні води через наявність стиснення фарватеру. Розглянемо випадок руху судна у каналі. Рух його відповідно до рівняння Бернуллі призводить до збільшення швидкості руху води вздовж корпусу судна, а це призводить до зниження дзеркальної поверхні води (глибини Н).Після перетворення, позначивши H 0 -H x = ΔH, отримуємо величину зниження дзеркальної поверхні води (просідання судна) ΔH=U(2V+U)/2g.

14. Ефект гідродинамічної взаємодії.

Однією з найнебезпечніших навігаційних ситуацій є розбіжність судів на невеликих траверзних відстанях. В цьому випадку на їх корпуси можуть впливати додаткові зовнішні сили, що обумовлені гідродинамічною дією корпусів. Внаслідок дії цих сил суду можуть втрачати керованість та може виникати аварійна ситуація, відбуватися зіткнення судів. Морська практика зареєструвала досить велику кількість зіткнень, що сталися внаслідок гідродинамічної взаємодії суднових корпусів. Залежно від поєднання різних факторів та взаємного положення суден, що виникають при гідродинамічному контакті на корпусах суден, поперечні сили. Y г імоменти М гможуть змінювати свій знак і може відбуватися не лише «тяжіння», а й «розштовхування» судів. Поперечна сила Y гпозитивна за знаком, якщо вона направлена у бік борту судна, що зустрічає або обганяє. Момент зарискування М гвважається позитивним за знаком, якщо він прагне розгорнути носовий край розглянутого судна у бік борту зустрічного або судна, що обганяється. Фізична сутність явища гідродинамічної взаємодії двох суднових корпусів може бути викладена так. З гідромеханіки відомо, що в ідеальній рідині вздовж лінія потоку виконується закон збереження енергії, який записується у вигляді рівняння Бернуллі, Р + ρV 2 /2g=const,де р - тиск у довільній точці лінії струму. Па; ρ - щільність води, т/м 3 .Припустимо, що два однакові судна рухаються в ідеальній (нев'язкій) рідини паралельно з однаковою швидкістю на відстані між бортами. Цей випадок рівносильний гідромеханічно випадку зверненого руху, коли обидва судна нерухомі, а на них набігає однорідний потік рідини, що має на нескінченному віддаленні від суден швидкість u 0 . Застосуємо рівняння Бернуллі до ліній потоку рідини, що обтікає корпус судна l. Для лінії струму АВ: р 0 + u 0 2 / 2 g = p b + u b 2 / 2 g p b - р 0 = p / 2 g для лінії струму АС; р 0 + u 0 2 / 2g = p c + u b 2 / 2g; p c - р 0 =ρ/2g Оскільки корпус судна має певні розміри, а рідина нерозривна, то швидкості частинок рідини в точці Зпоблизу борту судна буде більше, ніж у точці Ана віддаленні від судна. Таким чином, у точці С тиск буде знижено порівняно з тиском на відстані від судна, тобто. виникає розрідження. У точці потоку Ст.розташованої на боці борту судна, зверненого до судна-партнера 2, потік рідини має швидкість u b , яка більша за швидкість u c , оскільки між корпусами суден потік піднімається. Отже, розрідження з боку борту, зверненого до судна-партнера, буде ще більшим. За рахунок перепаду тиску на зовнішньому та внутрішньому бортах на корпус судна діятиме поперечна гідродинамічна сила присмоктування. У випадку, якщо корпус судна має помітну несиметрію щодо міделя, то поперечна сила присмоктування Yг може бути прикладена на деякому віддаленні від ЦТ, т.ч. на корпус судна діятиме момент зарискування Мг певного знака.

15. Сутність впливу мілководдя на управління судном. Втрати швидкості та критична швидкість судна на мілководді.

Практикою встановлено, що на мілководді, порівняно з глибокою водою, різко погіршується експлуатаційна стійкість судна на курсі, підвищується ризиковість; помітно погіршується і поворотливість суден. На мілководді різко зменшуються кути дрейфу, кутова швидкість повороту і відповідно збільшується радіус циркуляції, що встановилася, при однакових кутах перекладки керма. Дослідження А. Д. Гофмана показали, що погіршення поворотливості на мілководді носить закономірний характер. Для визначення радіусу циркуляції на мілководді Rм їм отримана наступна залежність: Rм=R ∞ /(1+0.1d/H-0.71(d/H) 2), де R ∞ -радіус циркуляції на глибокій воді, м. Відношення кутовий швидкості повороту на мілководді w мдо кутової швидкості на глибокій воді w∞, виявилося дуже стабільним для судів різних типів. Для визначення середньоквадратичної похибки тактичного діаметра циркуляції D Тта висуву l 1 В. І. Нестеренко провів широкомасштабний натурний експеримент на теплоході «Борис Бувін», виконаний на глибокій воді та на мілководді. Середньоквадратична похибка склала 5%, що свідчить про застосування формули для морських суден. Можна рекомендувати судноводіям морських суден застосовувати номограми для коригування циркуляції на глибокій воді в умовах мілководдя. Для розрахунку висуву l 1 на мілководді можна застосувати залежність l 1 / L = 2.38 +0.36 (D T / L), де L -довжина судна, м. Розрахунки показують, що, наприклад, для d/H=0,9 збільшення висуву на мілководді по відношенню до висуву на глибокій воді становить 62%, а при d/H=0.5 - близько 17%. Як очевидно з наведеного аналізу, кількісна зміна властивостей циркуляції на мілководді проти глибокої водою то, можливо істотним і судноводій зобов'язаний це враховувати при плаванні в обмежених умовах. Ця інформація необхідна і для розбору аварій, пов'язаних зі зіткненням суден та посадкою на мілину. Зменшення кута дрейфу на мілководді є сприятливою обставиною, оскільки воно дозволяє збільшувати розміри суден для безперешкодного проходження лімітуючих поворотів.

Зазвичай для проведення ходових або здавачів, щоб виключити вплив мілководдя, вибирають полігон з глибиною, що визначається виразом H>4d+3V 2 /g, де d -осаду судна, м; V – швидкість судна, м/с; g -прискорення вільного падіння, м/с 2 . При вирішенні практичних завдань управління судном мілководдям можна вважати, коли відношення глибини до осідання судна H/d<3. Для расчета скорости на мелководье может быть применена формула, полученная А. П. Смирновым, V м = k v k δ k B / d V ∞ где V м - скорость судна на мелководье, м/с; V ∞ - скорость судна на глубокой воде, м/с; k v - коефіцієнт пропорційності; k δ - коефіцієнт пропорційності за повноту водотоннажності підводної частини корпусу судна; k B/d - коефіцієнт пропорційності відношення ширини судна до осідання B/d. Критич. швидкість - швидкість руху судна, коли він спостерігається рівність між швидкістю руху судна і швидкістю руху хвилі = супутня хвиля (Vкр=(gHгл) 1/2).

16. Способи визначення просідання та диференту судна на мілководді.

Визначення запасу води під корпусом судна при плаванні в каналах та на мілководді. Величина кліренсу До(глибина під кілем) повинна бути не меншою за суму навігаційних запасів: K>∑z i або K=(H+ΔH)-(d+Δd+a)>z0+z1+z2+z3, де H - навігаційна глибина, м; ΔH - поправка глибини на відхилення рівня води (позитивна, коли рівень вищий за ординар), м; d -осадка (найбільша) судна у воді стандартної густини (р=1025 кг/м 2), м; Δd - виправлення опади судна на солоність води, м; а - поправка на зледеніння судна, м (враховується у кожному конкретному випадку); z0 - запас на крен судна, м; z1-мінімальний навігаційний запас, м; z2-вол новий запас, м; z3-швидкісний запас, м. z0=B/2*sin(Θ+ Θ Д), де В -ширина судна, м.; Θ - кут крену від вітру, град; Θ Д - динамічний кут крену, град;

19. Особливості управління судном під час плавання в каналах.

При русі судна каналом збільшуються хвилеутворення і опір води, швидкість руху зменшується. Крім того, для збереження ложа каналу місцевими правилами плавання передбачено обмеження швидкості руху суден

При змішуванні судна з осі каналу та русі поблизу його брівки виникають сили відштовхування від берега, внаслідок чого ніс судна прагне розвернутися у бік осі каналу, а корма "присмоктується" до берега. Для перешкоджання такого «присмоктування» та забезпечення прямолінійного руху судна вздовж укосу каналу кермо слід покласти у бік брівки. При цьому якщо швидкість руху вздовж укосу каналу зменшується, то судно йде в бік берега, а при збільшенні швидкості - в бік осі каналу. Необхідно також враховувати можливість відходу носового краю судна від мілини. При русі повз розширені ділянки каналу внаслідок асиметрії обтікання корпусу потоком води біля судна збільшується ризик. При підході до такого ділянці воно прагне розвернутися у бік розширення, після проходу-в протилежний бік. На прямолінійній ділянці каналу судно має прямувати його осі. Ухиляння від осі каналу припустимо лише за розбіжності судів. Зустрічні судна повинні спочатку ухилитися таким чином, щоб їхні ліві борти були приблизно на осі каналу. Коли відстань між ними дорівнюватиме приблизно трьом довжинам більшого з суден, вони повинні поступово ухилятися на необхідну траверзну відстань, що забезпечує безпечну розбіжність. Для забезпечення безпечного руху при обгоні в каналі велике значення має швидкість руху під час роботи головних двигунів на мінімально стійкому режимі. Для обгону потрібно вибирати прямолінійні ділянки каналу. Траверзна відстань між суднами при розбіжності повинна дорівнювати відстані між укосом каналу і судном. У цьому випадку обтікання корпусів обох суден буде рівномірнішим, і явище присмоктування буде незначним. При розходженні двогвинтового судна бажано працювати одним гвинтом, розташованим до осьової лінії каналу. В цьому випадку зменшується відсмоктування води з боку берега, до якого підійшло судно, що призводить до зменшення відходу його від укосу. Для поліпшення керованості суден у момент розбіжності частота обертання рушіїв деякий час може бути збільшена. Це не викликає різкого збільшення швидкості. При зустрічах та обгонах суден у каналах і річках просідання збільшується більш інтенсивно, ніж на глибокій воді і це необхідно враховувати судноводію. Підходячи до глибоких виїмок і поворотів каналу, де судновий хід не проглядається, необхідно заздалегідь зменшувати швидкість, слідувати з обережністю та подавати відповідний звуковий сигнал, запропонований правилом 34(в) МППСС-72, а також по можливості оповіщати інші судна з УКХ-зв'язку своєму підході до криволінійної ділянки. Судно необхідно вести ближче до опуклого берега. При сильному вітрі безпека розходження в деяких випадках може бути забезпечена тільки при зупинці одного з суден, що зустрічаються, і зміщенні його з осі каналу. Проходячи повз судна, що стоять біля берега, необхідно заздалегідь знижувати швидкість руху до мінімальної. При плаванні річкою велике значення при управлінні судном матиме течія.

21. Основні поняття морського буксирування. Види буксирування.

Буксирування у кільватерздійснюється при морських та далеких океанських плаваннях; буксирування борту про борт - у портах, на добре захищених від морської хвилі акваторіях; буксирування штовханням -переважно на річках та озерах. В даний час буксирування штовханням стало застосовуватися і на морі. Зчленовані барже-буксирні склади, що складаються з дуже великих (дедвейтом приблизно 10000 т), обладнаних високими стійками барж і потужних буксирів з пристроєм в носовій частині для з'єднання з баржею, використовуються для перевезень круглого лісу з далекосхідних портів в Японію. Буксирний караванможе складатися з двох суден - буксирующего і буксируемого, або з кількох буксируючих суден і одного великого плавучого об'єкта, або з потужного судна буксирного і складу з декількох буксируемых плавзасобів. Морські та океанські буксирування в кільватер за кормою на буксирному канаті виконують після підготовки, до якої входять: ретельне опрацювання рейсу з урахуванням гідрометеорологічних факторів, обладнання каравану буксирним приладдям, технічними засобами, необхідними для забезпечення безпеки буксирної операції (лінеметальні установки, засоби аварій) рятувальні засоби). У таких випадках використовують потужні буксирні судна з необмеженим районом плавання або транспортні судна, які додатково обладнають засобами для кріплення буксирних тросів або використовують для цього штатне обладнання, розташоване в кормовій частині судна. До планових буксирних операцій найчастіше залучають буксири-рятувальники та криголами. Вимушені буксирування аварійних суден можуть виконуватися буксирами-рятувальниками експедиційного загону АСПТР або транспортними суднами, що знаходяться поблизу судна, що бідує. Капітан буксируючого судна на місці приймає рішення про спосіб кріплення буксирного троса, його довжину, швидкість руху каравану і вибір шляху прямування.

22. Розрахунок тяги гвинта та тяги на крюку судна, що буксирує. Паспортні діаграми тяги.

Максимальний упор, що розвивається буксируючим судном, визначимо за формулою: Р = 4400 * N е / (H в * n), N е = 0,87 * Опір судна, що буксирується, крім того, включається опір застопореного гвинта R" б = R" + R зв R " = 6 * W " * V 2 W = b " * B " * T " R зв = 2,24 * (D" в) 2 * V 2 кгс; V - у вузлах R S = R б + R" б (R = R0 + R1 = Rш; Fг = Рш-R0)

23. Визначення швидкості буксирування та міцності буксирного троса на тихій воді.

V б = V 0 (R0 / (R0 + R1) 1/2 - швидкість буксирування на тихій воді м / с; Допустима сила тяги на гаку Fдоп = Рразр / k, kH.Де k-коеф.запасу міцності.

24. Відносне переміщення суден під час буксирування на хвилюванні.

Теоретичні основиморський буксирування. При плаванні на тихій воді горизонтальна складова натягу буксирного троса дорівнює тому опору, який надає судно, що буксирується при даній швидкості. Опір судна, що буксирується, і власний опір долаються упором гребного гвинта (буксирувальника). При нерівномірній роботі машин буксирувальника, нишпоренні буксируючого і буксируючого суден, строгуванні з місця на початку буксирування, різкому повороті буксирувальника, шквалі, що раптово налетів, і в деяких інших випадках, коли спостерігаються ривки і з'являються динамічні навантаження, в буксирному тросі можуть виникнути зусилля упор гребного гвинта буксирувальника. Наведені вище причини виникнення в буксирному тросі значних зусиль, що перевищують максимальний упор гвинта, зустрічаються як при роботі на тихій воді, так і при буксируванні в штормових умовах. Але при плаванні на схвильованому морі або на мертвому хибі в буксирному тросі можуть виникнути зусилля, які багато разів перевищать нормальні значення тяги. Це тим, що буксирующие і буксируемые судна то зближуються, то видаляються друг від друга, унаслідок чого натяг буксирного троса постійно змінюється. При такому орбітальному русі центр тяжкості кожного судна, якби око було вільним, описав би біля свого середнього становища деяку орбіту. Рівняння такої орбіти в параметричній формі: х = а cos(2Пt/τ y =b sin(2Пt/τ) де τ - період хвилі, а 6 - деякі постійні для даного судна і даної хвилі. Крилов показав, що величина а і b не перевищують половини висоти хвилі, отже, якщо взяти значення а дорівнює половині висоти хвилі, то буде враховано найгірший випадок. Вплив вертикальних коливань суден на зусилля в буксирному канаті при довжинах буксирних ліній, що приймаються в морських буксируваннях, практично мізерно. х" = - 2л/ τ (a sin(2Пt/τ)) х"" =-4л 2 / τ 2 (a cos(2Пt/τ)). Найбільше прискорення буде в тому випадку, якщо cos(2Пt/τ) =1, х"" =-4л 2 / τ 2 a = w.Зусилля, яке виникає в цьому випадку, F=mx",де т -маса судна, т. Отже, щоб перешкодити судну масою тздійснювати орбітальний рух, до нього необхідно докласти силу, що дорівнює F.Найбільшого значення ця сила набуває при х""=w: Fmax = mw.Таким чином, при морському буксируванні необхідно підбирати буксирну лінію гак, щоб відстань між суднами могла змінюватися на значення, що дорівнює висоті хвилі 2а = hв. При цьому в буксирних канатах не повинно виникати напруги, що перевищує їх міцність.

26. Способи подачі та кріплення буксирного троса.

Прийоми подачі буксирного троса у порту залежать від того, чи можуть суду стати Сорт про борт або не можуть. В обох випадках потрібно провести деякі підготовчі роботи. На буксирувальнику готують брагу та буксирний трос. На судні, що буксирується, готують брагу або відклепують якір (якоря) і звільняють якірний ланцюг для кріплення буксирного троса. Якщо судна можуть стати лагом, то після швартування один кінець буксирного троса кріплять до якірного ланцюга або браги, потім трос проводять уздовж борту судна, що буксирується так, щоб він проходив чисто від усіх виступаючих частин; корисно його за кілька місць прихопити кінцем із рослинного троса. Решту буксирного троса укладають на кормі буксирувальника довгими шлагами так, щоб кінець, що йде до судна, що буксирується міг вільно витравлюватися. Окремі шлаги слід закріплювати за допомогою сутичок до кнехтів. Зусилля, що витрачаються на розрив цих сутичок, гальмуватимуть витравлення троса. Як більш надійний засіб проти передчасного витравлення буксирного троса можна рекомендувати переносні стопори для тросів. Буксирний трос може бути поданий як з буксируючого, так і з судна, що буксирується. Якщо судна не можуть стати лагом один до одного, буксируюче судно стає на якір попереду буксированого і буксирний трос подають за допомогою буксирного катера, який з буксируючого судна доставить на провідник, що буксирується, з синтетичного троса достатньої міцності для подальшої передачі буксирного троса. Судно, що буксирується, вибирає провідник, потім буксирний трос, який кріплять одним із зазначених нижче способів. Провідник можна подати й іншими способами», наприклад, за допомогою лінеметальної установки. Якщо необхідно починати буксирування у відкритому морі, прийом подачі буксирного троса вибирають залежно від здатності судна, що буксирується, маневрувати. Якщо судно, що буксирується, має можливість працювати своєю машиною, то воно підходить до корми судна, що буксирує, на таку відстань, яка дозволяє використовувати лінеметальні прилади або навіть подати кидальний кінець. При такому взаємному розташуванні суду, якщо виникне загроза навалу їх один на одного, можуть легко розійтися, для чого судну, що буксирується, потрібно тільки дати хід назад. Після подачі линя передають провідник із синтетичного троса, потім на провіднику подають буксирний трос, який кріплять до браги або якірного ланцюга. Якщо судно, що буксирується, не може рухатися, то буксирний трос подають з буксируючого судна. Операція подачі буксира займає тривалий час, тому передусім треба з'ясувати, яке судно дрейфує за вітром швидше: буксируюче або буксироване. Для цієї мети буксирувальник підходить до корми судна, що буксирується, лягає в створ його щогл, стопорить машини, і з нього деякий час ведеться спостереження за взаємним дрейфом. При подачі буксирного троса далеко в море провідник передають зі шлюпки за допомогою поплавця або лінеметалевого приладу. Якщо подача ведеться зі шлюпки, її спускають здебільшого покладеного провідника. Якщо неможливо спустити шлюпку, провідник можна подати за допомогою будь-якого поплавця, який буксирує на довгому ліні судно, що буксирує. В якості такого поплавця можуть бути використані анкерок, рятувальний круг, рятувальний нагрудник або плавучий предмет. На транспортних суднах вибір способу кріплення буксирних канатів (тросів) визначається в залежності від розмірів та особливостей улаштування суден, наявності засобів для кріплення буксирних тросів, а при вимушених буксируваннях - ще й від погодних умов. У всіх випадках має бути забезпечене надійне кріплення тросів та передбачена можливість зміни довжини буксирного тросу та його негайної віддачі. На судні, що буксирує, буксирний трос може бути закріплений за кнехти або за брагу, обнесену навколо міцних суднових конструкцій на кормі. На судні, що буксирується, якщо воно буксирується носом вперед, буксирний трос може бути з'єднаний з якірним ланцюгом або безпосередньо з якорем або закріплений за брагу або за кнехти. Розглянемо деякі способи кріплення буксирних тросів, що використовуються в морській практиці при випадкових (вимушених) буксирування транспортних суден. Самим простим способомкріплення буксирного троса на невеликому буксируючому судніє його кріплення безпосередньо на кнехтах. Буксирний трос проводять через клюз швартовний або кипову планку і кладуть 1-2 шлага на найближчий по довжині судна кнехт , потім кріплять його на наступному кнехті. Якщо кнехтів на борту більше двох і вони розташовані в ряд по довжині, то нервом кладуть один шлаг, на другому два і остаточно кріплять буксирний трос на третьому. У такий спосіб кріплення навантаження від буксира розподіляється на кілька точок. На кормі буксируючого судна зазвичай немає таких пристроїв, як брашпіль і якірні ланцюги. У цій частині судна кріплення буксирного троса значно складніше, ніж на баку, тому готують заздалегідь для кріплення буксира брагу. Брагу кріплять здебільшого за міцні конструктивні елементи верхніх споруд за рубку, комінгс люка і навіть за надбудову. Описаним способом зручно кріпити буксирний трос на рівнопалубних суднах, проводячи брагу навколо комінгсу кормового трюму. На кнехт слід накладати таку кількість шлагів браги, що допускається його навантаженням. Решта тягового зусилля повинна бути передана на комінгс вантажного люка плі на інші конструкції міцності, розташовані на палубі судна. Трос браги слід брати такої ж міцності, як і буксирний, або робити його з кількох шлагів. Найпростішим способом кріплення буксира на буксироване судноє кріплення буксирного троса до двох або одного якірного ланцюга. Такий спосіб кріплення має позитивні сторони: ланцюги перетираються не так швидко, як троси всіх видів. Крім того, кріплення за якірні ланцюги дозволяє регулювати довжину буксирної лінії у досить широких межах.

27. Управління судном під час буксирування. 28. Способи зменшення параметрів нишпорення судна, що буксирується.

Буксирний канат закріплений на суднах, що буксирують і буксируються, і вони починають рухатися. Цей момент є відповідальним, оскільки під час руху зі значним прискоренням у буксирній лінії може виникнути надмірне зусилля. Коли буксирний канат починає обтягуватися, необхідно машину зупинити і надалі збільшувати швидкість потроху. Повну довжину буксирного каната встановлюють після виходу достатню глибину. Змінювати курс слід плавно, уникаючи крутих поворотівнавіть у тому випадку, якщо судно розвило постійну швидкість. Після досягнення судами повної швидкості буксирування буксирний пристрій необхідно оглянути. Навантаження, прикладене до деталей та конструкцій, які служать для кріплення буксирного каната, не повинно перевищувати допустимого. Якщо буксирування здійснюється на кількох канатах, необхідно вирівняти їх натяг. У місці, де можлива віддача буксирного троса, повинен бути інструмент, що дозволяє або перерубати буксирний трос, або привести в дію пристрій, що віддає. Може бути передбачено перенесення навантаження на страхувальний трос у разі урвища основного буксирного троса. На кормі буксируючого і на носі суден, що буксируються, повинна бути встановлена вахта для спостереження за роботою буксирного пристрою. Під час буксирування в шторм курс необхідно розташовувати так, щоб орбітальний рух обох суден залишався в межах, допустимих буксирною лінією. Найбільший вплив орбітального руху обох суден на зусилля в буксирному канаті спостерігається при їх прямуванні проти хвилі або хвилі. При плаванні курсами, паралельними хвиль (лагом до хвилі), цей вплив буде мінімальним і проявляється у формі нишпорення судна, що буксирується. Велике значення має співвідношення довжини хвилі та відстані між судами. Рекомендується мати таку довжину буксирного троса, щоб і буксироване, і буксируюче судна одночасно сходили на хвилю і спускалися з неї; при цьому різниця фаз орбітального руху суден зводиться до мінімуму.

Усі судна, коли вони йдуть на буксирі, гидливі. При буксируванні впритул ризику немає, у міру збільшення відстані між суднами шляхом подовження буксирного каната починається нишпорення, яке збільшується доти, поки буксирний канат не увійде у воду. З цього моменту нишпорення сповільнюється. Запобігти нишпоренню за допомогою керма можливо лише в тому випадку, якщо швидкість нишпорення дозволяє рульовому утримувати судно на курсі. Необхідно пам'ятати наступне: чим більша швидкість буксирування, тим більше нишпорить судно, що буксирується; чим коротший буксирний трос, тим рвучкіше нишпорення; чим довше буксирний трос, тим далі відходить судно, що буксирується від курсу, але нишпорення втрачає свою поривчастість і дозволяє рульовому тримати судно на курсі. Збільшення розбіжності до необхідного значення може бути здійснено зменшенням швидкості буксирування. Однак таке зменшення лімітується керованістю обох суден, оскільки їх керованість падатиме зі зменшенням швидкості руху. Поворот на деякий кут щодо напрямку бігу хвиль призводить іноді до збільшення бортової хитавиці, яка може стати небажаною, наприклад, через ризик втратити палубний вантаж, але зменшувати швидкість не завжди можна, оскільки це загрожує втратою керованості. Тому іноді доводиться одночасно застосовувати обидва способи маневрування, тобто змінювати курс щодо бігу хвиль і водночас зменшувати швидкість.

5. Забезпечення безпеки якірної стоянки. Методи виявлення дрейфу судна.

Умови безпечної якірної стоянки. Яка тримає сила (в Н) якірного пристрою F x складається з тримає сили якоря F я і тримає сили ділянки якірного ланцюга, що лежить на грунті: Fx = Fя + (aq f) g, де а - довжина ділянки ланцюга, що лежить на грунті, м ; q - лінійна щільність якірного ланцюга у воді, кг/м; f - коефіцієнт тертя ланцюга про ґрунт; g – прискорення вільного падіння.