Управляемостью называется способность судна сохранять заданное направление движения, т.е. быть устойчивым на курсе или изменять его по желанию судоводителя под действием руля.
Таким образом, управляемость объединяет два качества судна - устойчивость на курсе и поворотливость.
Устойчивостью на курсе называется способность судна сохранять прямолинейное направление движения в соответствии с заданным курсом.
Поворотливость - это способность судна изменять направление движения и двигаться по заранее выбранной судоводителем криволинейной траектории.
В море на судно, совершающее поступательное движение, оказывают влияние многие факторы: ветер, волнение, течение, неравномерность работы гребных винтов и руля и т.п. их действие трудно поддается количественному учету, но все они стремятся внести возбуждение в режим движения судна.
Практически способность судна держаться па курсе достигается путем периодической перекладки руля. При этом, чем меньше углы перекладки руля и число перекладок в единицу времени, тем большей устойчивостью на курсе обладает судно.
Анализируя понятие устойчивости судна па курсе и требования по ее обеспечению, можно установить, что это качество судна находится в некотором противоречии с другим его качеством - поворотливостью.
Как известно всякое улучшение устойчивости на курсе связано с ухудшением поворотливости и наоборот. Потому при проектировании судна для обеспечения наилучшей управляемости стремятся найти наиболее целесообразное сочетание устойчивости судна на курсе и его поворотливости, соответствующее техническому заданию, т.е. назначению судна и условиям его плавания.
Управляемость судна обеспечивается специальными средствами управления, назначение которых - создавать силу (перпендикулярную ДП), вызывающую боковое смещение судна (дрейф) и поворот его вокруг продольной (крен) и поперечной (дифферент) осей.
Средства управления подразделяются на основные и вспомогательные.
Основные средства - рули, поворотные насадки, крыльчатые движители - предназначены для обеспечения управляемости судна во время его движения.
Вспомогательные средства обеспечивают управляемость судна на предельно малых ходах и при движении по инерции с неработающим г. д. К этой группе относятся подруливающие устройства различных типов, активные рули.
При проектировании рулевого устройства необходимо учитывать назначение судна. Так, суда дальнего плавания проходят значительные расстояния, придерживаясь одного направления, в то время как суда, совершающие частые заходы в порты, а также портовые и другие суда, работающие на ограниченных акваториях, проходят небольшие расстояния при частых реверсах и переменах курса. Очевидно, что для судов первой группы основным требованием является хорошая устойчивость на курсе, а для второй группы - хорошая поворотливость.
Следует подчеркнуть, что для судов, особенно транспортных, сохранение устойчивости на курсе - это фактор, обеспечивающий их экономические показатели, так как плохая устойчивость на курсе непроизвольно удлиняет рейсовое время, которое служит одним из основных эксплуатационных показателей транспортных судов.
ЦИРКУЛЯЦИЯ СУДНА И ЭЛЕМЕНТЫ ЦИРКУЛЯЦИИ
ЦИРКУЛЯЦИЯ СУДНА И ЭЛЕМЕНТЫ ЦИРКУЛЯЦИИ
Допустим, что судно совершает установившееся прямолинейное движение, причем направление скорости судна совпадает с диаметральной плоскостью. Пусть в некоторый момент на этом судне произведена перекладка руля на заданный угол. В результате судно начинает совершать движение по криволинейной траектории.
Криволинейная траектория, которую описывает центр тяжести судна при перекладке руля на некоторый угол и последующем удержании его в этом положении, называется циркуляцией.
Различают три периода циркуляции: маневренный, эволюционный и период установившейся циркуляции.
Циркуляция судна
Маневренный период циркуляции определяется началом и концом перекладки руля, т.е. по времени совпадает с продолжительностью перекладки руля. В этот период судно продолжает двигаться практически прямолинейно.
Эволюционный период циркуляции начинается с момента окончания перекладки руля и заканчивается, когда элементы движения примут установившийся характер, т.е. перестанут изменяться во времени.
Период установившейся циркуляции начинается с момента окончания эволюционного периода и длится все время, пока руль судна находится в переложенном положении.
Траектория криволинейного движения центра тяжести судна, т.е. его циркуляция характеризуется следующими элементами:
Диаметр установившейся циркуляции Дц - диаметр окружности, описываемой судном в установившийся период циркуляции, который начинается после поворота судна на 90-180°;
Тактический диаметp циркуляции Дт - кратчайшее расстояние между положением диаметральной плоскости судна в начале поворота и после изменения первоначального курса на 180°;
Выдвиг l1 расстояние, на которое смещается центр тяжести судна в направлении первоначального курса от точки начала циркуляции до точки, соответствующей изменению курса судна на 90°;
Прямое смещение l2 - расстояние от первоначального курса судна до точки положения центра тяжести в момент поворота судна на 90°;
Обратное cмещение l3 - наибольшее расстояние, на которое смещается центр тяжести судна от линии первоначального курса в сторону противоположную повороту.
Значение элементов циркуляции, выражаемых в долях диаметра циркуляции Дц, лежат в относительно узких пределах и для судов различных типов изменяются следующим образом:
Дт = (0,9 ± 1,2) × Дц;
l1 = (0,6 ± 1,3) × Дц;
l2 = (0,25 ± 0,5) × Дц;
l3 = (0 ± 0,1) × Дц.
Для морских транспортных судов Дт составляет 4-6 длин судна. Кроме указанных элементов к характеристикам циркуляции относят:
- период установившейся циркуляции Т - время поворота судна на 360°;
- угловую скорость вращения судна на установившейся циркуляции ω = 2π / Т.
Если на судне, идущем прямым курсом, внезапно переложить руль, то в первый момент после начала перекладки на судно действуют следующие силы: поперечная составляющая Ру сил, действующих на руль; поперечная составляющая Ry сил, действующих на погруженную часть корпуса судна; поперечная составляющая центробежных сил инерции судна Fц. Линия действия этой силы направлена в сторону поворота судна.
Все указанные силы располагаются в различных плоскостях по высоте. Таким образом, в первый момент после перекладки руля суммарный момент всех приведенных сил вызывает небольшой крен судна на тот борт, на который переложен руль. В результате такого накренения судна и действия поперечной составляющей Ру на руле возникает дрейф судна и обратное смещение l3 - смещение судна в сторону, противоположную повороту. Траектория циркуляции искажается. Обратное смещение не превышает половины ширины судна, но при маневрировании в стесненных условиях учитывать его нужно, так как оно выносит судно за внешнюю сторону циркуляции.
По мере изменения кривизны траектории центробежная сила уменьшается, а затем меняет знак, т.е. изменяет направление действия на противоположное. Одновременно происходит нарастание момента от силы Ry вследствие увеличения угла дрейфа и уменьшение момента от силы Рy из-за снижения скорости судна.
В результате изменения характера действия указанных сил, и моментов, судно сначала выпрямляется, а затем начинает крениться в сторону, обратную направлению перекладки руля. Причем угол крена оказывается тем больше, чем больше скорость судна на циркуляции, угол перекладки руля и чем меньше метацентрическая высота судна.
В результате такого крена и действия поперечной составляющей Pу на руле диаметральная плоскость судна на циркуляции не совпадает с касательной к криволинейной траектории движения центра тяжести, т.е. образуется угол дрейфа - b0. Нос судна смещается внутрь кривой циркуляции, а корма заносится во внешнюю сторону. С увеличением скорости судна угол дрейфа увеличивается. Из-за наличия угла дрейфа судно на циркуляции занимает полосу воды больше ширины судна. Это необходимо учитывать при маневрировании в узкости.
Во время поворота вследствие тормозящего действия руля и появления угла дрейфа возрастает сопротивление воды движению судна, что приводит к уменьшению скорости. Потеря скорости на циркуляции в некоторых случаях может достигать 50 %.
