Теоретичні основи керованості судів
Лекція 2.1.1 (2 години) ТЕМА: Маневрені якості судна.
Маневрені якості судна - його здатність змінювати або зберігати задану траєкторію руху і характер самого руху.
Маневрені якості включають експлуатаційні якості: керованість, інерційні характеристики, особливості руху на передньому і задньому ходу і інші, які мають вплив на траєкторію і характер руху судна.
Керованість - навігаційні якості: стійкість на курсі і повороткість.
Стійкість - здатність судна зберігати прямолінійність руху.
Повороткість - здатність судна змінювати траєкторію свого руху.
При проектуванні судна, в залежності від його призначення, йому надають ті чи інші характеристики керованості.
Інерційні характеристики- час і довжина шляху подолання інерції руху або спокою судна.
Судноводій необхідно враховувати всі маневрені якості складові поняття маневреність. Від їх знання залежить успіх і безпеку виконання маневру судна, особливе значення це має при управлінні судном на ВВП, характерних складними і стисненими умовами плавання.
Недостатнє знання маневрених якостей судна може стати прямою причиною аварії.
Теорія маневреності судів і складів включає два кола самостійних завдань:
Перший пов'язаний з визначенням виникають при маневрі гідродинамічних сил і моментів діючих на рулі, гвинти і корпус судна; Другий включає завдання якісного і кількісного дослідження елементів руху судна при виконанні маневру. Питання гідродинаміки служать базою для визначення параметрів руху судна при виконанні маневру.
Вчення про маневреності та керованості судів було викладено українським академіком Л. Ейлера ще в 1776р.
Роль теорії в підготовці судноводія дуже значна, однак, тільки вміння застосовувати закони теорії, при управлінні судном в різних умови плавання, формує кваліфікованого судноводія.
Управління судном при русі і маневруванні здійснюється технічними засобами: рульової орган (рулі, поворотні насадки - ПН і т.д.) і рушій (рушії). Тих. средствауправленія судном поділяються на основні та додаткові, останні застосовують епізодично при виконанні складних маневрів. Рушій і рульової орган є движительно-рульової комплекс. Як рушіїв використовують гвинти і відмітні комплекси, а в якості рульового органу - рулі і поворотні насадки.
Стерно - прямокутне крило обертається (перекладає) на вертикальній осі (Баллере) в сторону кожного борту на певний кут (зазвичай до 40 градусів) від ДП судна. При відхиленні керма від ДП судна потік води спрямований на перо керма відхиляє корму судна в сторону протилежну перекладки керма.
Ефективність дії керма залежить від площі його пера Sp. Судно може мати кілька рулів, як правило за кожним гвинтом або кілька рулів за одним гвинтом.
Загальна площа рулів ESp = mLT (m-коеф.для пасс.судов 0,03-0,06; для вантажних 0,03-0,07; для буксирів 0,065-0,13; L-довжина судна; Т-осадка судна )
Рулі, в залежності від розташування баллера щодо пера, підрозділяються на типи: прості, балансирні і полубалансірние.
Найчастіше використовують - полубалансірние.
Крім площі, кермо характеризується висотою hp-відстань по осі баллера між нижньою кромкою керма і точкою перетину осі баллера з верхньою частиною контуру керма. Довжина керма - його розмір в ДП перпендикулярній осі баллера, середня довжина керма - ставлення до його площі до висоти Lpcp = Sp \ hp. Відносне подовження рул я - виражається відношенням висоти пера керма до його середній довжині.
Для підвищення ефективності роботи рулів існують різні багато пір'яні кермові комплекси. Найпростіші багато пір'яні комплекси розташовані за рушієм і мають паралельну перекладку. Кермові комплекси з диференціальної перекладанням дозволяють судну обертатися на місці і можуть виконувати функцію кормового підрулює пристрою (КПУ). Для поліпшення керованості судна на задньому ходу використовують керма розташовані попереду рушіїв - рулі заднього ходу або фланкирующие керма. Активні рулі мають на пере допоміжний рушій.
Для підвищення упору гребних гвинтів і поліпшення керованості судна використовуються поворотні напрямні насадки - пн.
ПН - кільцеве крило, яке має в поздовжніх перетинах аеродинамічний профіль, яке оточує з мінімальним зазором кромки лопатей гребного гвинта. За допомогою баллера, ПН повертається навколо гвинта на 40 град. при цьому потік води викидається з неї під кутом до ДП і викликає відхилення корми розворот судна в заданому напрямку. Поворотні насадки розташовуються симетрично ДП судна і управляються СПАР - синхронно (СПН) або окремо (РуПН). Судно з РуПН може виконувати оборот на місці і рухатися лагом
Основні параметри ПН: найменший внутрішній діаметр Dн, відносна довжина lн / Dн, коефіцієнт розчину - відношення площі вхідного перетину до площі найменшого перетину, коефіцієнт розширення - відношення площі вихідного перетину до площі найменшого перетину. У діаметральній площині насадки за гвинтом може встановлюватися стабілізатор.
Подруливающие устрою (ПУ) - додатковий орган управління забезпечує керованість судна при відсутності ходу або малій швидкості руху судна.
Рушій розташовується в поперечному тунелі, в корпусі судна нижче ватерлінії і забезпечує поперечний упор Pп.у. = РFv2c де р-щільність води; F-перетин каналу; vc-Швидкість потоку.
У поєднанні з ДРК ПУ значно підвищують маневрені хар-ки судів, проте його ефективність різко падає при збільшенні швидкості.
Поворотні кермові колонки (ПК) - гребний гвинт або гвинт з насадкою напрямок якої змінюється на 180 град. щодо осі перпендикулярній осі гвинта. В цьому випадку РК виконує функції рульового елемента і рушія. З її допомогою можна направляти судно, гасити інерцію без реверсу, переміщати судно лагом і утримувати на місці при малій швидкості руху. ПК мають великі перспективи.
Реверсивно - рульової водометний комплекс (РВК) складається з рулів, стулок заднього ходу і відмітні труби. Водометний ДРК використовують на мелкосидящих судах.
Гвинт регульованого кроку - Гребний гвинт лопаті якого розгортаються навколо осі перпендикулярної гребному валу, що дозволяє реверсировать хід судно не реверсіруя двигун.
Крильчатий рушій - шляхом повороту лопатей навколо їх осі змінює напрямок упору і працює в якості органу управління і руху.
Засоби управління судном розрізняють:
це кошти управління рухом і маневрування судна.
3. Допоміжні засоби управління (ВСУ) -Засоби забезпечення технічної експлуатації, навігації (РЛС, ехолот, якірне ус-во, швартовні ус-во і т.д.)
2. Гідродинамічне взаємодія судна з навколишнім середовищем.
Судно в навколишньому середовищі взаємодіє в двох середовищах: водної та повітряної.
Взаємодія з водним середовищем - гідродинамічний.
Взаємодія рухомого судна і водного потоку зводиться до того, що водне середовище надає значний опір руху судна (щільність води в 800 разів більше повітря). Тертя змоченої частини корпусу і приєднаних мас води, гідродинамічний вплив на рульовій комплекс і рушії, хвильовий дію в умовах нерозривності і плинності рідини є головними факторами гідродинамічного впливу на судно водного потоку.
Розподіл гідродинамічного тиску по довжині судна різному. Обсяг води витісняється носовою частиною судна, прагне заповнити вільне місце вздовж бортів, виникає потік від носа до корми, причому швидкість в носовій частині менше, ніж в середині, а в середині більше, ніж в кормі.
Відповідно до закону гідродинаміки - рівняння Бернуллі. швидкість протікання рідини обернено пропорційна гідродинамічного тиску. Нерівномірність швидкості обтікання води корпусу судна викликає перерозподіл гідродинамічного тиску у корпуса судна в т.ч. його змоченої поверхні (приєднана маса води) в зонах меншій швидкості - тиск більше, ніж в зонах з більшою швидкістю. У зв'язку з цим утворюється «хвиля», гребені якої в носі і кормі, а западина в середині.
Хвильовий вплив на судно проявляється як при гідродинамічному взаємодії з судами, берегом, мілководдям, так і при плаванні судна на хвилюванні викликаному зовнішнім впливом.