Управляемость судном и ее зависимость, от характеристик судна, размерности и конструкции корпуса ее особенности, мощности, рода акватории.

Влияние русла При движении по прямому участку необходимо держать постоянный интервал между бортом судна и берегом, а также избегать частых перекладок руля, как показано на рисунке 15. На схеме показана ориентировка и проводка судна при движении ночью по прямолинейному участку пути. Ориентирование в данном случае производится только по видимым огням навигационных знаков. Показаны ориентиры для шести положений судна, видимые судоводителем из рубки судна в перспективе ночью. Положение носового флагштока по отношению к ориентирам показано штрихпунктирной линией.Основными критериями безопасной проводки судна на повороте являются: скорость движения, ширина занимаемой ходовой полосы, допустимый угол дрейфа и необходимый угол перекладки рулевого органа. Выбор данных величин судоводителем производится на основании предыдущего опыта и знаний правил судовождения, эффективных для заданного региона. Скорость движения судна влияет на угол дрейфа при прохождении криволинейного участка. Кроме того, скорость движения судна и скорость течения на повороте влияют на ширину ходовой полосы, занимаемой судном.Если еще принять во внимание наличие ветра на извилистом участке реки, то задача управления судном с учетом совместной работы ДРК и обводом корпуса судна становится достаточно сложной для судоводителя. Одним из основных требований для обеспечения безопасного плавания является соблюдение судоводителями установленных скоростей при движении по искусственным участкам канала [14]. Для каждого проекта водоизмещающих судов установлены допустимые скорости, превышать которые категорически запрещается. Схема движения судна по оси извилистого канала показана на рисунке 16. Радиус циркуляции должен быть равен радиусу поворота судового хода. Необходимо исключить раскатку кормы на вогнутый берег. Воздействие гидродинамических сил на расходящиеся суда в процессе их расхождения изменяется в зависимости от положения одного судна относительно другого и берега. Повороты судна происходят под действием перекладываемого руля [8]. Если удерживать переложенный руль, то судно совершит циркуляцию, которая характеризуется скоростями линейной и угловой, а также радиусом кривизны и углом дрейфа. На криволинейных участках реки возникает внутренняя поперечная циркуляция воды [15] как результат воздействия центробежных сил. Циркуляцию также необходимо учитывать при судовождении на извилистых участках ВВП. Размывается вогнутый берег, у противоположного берега откладываются наносы. МаневрированиеКроме пуска и установившегося движения передним и задним ходом - имеют место переходные стадии [9], характерные для процессов маневрирования. Активное торможение, как один из манёвров, подразумевает запуск винта на задний ход во время движения судна вперед. При этом падает скорость потока, набегающего на перо руля, из-за чего падает управляемость судна. Струя воды, которая отбрасывается гребным винтом навстречу движению судна, гасится набегающим потоком встречной воды и не достигает кормовой части корпуса. При этом корма судна с ВФШ незначительно устремляется влево, а корма с ВРШ - вправо. При этом, по мере уменьшения скорости движения судна, поперечные силы на винте уменьшаются, а струя воды, сбрасываемая винтом, начинает бить в кормовой подзор, это приводит к смещению кормы с ВФШ влево, а с ВРШ - вправо.В то же время, в режиме пассивного торможения при остановке винта движущегося судна - наблюдается слабое уклонение судна с предшествующего курса – вправо, что является следствием разных скоростей набегания потока на лопасти в верхнем и нижнем положении. В наиболее неустановившемся режиме работают буксиры-кантовщики, для которых понятие «манёвр» является рабочим состоянием [16]. Такими маневрами, показанными на рисунке 17, являются:Продольное перемещение судна;Продольное перемещение судна с одерживанием;Перемещение судна лагом;Вращение судна вокруг его центра тяжести;Вращение судна вокруг его неподвижной оконечности.Скорость выполнения любого из перечисленных выше маневров определяется величиной тяги буксиров, и эффективностью работы ДРК судна. Эффективность использования мощности энергетической установки судна в значительной мере предопределяет тип ДРК. Правильность выбора последнего определяет способность осуществлять сложные маневры на ограниченных акваториях, устойчиво держаться на курсе. Основным типом движителя современных буксирных судов всех типов является гребной винт фиксированного шага (ВФШ) с числом лопастей гребного винта от 3-х до 6-ти, с преобладанием 4-лопастного винта. Для эффективного совершения манёвров нашли широкое применение гребные винты в направляющих насадках. Насадка увеличивает тягу, и предохраняет винт от повреждений при навалах, намотке буксирного каната. Снижается вероятность попадания воздуха к винту при движении на волнении. Показано, что пропульсивные качества поворотных насадок со стабилизаторами значительно выше, чем у комплекса «неповоротные насадки — рули переднего и заднего хода». ВРШ не получили большого распространения вследствие высокой, по сравнению с ВФШ, стоимости, сложности, меньшей живучести, повышенного износа механизма поворота лопастей при работе в речных условиях. Данные устройства имеют меньшее значение КПД в основном режиме работы. Водометный движительный комплекс широко применяется для маневрирования мелкосидящих толкачей и буксиров с осадкой до 0.9 м, используемых на малых реках. Тяга таких приводов мало чем отличается от стандартных гребных винтов. Для достижения особых маневренных свойств применяют крыльчатые движители (КД), у которых тяга ниже, чем у винтовых, и они сложнее, дороже и уязвимее последних. Крыльчатый движитель – как источник эффективных маневров судна, представляет собой вращающуюся платформу заподлицо с днищем судна [12, 16]. На основании опыта эксплуатации для речных, озерных толкачей и буксиров — рекомендованы гребные винты в раздельно управляемых поворотных насадках – как лучший вариант. Для мелкосидящих линейных речных буксиров и толкачей с осадкой 0.3—0.9 м — приемлем также водометный движитель с полуподводным или воздушным выбросом струи. Маневры судна делят на три категории [12, 16] – эксплуатационные, для оценки управляемости судна, для проверки рулевого управления. Первая категория наиболее ответственна, и требует морской практики от судоводителя. Для повышения манёвренности судна применяют систему «два руля за движителем», показанную на рисунке 18. Наибольшая величина поперечной силы наблюдается при углах перекладки до 50. Также эффективна конструкция «винт в поворотной насадке», показанная на рисунке 24 справа. ВЛИЯНИЕ СОВОКУПНОСТИ ВСЕХ ФАКТОРОВ НА ПОВОРОТЛИВОСТЬ, МАНЁВРЕННОСЬ И ИНЕРЦИОННЫЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ СУДНАОбращаясь вновь к системе дифференциальных уравнений, данных выше в разделе 1.2., которые описывают движение судна – впору отметить, что данная система не имеет однозначного решения на современном этапе, исследования в данной области продолжаются мировой наукой, а тем более эти исследования актуальны и пока неразрешимы с учетом совокупности всех обозначенных выше факторов, влияющих на управляемость судна, как - обводы корпуса, ДВС, ДРК, ПУ, род акватории. Именно совокупность влияний закладывается в задание на проектирование любого судна, которая выполняется в ходе его многолетней реализации с применением всех возможных актуальных средств как математическое, натурное моделирование, возможные расчётные оценки, опыт проектировщиков.Также, именно учёт всей совокупности факторов составляет опыт судоводителя, накапливаемый годами, и составляющий основную ценность кадрового состава. Поэтому, необоснованно пытаться в рамках единичной учебной работы дать строгое определение системного влияния совокупности фактором, влияющих на управляемость судна. В данном разделе лишь обобщим данные выше определения с учётом системного взаимодействия выявленных факторов. Поворотливость судна — как способность подчиняться действию руля – безусловно значительно осложняется с учетом ограниченных возможностей ДВС и ДРК на конкретном судне, а также зависит от рода акватории, на которой происходит эксплуатация судна, а тем более при наличии ПУ на судне.Инерционные свойства — или способность сохранять заданное ему первоначальное ускорение – напрямую зависят от двигательной установки и рулевого устройства.Таким образом, интегральный параметр управляемости судна – как способность судна двигаться по заданной траектории, менять направление движения в соответствии с действиями управляющего устройства, установленного на судне [17] – находится в сложной, порой неопределённой зависимости от характеристик судовых систем – двигательной, рулевой, так и от окружающей среды как под килем, так и в окружении. Управляемость зависит от конструкции судна, загруженности, посадки, скорости движения и внешних условий (ветер, волнение, течение, глубина и ширина фарватера). Рыскливость - стремление судна отклониться от курса при прямом положении руля под воздействием кратковременно действующих сил – есть производная от устойчивости на курсе и поворотливости, и также сильно зависит от перечисленных влияющих факторов. Устойчивость на курсе - способность судна сохранять прямолинейное направление движения – тем более зависит от судового оборудования, в частости и в наибольшей степени от рулевого устройства. Маневренность, или способность к маневрированию – - как эффективность изменения направления движения и скорости судна под действием руля, движителей [17] – по определению есть функция устройства судна, и достигается путём оптимизации конструктивных решений систем как на этапе проектирования, так и эксплуатации. Доступные информационные ресурсы [6] прямо указывают, что управляемость судна зависит как от свойств самого судна, определяемых комплексом корпус — рулевое устройство — винт и скоростью, так и от внешних условий: ветра, волнения, глубины и рельефа дна при плавании на мелководье, глубины и ширины канала при плавании в узкостях. Без внешних воздействий поворотливость определяется характеристиками средства управления и характеристиками корпуса судна, включая его посадку, а внешние факторы – рельеф дна, волнение и прочее – только добавляют сложности в управлении судном, основанном в большей части на интуиции судоводителя и на собственном опыте.Искусственный интеллект нескоро войдёт в практику судовождения с учетом всех рассматриваемых в данной исследовании факторов. 3. ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬРис. 1. Образование потоков винтами судна – к вопросу влияния гребных винтов на управляемость судна. Рис. 2. Силы, действующие на перо руля судна. Таблица 1. Эмпирические коэффициенты циркуляции. Рис. 3. Конфигурация руля. Рис. 4. Шаг гребного винта судна ВВП. Иллюстрация правого смещения кормы судна на переднем ходе. Рис. 5. Результат влияния попутного потока на работу винта. Силы, действующие на перо руля судна. Рис. 6. Устройство одиночного руля. Рис. 7. Типы рулей: 1 – обыкновенный; 2 – балансирный; 3, 5 – полубалансирный – полуподвесной; 4 – балансирный – подвесной. Рис. 8. Колесо – движитель и руль судна для ВВП. Перспективный проект толкача и парома на колёсной тяге - справа. Рис. 9. Колёсный толкач МТК-300. Рис. 10. Поворотная винтовая колонка бурового судна. Здесь: 1 – кронштейн; 2 – гондола; 3 – насадка; 4 – гребной винт. Маневрирование судна, оборудованного двумя ПВК - справа. Рис. 11. Носовое подруливающее устройство прибрежного бурового судна. Рис. 12. Принципиальные схемы одиночной и двойной поворотной насадки. Рис. 13. Азипод - главный двигатель, способный поворачиваться на 360.Рис. 14. Система AZIPOD. Носовое 1, и кормовое 2 размещение ПУ на судне. Рис. 15. Схема проводки судна на прямолинейном участке по течению. Рис. 16. Схема проводки судов по криволинейным участкам канала.Рис. 17. Схема типовых маневров судна: а – продольное перемещение судна; б – продольное перемещение судна со сдерживанием; в – перемещение судна лагом; г – вращение судна вокруг его ЦТ; д – вращение судна вокруг неподвижного конца. Рис. 18. Слева - два руля за движителем – варианты. Справа – винт в поворотной насадке. ЗАКЛЮЧЕНИЕВ ходе исследования управляемости кораблём в зависимости от его характеристик и рода акватории – дано определение управляемости и выделены характерные особенности; исследовано влияние конструкции корпуса судна на управляемость; рассмотрено управление судном как функция мощности ДВС, типа рулевой системы; исследовано влияние окружающей среды на управляемость корабля; проведены оценки влияния совокупности рассмотренных факторов на характеристики управляемости судна. Знания, полученные в ходы выполнения учебного исследования, будут использованы при выборе темы выпускной квалификационной работы, а также в дальнейшей профессиональной деятельности. ЛИТЕРАТУРАИнформация по управляемости, Электронный ресурс, URL: § 130. Управляемость и инерционные свойства судна (flot.com), (дата доступа 10.02.2024);Информация по управляемости судна, Электронный ресурс, URL: Управляемость судна и ее критерии. (helpiks.org), (дата доступа 10.02.2024);Информация по судовождению, Электронный ресурс, URL: § 46. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА УПРАВЛЯЕМОСТЬ . Учебник судоводителя-любителя [без приложений] (wikireading.ru), (дата доступа 10.02.2024);Информация по судовождению, Электронный ресурс, URL: aae7ccf.pdf, (дата доступа 10.02.2024);Информация по конструированию, Электронный ресурс, URL: Основы конструирования - Стр 7 (studfile.net), (дата доступа 10.02.2024);Сведения об устойчивости, Электронный ресурс, URL: Глава 2. Сведения об управляемости 2.1. Устойчивость на курсе и поворотливость (studfile.net), (дата доступа 10.02.2024);Информация по ДРК, Электронный ресурс, URL: движительно-рулевого комплекса — Студопедия (studopedia.ru), (дата доступа 10.02.2024);Сведения по управляемости, Электронный ресурс, URL: managmnt.doc (live.com), (дата доступа 10.02.2024);Определения, Электронный ресурс, URL: ОПРЕДЕЛЕНИЯ (morfish.ru);Основы судовождения, Электронный ресурс, URL: Раздел 2.Основы судовождения. (infopedia.su), (дата доступа 10.02.2024);Информация по рулевому устройству, Электронный ресурс, URL: Рулевое устройство судна - MirMarine, (дата доступа 10.02.2024);Колесные суда, Электронный ресурс, URL: Колесные теплоходы. Компания "Си Тех" (seatech.ru), (дата доступа 10.02.2024);Информация по маневрированию, Электронный ресурс, URL: Маневрирование судна - Центр вращения и поворотливость судна (sea-man.org), (дата доступа 10.02.2024);Маневрирование, Электронный ресурс, URL: Глава 2. Маневрирование судном на выбранном участке судоходного пути. (studfile.net), (дата доступа 10.02.2024);Информация по управлению судном, Электронный ресурс, URL: Управление судном при движении на речных участках ВВП. (helpiks.org), (дата доступа 10.02.2024);Сведения по ДРК, Электронный ресурс, URL: Движительно-рулевой комплекс буксира и толкача-буксира (sea-man.org), (дата доступа 10.02.2024);Основные понятия судовождения, Электронный ресурс, URL: 01-1 Osn ponjatya.pdf, (дата доступа 10.02.2024).