ЛЕКЦИЯ № 5
Дисциплина: Судовождение на ВВП.
Тема: Основные понятия о маневренности и управляемости судов.
Вопросы: 1. Маневренность судна, ее элементы.
2. Ходкость судна и ее характеристики.
3. Инерционные характеристики судна.
4. Управляемость судна и ее критерии.
5. Влияние обводов корпуса, крена и дифферента на маневренные качества судна.
Санкт-Петербург
2015г.
5.1. Маневренность судна, ее элементы.
Процесс движения судна на ВВП оценивается непрерывным визуальным и инструментальным наблюдением за быстро меняющейся ситуацией.
Наблюдение сводится к тому, чтобы контролировать и управлять силами, действующими на судно во время движения. Судовождение на ВВП предполагает процесс движения судна при постоянном маневрировании. Следовательно, знание маневренных характеристик как своего судна, так и других участников движения, является одной из важнейших задач в процессе судовождения на ВВП.
Маневренность – это совокупность основных динамических свойств судна, которые обеспечивают ему возможность перемещаться в заданном направлении с необходимой скоростью.
Для обеспечения безопасного плавания, каждое судно должно обладать хорошей управляемостью и маневренными качествами. Можно также сказать, что маневренность судна – это способность его изменять или сохранять заданную траекторию и режимы движения.
Маневренные свойства судна состоят из определенных элементов, которые называются маневренными элементами судна. К числу основных маневренных элементов относятся:
- ходкость;
- управляемость;
-инерционные качества (рис. 5.1).
5.2. Ходкость судна и ее определение.
Ходкостью называется способность судна двигаться с определенной скоростью при данных затратах мощности, преодолевая сопротивление воды и ветра.
Это движение достигается работой двигателя, который создает и поддерживает движущую силу, приложенную к судну по средствам движетеля. Ходкость, как видно из определения, характеризуется скоростью.
Скорость – способность судна проплывать (проходить) определенное расстояние (S) за определенное время (t), т.е.
V = 
; (5.1)
При равномерном прямолинейном движении осредненное значение скорости будет:
V = 
.
Существует несколько категорий понятия скорости:
1. Паспортная скорость – скорость развиваемая судном при полной загрузке и нормальном режиме работы главной силовой установки (ГСУ), на глубокой воде, при отсутствии ветра, течения, волнения (определяется на ходовых испытаниях после постройки, ремонта или докования).
2. Техническая скорость – скорость развиваемая судном при нормальном режиме работы ГСУ в течении длительного времени с учетом потери или приращения скорости от течения, ветра, волнения, состояния корпуса, загрузки и осадки судна.
3. Максимальная скорость – скорость, которую может развить судно при максимальной мощности ГСУ при благоприятных условиях.
4. Минимально управляемая скорость судна – это скорость судна, при которой оно сохраняет свою управляемость при различных условиях плавания.
5. Экономичная скорость – скорость при которой обеспечивается наименьший расход топлива на 1 км. пройденного расстояния.
6. Эксплуатационная скорость – средняя скорость, развиваемая судном за время определенного рейса. От точного знания скорости зависит успех выполнения маневра и точность плавания.
На скорость судна в период эксплуатации судна влияют следующие факторы:
- обрастание корпуса судна;
- волнение и ветер;
- течение;
- мелководье;
- загрузка;
- дифферент;
-крен.
Скоростные режимы судна при проектировании выбираются на основании анализа экономических и эксплуатационных расчетов с учетом будущей деятельности судна.
В процессе эксплуатации судна необходимо проверять точность работы измерителей скорости (лагов) и определять поправки для дальнейшего их учета.
К наиболее распространенным способам эталонирования лагов относятся: мерная линия (рис.5.2), высокоточные радионавигационные системы и спутниковые навигационные системы (ГЛОНАС, GPS).
Мерная линия представляет собой оборудованный секущими створами участок. Расстояние между ними известно и составляет S(м). Судно используя ведущий створ совершает несколько галсов
между секущими створами, замечается время их прохождения. Галсов должно быть не менее трех на одном режиме движения.
Тогда можно рассчитать скорость
на галсах. V1 = 
; V2 = 
; V3 = 
;
тогда Vср. = 
(км/ч) (5.2)
Рис.5.2 Определение скорости хода на мерной линии.
Инерционные характеристики судна.
Из курса физики известно, что инерция характеризуется разностю сил, приложенных к телу с противоположных направлений.
Так, для обеспечения движения судна, к нему должна быть приложена сила в направлении требуемого движения. Такую силу может создать движитель, используя свои физические свойства. Так винт создает силу упора, которая и движет судно (рис.5.3). 
Рис.5.3 Схема сил, действующих на судно, движущееся прямым курсом.
Судно, представляющее собой тело с определенной массой m, находится в состоянии покоя, пока на него не воздействует сила Fдв ., создаваемая грибным винтом. При движении судна образуется другая сила Rобщ. состоящая из сил: сопротивления воды Rо, сопротивления воздуха Rв и силы трения Fтр . Под действием сил Fдв. и Rобщ. прямо противоположных одна другой, движение судна будет ускоренным (когда Fдв> Rобщ.), равномерным (когда Fдв= Rобщ) или замедленным (когда Fдв<Rобщ).
Уравнение движения судна можно записать в следующем виде:
Fдв - Rобщ = mΔv/t =ma
где m – масса судна, кг равная 1000 Д/g (здесь Д –водоизмещение, кН, g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2);
Δv – приращение скорости судна, м/с;
t – время, с;
Fдв и Rобщ – имеют размерность кН.
Из уравнения движения видно, что масса судна и приращение скорости определяют его инерционные свойства.
Таким образом, под инерционными свойствами судна понимают определенную физическую зависимость между массой и быстротой приращения его скорости (ускорением).
Следовательно, под инерцией судна понимается способность его сохранять поступательное движение после остановки движителя или перевода его с переднего хода на задний или наоборот. Обычно инерционные свойства судна определяют опытным путем во время ходовых испытаний. Результаты испытаний заносят в таблицу маневренных элементов.
Для судовождения наиболее важны расстояние и время, необходимые для гашения инерции судна или для развития его максимальной скорости. Эти параметры принято называть инерционными характеристиками. К основным инерционным характеристикам судна (рис.5.4) относят разгон, свободный выбег и торможение.
Разгон – процесс достижения судном установившейся скорости при заданном режиме работы движителей.
Характеризуется расстоянием и временем, необходимым для достижения установившейся скорости. Ориентировочно величина разгона составляет 7 -8 длин судна (с V =0 до Vmax).
Рис.5.4. Инерционные характеристики судов
Свободный выбег – процесс гашения инерции под воздействием сопротивления воды и воздуха движению без активной работы движителей. Характеризуется длиной выбега – расстоянием, которое проходит судно с момента подачи команды «Стоп» до полного прекращения движения, и временем, затраченным на этот процесс. Ориентировочно величина выбега составляет 10 -15 длин судна.
Торможение – процесс гашения инерции прямолинейного движения судна путем реверсирования движителей с переднего хода на задний (или наоборот)
Торможение характеризуется длиной тормозного пути и временем торможения.
Тормозной путь – это расстояние, пройденное судном с момента подачи команды «Стоп» и реверса движителей до полной остановки судна (V=0).
Время торможения – это время, затраченное на процесс полного гашения инерции в результате работы движителей в режиме «Полный назад». Ориентировочно для одиночных судов тормозной путь составляет 5- 6 длин судна.
Инерционные характеристики определяют для каждого судна по специальной программе. Для типовых судов и составов изданы справочники инерционных характеристик, пользование которыми позволяет значительно повысить безопасность судовождения при маневрировании. Наибольшее значение для безопасности плавания имеют характеристики торможения судна (табл.5.1). Характеристики выбега используют главным образом для буксируемых составов, характеристики разгона – при шлюзовании, отходе от причала и других маневрах.
Таблица 5.1.
