Графический метод учета циркуляции.

При прямой задаче, когда после окончания поворота нужно найти положение точкиА (рис. 6.6), из которой будет проложен новый курс, достаточно из из­вестной точки начала поворота В отложить перпендикулярно перво­му курсу величину Rц и провести из полученной точки О, как из цен­тра, окружность циркуляции.

Проведем линию нового курса как касательную к этой окружности. Точка касания А будет представлять точку начала следования новым курсом. Если необходимо знать время поворота, то его приближенно можно найти по формуле:

При обратной задаче можно рекомендовать следующие два прие­ма ПустьMM1 — линия проложенного на карте пути судна до пово­рота, a M1Ma — линия пути, на которую нужно выйти после поворота (см. рис. 6.6). Для определения точки В — начала поворота — прове­дем биссектрису угла ММ1М2 и на ней найдем такое положение нож­ки циркуля, при котором окружность, проведенная радиусом цирку­ляции Rц, будет касательной к обоим курсам.

Второй прием заключа­ется в проведении двух прямых ОL и Оh, параллельных старому и но­вому курсам и отстоящих от них на расстоянии Rц (рис. 6.7). Точка их пересечения будет центром окружности циркуляции, а перпен­дикуляры из нее на линии обоих курсов определят точки В и А — начало и конец поворота. Команда рулевому о перекладке руля должна быть дана несколько раньше прихода судна в точку В, с учетом предварительного периода циркуляции.

Табличный метод учета циркуляции.

Прямая и обратная задачи решаются с использованием величин d1 или d, выбираемых - из таблицы циркуляции. Если из точки М1 — точки пересечения старого и нового курса — отложить отрезки M1A = М2В = d1 то получим точку В — начала поворота — и точку А — окончания поворота.

При прямой задаче из точки В откладывают d1 получа­ют точку M1 а затем, отложив по новому курсу d1 —точку А (рис. 6.8). Так как с приближением к 180° tg(α/2) быстро увеличи­вается, в таблице циркуляции величина d1 дана для углов, мень­ших 150°. В случае, если α > 150°, следует использовать величины q = α/2 и d.

При прямой задаче из точки В прокладывают Kср, — промежуточ­ный курс, а по нему откладывают величину d:

Где K1 и K2 — курсы судна до поворота и после него.

При обратной задаче угол α/2 и d откладываются из любой произвольной точки В1 (рис. 6.9). Через конец отрезка d проводят линию, параллельную K1, пересечение ее с линией нового курса даст точку А и соответственно точку В — начало поворота.

Дрейф судна. Учет дрейфа при прокладке

Дрейфом судна называется отклонение движущегося судна с ли­нии намеченного курса под воздействием ветра и ветрового волне­ния.

Направление ветра определяется по той точке горизонта, откуда дует ветер (ветер дует в компас) и выражается в румбах или градусах. Дрейф возникает под действием силы давления набегающего потока воздуха на надводную часть судна. Скорость и направление этого по­тока соответствуют вектору скорости кажущегося (наблюденного) ветра (рис. 6.10).

Несимметричные отклонения от курса под действием порывов ветра, ударов волн, отклонения руля вызывают зарыскивание судна, которое может быть как под ветер, так и на ветер (при кормовых курсовых углах или при больших кормовых надстрой­ках). Зарыскивание отдельно не определяется из-за сложности решения задачи и считается неотъемлемой частью дрейфа. Сле­довательно, говоря об определении и учете дрейфа, под терми­ном «дрейф» будем понимать результирующее отклонение судна с линии истинного курса.

Если машины застопорены, то под дрейфом понимается общее смещение судна под ветер. В общем случае ветер, кроме бокового смещения судна, создает усилие и вдоль диаметральной плоскости движущегося судна, увеличивая или уменьшая его скорость. Эти изменения скорости учитываются лагом, поэтому нет необходимости учитывать их отдельно. Полная сила А давления кажущегося ветра приложена к центру парусности надвод­ной части судна и направлена всегда под ветер (рис. 6.11). Ее направление может не совпа­дать с направлением кажущегося ветра, т. е. углы q и у не равны.

В общем виде сила А определяется равенством

где Cq — коэффициент сопротивления надводной части судна, зависящий от обтекаемости корпуса судна и его надстроек (этот коэф­фициент изменяет свое значение в зависимости от курсового угла ка­жущегося ветраq по закону, близ­кому к синусоидальному);

р — плот­ность воздуха, зависящая от атмо­сферного давления, температуры и влажности;

W — скорость кажуще­гося ветра;

Sq — площадь проекции надводной части судна на верти­кальную плоскость, перпендикуляр­ную направлению кажущегося ветра.

Разложим силу Ā на две со­ставляющие — продольную х и по­перечную Ā. Продольная состав­ляющая вызывает изменение ско­рости судна относительно воды. Это изменение учитывается лагом. Под влиянием силы z судно получит боковое перемещение, скорость которого обозначим через Vдр. Под действием двух скоростей — направленной по диаметральной плос­кости Vл и перпендикулярной к ней Vдр — судно будет перемещаться относительно воды по линии пути со скоростью V0, направленной под углом α к диаметральной плоскости (см. рис. 6.11).

Угол α между линией истинного курса и линией пути судна назы­вается углом дрейфа. На рис. 6.12 показано движение судна при на­правлении ветра в левый борт. Под действием силы ветра центр массы судна будет смещаться под ветер и двигаться относительно дна моря по направлению линии ОВ, которая называется линией пути при дрейфе.

Угол между северной частью истинного меридиана и линией пути при дрейфе назыветсяпутем (ПУа). Связь между ИК и ПУа выражается формулами

Угол α имеет знак «плюс», если ветер дует в левый борт, и «ми­нус» — если в правый.

Большие трудности вызывает определение величины угла дрей­фа, который зависит от многих факторов:

— осадки, размеров и формы обводов подводной части судна. При прочих равных условиях у коротких судов с малой осадкой угол дрейфа больше, чем у длинных с большой осадкой;

— размеров и форм надводной части корпуса и надстроек. Чем выше борт и больше парусность надстроек, тем больше угол дрейфа;

— курсового угла и скорости кажущегося ветра. Угол дрейфа ра­вен нулю при КУ = 0 или 180° и достигает максимума при ветре с траверза;

— скорости судна. Чем меньше скорость судна, тем больше угол дрейфа, при прочих равных условиях.

Для учета дрейфа при прокладке необходимо знать угол дрейфа Угол дрейфа можно определить из наблюдений или предвычислить по формулам, специально составленным таблицам или номограммам.

Определение угла дрейфа по кильватерной струе.

Кильва­терная струя хорошо видна за кормой и представляет собой след на воде перемещающегося судна Определение угла дрейфа производят с помощью компаса. Взяв несколько отсчетов курсового угла (ОКУ) или отсчетов компасного пеленга (ОКП) отдаленной точки кильва­терной струи, получают значение α, град, по формуле

Метод прост, но недостаточно точен и может применяться как ориентировочный при больших углах дрейфа

Определение угла дрейфа по створу.

Если при плавании в узкостях при отсутствии течения судно следует по створу, то угол дрейфа может быть определен как разность между истинным пелен­гом створа и истинным курсом судна. Такой метод определения угла дрейфа позволяет управлять движением судна и является контроли­рующим.

Определение угла дрейфа из обсерваций.

Широко рас­пространенный и наиболее надежный метод, сущность которого сво­дится к получению угла между линией ИК и линией, соединяющей серию из трех-четырех и более обсерваций, полученных доста­точно точными методами (фазовые РНС, пеленга, расстояния). Определения места судна абсолютно точными не бывают, вследствие чего обсервованные точки могут располагаться не на прямой линии. В этом случае за направление линии пути принимается направление осредняющей линии и определяется суммарный угол сноса. Угол дрейфа можно определить и по ориентиру, положение которого неизвестно. Если предполо­жить, что в районе плавания есть течение, то предмет должен быть свободноплавающий, не имеющий значительного дрейфа. В этом случае необходимо измерить до него ряд расстояний и пеленгов в секторе курсовых углов 50...60°. Затем на планшете или карте сделать построение: от произвольно выбранной точки провести пеленги и отложить расстояния. Соединить получен­ные точки прямой линией. Направление этой прямой относи­тельно истинного меридиана даст ПУα.

Определение угла дрейфа по пеленгам свободноплаваю­щего ориентира.

Необходимо взять три пеленга, при разностях пе­ленгов около 30°, и зафиксировать секундомером промежутки време­ниt1 и t2 между наблюдениями. Если движение судна было равно­мерным и прямолинейным, то отрезки пройденных расстояний, про­порциональные промежутками времени, должны вмещаться между линиями соответствующих пеленгов. На карте из любой точки О проводим 3 пеленга и линию ИК (рис. 6.13). От точки пересечения первого пеленга с линией ИК (точка А) откладываем два отрезка S1 = kt1 и S2 = kt2 (k — произвольно выбранный коэффициент: 0,5; 1; 2 и т. д.). Через концы отрезков S1 и S2 проводим прямые, параллельные первому пеленгу. Прямая bc будет линией, параллельной линии пути суд­на. При равенстве промежутков t1 и t2 на втором пеленге выбирают произ­вольную точку В и через нее проводят прямые, параллельные первому и третьему пеленгам. Искомый ПУα будет соответствовать углу между Nи и на­правлением прямой ас (рис. 6.14).

Определение угла дрейфа по курсовым углам на ориентир.

При следовании судна постоянным ИК триж­ды измеряют курсовые углы на ориентир. При этомq1< 90°, q2 = 90°, q3 > 90°.

Значения вычисляются как разность пеленгов и курса q1 = ИП1 - ИК;

q3 = ИП3 - ИК;. Тогда угол а, град, рассчитывается по формуле

где tтр - промежутки времени между первым и траверзным пеленга­ми; t - промежуток между первым и третьим пеленгами.

Полученный такими методами угол дрейфа может быть учтен при дальнейшем плавании при условии сохранения постоянства окру­жающей обстановки, но в целом он дает информацию о прошлом, т. е. о том, каков был угол дрейфа до последней обсервации или на­блюдения. Для систематического определения угла дрейфа служит прибор дрейфометр.

Определение дрейфа с помощью дрейфометра.

Дрейфо­метр — прибор, в основе которого могут быть чувствительные эле­менты двух индукционных лагов, один из которых измеряет скорость Vл по направлению диаметральной плоскости судна, а другой Vдр — скорость движения в перпендикулярном направлении. Геометриче­ская сумма Vл и Vдр дает угол дрейфа

и скорость судна по линии пути

Возможны другие варианты дрейфометров. Такие приборы по­зволяют автоматизировать счисление судна.

Кроме определения угла дрейфа существуют приемы вычисления угла дрейфа. Применяемые способы вычисления основываются на анализе модельных испытаний и статистических материалов, полу­чаемых во время плавания судна. Собранные статистические данные о дрейфе должны учитывать скорость ветра и судна, курсовые углы наблюденного ветра и осадку. Результаты наблюдений сводятся по группам, учитывающим основной признак — осадку судна, В на­стоящее время теоретически обосновано несколько способов вычис­ления угла дрейфа: способы Н. Н. Матусевича, С. И. Демина и др.

Способ Н. Н. Матусевича.

Способ основан на предположении, что величина угла дрейфа а, град, может быть выражена формулой

где W — скорость кажущегося ветра, м/с;

V — скорость судна, м/с;

q — курсовой угол кажущегося ветра, град;

К — коэффициент дрейфа, град.

Для получения угла дрейфа необходимо знать величину коэффи­циента дрейфа.

Его вычисление производится на основании обработки достаточно большого числа (не менее 30) значений угла дрейфа, определенным навигационным методом, при условии, что в момент определения бы­ли замереныq, V, W с достаточной точностью (скорость —до 0,1 уз, q — с точностью ± 5°). Обозначим с = (W/V)² sin q, тогда можно написать

Значение К может быть получено решением по способу наимень­ших квадратов нормального уравнения

Из уравнения (6.8) коэффициент дрейфа вычисляется по формуле

Схема для вычисления может иметь вид табл. 6.1.

Таких вычислений необходимо выполнить несколько, как мини­мум, хотя бы для двух вариантов загрузки: в грузу и в балласте. Исследование способа Н. Н. Матусевича показало, что формула (6.6) справедлива для углов дрейфа до 10°. Коэффициент дрейфа К не является постоянной величиной, а является функцией (W/V)², т. е.

и только при больших отношениях (W/V) ≥ 6 его можно считать по­стоянным. Чтобы повысить точность, необходимо для каждого значе­ния (W/V) 8... 10 раз определить К.

Способ С. И. Демина.

Для того чтобы учесть различные факто­ры, влияющие на дрейф судна, С. И. Демин предложил метод вычис­ления угла дрейфа α, град, по формуле

Коэффициенты с и Ь различны для каждого судна и зависят от значения SH/Sп — отношения площади надводной части судна к площади подводной части для различных осадок судна Т.

Коэффициенты вычисляются предварительно следующим обра­зом. Задаваясь осадкой с интервалом в 1 м, выбирают из чертежа значения L — длины судна, В — ширины, SH/Sп — отношения пло­щадей и φ — коэффициента продольной полноты. Для различных значений Тi вычисляют

Значение Ki получается в функции Т и обычно имеет вид

Построив график, необходимо выбрать два значения К, напри­мер для T1 = 5 м и Т2 = 10м. Прологарифмировав выражение (6.12), получим два уравнения

Решив уравнения, получим значения с и Ь, что позволяет вычис­лять угол дрейфа по формуле (6.10) в функции осадки судна, измеряя W и q. Для облегчения вычисления могут быть составлены таблицы или номограммы.