УПРАВЛЕНИЕ КРУПНОТОННАЖНЫМИ СУДАМИ

Приведенные графики динамических характеристик судов с 1977 г. были внедрены на крупнотоннажных пассажирских и грузовых судах внутреннего плавания и с 1980 г.— на всех крупнотоннажных танкерах типа «Крым», «Борис Бутома», «Маршал Жуков» и «София» Новороссийскогоморскогопароходства.

§7 ОПТИМАЛЬНЫЕ СПОСОБЫ ТОРМОЖЕНИЯ СУДОВ

Общая характеристика работ по изучению торможе-

ния судов. Все работы по изучению закономерностей движения судов при торможении можно разделить на две группы. К первой относятся работы, в которых рассматривается вопрос об определении длины пути и времени торможения судна без отнесения их к системе координат. К этим работам можно отнести работы С. И. Демина, М. М. Лескова, С. Г. Погосова, А. И. Цур-бана и др., из зарубежных К. Б. Баррас, С. Исихата, Т. Харудзо и др. Ко второй группе относятся работы, в которых рассматривается траектория криволинейного движения судна при торможении в инерциальной системе координат В их числе работы Н. И. Анисимовой, М. А. Гречина, С. Б. Ольшамовского, К. Тадзима, Х.Тани и др.

Следует отметить, что фактическая траектория движения у всех судов при пассивном торможении при ветре носит криволинейный характер во всех случаях, если судно одновинтовое (практически все танкеры). Таким образом, при подавляющем большинстве случаев выполнения торможения судов их траектории движения представляют кривую линию. Поэтому информация только о ее протяженности в отрыве от ее кривизны в пространстве не несет необходимых для обеспечения безопасности мореплавания сведений Это особенно касается крупнотоннажных одновинтовых судов Нами предпринята попытка заполнить пробел в существующей литературе по аналитическому методу расчета, пригодному дляреализациивсудовыхусловиях.

Уравнения движения судна при торможении и их ин-

тегрирование. Для решения задач управления движением важно знать инерционные качества судов. В настоящее время данные о пути и времени торможения греб-

– 56 –

УПРАВЛЕНИЕ КРУПНОТОННАЖНЫМИ СУДАМИ

ным винтом получают по результатам натурных испытаний, проведенных заводами-строителями и экипажами судов, на что затрачиваются значительные средства. Нами предпринята попытка разработать методику для аналитического решения этой задачи с учетом того, что судно при торможении движется с угловой скоростью.

Первые количественные оценки влияния угловой скорости вращения судна на характеристики торможения работой движителя на задний ход на основе численного (машинного) интегрирования системы дифференциальных уравнений криволинейного движения и анализа результатов испытания танкеров были даны в нашей стране Н. И. Анисимовой, а за рубежом X. Тани.

В 1971 г. М. А. Гречиным дифференциальные уравнения движения судна по криволинейной траектории лри торможении винтом были упрощены и приведены к виду, удобному для интегрирования, и решению в квадратурах. Таким образом, впервые были получены аналитические зависимости для определения изменения скорости и величины пройденного пути во время маневра. Натурные исследования показали, что путь торможения SТ состоит из прямолинейного участка (S0) и криволинейного участка (S).

При торможении гребным винтом положение судна, движущегося по криволинейной траектории в неподвижной системе координат X, О, У, определяется координатами его центра тяжести, курсовым углом и углом дрейфа.

При отсутствии волнения движение судна можно считать происходящим в горизонтальной плоскости, тогда дифференциальные уравнения криволинейного движения судна будут иметь ранее приведенный вид (37).

Строгий учет действующих на судно внешних сил и моментов пока представляет очень большие трудности и поэтому использование численных методов для решения системы (37) нерационально.

Характерной особенностью движения судна при торможении является то, что угловая скорость вращения сравнительно быстро достигает максимального значения и затем изменяется незначительно вплоть до прекращения поступательного движения. Поэтому можно принять ее значение постоянной. Учитывая, чтоvx = v·cosβ;

– 57 –

УПРАВЛЕНИЕ КРУПНОТОННАЖНЫМИ СУДАМИ

vY= — vsinβ, а также полагая	по	малости	величины,
угла дрейфа β наличие равенства		cosβ=l;	sinβ=β; vx
= v, первое уравнение системы	можно записать в

приближенномвиде:

(54)

Внешнимисилами, действующиминасудновнаправлении осих, будетсиласопротивленияводыRx(v) исилаупоравинта, работающего на задний ход Pe(v, п). Сопротивление воды движению судна можно с достаточной степенью точности аппроксимировать, приняв Rx(v)=R(v). Тогда Rx(v) = Κv2, где К

— коэффициент сопротивления. ЗначениекоэффициентаКдля крупнотоннажныхсудовможноопределитьпоформуле

(56)

гдеD — водоизмещениесудна, т; L — длинасудна, м.

Тормозящая сила гребного винта P e (v;n) в рассматриваемом режиме может быть принята постоянной и равной значению на швартовых при работе машины на задний ход, т. е. Pe(v; n) ≈РШВ. При сделанных допущениях уравнение (54) приводится к виду

Второй член в левой части уравнения является проекцией центробежной силы на ось ОХ. Скорость бокового смещения центра тяжести судна vβ можно выразить через угловую скорость и абсциссу полюса вращения, т. е. vβ = ωх0. Положение полюса вращения Х0 непостоянно, после реверса двигателя в начале отклонения судна от линии курса Х0 уменьшается, а затем смещается в сторону миделя. Приближенно можно считать, что поворот судна при торможении происходит около точки Хо=xо/L = 0,2÷0,4. В среднем за период торможения можно принять Х0 = 0,3. Произведя замену vβ = — ωхо в уравнении и введя некоторые преобразования, получим уравнение

– 58 –

УПРАВЛЕНИЕ КРУПНОТОННАЖНЫМИ СУДАМИ

(56)

Приведем уравнение (56) к нормальному виду

(57)

где

Разделяя переменные v и t после интегрирования, получим

(58)

условийгде.С0 — постоянная интегрирования, определяемая из начальных

При t = 0 и v = v0. Здесь v0 — скорость судна до начала маневра торможения. Подставляя значение постоянной интегрирования Со в уравнение (58), получим окончательно:

(59)

Время торможения допрекращенияпоступательного движения определяется условием v = 0, тогда

(60)

Решим уравнение (59) в отношении переменной. Сначала умножим левую и правую часть на AB и, проведя преобразования, получим

(61)

– 59 –

УПРАВЛЕНИЕ КРУПНОТОННАЖНЫМИ СУДАМИ

Учитывая, чтоds/dt = v, получим

Для интегрирования уравнения преобразуем тангенс разностидвухугловпоизвестнойформуле:

Примем Тогдаполучим

Послеинтегрированиябудемиметь

Введемпреобразования:

Постоянная интегрирования С0 определится изначальных условий при t=0; 5=0; coso = l; ln1 = 0; sin0 = 0; tgо = 0.

ТогдаС0 = 0.

Такимобразом, пройденныйприторможениигребным винтом путь судна за промежуток времени t можно определить поформуле

(62)

– 60 –

УПРАВЛЕНИЕ КРУПНОТОННАЖНЫМИ СУДАМИ

Из уравнения (56) можно получить выражение для определения пути торможения в зависимости от скорости. Умножив левую и правую части уравнения (56) на v, разделив переменную ипроинтегрировав, получим

Интегрируяправуючасть, получим

		(63)
	Определим	постоянную
	приS1 = 0 иv = v0. Тогда	интегрирования С0
		Делая подстановку

значения С0 в уравнение (63), получим выражение для определения пути, пройденного судном при торможении гребнымвинтомвзависимостиотскорости:

(64)

Путь, пройденный судном до прекращения поступательного движения (v = 0), можно определить по выражению:

(65)

Используя формулы (64) и (65), произвели расчет параметров торможения крупнотоннажных судов «Маршал Жуков», «Борис Бутома» при движении по криволинейной траектории (табл. 4) и построили кривые изменения скорости и проходимого при этом пути. Исходя из натурных испытаний время прямолинейного движения

Таблица 4 Путиторможениясудов

Судно	vо, м/с	ST,кб	Путьтормо-
			жения	по	на-
			турным	испы-
			таниям,		кб
«МаршалЖуков»	5,8	10,0	10,5
«БорисБутома»	5,7	10,5	103

– 61 –

УПРАВЛЕНИЕ КРУПНОТОННАЖНЫМИ СУДАМИ

крупнотоннажного судна при торможении гребным винтом можно принять равным tn=62 с. Скорость движения в этот период практически остается равной начальной скорости маневра v0, тогда длина прямолинейного участка пути будет равна S = v0tn. Общий путь торможения SТ будет равен

(66)

Данные таблицы показывают, что предполагаемая методика расчета пути торможения крупнотоннажного судна гребным винтом подтверждается натурными испытаниями и может быть рекомендована для практическогоиспользованиясудоводителями.

Закономерности пассивного торможения судна при отсутствии ветра и течения. При остановке движителя на судне, идущем с определенной скоростью v постоянным курсом при отсутствии ветра и течения, уравнение движения судна на основании системы уравнений (37) приобретаетвид:

(67)

Интегрирование уравнения позволяет определить закон измененияскоростипассивноготорможения:

(68)

Произведя замену v ( t ) = d S / d t , разделив переменные в формуле (68) и проинтегрировав, получим выражение для определения закона изменения пути по времени S(t):

(69)

Приведенные формулы могут быть использованы для расчета маневров при швартовке, постановке на якорь, расхождении судовимногихдругихслучаях.

При движении постоянным курсом при бортовом ветре схема сил и моментов, действующих на судно, приведена на рис. 18. При остановке двигателя движущееся

– 62 –

УПРАВЛЕНИЕ КРУПНОТОННАЖНЫМИ СУДАМИ

рис. 18 Схема сил и моментов, действующих на судно при бортовомветре

(R — равнодействующая сил сопротивления воды; Rx Ry — проекции R на оси координат; АВ — равнодействующая сил давления ветра; МВ — момент от ветра; МВ=АВа, где а — плечо; FД — сила упора движителя; Р

— давление на руль; Mр — момент руля; β — угол дрейфа; 1—1 — линия пути судна; ц. п. — центр парусности; ц. д. — центр гидродинамическогодавления)

рис. 19 Путь пассивного торможения теплохода «Маршал Жуков» приветребейдевинд

передним ходом судно, у которого центр корпуса находится у миделя или смещен к корме, под действием ветрового момента уклоняется в наветренную сторону. При ветрах бейдевинд к моменту остановки такое судно занимает положение строго против ветра. Затем по мере смещения назад судно разворачивается лагом к ветру. На рис. 19 показан путь пассивного торможения теплохода «Маршал Жуков», полученный при натурных испытаниях, при ветре бейдевинд скоростью 9—10 м/с полевомуборту. Перед остановкой двигателя теплоход имел скорость v0 = 9 уз, руль находился в положении прямо. Судно отклонилось в сторону ветра от линии первоначального пути на 5,5 кб и к моменту остановки встало в положениепротивветра.

– 63 –

УПРАВЛЕНИЕ КРУПНОТОННАЖНЫМИ СУДАМИ

Приближенно уравнения движения судна при ветре с остановленным двигателем можно записать в следующем виде:

(70)

где Rо — сила сопротивления воды движению, Н; AВ — сила давления ветра на судно, Н; а — плечосилы ветра, м; α0 - угол направления ветра, °.

За время t φ изменяется от 0 до α0. Решим третье уравнение:

тогда

Обозначим

или PdP=Ksin (αo— φ)dφ.Интегрируя, находим:

При

Заменим Р на dφ/dt:

Для вычисления интеграла разложим cos(αo—φ) в ряд

Тейлора и ограничимся двумя первыми членами ряда cos (αo — φ) ≈1— (αо — φ)2/2.

– 64 –

УПРАВЛЕНИЕ КРУПНОТОННАЖНЫМИ СУДАМИ

Приt = 0 иφ= 0

Преобразуя, получим

(71)

откуда:

Обозначим

тогда

(72)

где а—амплитуда; K - ω — круговая частота; b — фаза.

Другиедвауравнениямогутбытьпроинтегрированы, например, пометодуРунге— Кутта.

Закономерности изменения скорости судна при тор-

можении гребным винтом. Многочисленные натурные испытания судов и теоретические исследования, проводившиеся как в нашей стране, так и за рубежом, показы-

– 65 –

УПРАВЛЕНИЕ КРУПНОТОННАЖНЫМИ СУДАМИ

Рис. 20 Изменениескорости суднаприторможениигребнымвинтом:

1 — теплоход «София», грузоподъемность 46 тыс т; 2 — теплоход, грузоподъемность 360 тыс т, 3 — теплоход «Маршал Жуков», грузоподъемность 100 тыс т, 4 — теплоход «Кузбасс», грузоподъемность 130 тыс т; 5 — теплоход «Профессор Ухов», грузоподъемность 10 тыс. т

вают, что изменения скорости судна с момента появления силы упора винта, работающего на задний ход, и до момента погашения линейной скорости поступательного движения соответствуют линейному закону. На рис. 20 приведены изменения скорости различных судов с момента начала вращения винта на задний ход и до момента, когда скорость поступательного движения была равна нулю.

При остановке судна работой винта на задний ход процесс торможения можно разделить на три периода: первый — от момента отдачи команды до момента перекрытия подачи топлива; второй — от момента перекрытия подачи топлива до пуска двигателя на задний ход; третий — от момента пуска двигателя на задний ход до момента полной остановки. Длительность переходных процессов в двигателе в маневренном режиме работы у крупнотоннажных судов не превышает 25—30 с, в то же время процесс торможения длится 500—600 с и более. Как показывают натурные измерения, в течение первых 6 с после команды о реверсе двигателя на задний ход скорость судна практически остается постоянной.

На основании изложенного изменение скорости хода судна в процессе торможения гребным винтом можно определитьпоформуле

					t − t1
v	= v		1	−					(73)
1		0			t	0	− t
							1

	при	t ≤ t1 vt	= v 0 ,
где v0	— начальная скорость хода, м/с; t — текущее время; с;
t1	— время от момента подачи команды о реверсе двигателя
до момента,		когда	скоростьначинаетуменьшаться, с;

t11≈60 с длякрупнотоннажныхтанкеров, tо — времяторможения, с.

– 66 –

УПРАВЛЕНИЕ КРУПНОТОННАЖНЫМИ СУДАМИ

рис. 21 Изменение курса судна	Значения t0 и t1 определяют-
при торможении гребным винтом:	ся на основании натурных

испытаний.

Натурные испытания крупнотоннажных танкеров типа «Крым», «Маршал Жуков», «Борис Бутома» показали, что при торможении одновинтового крупнотоннажного судна гребным винтом изменения курса начи-

наются после 2,5—3 мин

1—теплоход «Маршал Жуков», после начала маневра и 2 — теплоход«Кузбасс»

происходят по линейному закону. На рис. 21 приведены графики изменения курса танкеров «Кузбасс» и «Маршал Жуков» при торможении гребным винтом. К моменту прекращения поступательного движения судно разворачивается на угол 100—140° и приобретает угловую скорость 10—12°/мин*, т. е. поступательное движение переходит вовращательное.

Изменение курса судна за время t при торможении гребнымвинтомможноопределитьпоформуле

при t ≤t2 φt = 0,

(74)

где φо — изменение курса к моменту прекращения поступательной скорости движения, °; t2 — время от начала маневра до начала вращения судна, с, t2=150÷180 с для крупнотоннажных танкеров.

Определить траекторию движения центра тяжести одновинтового судна при торможении гребным винтом можно с помощью его текущих координат х и у, при этомвеличинойугладрейфапренебрегают:

* Здесь и дальше единица измерения угловой скорости принята так, как отградуированы судовые приборы, измеряющие этувеличину.

– 67 –

УПРАВЛЕНИЕ КРУПНОТОННАЖНЫМИ СУДАМИ

(75)

Послеподстановкизначенийфункцийvt и<φt будемиметь:

(76)

Проинтегрировав формулы (76), приняв шаг интегрирования t=б0 с, начальную скорость перед реверсом двигателяv0 = 5,92 м/с, времяторможенияt0 = 660 с, t = 60 с, t2 = 180 с и φ0=130° (по результатам натурных испытаний), нами был произведен расчет координат траектории теплохода «Маршал Жуков», результаты которогосведенывтабл. 5.

По полученным координатам построен график траектории движения теплохода «Маршал Жуков», приведенный на рис. 22. Результаты расчета согласуются с результатаминатурныхиспытаний.

При активном торможении крупнотоннажного одновинтового судна с винтом правого шага и бортовом ветре, очевидно, возможны три характерных случая: первый— момент от ветра совпадает с моментом от струя винтапо направлению (ветер в правый борт); второй — момент от ветранаправленвпротивоположнуюсторону

Таблица 5 Результаты расчета координат х и у

t,с	60	120	180	240	300	360	420	480	540	600	660
v, м/с	5,92	5,33	4,74	4,14	3,55	2,96	2,37	1,78	1,18	0,53	0
φt,º	0	0	0	16,2	32	49	65	81	97	113	130
vt ср , м/с	5,92	5,63	5,04	4,44	3,86	3,26	2,67	2,06	1,48	0,85	0,27
φt ср,º	0	0	0	8,1	24	41	57	73	87	105	122
x, м	355	693	995	1259	1471	1620	1708	1744	1749	1735	1726
y,м	0	0	0	38	133	260	394	512	601	650	664

– 68 –

УПРАВЛЕНИЕ КРУПНОТОННАЖНЫМИ СУДАМИ

рис. 22 Траектория движения теплохода «Маршал Жуков» при торможении гребным винтом

и приблизительно равен моменту винта (ветер в левый борт); третий — момент от ветра направлен в сторону, противоположную моменту винта, и момент от ветра больше момента винта. Определить аналитическим путем эти условия пока представляется сложным делом. На рис. 23 приведены графики активного торможения супертанкера грузоподъемностью 350 тыс. т (Япония) при различных направлениях и скоростях ветра, загрузке судна и режимах работы двигателя. Длина танкера 355 м, ширина 64 м, осадка 22,9 м. Винт правого вращения.

График 1' получен для груженого танкера
рис. 23 Активное торможение	при торможении с полного
	хода и реверсе двигателя на
супертанкера при различных	полныйзаднийходприочень
скоростяхветра	слабом ветре. График 1 по-
	лучен для тех же условий
	загрузки, но при движении
	с несколько меньшей линей-
	ной скоростью		при	ветре
	правого борта 9,6 м/с. За
	счет ветрового момента кри-
	визна траектории увеличи-
	лась, а тормозной путь со-
	кратился.	График		2
	получен	при	активном
	торможении		того	же
	танкера,	находящегося в
	балласте.	При		ветре
	бейдевинд левого борта 16,9

м/с ветровой момент был значительноменьшемо-

– 69 –

УПРАВЛЕНИЕ КРУПНОТОННАЖНЫМИ СУДАМИ

мента от струи винта, поэтому							рис. 24 Тормознойпуть
движение танкера происходило							крупнотоннажного
практически по прямой линии.								судна:
График	3		получен			при
торможении			ветре	груженого
танкера	при			бейдевинд
19 м/с, при этом двигатель на
задний ход работал на						малом
ходу.	Ветровой момент был
значительно		больше			момента
от	струи		винта,		поэтому
танкер	уклонялся			в		левую
сторону.			Своевременно
регулируя обороты				двигателя,
работающего			на задний ход,				1 — водоизмещением 160 тыс. т,		2 —
можно	при		определенных				водоизмещением	100 тыс т
скоростях		и	направлениях						при
ветра	или	добиваться				стабилизации курса судна
торможении,			или, наоборот, изменять его					в желаемом

направлении путем изменения величины момента от струи винта на корпусе судна.

Факторы, влияющие на тормозной путь судна. На тормозной путь судна большое влияние оказывают начальная скорость судна, водоизмещение судна и глубина под килем. На рис. 24 показаны графики зависимости тормозного пути для судов водоизмещением 160 тыс. и 100 тыс. т по отношению к начальной скорости хода этих судов на момент выполнения команды «полныйназад». Как видно из графиков, при скорости хода от 16 до 8 уз тормозной путь уменьшается пропорционально величине начальной скорости, а при скорости менее 8 узтормозной путь сокращается очень резко.

Водоизмещение как фактор количества движения также влияет на длину тормозного пути. Учтем, что водоизмещение судна в балласте составляет половину водоизмещения судна в грузу. Как показали натурные испытания, тормозной путь для судна в балласте составляет около 80% тормозного пути судна, идущего в полном грузу.

Известно, что по мере уменьшения глубины под килем тормозной путь судна сокращается. Как показывает практика, судно в грузу, имеющее под килем небольшую глубину, может совершать произвольное заваливание

– 70 –

УПРАВЛЕНИЕ КРУПНОТОННАЖНЫМИ СУДАМИ

«носом», т. е. при торможении может уклоняться как влево, так и вправо.

Разработкипосокращениютормозногопутисудна. Тормозной путь груженых крупнотоннажных судов составляет 12—16 L или от 3,5 тыс. до 8 тыс. м. Поэтому в настоящее время во многих странах ведутся научные и конструкторские разработки, направленные на изыскание наиболее эффективных путей сокращения тормозного пути, особенно крупнотоннажного судна.

В 1970 г. под руководством М. Иидзуки (Япония) проведен эксперимент, состоящий в применении в качестве тормозных устройств нейлоновых парашютов авиационного типа, закрепленных по бортам судна в районе миделя судна. Тормозной путь рудовоза «Сантайсабэ Мару» водоизмещением 50 тыс т сократился с 1169 м до 732 м, т. е. примерно на 40%. Однако проблему быстрой постановки парашютов технически нельзя считать решенной

Другой способ конструктивных решений проблемы состоял в постановке закрылков (щитов), выдвигающихся из корпуса судна в районе кормовой надстройки. Уменьшение тормозного пути судна при площади закрылков, составляющих около 15% площади миделя судна, составляет около 30%. Однако масса всей конструкции достигает 100 т.

В Японии также была испытана система раскрывающегося руля, который в раскрытом положении становится тормозом. Перспективной считается идея установки трубы в носовой части бульба (пассивные протоки), раскрывающегося при необходимости экстренного торможения. Велись разработки возможности использования для экстренной остановки судна реактивных двигателей. Но по экономическим соображениям установка реактивных (ракетных) двигателей была признана нецелесообразной.

Торможение судна с помощью якорей. Метод сокращения тормозного пути судна с помощью отданных в воду якорей был предложен и всесторонне исследован проф. М. М. Лесковым. Сопротивление вытравленных в воду не до грунта якорей и якорных цепей не только соизмеримо с сопротивлением корпуса судна, но может даже превышать его. Максимальное значение сопротивления вытравленных якорей и якорных цепей можно определитьпоформуле

RЯ≤Q + P·l,

(77)

где Q — масса якоря, кг; Р — масса погонного метра якорной цепи в воде, кг; l — длина вытравленной якорной цепи, м.

Из анализа выражения (77) можно сделать вывод, что опасности обрыва якорных цепей не существует (при условии некасания грунта дна), так как даже при длине l в пять смычек сохраняется примерно пятикратный запас прочности.

– 71 –

УПРАВЛЕНИЕ КРУПНОТОННАЖНЫМИ СУДАМИ

рис. 25 Тормозныехарактеристики теплохода «Профессор Ухов» приреверсеПХВ—ПХН (сплошная линия— без отдачи якоря; штриховая — при двух стравленных в воду якорях и по одной смычке якорной цепи)

Уравнениедвижениясуднаприторможениигребным винтомиотданнымиякорямиимеетвид:

(78)

где R (v) — сопротивление корпуса судна, Н; Т (v; n) — упор винта на заднем ходу, Н; RЯ(v) — сопротивление якорей и якорных цепей,

Н. На рис. 25 приведены результаты эксперимента по определению тормозных характеристик теплохода «Профессор Ухав» при реверсе ПХВ —ПХН (v0=13,3 уз) с одновременным стравливанием в воду двух якорей. Длина якорных цепей равнялась одной смычке. Якоря стравливались при помощи мотора брашпиля. Время стравливанияякорейсоставило90 с.

Тормозной путь судна с отданными якорями сократился на 25%, что свидетельствует о высокой эффективностиданногоспособаторможения.

На танкере «Морис Торез» водоизмещением 62 тыс. т. (якорь Холламассой 8 т, калибр якорной цепи 82 мм) определялась длина тормозного пути при остановке двигателя без отданных и с отданными якорями и якорными цепями по три смычки каждый. Путь пассивного торможения сократился на полном ходу с 6 до 2,3 мили, насреднем— с3,5 до1,1мили.

Торможение судна путем попеременной перекладки руля. При рассмотрении торможения судна путем попеременной перекладки руля, испытанного на танкере дедвейтом 200 тыс. т, нами использованы данные английских исследователей. По сравнению с используемой в практике остановкой судна с помощью реверса машин данный способ сокращает выбег судна по инерции на 25%. Более того, поскольку период работы машин полным задним ходом при этом способе небольшой, он, повидимому, болееподходитдлякрупнотоннажныхсудов

– 72 –

УПРАВЛЕНИЕ КРУПНОТОННАЖНЫМИ СУДАМИ

и с точки зрения удержания контроля над управляемостьюсудна.

Итак, полагают, что данный способ благодаря сокращению времени, необходимого для полной остановки судна, более эффективен, чем прежний способ с помощью реверса машин. Ниже следует описание этого способа:

а) исходное положение — судноследует«полнымходом вперед»;

б) руль перекладывают «лево на борт», а когда судно отклонится на 20°, руль перекладывают «право на борт». Вследствие создания рулем боковой силы и увеличения сопротивления корпуса судна частота вращения двигателя падает на 25%;

в) когда судно развернется влево на максимальный размах, на телеграф дают команду: «средний ход вперед», в это время частота вращения в минуту уменьшается на 40%;

г) как только судно ляжет на первоначальный курс, рулевому подают команду «лево на борт», а когда судно развернется вправо на максимальный размах, дают команду: «малый вперед», и частота вращения вала двигателя уменьшается на 60%;

д) когда судно опять вернется на первоначальный курс, рулевому подают команду «право на борт», а на телеграф — «полный назад» и поддерживают эти положения руля и машины до полного прекращения поступательногодвижениясуднавперед.

На рис. 26 графически показана сущность управления судном, углы разворота судна носом и частота вращения вала двигателя, а на рис. 27—снижение скорости судна в грузу и балласте на малых и больших глубинах при торможении описанным выше способом. Этот способ торможения является весьма рациональным, поскольку

рис. 26		Маневр остановки судна			1 — перекладкаруля, 2 — изменение угла
путем		переменной		перекладки	курса φ, 3 — изменение частоты
руля (п, мин—1), к — назад; п					вращения двигателя
— полный вперед; с — средний
вперед; м — малый вперед; к’ —
полный назад; φ — угол курса; п
—	частота вращения в минуту;
αр	— угол перекладки руля; t —
время, мин;			к —	окончание
маневра):

– 73 –

УПРАВЛЕНИЕ КРУПНОТОННАЖНЫМИ СУДАМИ

он позволяет сначала быст-			рис. 27 Снижение скорости хо-
ро уменьшить скорость по-			да в результате переменнойпе-
ступательного движения суд-			рекладки руля:
на, а затем уменьшить ско-
рость хода и остановить суд-
но путем перекладки руля
на борт и работы машины
на полный задний ход, осу-
ществляемыходновременно.
Торможениесупертанкера
работой движителя		на
задний ход с перекладками
руля. Во время натурного
определения	тормозных	ха-
рактеристик	супертанкера
«Кузбасс» было произведено
торможение движения судна
работой движителя на зад-			1 — на больших глубинах (77 м)
ний полный ход двумя спо-			судно в балласте, осадка 9,17 м,
собами.			судно в грузу, осадка 18,44 м,
			2 — на больших глубинах (77 м),
Первый	эксперимент		3 — на мелководье, судно в грузу
проводился	следующим

образом. На судне, движущемся с постоянной скоростью, с переднего маневренного полного хода был дан задний полный ход, руль прямо. Спустя одну минуту после дачи заднего полного хода судно начало уклоняться влево; руль был переложен на правый борт, но судно продолжало уклоняться влево под действием большого давления струи воды, отбрасываемой винтом в кормовую оконечность судна, со стороны левого борта. Угловая скорость вращения влево начала резко возрастать и на пятой минуте после начала торможения составляла 22°/мин, затем стала уменьшаться и к моменту прекращения поступательного движения вперед составила 15°/мин, что соответствует окружной скорости вращения носа и кормы около 0,6 м/с. Такая скорость вращения является опасной, так как при касании судна препятствия она может вызвать повреждение корпуса. Составляющая скорость бокового уклонения достигла 2,2 уз. На девятой минуте поступательное движение вперед прекратилось и тормозной путь судна составил 9,0 кб, боковое уклонение влево —3,0 кб, при этом судно развернулось на угол 120° от линии первоначального курса. Этот эксперимент показал, что после начала работы

– 74 –

УПРАВЛЕНИЕ КРУПНОТОННАЖНЫМИ СУДАМИ

рис. 28 Траектория движениятеплохода «Кузбасс» впроцессе торможения

движителя на полный задний ход судно уклоняется влево независимо от положения пера руля. На рис. 28 показана полученная экспериментальным путем траектория движения танкера «Кузбасс», положение пера руля и время в минутах при торможении судна с переднего маневренного полного хода на задний полный ход. Для этого же маневра на рис. 29 приведены экспериментальные данные об интенсивности изменения курса судна,

рис. 29 Экспериментальные за-		угловой		скорости		вращения
висимости, снятыевпроцессе		(°/мин), абсолютнойскорости,
торможениятеплохода «Кузбасс»:		измеренной по лагу «Онега»,
		и относительной				скорости,
		измеренной			по	ин-
		дукционному лагу «Угра», а
		также	изменение			скорости
		бокового		уклонения судна,
		измеренной по лагу «Онега».
		Так как боковое уклонение в
		процессе торможения влево,
		как правило, нежелательно,
		например,			при следовании
		судна	в районах разделения
		движения и в других случаях,
		провели второй эксперимент
1	— угловая скорость, 2 — курс судна,	(рис. 30 и рис. 31), во время
3	— абсолютная скорость хода,
4 — относительная скорость хода,		которого			была	принята
5 — скорость бокового уклонения		попытка			предупредить

– 75 –

УПРАВЛЕНИЕ КРУПНОТОННАЖНЫМИ СУДАМИ

рис. 30 Траекториядвижениятеплохода«Кузбасс» приторможении движителемирулем

рис. 31 Экспериментальныезависимостиприторможении теплохода«Кузбасс» движителемирулем:

1 — курс судна, 2 — угловая скорость, 3 — абсолютная скорость хода, 4 — относительная скорость, 5—скорость бокового уклонения

уклонение судна при торможении в правую сторону за счет создания первоначальной угловой скорости вращения вправо. На судне, движущемся с постоянной скоростью на переднем маневренном полном ходу, вначале руль был переложен на правый борт и после поворота судна на 15° вправо при угловой скорости вращения 14°/мин машине был дан полный задний ход и руль переложен на левый борт. В этот переходный период, до появления установившейся струи воды от работающего на задний ход винта, поворачивающий момент руля еще велик и поэтому судно резко уменьшило угловую скорость вращения вправо до 2°/мин. Общий поворачивающий момент Моб в это время состоял из трех моментов:

Моб = МП — МР — МR ,

(79)

– 76 –

УПРАВЛЕНИЕ КРУПНОТОННАЖНЫМИ СУДАМИ

где Мп — позиционный момент на корпусе судна; Мр — момент руля, MR — момент сопротивленияводы(демпфирующиймомент).

Так как Мп превышал суммуМр иMR, суднопродолжало разворачиватьсявправо.

С появлением давления воды на корпус судна or струи воды, отбрасываемой винтом, общий поворачивающий момент стал состоять из четырех моментов:

Mоб = Мп - MР — MR - Ме,

(80}

винтомгде. Ме — момент на корпусе судна от струи воды, отбрасываемой

К этому времени скорость поступательного движения вперед значительно уменьшается, а угол дрейфа увеличивается, т. е. основным моментом, влияющим на поворот судна, является МП. Этим и объясняется постоянный поворот судна вправо, вплоть до прекращения поступательного движения вперед', Угловая скорость к моменту составляла 12°/мин. Аналогичные закономерности изменения претерпевала и скорость бокового уклонения, достигавшая максимального значения 1,5 уз. В этом маневре торможение осуществляется силой упора винта, увеличенной силой сопротивления корпуса судна за счет движения с углом дрейфа и силой сопротивления руля, переложенного на борт. Поступательное движение судна вперед прекратилось на девятой минуте, тормозной путь судна составил 9,0 кб, боковое уклонение вправо — 2,2 кб, при этом судно развернулось вправо на угол 80° от линии первоначального курса. Таким образом, элементы маневра практически остались такими же, как и в первом эксперименте, но преимущество торможения этим способом состоит в том, что судно уклоняется вправо, а величина бокового уклонения, угловая скорость и угол поворота в конце маневра меньше, чем при торможении первымспособом.

В табл. 6 приведены изменения шага винта супертанкера «Кузбасс» по времени с переднего маневренного полного хода на задний полный ход при частоте вращения

52 мин—1.

Торможение супертанкера работой движителя на задний полный ход при положении руля прямо. При способе, названном нами первым, на судне, движущемся с постоянной скоростью, торможение производилось реверсом главного двигателя с переднего маневренного

– 77 –

УПРАВЛЕНИЕ КРУПНОТОННАЖНЫМИ СУДАМИ

Таблица 6 Время изменения шага винта

Время, с	0,0		10		20	25	30	40		42
Шаг винта, °	7,5		5,5		2,0	0,0	3,0	5,5		6,5
Ход
		Передний				Стоп		Задний

полного хода на задний полный ход при положении руля прямо. Траектория движения танкера «Маршал Жуков» в этом эксперименте приведена на рис. 32. Определенные экспериментальным путем изменения скорости и ускорения во время маневра приведены на рис. 33 и рис. 34. Угол поворота и угловая скорость во время маневра показаны на рис. 35. В этом эксперименте тормозной

путь судна составил 10,8 кб.

Судно уклонилось от линии первоначального пути вправо на 4,4 кб. Время маневра составило 9 мин. Угло-

рис. 32 Траектория	рис. 33	Изменение скорости теплохода
движениятеплохода«Мар-	«Маршал Жуков» при торможении первым
шал Жуков» при тормо-	способом	(1); вторым способом (2),
жениипервымспособом	третьимспособом(3)

.

– 78 –

УПРАВЛЕНИЕ КРУПНОТОННАЖНЫМИ СУДАМИ

рис. 34 Изменениеускорениятеп-	рис. 35 Изменениеугловойскорости и
лохода«МаршалЖуков» притор-	угла поворота теплохода «Маршал
можении первым способом (1), вторым	Жуков» при торможениипервым
способом(2), третьимспособом (3)	способом

вая скорость на второй минуте после начала маневра стала резко возрастать и на пятой минуте достигла 1б°/мин, а затем стала уменьшаться и к моменту прекращения поступательного движения вперед составляла 11°/мин, к концу маневра судно развернулось на угол 110° вправоотлиниипервоначальногокурса.

Торможение супертанкера перекладкой руля и переменным режимом работы движителя. Метод торможения, названный нами вторым способом, рекомендован английскими исследователями. Сущность метода состоит в следующем. На переднем полном ходу руль перекладывают на левый борт (схема маневрирования показана на рис. 36) и, когда курс судна изменится влево на 20° (/), машине дается передний средний ход. После изменения курса на 40° влево (//) руль перекладывают на правый борт. При максимальном, около 55°, отклонении судна от первоначального курса влево(///) машине дается передний малый ход. Судно начинает поворачиваться вправо, и, как только оно выйдет на первоначальныйкурс ( I V ) , руль перекладывается на левый борт. При максимальном отклонении судна от первоначального

– 79 –

УПРАВЛЕНИЕ КРУПНОТОННАЖНЫМИ СУДАМИ

курса вправо ( V ) машине дается передний самый малый ход, и, когда судно снова выйдет на первоначальный курс ( V I ) , руль перекладывается на правый борт, а машине дается задний полный ход до полной остановки судна

( V I I ) .

Торможение супертанкера рулем, корпусом и работой движителя на задний полный ход. При способе тор-

можения, названном нами третьим, на судне, движущемся с постоянной скоростью, с переднего маневренного полного хода дается задний полный ход и одновременно руль перекладывается на левый борт. Когда курс судна изменится влево на 15°, а угловая скорость достигнет

рис. 36 Схема торможения судна	рис. 37 Траектория движения
перекладкой руля и переменным режимом	теплохода «МаршалЖуков* при
работы движителя	торможении третьим способом

– 80 –

УПРАВЛЕНИЕ КРУПНОТОННАЖНЫМИ СУДАМИ

рис. 38 Изменение угловойскорости иугла поворота теплохода "Маршал Жуков" приторможениитретьим способом

9°/мин, руль перекладывается на правый борт. Траектория движения показана на рис. 37.

Закономерности изменения скорости судна и ускорения показаны на рис. 33 и рис. 34. Изменения курса судна и угловой скорости показаны на рис. 38. При этом тормозной путь судна составил 6,5 кб, время торможения — 6 мин, наибольшее боковое уклонение влево —1,0 кб, угловая скорость к моменту прекращения поступательного движения вперед составила 2°/мин, а судно в конце маневра развернулось на угол 12° вправо от линии первоначального курса.

Сравнительная оценка методов торможения супер-

танкеров. Для решения вопроса по выбору оптимального способа торможения супертанкеров в табл. 7 приведены сравнительные данные результатов натурных испытаний торможениятанкеров«МаршалЖуков» и«БорисБутома».

В результате проведенных исследований можно сделать следующие выводы: при выполнении маневра торможения путем реверса машины на задний полный ход при положении руля прямо нос судна судов с винтом фиксированного шага правого вращения (суда типа «Борис Бутома» и «Маршал Жуков») уклоняется вправо л боковое уклонение от линии первоначального курса составляет 4,0 кб и более. Спустя примерно одну минуту после реверса машины судно перестает слушаться руля. К моменту прекращения поступательного движения вперед судно

– 81 –

УПРАВЛЕНИЕ КРУПНОТОННАЖНЫМИ СУДАМИ

Таблица 7 Данные результатов натурных испытаний танкеров «Маршал Жуков» и «Борис Бутома»

пути,	, мин			значение	, º/МИН	вконце	в
		,		скорости		мин °/ ,	линии ,
		боковое			маневра	скорость	курса
тормозногоДлина	торможенияремяB	Максимальное	кб	во		Угловая	первоначального
				Максимальное	время
кб		уклонение		угловой		маневра	отповоротаУгол маневраконце
Способ торможения

Первыйспособ
Танкеры
«Маршал	10,8	9,0	4,4 вправо		16,0	11,0		110,0 вправо
Жуков»
«Борис Бутома»	10,5	8,0	1,0вправо		12,0	8,0		105,0	»
Второйспособ
Танкеры
«МаршалЖуков»	13,5	12,0	4,0 влево		26,0	0,0		10,0 влево
«Борис Бутома»	8,0	15,0	5,0	»	26,0	7,0		25,0	»
Третийспособ
Танкеры
"Маршал Жуков"	6,5	6,0	1,0 влево		12,0	2,0		12,0 «право
«Борис Бутома»	__	5,0	1,0	»	12,0	5,0		15,0	»

разворачивается от первоначального курса на угол 105— 110° и приобретает угловую скорость до 8— 11°/мин. У судов с винтом регулируемого шага правого вращения (суда типа «Крым») в этом маневре нос судна уклоняется влево. В остальном движение танкера носит аналогичный характер.

Исходя из изложенного, а также учитывая невозможность полной остановки судна, так как поступательное движение вперед переходит во вращательное, маневр для остановки судна реверсом машины на задний полный ход при положении руля прямо следует признать как несоответствующий хорошей морской практике. Его применение может быть рекомендовано лишь в исключительных случаях, например при выходе из строя рулевого устройства или при отсутствии вблизи судна опасности со стороны правого борта у судов с фиксированным шагом винта правого вращения, или со стороны

– 82 –