19.Движение судка под влиянием переложенного руля

За начало циркуляции принимается момент начала перекладки руля. Циркуляция характеризуется линейной и угловой скоростями, радиусом кривизны и углом дрейфа. Эти характеристики не остаются постоянными. Процесс циркуляции принято делить на три периода. Первый период — маневренный, продолжается в течение времени перекладки руля. Второй период — эволюционный, начинается с момента окончания перекладки руля и заканчивается, когда характеристики циркуляции примут установившиеся значения. Третий период — установившийся, начинается с момента окончания второго периода и продолжается до тех пор, пока руль остается в переложенном положении. Переложенный на угол δР руль, как и всякое крыло, развивает подъемную силу — боковую силу руля РРУ. Для получения наглядного представления о воздействии силы на корпус судна приложим в его ЦТ две силы, равные по модулю силе Рру и направленные в противоположные стороны, как это показано на рис. 2.3. Эти две силы взаимно компенсируются, т. е. не оказывают влияния на корпус судна, но их совместное рассмотрение с боковой силой руля Рру позволяет понять, что корпус судна одновременно испытывает поперечную силу Рру, приложенную в центре тяжести С, и момент боковой силы руля Мр относительно вертикальной оси 2, проходящей через ЦТ. В дальнейшем под влиянием поперечной силы Яу траектория ЦТ начинает постепенно искривляться в сторону перекладки руля, т. е. радиус циркуляции, который в начале стремился к бесконечности, начинает уменьшаться.

Геометрически траектория характеризуется следующими элементами циркуляции:

выдвиг l1—расстояние, на которое смещается ЦТ судна в направлении первоначального курса от начальной точки циркуляции до точки, соответствующей изменению курса на 90°;

прямое смещение l2 — расстояние от линии первоначального курса по нормали до ЦТ судна к моменту изменения курса на 90°;

обратное смещение l3 — максимальное смещение ЦТ судна от линии первоначального курса в сторону, обратную направлению поворота, происходящее в начале циркуляции под_ влиянием боковой силы руля вызывающей дрейф судна (обратное смещение).

тактический диаметр циркуляции Dт — расстояние между положениями ДП судна до начала поворота и в момент изменения курса на 180гр.

Диаметр установившейся циркуляции Dуст – расстояние между положениями ДП судна на двух последовательных курсах, отличающихся на 180 при установившемся значении.

15.Гидродинамическое взаимодействие судов.

Одной из опаснейших навигационных ситуаций является расхождение судов на небольших траверзных расстояниях. В этом случае па их корпусы могут воздействовать дополнительные внешние силы, обусловленные гидродинамическим воздействием корпусов. В результате действия этих сил суда могут терять управляемость и может возникать аварийная ситуация, происходить столкновения судов.

В зависимости от сочетания различных факторов и взаимного положения судов возникающие при гидродинамическом контакте на корпусах судов поперечные силы Yг и моменты Мг могут менять свой знак и может происходить не только «притяжение», но и «расталкивание» судов. Поперечная сила Yг положительна по знаку, если она направлена в сторону борта встречного пли обгоняемого судна. Момент зарыскивания Мг считается положительным по знаку, если он стремится развернуть носовую оконечность рассматриваемого судна в сторону борта встречного или обгоняемого судна.

Из гидромеханики известно, что в идеальной жидкости вдоль линии потока выполняется закон сохранения энергии, который записывается в виде уравнения Бернулли : p+ ρv²/2g=const,p-давление в произвольной точке линии тока,Па;ρ-плотность воды,т/м³.

Поскольку корпус судна обладает определенными размерами, а жидкость неразрывна, то скорости частиц жидкости в точке С вблизи борта судна будут больше, чем в точке А на удалении от судна. Таким образом, в точке С давление будет понижено по сравнению с давлением на удалении от судна, т.е. возникает разрежение.

В точке потока В, расположенной на стороне бор га судна, обращенного к судну-партнеру 2, поток жидкости имеет скорость uВ, которая больше скорости uC, поскольку между корпусами судов поток поднимается. Следовательно, разрежение со стороны борта, обращенного к судну-партнеру, будет еще большим. За счет перепада давления на внешнем и внутреннем бортах на корпус судна будет действовать поперечная гидродинамическая сила присасывания. В случае, если корпус судна обладает заметной несимметрией относительно миделя, то поперечная сила присасывания Уг может быть приложена на некотором отстоянии от центра тяжести, так что на корпус судна будет действовать момент зарыскивания Мг, определенного знака. Для расчета конкретных значений гидродинамических сил Уг и моментов Мг можно воспользоваться выражениями:

Уг=Сук ρv²(0,5L)²; Мг=Сmк ρv²(0,5L)³, L- длина судна,м; Сук- гидродинамический коэффициент поперечной силы; Сmк- гидродинамический коэффициент момента поперечной силы.

При подходе носовой оконечности обгоняющего судна 1 к корме обгоняемого судна 2 за счет разности давлений в оконечностях судов на обгоняющее судно / действует поперечная сила присасывания, которая создает гидродинамический момент, стремящийся развернуть нос обгоняющего судна в сторону обгоняемого судна. На обгоняемое судно в этот момент действует также сила присасывания, которая приложена к корме и стремится развернуть корму обгоняемого судна 2 в сторону борта обгоняющего судна 1.

Таким образом, в процессе встреч и обгонов судов характер действия гидродинамических усилий непрерывно изменяется, что влечет за собой соответствующие трудности в управлении судами. Необходимо подчеркнуть, что рассмотренная качественная картина гидродинамического взаимодействия судов является сугубо схематичной. В реальных условиях взаимодействие судов может иметь еще более сложный характер, что объясняется взаимодействием волновых систем расходящихся судов, наличием углов дрейфа, влиянием ограничений фарватера по глубине и ширине и т.д.

Натурные испытания показали, что в случае обгона, особенно на малых глубинах, суда неоднократно наваливались друг на друга, несмотря на действия судоводителей даже при довольно значительных траверзных расстояниях между судами (при траверзных расстояниях от 2 до 5 ширин меньшего судна).

При встречных расхождениях на различных глубинах, с разными скоростями движении и при траверзных расстояниях от 0,75 до одной ширины меньшего судна не наблюдались случаи, когда гидродинамические усилия создавали аварийную ситуацию. Практически в процессе встречных расхождений силы и моменты не препятствуют безопасной проводке судов в отличие от случаев обгона.

В подавляющем большинстве случаев момент гидродинамических сил, возникающих при обгоне одного судна другим, достигает максимального значения, когда мидель обгоняющего судна находится примерно на траверзе кормы обгоняемого. При этом момент стремится развернуть обгоняющее судно в сторону обгоняемого, а момент, действуюший на обгоняемое судно, стремится развернуть его кормовую оконечность в сторону обгоняющего.