6.6. Влияние на качку курса и скорости судна

В предыдущем подразделе рассматривалась качка судна, не имеющего хода. Если судну дать ход, то периодичность воздействия возмущающей силы на корпус судна изменяется и будет зависеть от относительного перемещения судна и волн.

Как видно из рис. 6.7, скорость распространения волн С по отношению к судну определяется выражением

С = С+vcosφ,

где С — скорость бега волн;

v —скорость судна;

φ— курсовой угол волны.

Период τ прохождения волн относительно корпуса судна является кажущимся периодом волны и согласно выражению (6.1) будет определяться выражением

. (6.5)

Формула (6.5) показывает, что при постоянной длине волны ее кажущийся период, или, что то же самое, действительный период качки судна, будет зависеть только от курсового угла волн и скорости хода судна.

Рассмотрение закономерности изменения амплитуды и периода вынужденных колебаний позволяет принципиально решить вопрос о выборе курса и скорости судна с целью уменьшения размаха бортовой качки. Для упрощения задачи выбора курса и скорости в штормовых условиях созданы специальные диаграммы качки. В практике получила распространение универсальная диаграмма Ремеза. Диаграмма построена на основе формулы (6.5). Сведения о правилах использования диаграммы судоводители могут получить в Рекомендациях по обеспечению безопасности плавания судов в осенне-зимний период и в штормовых условиях.

Вместе с тем отмечено, что универсальная диаграмма качки не всегда дает приемлемое решение задачи выбора маневра для уменьшения воздействия шторма на судно. Судоводителям приходится выбирать благоприятные курсы и скорость путем проб. Причины этого состоят в следующем.

1. Рис. 6.7. Положение судна относительно направления бега волн

   Удовлетворительные решения задачи уменьшения бортовой и килевой качки одновременно в большинстве случаев взаимно исключают друг друга.

2. Поведение судна на взволнованной поверхности моря зависит не только от выбора курса и скорости, но и от его размеров, надводного борта, дифферента и обводов носовых образований.

3. Период свободных колебаний судна на волнении имеет переменное значение из-за изменений начальной метацентрической высоты и не соответствует расчетному (его значению на тихой воде).

4. Универсальная диаграмма не учитывает различий между дорезонансным и послерезонансным режимами качки, что особенно важно при большой крутизне волны.

5. Имеющиеся на универсальной диаграмме шкалы А, В и балльности относятся не ко всем видам волнения. Например, при развитом океанском волнении от ветра 7 баллов (w=16 м/с)в его спектре имеется волна длиной около 300 м и высотой 6,8 м[см. формулы (6.1)].

6. Встречающееся в действительности волнение часто является не только результатом интерференции волн одного направления, но и наложения волн от двух разных направлений (толчея).

7. Во время особенно сильного шторма для большинства типов и размеров судов зона усиленной качки охватывает все курсовые углы волн и все возможные скорости хода, за исключением движения судна носом на волну или прямо по волне. Это происходит потому, что в спектре сильного волнения всегда имеются колебания с периодом, близким к собственному периоду колебаний судна.

Таким образом, использование диаграммы качки для выбора курса и скорости если и не ограничивается указанными ее недостатками, то требует от судоводителей умения анализировать полученные результаты, используя изложенные выше сведения о качке.

В качестве примера такого анализа рассмотрим возможные варианты маневров, обеспечивающих выход судна из зоны усиленной качки, для случаев, когда длина волны 60 м, а период свободных колебаний T₂=12 с.

На рис. 6.8 зона усиленной качки (заштрихованная) определяется периодами 9 и 17 с. Область диаграммы левее зоны соответствует дорезонансному режиму качки, а область правее зоны — послерезонансному.

Рис. 6.8. Анализ маневров, вы. полненных по данным диаграммы Ремеза

Положим, наблюдается условие резонанса τ=T₂ при курсовом угле волны 130° к скорости хода 14 уз. Из диаграммы видно, что выход из зоны усиленной качки может быть осуществлен: увеличением скорости до 18 уз (точка C_t), изменением курса в сторону направления бега волн на 18° (точка С₂), уменьшением скорости до 6 уз (точка С₃), изменением курса в сторону фронта волны на 18° (точка С₄) либо совместным изменением курса и скорости с таким расчетом, чтобы точка С лежала вне пределов заштрихованной части диаграммы.

Рассмотрим особенности поведения судна при совершении того или иного маневра. Точки С₁ и С₂ соответствуют дорезонансному режиму качки, при котором амплитуда качки не может быть меньше действующего в поперечной плоскости судна максимального угла волнового склона. В связи с уменьшением амплитуды и увеличением периода качка становится плавнее, ускорение и инерционные силы — меньше. Сказанное относится в большей степени к маневру изменения курса (точка С₂), так как в этом случае действующий в поперечной плоскости судна максимальный угол волнового склона меньше, чем при маневре увеличения скорости (точка С₁). Однако маневр изменения курса увеличивает время лежания судна на попутной волне, что может иметь неблагоприятные последствия для судов длиной 30—90 м (см. рис. 6.4).

В отличие от маневра увеличения скорости маневр уменьшения скорости (точка С₃) соответствует послерезонансному режиму качки, при котором, как это следует из колебательной кривой (см. рис. 6.5), уменьшение амплитуды качки происходит быстрее, чем в дорезонансном режиме. Следовательно, амплитуда качки в этом случае меньше, чем при увеличении скорости. Вместе с тем уменьшается и период качки, т. е. она в отличие от предыдущих примеров будет менее плавной, судно испытает толчки от ударов волн.

При изменении курса в сторону фронта волн (точка С₄) из-за увеличения максимального угла волнового склона, действующего в поперечной плоскости судна, амплитуда качки по сравнению с маневром уменьшения скорости увеличивается, так как период качки сохраняется прежним (9 с), качка становится более резкой, судно испытывает более мощные удары волн.

На основании проведенного анализа можно сделать следующие заключения.

При плавании на крутой волне для судов длиной более 100 м наиболее благоприятным будет дорезонансный режим качки. Если у судна есть резерв скорости, то маневр следует начинать с ее увеличения. Если после увеличения скорости желаемый результат не будет достигнут, следует уменьшить курсовой угол волны. Для малых судов в связи со значительным уменьшением восстанавливающего момента на попутной волне значительное уменьшение курсового угла волны нецелесообразно. Если же у судна отсутствует достаточный резерв скорости или интенсивность качки будет оставаться значительной, следует перевести судно в после-резонансный режим путем уменьшения хода.

При плавании на пологой волне (старой зыби) удовлетворительный результат может дать также маневр изменения курса в сторону фронта волны (точка С₄).

Аналогичный анализ решения задачи выбора курса и скорости на диаграмме может быть произведен для случая плавания судна навстречу волнению. Судоводителям рекомендуется проделать эту работу самостоятельно. Такой анализ поможет глубже осмыслить физические закономерности качки и быстрее накопить опыт управления судном во время шторма.