МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО МОРСКОГО И

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА МОРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ИМ. АДМИРАЛА Ф. Ф. УШАКОВА

на тему: «Использование маневренных характеристик судна при плавании судна в узкости» . Работу выполнил: курсант 6 курса 164 гр. Хорев В. И. Руководитель: к. т. н. доцент Миронов А. В.

1. Общие схемы танкера STENA VENTURE принятого к расчету 2. Взаимодействие сил при обгоне 3. Расхождение и обгон судов на каналах и в узкостях движении 4. Расхождение и обгон судов на каналах и в узкостях 5. Влияние мелководья на управляемость судна 6. Зависимость циркуляции от глубины под килем 7. Движения судна в районе малых глубин с неровным рельефом дна 8. Расчет дополнительных элементов циркуляции( расчеты, графики зависимости и потери управляемости, рекомендации) 9. Заключение

Общие СХЕМЫ танкера STENA VENTURE принятого к расчёту в дипломном проекте

1

Взаимодействие сил при обгоне

• Известно, что при расхождении или обгоне на небольших траверзных расстояниях на суда действуют дополнительные внешние силы поперечные гидродинамические Yr и вызываемые ими моменты зарыскивания Mr, которые при определенных обстоятельствах могут привести к потере управляемости и столкновению судов. В зависимости от сочетания различных факторов силы и моменты Mr могут действовать как в сторону другого судна, так и от него, вызывая не только присасывание, но и отталкивание. Условились считать, что поперечная сила Уг положительна, если она направлена в сторону судна, с которым происходит взаимодействие, а момент Мг положителен, если он стремится развернуть носовую часть в сторону этого судна

С ростом траверзного расстояния между судами гидродинамические силы и моменты взаимодействуя быстро убывают, и практически прекращают свое влияние на расстоянии dr, равном семикратной ширине (В) меньшего из судов, что справедливо как для глубокой воды, так и для мелководья. На глубокой воде гидродинамическое взаимодействие несколько слабее и практически мало сказывается на управлении судном уже при D 1>4 В. Безопасное расстояние при обгоне судов на глубокой воде: Где α – угол системы расхождения волн ( условная величина, м )

Взаимодействие сил при встречном движении

• Судно «А» движется с большей скоростью и нагоняет судно «В» . Когда носовая часть судна «А» приблизится к корме судна «В» , тогда за счет разности давлений в оконечностях судов возникают поперечные силы присасывания Yr, образующие моменты Мг, под действием которых нос судна «А» и корма судна «В» стремятся сблизиться (А). В момент, когда оба судна идут рядом, поперечные силы стремятся сблизить суда, уклонение судов с курса не наблюдается (Б). После прохождения судном «А» миделя судна «В» направление поперечных сил остается прежним, но направление действия моментов изменяется: корма судна «А» и нос судна «В» взаимно притягиваются.

Расхождение и обгон судов на каналах и в узкостях Два судна сближаются, придерживаясь оси канала, скорость судна заблаговременно снижают до минимальной, достаточной для управления. Когда до встречного судна остается расстояние равное 2 3 L, оба судна кладут руль вправо и выходят ближе к кромке канала. Приближаться к кромке канала заранее, на большом расстоянии между судами нельзя, так как удерживать судно вплотную к бровке длительное время трудно. В тот момент, когда форштевни судов поравняются (Б), руль перекладывают влево, чтобы отвести корму и начать движение вдоль встречного судна, одновременно увеличивая обороты ГД. Суда огибают друга, совершая плавный поворот влево. Когда носовая часть подходит к траверзу миделя другого судна (В), руль перекладывают вправо, чтобы воспрепятствовать движению кормы к кромке канала. Благодаря взаимодействию гидродинамических сил между судами и каждого судна с берегом оба судна стремятся развернуться влево (В).

1. Расхождение в узком канале

• Судоводителям следует контролировать движение судов, но не препятствовать их плавному развороту влево. Если одно из судов, например «В» , во время расхождения задержит движение влево и после прохождения судна «А» останется у правой бровки канала, то влияние берегового эффекта (отталкивание носа и притягивание кормы) может резко уклонить его влево и даже развернуть поперек канала (поставить «на рельсы» ). Чтобы не допустить разворота влево, в этом случае своевременно одерживают судно рулем вплоть до перекладки на борт и помогают работой машины до тех пор, пока судно не выйдет на ось канала (Д).

2. Обгон в узкости

• Обгонов других судов в узкостях следует избегать. С целью обеспечения безопасности на некоторых участках вводится запрет на обгоны. Однако если пойти на обгон, то следует вначале сбавить ход до минимального, приближении обгоняющего судна к траверзу кормы (А) руль перекладывают право на борт, чтобы удержать свое судно от разворота в сторону обгоняющего. Когда мидель обгоняющего поравняется с кормой обгоняемого (Б), перекладывают руль на обгоняемом судне на левый борт, что бы удержать его корму от навала. По мере прохождения обгоняющего, обгоняемое судно окажется значительно правее прежнего пути. Для постепенного возвращения к оси канала перекладывают руль прямо.

• Критическая скорость для каналов V кр (м/с) с достаточной для практики точностью может быть определена из выражения: в которой:

• Плавание в канале со скоростью близкой к скорости • "насыщения" небезопасно. Судно неустойчиво на курсе и плохо слушается руля. Отклонение от оси фарватера в связи с рысканием на курсе или же под влиянием неровностей дна и боковых стенок канала нарушает баланс гидродинамических сил, действующих на корпус. Чтобы избежать нарушения баланса гидродинамических сил, очень важно при движении удерживаться на оси канала. При приближении к одному из берегов увеличение мощности ГД не улучшает управляемости, так как с увеличением частоты вращения гребного винта возрастают силы притяжения кормы к ближайшему берегу. Уменьшение частоты вращения гребного винта снижает действие потока на перо руля и также приводит к ухудшению управляемости.

• Приблизившись к одному из берегов, нельзя резко изменять курс в сторону оси канала. Поскольку полюс поворотливости располагается ближе к носовой части (примерно на 1/3 длины корпуса от форштевня), то при повороте корма будет стремительно идти к берегу. Поэтому снова на ось фарватера выходят под небольшим углом к береговой линии. В сравнительно узких каналах причиной нарушения баланса гидродинамических сил может послужить уменьшение скорости, поэтому избегают резкого ее снижения, а в случае вынужденного уменьшения скорости уделяют особое внимание удержанию судна на оси канала.

• Критическая скорость устанавливается относительно воды, поэтому, крупнотоннажные суда могут достигать V кр испытавшая действие встречного течения при сравнительно малых скоростях относительно берега, что может поставить эти суда в затруднительное положение при движении с установленной скоростью в составе каравана судов, как это бывает, например, в Суэцком канале. При движении в канале на попутном течении крупнотоннажные суда находятся в лучшем положении, так как в этом случае их управляемость и маневренность повышаются.

Влияние мелководья на управляемость судна • Если судно идет по мелководью или в узкости, то у обтекающего потока появляются дополнительные границы дно или берега водоема, которые вызывают значительные изменения распределения гидродинамического давления по подводной части корпуса, сопротивление воды возрастает, струи воды обтекают корпус с большими скоростями, присоединенная масса воды увеличивается, волнообразование становится более интенсивным.

Все это, в свою очередь оказывает существенное влияние на маневренные характеристики судна: скорость при неизменной мощности ГД уменьшается, DЦ, и тормозной путь увеличивается, осадка судна изменяется, «проседание» корпуса возрастает.

• Влияние мелководья начинает проявляться с уменьшением глубин Н до значения: где: T-средняя осадка неподвижного судна, м V-скорость судна, м/с g-ускорение свободного падения, м/с2

• Степень влияния мелководья зависит так же от скорости V (м/с), выраженной в относительном ее значении в виде числа Фруда Fr. H, рассчитываемого по глубине:

• При Fr. H < 0, 3 влияние мелководья на скорость и • проседание практически незначительно при любых значениях Н/Т. Волнообразование, просадка, изменение посадки и т. д. резко возрастают при Fr. H 0, 8 и достигают максимальных значений при Fr. H=1 (критическая скорость). Потерю скорости V% на мелководье при плавании в зоне докритических скоростей можно рассчитать по формуле Демина С. И.

• Мелководье существенно влияет на маневренные характеристики судна. Устойчивость на курсе на мелководье с ровным рельефом дна возрастает. Увеличение рыскливости при числе Fr. H 0, 8, объясняется возрастанием возмущающих сил, связанных с неравномерностью распределения глубин в мелководных районах. При выполнении поворотов ROT и угол дрейфа значительно меньше, чем на глубокой воде. При крутых циркуляциях (даже при Н=2 Т) угол дрейфа почти в два раза меньше такового при циркуляции на глубокой воде. Радиус циркуляции с уменьшением глубины возрастает и при Н/Т 1, 5 при одинаковых прочих условиях примерно на 30% больше радиуса циркуляции на глубокой воде.

Зависимость циркуляции от глубины под килем

• Рост присоединенных масс воды увеличивает силы инерции судна. Поэтому при прочих равных условиях на мелководье тормозные пути судна как при пассивном, так и при активном торможении увеличиваются. Этому способствует так же снижение пропульсивных качеств гребного винта при работе на ЗХ в условиях мелководья.

Движения судна в районе малых глубин с неровным рельефом дна 1

2

• В случае движения судна в районе малых глубин с неровным рельефом дна вода, вытесняемая носовой частью, встречает препятствие со стороны повышенного участка. Носовая волна со стороны отмели становится выше и увеличивает давление на нос в сторону, противоположную отмели. В результате возникает явление «отталкивания» носовой части от отмели. В районе кормы возникает «притягивание» судна в сторону более мелководного участка. Такое действие сил обусловлено уменьшением поступления потока воды к гребному винту со стороны отмели и образовавшегося падения давления перед винтом с этого борта ( «BANK EFFECT» ).

В силу вышеперечисленного при движении на мелководье, особенно в стесненных условиях портов и рейдов, желательно знать рельеф дна, что бы заблаговременно проанализировать его влияние на судно и предвидеть, как оно будет себя вести на том или ином участке.

Расчет дополнительных элементов циркуляции • • К дополнительным данным по элементам циркуляции, которые могут быть получены рассчитанным путём, относятся следующие: Диаметр циркуляции кормовой оконечности; Угол дрейфа на циркуляции; Ширина полосы движения на циркуляции; Период установившегося движения на циркуляции; Поступательная скорость на установившейся циркуляции; Угловая скорость вращения на установившейся циркуляции; Диаметр циркуляции на мелководье;

• Диаметр циркуляции кормовой оконечности найден по формуле: где угол дрейфа на циркуляции, который найден по формуле: • Ширина полосы движения судна на циркуляции:

• Поступательная скорость судна на установившейся циркуляции, определяется по выражению: • при перекладке руля на 35°: • при перекладке руля на 15°: , узл Период установившейся циркуляции находят по формуле:

• Угловая скорость вращения судна на установившейся циркуляции, определяется по приближённой формуле: Диаметр циркуляции на мелководье определяется по формуле: где: Тср – средняя осадка судна, м Нг – глубина на мелководье, м Дт – диаметр тактической циркуляции

Значения дополнительных элементов циркуляции (получены путём расчёта)

Потеря управляемости • Расчёт условий потери управляемости под действием ветра сводится к определению отношения скорости ветра и судна, при котором угол пе рекладки руля будет равен допустимому. где: См – коэффициент аэродинамического момента, определяемый по таблице

• Значения коэффициентов См:

Значения углов ветрового дрейфа

Значения углов перекладки руля

Рекомендации • Пользуясь графиками, при известной скорости и направлении ветра, снимают минимальное значение скорости хода, при которой для удержания судна на курсе требуется переложить руль на 25°. Ключ для нахождения минимальной скорости, при которой ещё сохраняются управляемость судна показаны на графиках.

Заключение • Согласно Резолюции ИМО А 601(15), 1987 • • года на судах длинной более 100 м должна быть информация о маневренных элементах в виде формуляра ма невренных характеристик. В связи с этим в данной дипломной работе выполнены расчёты информации, необходимой для указанного формуляра для m/t «Stena Venture» . В работе подробно рассмотрено содержание формуляра маневренных харак теристик, установленное Резолюцией А 601 (15) от 1987 г. ИМО.

• В работе выполнены расчёты по определению • • • элементов циркуляции судна, которые включают в себя: диаметр установившейся циркуляции; тактический диаметр циркуляции, выполнен расчёт дополнительных элементов циркуляции; диаметр циркуляции кормовой оконечности;

• угол дрейфа на циркуляции; • ширина полосы движения судна; • поступательная скорость судна на • • установившейся циркуляции; период установившейся циркуляции; угловая скорость вращения судна на установившейся циркуляции.

• Далее в работе выполнены расчёты управляемости судна при ветре, которые включают в себя графики зависимости перекладки руля от отношения скоро сти ветра к скорости судна, графики потери управляемости судна при различных курсовых углах и силе ветра, а также скорость ветрового дрейфа судна без хода при различных скоростях ветра.

• Как требуется все расчёты выполнены для • • двух водоизмещении судна в грузу и в балласте и для двух кладок руля на 15° и на 30°. В работе произведён экономический анализ внедрения формуляра маневренных элементов на судне. Расчёты, произведённые в этой работе, таблицы, графики, построенные по результатам этих расчётов представляют практический интерес для судов рассмат риваемого типа. Дополнительная информация, рассчитанная в данной работе будет способствовать улучшению маневрирования судна и повышению эффективности управления судном.