Основные определения Устойчивостью на курсе называется способность

Основные определения • Устойчивостью на курсе называется способность судна сохранять заданное направление прямолинейного движения • Для сохранения заданного направления движения необходимо создавать стабилизирующие воздействия средствами управления (рулевым устройством) 1

Эксплуатационная устойчивость • Эксплуатационная устойчивость судна – это способность сохранять заданное направление движения с помощью средств управления (перекладок руля) • Судно должно обладать эксплуатационной устойчивостью 2

Теоретическая устойчивость • Теоретическая устойчивость – это устойчивость без участия средств управления (с зафиксированным рулем в ДП) • Обеспечение эксплуатационной устойчивости судна зависит от степени его теоретической устойчивости 3

Проверка теоретической устойчивости: • Судно, движущееся прямым курсом, отклоняется и предоставляется самому себе, без использования рулей • Поведение судна после такого отклонения указывает на его устойчивость или неустойчивость 4

Теоретически неустойчивое судно Теоретически устойчивое судно 5

Судно мгновенно получило дрейф x 1 Zк G Zр V x* z 1 Zр и Zк - позиционные гидродинамические силы, приложенные в центрах давления руля и корпуса 6

Судно теоретически (статически) неустойчиво на курсе l x 1 Zп V G x* l > 0 z 1 Zп = Zк + Z р Сила Zп стремится увеличить 7

Судно теоретически (статически) устойчиво на курсе x 1 Zп l V G x* l < 0 z 1 Zп = Zк + Z р Сила Zп стремится уменьшить 8

Условие теоретической устойчивости судна по курсу: • Точка приложения силы Zп должна лежать в корму от центра тяжести • Для достижения этого нужно увеличивать полноту кормы: – увеличивать площадь пера руля – увеличивать полноту дейдвуда и т. п. • У многих судов Zп приложена в нос от центра тяжести G 9

Условие эксплуатационной устойчивости судна по курсу • Эксплуатационная устойчивость обеспечена, если: l (0, 2 0, 3)L • Сила Zп может быть приложена на небольшом удалении в нос от Ц. Т. судна 10

• Большинство судов, находящихся в эксплуатации, теоретически неустойчивы, но обладают достаточной эксплуатационной устойчивостью 11

Корабль неустойчив Дейдвуд Кормовая оконечность Вырез 15 м 2 Зашивка Устойчивость на курсе обеспечена 12

• Эксплуатационная устойчивость обеспечивается работой средств управления • Необходимо рассмотреть структурную схему управления движением судна 13

зад ЗУ Zр , Myб , ( ) Mвр б ВУ РМ КУ Р СУДНО (t) Измерительные элементы ЗУ – задается курс зад, вычисляет = - зад ВУ – вырабатывает ( ) РМ – передает момент на балер Mвр б Р – воздействует на судно: Zр , Myб 14

ШЗУ – задающее устройство ШВУ – вычислительное устройство ШРМ – рулевая машина (усилитель) ШР – руль (исполнительное устройство) ШКУ – корректирующее устройство 15

Схема управления движением • ЗУ сравнивает задаваемый курс с фактическим i и вырабатывает сигнал разности i = зад - i • ВУ - на основе закона управления i преобразуется в сигнал для рулевой машины • РУ – создает момент, перекладывающий руль на требуемый угол • Руль воздействует на судно Zр и Myб. • КУ контролирует правильность значения 16

Схема управления движением • Измерительные элементы передают параметры движения в ЗУ и ВУ, замыкая систему • Система стабилизирует ход судна или изменяет курс в соответствии с введенным новым значением • Это – принципиальная схема авторулевого 17

Обеспечение эксплуатационной устойчивости судна. • Устойчивость движения прямым курсом может быть обеспечена двумя способами: а) Ручным управлением, осуществляемым рулевым б) Автоматической стабилизацией, осуществляемой авторулевым 18

Ручное управление • Человек опирается на свой опыт, используя интуитивный закон управления • Качество ручного управления судном зависит от опыта рулевого, его состояния, длительности несения вахты и других субъективных факторов 19

Автоматическое управление • Авторулевой использует законы управления (стабилизации) • Законы управления связывают требуемые перекладки руля с отклонением курса судна от задаваемого i= зад - i 20

Законы управления: Пропорциональный: Дифференциальный: Интегральный: k , k 1, k 2 –коэффициенты управления 21

Смешанный закон управления: 22

Характеристики эксплуатационной устойчивости судна на курсе • Средняя частота перекладок руля, необходимых для поддержания заданного курса • Средняя амплитуда перекладок руля • Амплитуда рыскания 23

Характеристики хорошей эксплуатационной устойчивости: (волнение моря до 2 баллов). 24

Маневр изменения курса теоретически неустойчивого судна 0=k зад (t) зад Расчетная перекладка руля зад Фактические перекладки руля t t 0 T 0 0 25

Маневр изменения курса теоретически неустойчивого судна • Опытный рулевой выполняет маневр изменения курса значительно быстрее авторулевых, построенных по принципу рассогласования зад • Рулевой интуитивно оптимизирует маневр • Перекладки руля по любому из приведенных законов маневр не делают оптимальным 26

Диаграммы управляемости • Диаграммы управляемости – обобщенные характеристики маневренных свойств судна • В морской практике приняты два вида диаграмм в осях: – угол перекладки руля - угол дрейфа ; – угол перекладки руля - безразмерная угловая скорость 27

Диаграмма управляемости теоретически устойчивого судна - (на ПБ) -15 -10 -30 -20 -10 -5 0 (на ПБ) 5 10 20 30 10 15 28

Диаграмма управляемости теоретически неустойчивого судна - с - к 0 к с 29

Теоретически неустойчивое судно • к - критические углы перекладки руля • В диапазоне (- к, к) каждому значению соответствуют три угла дрейфа • Углы с (при =0) называют углами дрейфа самопроизвольной циркуляции • Углу =0 соответствуют угловые скорости самопроизвольной циркуляции 30

Теоретически неустойчивое судно - y (циркуляция на ПБ) - к Неустойчивое движение 0 к (на ПБ) 31

Теоретически неустойчивое судно • При больших углах направление циркуляции соответствует перекладке руля • При положении руля в ДП ( =0) судно совершает самопроизвольную циркуляцию на ПБ или ЛБ, в зависимости от предыстории движения 32

Теоретически неустойчивое судно • Для вывода судна из самопроизвольной циркуляции нужно перекладывать руль на противоположный борт • Судно адекватно реагирует на перекладку до = к • При = к судно совершает циркуляцию на противоположный борт 33

Теоретически неустойчивое судно • Движение прямым курсом ( =0) с = 0 неосуществимо, - это неустойчивый режим • Движение прямым курсом обеспечивается непрерывными перекладками руля 34

Теоретически неустойчивое судно • Участок диаграммы, соответствующий неустойчивому режиму, обычно не изображают 35

Гидродинамический «люфт» (петля неустойчивости) - - к 0 к 36

Диаграммы управляемости • Диаграмма управляемости одновинтового судна не симметрична для маневров в сторону ПБ и ЛБ • Диаграммы двухвинтовых судов практически симметричны 37

Требования к диаграмме управляемости • Судно обладает хорошей эксплуатационной устойчивостью на прямом курсе, если: y 30 - угловая скорость при = 30 38