Расчеты скорости буксировки и элементов буксирной линии.

Скорость буксировки в обычных (нештормовых) условиях определяют расчетом сопротивления воды и воздуха движению как буксируемого, так и буксирующего судов. Суммарное сопротивление должно быть преодолено упором гребного винта буксирующего судна:

R=R₀ +R₁ = Р_Ш, (12.7)

где R — общее сопротивление каравана;

Ro— сопротивление буксирующего судна;

R₁— сопротивление буксируемого судна;

Рш—упор гребного винта на швартовах.

Разница между упором винта на полном ходу и сопротивлением буксирующего судна при уменьшенной скорости движения и есть та сила, которая используется на продвижение буксируемого судна. Эту силу называют тягой на гаке:

F_Г = P_m-R₀.(12.8)

Максимальной скоростью при буксировке будет та скорость, при которой сопротивления буксирующего и буксируемого судов в сумме составят силу, равную упору винта Р_Ш. Эту скорость легко определить, если построить суммарный график сопротивления буксирующего и буксируемого судов в зависимости от скорости.

Расчет производят в следующем порядке.

1. Определяют максимальный упор винта буксирующего судна или сопротивление воды движению буксирующего судна при максимальной скорости, которое равно упору винта.

Находят сопротивление воды движению буксирующего судна при различных скоростях одним из методов, применяемых в теории корабля.

2. Определяют сопротивление воды движению буксируемого судна при различных скоростях так же, как и сопротивление воды движению буксирующего судна. При этом необходимо учесть сопротивление винта буксируемого судна.

Сопротивление буксирного троса следует прибавить к сопротивлению воды движению буксируемого судна в тех случаях, когда нужно определить тягу на гаке буксировщика.

3. Составляют таблицу сопротивлений буксирующего и буксируемого судов при различных скоростях и строят график суммарного сопротивления, который затем используют для определения скорости буксирного каравана и силы тяги на гаке.

Значение силы тяги на гаке позволит определить, какой толщины буксирный трос требуется для данной операции.

Все расчеты, связанные с плановой буксировкой, выполняют заблаговременно с учетом особенностей предстоящей операции: числа и типов буксирных судов и буксируемых объектов, вида буксирной линии (однородная, комбинированная, несимметричная, с якорем или плитой для увеличения провеса), предполагаемых погодных условий, плавания в узкостях и на мелководье. В таких случаях расчеты выполняют по методике, разработанной применительно к разным типам судов и видам буксирной линии.

При вынужденной буксировке капитану буксировщика приходится выполнять расчеты, определяя возможную скорость буксировки, а также элементы буксирной линии: длину, толщину троса и его провес. Задача может свестись к выбору безопасной скорости буксировки, при которой прочность имеющегося буксирного троса оказалась бы достаточной. Поскольку при вынужденной буксировке капитан не всегда может располагать точными сведениями о буксируемом судне, расчеты приходится вести с использованием простейших эмпирических формул. Часто в таких случаях фактор времени является решающим, поэтому капитан лишен возможности выполнять сложные расчеты.

Рассмотрим простейшие способы расчета скорости буксировки и элементов буксирной линии.

Сопротивление (в кН) буксирующего, судна равно сумме сопротивлений:

R₀ = R_f + R_r + R_ВОЗД + R_ВОЛН (12.9)

где Rf — сопротивление трения, кН;

Rr — остаточное сопротивление, кН;

Rвозд — сопротивление воздуха, кН;

Rволн — сопротивление от волнения, кН.

Сопротивление буксируемого судна (в кН) отличается от сопротивления буксирующего дополнительным сопротивлением винтов Rвинт и буксирного троса R_ТР:

(12.10)

Сопротивление воды (в кН) можно рассчитывать по эмпирическим формулам:

сопротивление трения

R_f =fγS^11,8310^-5 (12.11)

остаточное сопротивление

R_r = 0,09 (12.12)

В приведенных формулах:

f — коэффициент трения; принимается в зависимости от длины судна;

γ — плотность морской воды, кг/м³;

S — площадь смоченной поверхности корпуса судна, м²;

S = 1.05 L (1.7d + C_BB) (12. 13)

здесь L и В — соответственно длина и ширина судна, м;

d — средняя осадка судна, м;

V — скорость судна, м/с;

С_в — коэффициент полноты водоизмещения;

∆— водоизмещение судна, т.

Сопротивление воды (в кН) движению судна (без волнения) может быть приближенно определено по другой эмпирической формуле (с учетом сопротивления трения и остаточного сопротивления).

R_fr = 20 A_МИД (12.14)

где V — скорость судна, м/с;

К — коэффициент, зависящий от типа и размера судна;

Амид — площадь погруженной части миделя, м².

Суда Коэффициент К

Большие грузовые .................. 438 — 513

Малые » ................... 274—438

Большие пассажирские ................ 377 — 390

Малые » ................... 308—374

Буксирные ...................... 205—342

Воздушное сопротивление (в кН)

R_ВОЗД = (12.15)

где С — коэффициент обтекания, равный от 0,8 — при ветре, параллельном диаметральной плоскости, до 1,0 — при ветре, дующем под углом примерно 30° к диаметральной плоскости;

γ_В≈ 1,25 — плотность воздуха, кт/м³;

А_Н — проекция надводной поверхности судна на плоскость мидель-шпангоута, м²;

W — скорость ветра, м/с;

V— скорость судна, м/с.

Воздушное сопротивление (в кН) можно определить по эмпирической формуле

Rвоз_Д = 0,8A_нW².10^-3 (12.16)

где W — встречный ветер, м/с.

Сопротивление судна на волнении ( в кН)

R_ВОЛН = k_ВОЛН SV² 10^-3 (12.17)

где k_ВОЛН — коэффициент дополнительного сопротивления:

Волнение, баллы Коэффициент k_ВОЛН

1; 2 ................. (0,1— 0,2) 10-³

3; 4 ................. (0,3—0,4)10-3

5; 6 ................. (0,5— 0,6) 10-³

γ— плотность воды, кг/м³ (пресной — 1000, соленой — 1025);

S — площадь смоченной поверхности судна, м²;

V — скорость судна, м/с.

Сопротивление гребного винта (в кН) можно определять по следующим эмпирическим формулам:

Застопоренного

R_З.В. = 0.5 D_B²V² (12.18)

Проворачиваемого

R_З.В. = (0.1 – 0.15) D_B²V² (12.19)

Где R_З.В – сопротивление гребного винта, (кН);

А/А_d – дисковое соотношение;

D_В – диаметр винта, м;