Влияние ветра и течения на управляемость судна.

На надводную часть судна действует кажущийся ветер, который является суммой истинного W_и и курсового ветра

Судоводитель всегда измеряет кажущийся ветер на движущемся судне. Он характеризуется величиной курсового угла qw и скоростью W. Возникает аэродинамическая сила, действующая на судно .

Разложим Ra на Rax и Ray.

Продольная составляющая Rax вызывает изменение cопротивления, а сила Ray - боковое смещение. Под действием Ray на корпусе судна возникает ветровой дрейф с утлом a.

При движении корпуса судна с углом дрейфа на подводной его части возникает

гидродинамическая сила .

Эта сила направлена в сторону противоположную Ra.

Поскольку моменты аэро и гидро сил направлены в противоположные стороны, то для удержания судна на курсе момент от силы на руле должен быть больше разности Мр>Ма - Mr. По этой причине при носовых курсовых углах ветра судно управляется хорошо.

Управляемость судна при кормовых углах ветра.

При кормовых курсовых углах ветра, точка приложения аэродинамической силы смещается в сторону кормы.

При появлении угла ветрового дрейфа по надводной части корпуса судна возникает поперечная гидродинамическая сила Rry - которая направлена в сторону противоположную Ray, но смещается в сторону носа от миделя. В этом случае знаки Ма и Мг совпадают. Для удержания судна на курсе необходимо переложить руль, момент которого должен скомпенсировать сумму Мр>Ма + Mr, по этой причине судно на кормовых курсовых углах ветра управляется плохо. Каждое судно подвержено действию ветра в разной степени. В зависимости от направления и силы ветра меняется управление судном и его маневренные качества. Часто не только малое, по и большое судно не может противостоять ветру ни рулем, ни работой винта, оно не может удержаться на якоре, подойти к причалу или отойти от него.

Рис. 104.Увальчивость и рыскливость судна: а— увальчивость; б — рыскливость

Борт судна, обращенный к ветру, называют наветренным, а противолежащий ему — подветренным. Ветер, дующий в корму, называется попутным ветром, а ветер, дующий в нос,— встречным, противным или лобовым ветром. При швартовых операциях ветер, дующий в сторону причала, называют навальным, или прижимным, а ветер противоположного направления (от стенки причала) называют отвальным, или отжимным.

Площадь парусности судна определяется общей площадью надводного борта корпуса, надстроек и устройств, оказывающих сопротивление ветру. Точка приложения равнодействующей всех сил действия ветра называется центром парусности. Боковой ветер сбивает судно с направления, заданного ему курсом, т. е. создает дрейф судна. Дрейф уменьшается с увеличением скорости хода судна; он тем меньше, чем больше осадка судна.

От взаимного расположения центра тяжести и центра парусности зависят свойства судна, которые называют увальчивостью или рыскливостью. Увальчивостью или стремлением уклониться от ветра обладает судно, у которого центр парусности находится к носу от центра тяжести. Рыскливостью или стремлением идти к ветру обладают суда, у которых центр парусности расположен к корме от центра тяжести (рис. 104). Следовательно, эти свойства судна можно регулировать перемещением грузов или пассажиров на судне в нос или в корму. Для держания судна на курсе при увальчивости приходится перекладывать руль на ветер, а при рыскливости — под ветер. В обоих случаях руль находится не в диаметральной плоскости судна и создает дополнительное сопротивление, что уменьшает скорость хода. Однако рыскливое судно ведет себя лучше увальчивого в штормовых условиях, когда положение судна носом к волне безопаснее, чем по волне или бортом к ней.

Потеря управляемости.

При движении постоянным курсом, при отсутствии ветра, судно удерживается на курсе перекладками руля Sтв, вокруг ДП судна Sтв=2 - 3

При движении в условиях ветра, руль приходится перекладывать на некоторый постоянный угол Sкомпенс, который компенсирует действия внешней силы манипулировать рулём этого положения на угол Sв=10-15.

Руль как средство управления, эффективен до углов перекладки руля 35

Условие потери управляемости можно записать неравенством:

.

Момент на руле больше либо равняется сумме моментов аэро и гидродинамической сил. Если перед потерей управляемости судно приводится к ветру, то говорят, что наступает потеря управляемости первого рода. Если же при потере управляемости судно уваливается под ветер, то говорят, что наступает потеря управляемости второго рода.

Для оценки потери управляемости для каждого судна можно построить диаграмму потери управляемости:

Влияние течения.

Следует помнить о том, что движущаяся масса воды в сотни раз плотнее воздуха и, следовательно, она может генерировать силы огромной величины. Поэтому упрощенный подход для определения этих сил является неразумным и даже опасным.

Представление о том, что течение оказывает только неблагоприятное воздействие на маневренные характеристики судна, в некоторых случаях является неправильным. Если судно следует вдали от отмели или искусственного сооружения, препятствующих течению, и не предпринимаются меры для предотвращения сноса с помощью буксиров, якорей и т.п., то оно может маневрировать как при отсутствии течения (см. рис. 3).

Рисунок 3 – Воздействие течения при маневрировании судна.

Важно отметить тот факт, что акватория ABCD, которая окружает маневрирующее судно в конкретный момент времени, перемещается вместе с ним на протяжении всего маневра. Несмотря на то, что в течение этого периода маневренные характеристики судна не ухудшились, однако оно будет снесено, относительно неподвижного объекта, от запланированного движения. Этот снос может быть достаточно большим. Например, при скорости попутного течения 2 узла судно пройдет за 15 минут расстояние относительно грунта на ½ мили больше.

Поэтому важно, чтобы судоводитель заранее оценил скорость и направление течения и учитывал его при маневрировании. Несмотря на сложность плавания и маневрирования при наличии течения, например, том случае, когда оно направлено поперек причала, его всеже можно использовать для улучшения управляемости судна на малом ходу и для придания судну прижимного движения.

При встречном течении.Используя малые обороты гребного винта, или продвигаясь вперед толчками, чтобы уменьшить длину тормозного пути относительно воды при встречном течении, можно сбалансировать скорость судна со скоростью встречного течения, удерживая полюс поворота в носовой части, даже при минимальной скорости судна относительно грунта. Этим можно сохранить хорошую управляемость судна.

Продвигаясь на встречном течении, полезно наблюдать на траверзе за неподвижным предметом и его перемещением, чтобы наилучшим образом сохранять баланс скорости течения и скорости судна. Если судно начнет перемещаться назад по течению, то это может означать, что оно остановилось относительно воды, а полюс поворота переместился на мидельшпангоут. В этом случае судно не будет управляться до тех пор, пока не будет движения относительно воды.

При попутном течении. При попутном течении создается наиболее неблагоприятная ситуация, когда очень трудно сохранить управляемость судна на малом ходу. Например, судно перемещается на попутном течении, скорость которого, равна 1,5 узла. Для того чтобы удерживать судно на курсе относительно воды, необходимо, чтобы полюс поворота находился в носовой части. В этом случае скорость судна относительно грунта должна быть значительно больше скорости течения. Чтобы уменьшить эту скорость относительно грунта, необходимо дать двигателю задний ход и двигаться против течения. Однако когда судно начнет движение против течения, полюс поворота переместится в его кормовую часть и судно потеряет управляемость.

На попутном течении очень трудно управлять судном. Если это практически возможно, то предпочтительнее следовать против течения.

Поперечное течение. Если удалось сбалансировать скорости судна и течения относительно воды и скорость судна относительно грунта стала минимальной, то тогда можно использовать поперечное течение для создания прижимного движения судна. Часто этого можно достичь, используя только перекладку руля. Однако, если перекладки руля будет недостаточно, то можно использовать кратковременные толчки двигателем, чтобы привести течение на нужную сторону.