Влияние ветра на управляемость судна

Рис. 2.14. Схема действия сил при движении судна с постоянным углом ветрового дрейфа

На надводную часть корпуса движущегося судна действует поток воздуха, создающий давление (аэродинамическую силу). равнодействующая которого приложена к центру давления ЦД (рис. 2.14). Центр давления в общем случае не совпадает с центром парусности и центром тяжести судна. В зависимости от формы корпуса, расположения палубного груза и дифферента центр парусности может располагаться как впереди, так и позади центра тяжести, а положение центра давления относительно центра парусности зависит от направления кажущегося ветра. Центр давления совпадает с центром парусности только при боковых ветрах. При носовых курсовых углах кажущегося ветра центр давления перемещается в нос от центра парусности, при кормовых — в корму. Чем острее курсовой угол ветра, тем дальше от центра парусности отстоит центр давления. Направление аэродинамической силы не совпадает с направлением кажущегося ветра и составляет с диаметральной плоскостью угол, больший курсового угла ветра. Продольная составляющая R_axаэродинамической силы увеличивает или уменьшает сопротивление движению судна. Поперечная составляющая R_ayвызывает дрейф судна в подветренную сторону и создает момент M_a = R_аyl_i, который в зависимости от положения центра давления относительно центра тяжести разворачивает судно на ветер или под ветер, тем самым уменьшая или увеличивая угол дрейфа. С появлением угла дрейфа из-за косого натекания потока на корпус точка приложения гидродинамической силы несколько переместится в нос судна и возникнет поперечная составляющая R_ку. Сила R_Kyстремится сместить судно в противоположную сторону, а момент силы M_K = R_куl₂уменьшить угол дрейфа.

Таким образом, во время ветра судно находится под одновременным воздействием взаимно противоположных сил R_ay, R_куи моментов этих сил М_а, М_к. Сила R_ayвсегда больше силы R_куиначе бы судно дрейфовало на ветер. Суммарный момент М_к+М_аможет быть как положительным (приводящим судно к ветру), так и отрицательным (уваливающим судно под ветер). Исследования показывают, что для большинства грузовых судов существуют следующие три закономерности.

2. Если центр парусности располагается впереди миделя, что свойственно судам в балласте, то при курсовых углах кажущегося ветра 0—60° аэродинамический момент отрицательный и больше гидродинамического момента (М_а>М_к), вследствие чего суммарный момент М_к—М_а также отрицательный (уваливающий). Чтобы удержать судно на курсе, руль нужно переложить на ветер (рис. 2.15, а), такие суда называют уваливающимися.

3. При положении центра парусности впереди миделя и курсовых углах ветра 60—180° аэродинамический момент либо положительный, либо отрицательный, но меньше гидродинамического момента (М_к>М_а) и, следовательно, суммарный момент М_к±М_аположительный (приводящий). Для удержания судна на курсе руль нужно переложить под ветер. Суда такого типа называют самоприводящимися.

4. Если центр парусности располагается позади миделя, то на всех курсовых углах ветра аэродинамический момент положительный, а если и отрицательный, то меньше гидродинамического момента (М_к>М_а), вследствие чего суммарный момент М_к±М_авсегда положительный (приводящий). Для удержания судна на курсе руль нужно также переложить под ветер (рис. 2.15,6).

Однако подчеркнем, что это справедливо для обычных грузовых судов. Судно с большой парусностью в носовой части будет уваливаться и при ветре, дующем позади траверза.

Потеря управляемости при ветре

Под потерей управляемости при ветре понимают неспособность судна держаться на заданной линии пути или поворачивать в желаемом направлении.

Рассмотрим механизм потери управляемости (см. рис. 2.15). Прямолинейному движению судна с постоянным углом ветрового дрейфа должны соответствовать равенства:

R_кy-R_ay-R_py=0

M_к-M_a+M_p=0

или

R_кy-R_ay+R_py=0

M_к+M_a-M_p=0

в зависимости от того, является судно уваливающимся или самоприводящимся. Если поперечная сила руля или ее момент не в состоянии компенсировать суммарное действие аэродинамических и гидродинамических сил и моментов на корпусе судна, то равенства не будут выполнены и судно потеряет управляемость. У уваливающегося судна аэродинамический и гидродинамический моменты действуют в противоположных направлениях. Для компенсации их разности достаточно перекладки руля на небольшой угол. С усилением ветра дрейф судна увеличится, для удержания его на заданной линии пути потребуется еще большая перекладка руля на ветер. Однако по мере разворота судна к ветру его скорость будет падать, а поперечная гидродинамическая сила на корпусе уменьшаться, что при достаточной силе ветра может привести к неравенству R_ау+R_py>R_ку и никакой дальнейшей перекладкой руля удержать судно на заданной линии пути будет невозможно. Легко понять, что перед потерей управляемости у уваливающегося судна будет наблюдаться максимальный угол дрейфа, за которым последует снос с линии пути. Данное обстоятельство должно учитываться прежде всего при плавании по участкам пути ограниченной ширины.

У самоприводящегося судна аэродинамический и гидродинамический моменты действуют согласованно, стремясь привести судно к ветру. Для их компенсации требуются большие углы перекладки руля под ветер. При сильном ветре перекладки руля может не хватить, чтобы уравновесить аэродинамический и гидродинамический моменты на корпусе, т. е. М_а+М_к>М_р, и судно будет неспособно повернуть под ветер. Таким образом, если у уваливающегося судна потере управляемости предшествует максимальный угол дрейфа, то у самоприводящегося судна — максимальный угол перекладки руля.

Судоводители должны учитывать и то, что существуют опасные курсовые утлы ветра, при которых наблюдается либо максимальный угол дрейфа, либо максимальный угол перекладки руля. Это связано как с величиной силы давления ветра, так и с плечом l₁. Для уваливающихся судов опасными являются курсовые углы кажущегося ветра 40 — 60°, для самоприводящихся — 120 — 150°.

Следует отметить также, что потеря управляемости судном зависит не от абсолютной скорости ветра, а от отношения скорости ветра к скорости судна. Это хорошо видно, если условия потери управляемости переписать в виде:

K_aw²+K_pv²>K_кv²

K’_aw²+K’_кv²>K’_pv²

K_a,K_к ,K_p– коэффициенты сил;

К'_а, К'_к, K'_р — коэффициенты моментов.

Или, разделив обе части неравенств на v², получим:

;

Рис. 2.16. Диаграмма потери управляемости танкера «София» в балласте (γ = 20°)

Последнее из неравенств указывает на возможность получения диаграммы потери управляемости опытным путем. Диаграмма (рис. 2.16) представляет собой зависимость скорости кажущегося ветра w, при которой руль перестает быть эффективным, от скорости судна для различных курсовых углов кажущегося ветра q. Во время эксперимента выполняется ряд галсов, отличающихся на 10—20°. На каждом галсе, снижая постепенно обороты и замеряя скорости кажущегося ветра, фиксируют скорость судна, при которой оно перестает слушаться руля. Руль при этом перекладывают не более 20°, так как необходим запас для компенсации рыскания судна на волнении. Поскольку потеря управляемости зависит от отношения w/v, а не от v, то эксперимент можно проводить при умеренном ветре, не дожидаясь штормовой погоды.

Дата добавления: 2019-09-08; просмотров: 345; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 4 5 6 7 8910 11 12 13 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!