Учебник судоводителя любителя icon

Учебник судоводителя любителя


Смотрите также:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11
вернуться в начало

Продолжение


^ РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ

СУДОВАЯ ПРАКТИКА

Судовая практика—собрание практических советов по управлению судном в различных условиях и использованию для этих целей судового оборудования. К управлению судном относятся самые разнообразные маневры, такие, как швартовка, постановка на якорь и снятие с якоря, плавание в сложных гидрометеорологических условиях, шлюзование и т.п.

Судовая практика тесно связана с судовождением, так как именно практические приемы управления судном обеспечивают движение судна по безопасному и наикратчайшему пути, выбранному с помощью лоции и навигации. На базе обобщения судовой практики выработан ряд положений, регулирующих безопасность во время движения и стоянки судов, их взаимного расхождения при встрече, обгоне и в других случаях. Эти правила, совершенно обязательные для судоводителей, известны под названиями: «Правила для предупреждения столкновения судов в море (ППСС)», «Правила плавания по внутренним судоходным путям".

Судовая практика рассматривает теорию и конструкцию судов, их мореходные качества, маневренные элементы и факторы, влияющие на управление судном, а также эксплуатацию судовых устройств и оборудования, используемых для управления судном, и в первую очередь рулевого, якорного, швартового.

Управление судном на море и реке неодинаково. На море, озерах, водохранилищах одним из основных факторов, затрудняющих плавание, являются волны, а в условиях речного плавания волны не имеют особого значения, так как они обычно малы. На реке препятствием для плавания служит ограниченность фарватера по глубине и ширине, течение, резкое и частое изменение глубины. Судну, плавающему в естественных речных условиях, приходиться все время маневрировать. Поэтому судовая практика очень тесно соприкасается с лоцией и навигацией, положениями, регламентирующими безопасность плавания, гидрометеорологией, районом плавания, теорией и конструкцией судов и их оборудованием, навигационными (мореходными) качествами и маневренными элементами судов, эксплуатацией различных типов судов, судовых устройств и систем и т. д.

Судовая практика обобщает опыт управления судами различных типов. Управление маломерными моторными судами имеет свои особенности.

^ Глава XI. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О НАВИГАЦИОННЫХ КАЧЕСТВАХ СУДНА

§ 39. НАВИГАЦИОННЫЕ КАЧЕСТВА И МАНЕВРЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

СУДНА

Маломерное судно для обеспечения достаточной пассажировместимости и безопасности плавания должно обладать навигационными качествами — плавучестью, остойчивостью, непотопляемостью, ходкостью и управляемостью. Ходкость, управляемость и инерция — это маневренные элементы судна.

Условия плавания маломерного судна с механическим двигателем, особенно в дальних походах, бывают самыми различными. Маршрут может пролегать в открытом море, озере, водохранилище вне видимости берегов и в прибрежных районах. Труднопроходимая для судов река с быстрым течением и малыми глубинами, по которой судно идет сегодня, завтра сменяется широким водохранилищем с тяжелыми ветровым и волновым режимами, шлюзованным каналом с оживленным движением судов.

Даже и в одном районе степень трудности плавания не всегда одинакова. В зависимости от гидрометеорологических и других условий характер плавания часто и значительно изменяется. Например, плавание в шторм на открытых водных пространствах отличается от плавания в штиль, плавание на реке в межень отличается от плавания в половодье. Плавание также может быть различным для одного и того же района, до и после попусков воды через плотины.

Изменение условий плавания обычно связано с изменением района движения судна, гидрометеорологических и других условий, что может потребовать изменения методов эксплуатации судна, его навигационных и маневренных элементов для обеспечения следования безопасным курсом по планируемому маршруту. Сильное волнение поверхности воды может резко уменьшить динамические или статические навигационные (мореходные) качества не приспособленного к плаванию на волнении судна и повлечь за собой нежелательные последствия. Поэтому органами технического надзора все суда в соответствии с условиями плавания в различных районах разделяются на классы. Судоводитель маломерного судна должен уметь изменять навигационные качества и маневренные элементы своего судна в зависимости от условий плавания, улучшая его эксплуатацию. Изменение их нужно производить осторожно, так как улучшение одних элементов ведет за собой ухудшение других.

§ 40. ПЛАВУЧЕСТЬ

Плавучесть — способность судна плавать при заданной осадке, имея на борту заданное количество людей и груза. Нормы грузоподъемности зависят от различных условий, и их следует выбирать сообразно с обстановкой. Например, на шестивесельный ял при ходе под мотором на открытом рейде и в море допускается принимать на борт при ветре 3 балла и состоянии моря 2 балла 7 человек, а в районе закрытых рейдов и гаваней при ветре до 3 баллов на этот же ял можно принять до 13 человек. Эти требования выработаны для того, чтобы в тяжелых условиях плавания увеличить высоту надводного борта, создать дополнительный запас плавучести, который определяется главным образом высотой волны в конкретных условиях плавания.

При малой высоте надводного борта и особенно при крене возможно захлестывание судна даже при относительно небольшом волнении.

Вытесненный подводной частью объем воды (в кубических метрах) называется объемным водоизмещением.

V = d LBT м 3 ,

где V— объемное водоизмещение;

L, В, Т — соответственно длина, ширина, осадка судна;

d — коэффициент полноты водоизмещения, выражающий отношение объемного водоизмещения судна к объему параллелепипеда со сторонами, равными длине, ширине и осадке судна.

Для круглодонных катеров d колеблется от 0,4 до 0,6, для V-образных при одинаковом весовом водоизмещении — от 0,4 до 0,55, для плоскодонных глиссеров — 0,8.

При одинаковом весовом водоизмещении объемное водоизмещение в пресной воде больше, чем в соленой, так как морская вода имеет большую плотность, а следовательно, и вес.

Запас плавучести — величина объема корпуса, расположенного выше действительной ватерлинии.

Весовое водоизмещение судна (в тоннах) D равно весу воды, вытесненной подводной частью судна, а именно:

D = g V т/м 3,

где g — удельный вес воды (для пресной воды он равен единице).


Рис. 86. Статические силы, действующие на судно в состоянии покоя

Весовое водоизмещение в тоннах численно равно объемному водоизмещению в кубических метрах для пресной воды.

Водоизмещение порожнем D nop представляет собой вес корпуса с двигателем, механизмами, устройствами и оборудованием, но без горючего, снабжения и людей.

Полное весовое водоизмещение маломерного судна может быть определено при помощи взвешивания по отдельности грузов, составляющих полное водоизмещение: корпуса двигателя, снабжения и т.д.

Равнодействующая всех сил тяжести, приложенных к судну, направлена вниз и называется весом судна — D. Точка приложения равнодействующей всех сил тяжести или веса — центром тяжести (ЦТ) G (Рис. 87). Положение центра тяжести зависит от величины и распределения грузов, находящихся на судне.

Расположение центра тяжести судна по длине является важнейшим показателем для глиссирующих судов.

Положение ЦТ судна по длине от транца X пор точно может быть определено путем взвешивания судна порожним на весах и последующего вычисления. Схема взвешивания судна порожним показана на рис. 87, а.

Х пор = ;

где D пор — вес судна порожним, определенный предварительным обычным взвешиванием или вычислением составляющих весов;

Q — показание весов;

А’— расстояние от подставки на весах до транца;

А — расстояние между подставками.

Положение ЦТ по длине х при полном водоизмещении может быть определено путем последующего вычисления по схеме, показанной на рис. 87, б, и формуле

X = ,

где q 1, q 2 , q 3 — вес пассажиров, горючего, снабжения и других грузов, не вошедших в определение х пор;

q 4— вес подвесного двигателя, если он не вошел в Д пор;

a 1 , a 2 , a 3 , a 4 ,— расстояния от днищевой кромки транца до грузов соответственно q 1, q 2 , q 3, q 4 .

Положение ЦТ можно определить и другими способами.

Весу судна противостоит сила давления воды на корпус, которая направлена вверх и называется гидростатической силой поддержания. Точка приложения равнодействующей гидростатических сил поддержания называется центром величины (ЦВ) С.


Рис. 87 а, б. Определение ЦТ путем взвешивания

Вес и сила поддержания судна равны по величине, направлены в противоположные стороны, а центры их приложения находятся на одной вертикальной линии и в одной продольно-вертикальной плоскости, проходящей посередине вдоль судна — диаметральной плоскости (ДП). Если в какой-либо момент эти точки расположатся иначе, то судно будет получать крен и дифферент до тех пор, пока обе точки не расположатся на одной отвесной линии.

Изменяя расположение грузов на судне и перемещая людей, можно изменить положение центра тяжести, что очень существ енно для маломерного судна. Несимметричное случайное перемещение центра тяжести создает крен и дифферент, которые плохо отражаются на управлении судном. Но иногда специально создаваемый дифферент улучшает маневренные качества судна, например, его поворотливость, ходкость.

Количество груза, которое принимает судно, погружаясь в воду до грузовой ватерлинии, называется грузоподъемностью.

Нормы пассажировместимости, грузоподъемности и мореходности мощностей двигателя на маломерном судне должны быть внесены в специальную табличку, которая вывешивается па судне на видном месте. В нормы мореходности включаются характерные для присвоенного судну класса максимальное волнение, на котором судно может плавать, и максимальное удаление от берега в зависимости от района плавания.

Грузоподъемность спасательной шлюпки определяется как разница между весовым водоизмещением при осадке, равной 0,6, и при осадке, равной 0,4 полной высоты борта. Вес человека принимается равным 75 кг. Кроме того, учитывается вес двигателя, топлива, радиооборудования и т. д. Валовой объем шлюпок можно определять по формуле:

Q = d L ВН м 3,

где L — наибольшая длина шлюпки;

В — наибольшая ширина шлюпки (буртик в ширину не засчитывается);

Н — высота борта, замеряемая на середине шлюпки от внутренней кромки шпунтового пояса у киля до верхней грани привального бруса (толщина планшира не засчитывается);

d — коэффициент полноты водоизмещения. Чтобы рассчитать пассажировместимость спасательной шлюпки, из полученного по формуле полного объема шлюпки нужно вычесть объем, занятый двигателем, баками для топлива и смазки, радиооборудованием, продовольствием и другими грузами. Затем полученный свободный объем надо разделить на норму объема для одного человека, равную 0,225 м 3 при прибрежном плавании шлюпки и 0,283 м 3(регистровая тонна равна 2,83 м 3) при выходе шлюпки в море. Результат деления и даст допустимое количество людей, которое может вместить судно. Полученная пассажировместимость в зависимости от характеристик режима плавания судна может изменяться.


Рис. 88. Знак надводного борта маломерных судов

Для безопасного плавания высота надводного борта судна должна быть всегда больше минимально допустимой. Уменьшение высоты надводного борта от перегрузки судна топливом, продовольствием, людьми и другими грузами не допускается законом. Минимальная допустимая высота надводного борта обозначается специальной грузовой маркой на бортах судна. На крупных судах эта марка состоит из специальных обозначений (диск Тимсоля, гребенка, палубная линия).

Для малых судов знаком надводного борта является палубная линия и знак надводного борта в виде равностороннего треугольника. Палубная линия толщиной 20 мм наносится по середине каждого борта судна; равносторонний треугольник со сторонами по 230 мм изображается вершиной вниз линиями толщиной 20 мм. Если судно освидетельствует Регистр, то по бокам треугольника пишутся буквы «Р» и «С» размером 75 x 35 мм (рис. 88). Знак надводного борта располагается точно под палубной линией так, чтобы вершина треугольника и основание букв по бокам его находились от палубной линии на расстоянии, равном высоте надводного борта, установленного для данного судна.

На стальных судах грузовая марка выбивается керном, а на деревянных нарезается или выжигается в обшивке корпуса. Палубная линия и треугольник наносятся белой краской на темном фоне окраски судна или, наоборот, черной краской на светлом фоне борта.

§ 41. ОСТОЙЧИВОСТЬ

Остойчивостью называется способность судна, выведенного из положения нормального равновесия какими-либо внешними силами, возвращаться в свое первоначальное положение после прекращения действия этих сил. К внешним силам, способным вывести судно из положения нормального равновесия, относятся ветер, волны, перемещение грузов и людей, а также центробежные силы и моменты, возникающие при поворотах судна. Судоводитель обязан знать особенности своего судна и правильно оценивать факторы, влияющие на его остойчивость. Различают поперечную и продольную остойчивость.


Рис 89 Статические силы, действующие на судно при малых накренениях

Поперечная остойчивость судна характеризуется взаимным расположением центра тяжести G и центра величины С.

Если судно накренить па один борт на малый угол (5—10°) (рис. 89), ЦВ переместится из точки С в точку С 1. Соответственно сила поддержания, действующая перпендикулярно к поверхности, пересечет диаметральную плоскость (ДП) в точке М.

Точка пересечения ДП судна с продолжением направления силы поддержания при крепе называется начальным метацентром М. Расстояние от точки приложения силы поддержания С до начального метацентра называется метацентрическим радиусом.

Расстояние от начального метацентра М до центра тяжести G называется начальной метацентрической высотой h 0.

Начальная метацентрическая высота характеризует остойчивость при малых наклонениях судна, измеряется в метрах и является критерием начальной остойчивости судна. Как правило, начальная метацентрическая высота мотолодок и катеров считается хорошей, если она больше 0,5 м, для некоторых судов она допустима меньше, но не менее 0,35 м.

Рекомендуется практически начальную метацентрическую высоту (для килеватых судов) определять следующим приближенным способом.


Рис. 90. Зависимость начальной метацентрической высоты от длины судна

Резким наклонением вызывается поперечная качка судна и секундомером замеряется период свободной качки, т. е. время полного размаха от одного крайнего положения до другого и обратно. Поперечную метацентрическую высоту судна определяют по формуле:

h 0 = 0,525( ) 2 м,

где В — ширина судна, м;

Т — период качки, сек.

Для оценки полученных результатов служит кривая на рис. 90, построенная по данным удачно спроектированных катеров. Если начальная метацентрическая высота ао, определенная по вышеприведенной формуле, окажется ниже заштрихованной полосы, то означает, что судно будет иметь плавную качку, но недостаточную начальную остойчивость, и плавание на нем может быть опасным. Если метацентр расположен выше заштрихованной полосы, судно будет отличаться стремительной (резкой) качкой, но повышенной остойчивостью, и следовательно такое судно более мореходно, но обитаемость на нем неудовлетворительна. Оптимальными будут значения, попадающие в зону заштрихованной полосы.

Остойчивость мотолодки и катеров должна выдерживать следующие условия: угол крена полностью укомплектованного судна с мотором от размещения на борту груза, равного 60% установленной грузоподъемности, должен быть меньше угла заливания.

Установленная грузоподъемность судна включает в себя вес пассажиров и вес дополнительного груза (снаряжение, провиант).

Крен судна на один из бортов измеряется углом между новым наклоненным положением диаметральной плоскости с вертикальной линией. При крене на угол q равнодействующая веса судна образует с плоскостью ДП тот же угол q .

Накрененный борт будет вытеснять воды больше, чем противоположный, и ЦВ сместится в сторону крена.

Тогда равнодействующие силы поддержания и веса будут неуравновешенными, образующими пару сил с плечом, равным

l = h 0sin q .

Повторное действие сил веса и поддержания измеряется восстанавливающим моментом

M = Dl = Dh 0sin q .

Где D — сила плавучести, равная силе веса судна;

l — плечо остойчивости.

Эта формула называется метацентрической формулой остойчивости и справедлива только для малых углов крена, при которых метацентр можно считать постоянным. При больших углах крена метацентр не является постоянным, вследствие чего нарушается линейная зависимость между восстанавливающим моментом и углами крена.

Взаимным расположением груза на судне судоводитель всегда может найти наиболее выгодное значение метацентрической высоты, при которой судно будет достаточно остойчивым и меньше подвергаться качке.

Кренящим моментом называется произведение веса груза, перемещаемого поперек судна, на плечо, равное расстоянию перемещения. Если человек весом 75 кг, сидящий на банке, переместится поперек судна на 0,5 м, то кренящий момент будет равен 75*0,5 = 37,5 кг/м.



Рис 91. Диаграмма статической остойчивости

Для изменения момента, накреняющего судно па 10°, надо загрузить судно до полного водоизмещения совершенно симметрично относительно диаметральной плоскости. Загрузку судна следует проверить по осадкам, измеряемым с обоих бортов. Креномер устанавливается строго перпендикулярно диаметральной плоскости таким образом, чтобы он показал 0°.

После этого надо перемещать грузы (например, людей) на заранее размеченные расстояния до тех пор, пока креномер не покажет 10°. Опыт для проверки следует произвести так: накренить судно на один, а затем на другой борт. Зная крепящие моменты накреняющего судно на различные (до наибольшего возможного) углы, можно построить диаграмму статической остойчивости (рис. 91), что оценит остойчивость судна.

Остойчивость можно увеличивать за счет увеличения ширины судна, понижения ЦТ, устройства кормовых булей.

Если центр тяжести судна расположен ниже центра величины, то судно считается весьма остойчивым, так как сила поддержания при крене не изменяется по величине и направлению, но точка ее приложения смещается в сторону наклона судна (рис. 92, а). Поэтому при крене образуется пара сил с положительным восстанавливающим моментом, стремящимся вернуть судно в нормальное вертикальное положение па прямой киль. Легко убедиться, что h>0, при этом метацентрическая высота равна 0. Это типично для яхт с тяжелым килем и нетипично для более крупных судов с обычным устройством корпуса.

Если центр тяжести расположен выше центра величины, то возможны три случая остойчивости, которые судоводитель должен хорошо знать.

^ Первый случай остойчивости

Метацентрическая высота h>0. Если центр тяжести расположен выше центра величины, то при наклонном положении судна линия действия силы поддержания пересекает диаметральную плоскость выше центра тяжести (рис. 92, б).


Рис. 92. Случай остойчивого судна

В этом случае также образуется пара сил с положительным восстанавливающим моментом. Это типично для большинства судов обычной формы. Остойчивость в этом случае зависит от корпуса и положения центра тяжести по высоте. При крене кренящийся борт входит в воду и создает дополнительную плавучесть, стремящуюся выровнять судно. Однако при крене судна с жидкими и сыпучими грузами, способными перемещаться в сторону крена, центр тяжести также сместится в сторону крена. Если центр тяжести при крене переместится за отвесную линию, соединяющую центр величины с метацентром, то судно опрокинется.

^ Второй случай неостойчивого судка при безразличном равновесии

Метацентрическая высота h = 0. Если центр тяжести лежит выше центра величины, то при крене линия действия силы поддержания проходит через центр тяжести MG = 0 (рис. 93). В данном случае центр величины всегда располагается на одной вертикали с центром тяжести, поэтому восстанавливающаяся пара сил отсутствует. Без воздействия внешних сил судно не может вернуться в прямое положение. В данном случае особо опасно и совершенно недопустимо перевозить на судне жидкие и сыпучие грузы: при самой незначительной качке судно перевернется. Это свойственно шлюпкам с круглым шпангоутом.

^ Третий случай неостойчивого судна при неустойчивом равновесии

Метацентрическая высота h<0. Центр тяжести расположен выше центра величины, а в наклонном положении судна линия действия силы поддержания пересекает след диаметральной плоскости ниже центра тяжести (рис. 94). Сила тяжести и сила поддержания при малейшем крене образуют пару сил с отрицательным восстанавливающим моментом и судно опрокидывается.


Рис. 93. Случай неостойчивого судна при безразличном равновесии


Рис. 94. Случай неостойчивого судна при неустойчивом равновесии

Разобранные случаи показывают, что судно остойчиво, если метацентр расположен выше центра тяжести судна. Чем ниже опускается центр тяжести, тем судно более остойчиво. Практически это достигается расположением грузов не на палубе, а в нижних помещениях и трюмах.

§ 42. КАЧКА

Существует бортовая (боковая) качка, когда судно совершает колебательные движения вокруг своей продольной оси, и килевая (продольная), когда судно совершает колебания вокруг поперечной оси. При движении под каким-либо углом к гребням волн судно обычно одновременно подвергается как бортовой, так и килевой качке.

Ввиду неравномерного погружения судна в волны во время качки затрудняется его плавание, уменьшается скорость хода. Во время качки могут перемещаться грузы, ухудшается состояние людей, особенно на малом судне. При качке мелкое судно может залить водой, опрокинуть. Поведение судна при килевой качке зависит от формы обводов носа и кормы. Если образование носа острое, то судно на волнении зарывается носом в воду, тяжело всплывает на волну. Широкое образование и достаточный развал бортов в носовой оконечности судна выше грузовой ватерлинии увеличивают запас плавучести в носу, что препятствует погружению и обеспечивает подъем носа на волну. Чрезмерно полная носовая часть при встречном волнении уменьшает скорость судна и тяжело воспринимает удары волны. Если корма судна имеет подзор, свес, отвесный или наклонный транец, то волна, ударяясь о корму, сбивает судно с курса. Кроме того, корму с подзором или отвесом большая попутная волна стремится закинуть вверх и в сторону.

Остойчивость и качка взаимозависимы. Чем больше начальная метацентрическая высота, тем больше остойчивость и стремительнее, порывистее, беспокойнее качка.

Опасность опрокидывания малого судна увеличивается при заливании корпуса водой. Вода, особенно при отсутствии водонепроницаемых переборок, переливается при качке от борта к борту и способствует увеличению крена, уменьшает остойчивость. Опасно также смещение грузов или людей к одному из бортов, особенно на верхних палубах моторных яхт и пассажирских катеров. Бывали случаи, когда от скопления людей и грузов на одном борту опрокидывались крупные паротеплоходы.

Наличие в корпусе свободно переливающейся воды резко снижает остойчивость судна. Поэтому при плавании в неблагоприятных погодных условиях борьба с поступлением воды является главной задачей судоводителя. Уменьшить поступление воды можно выбором рациональных курсов относительно волнения с одновременным увеличением метацентрической высоты путем правильного расположения грузов на судне. Грузы следует располагать как можно ниже и равномерно относительно диаметральной плоскости для того, чтобы не создавать дополнительного крена от неравномерно расположенного груза. Увеличение метацентрической высоты позволит несколько уменьшить размах качки и тем самым будет содействовать предотвращению заливания судна.

§ 43. НЕПОТОПЛЯЕМОСТЬ

Непотопляемостью судна называется его способность держаться на воде, сохраняя свои мореходные (навигационные) качества, несмотря на поступление воды в один или несколько отсеков корпуса судна через борт или через повреждения в обшивке корпуса. Непотопляемость обеспечивается устройствами, не пропускающими в корпус воду, в том числе водонепроницаемой палубой, фальшбортом, ветровым стеклом, ограждениями вокруг кокпитов, комингсов и другими подобными мерами. Непотопляемость в случае повреждений обеспечивается достаточным запасом плавучести, созданным за счет разделения корпуса судна водонепроницаемыми переборками на ряд обособленных отсеков или с помощью других устройств. Например, воздушных ящиков, «плавучестей» — материалов с малым удельным весом (пенопласта и т. д.).

Объем воздушных ящиков, пенопласта и т. п. рекомендуется

иметь ( ) LВН м 3в зависимости от назначения района плавания. Этот объем должен обеспечивать поддержание на плаву затопленного судна при наличии 1—2 человек и сохранении положительной остойчивости.

На маломерных судах носовая часть судна принимает наибольшое количество ударов и наиболее подвержена повреждениям. Поэтому для обеспечения непотопляемости эффективна установка первой от форштевня водонепроницаемой поперечной переборки. Эти переборки на маломерных судах обычно устанавливают на расстоянии одной-двух шпаций от форштевня, но не менее 0,5 В. Суда со стационарным двигателем имеют водонепроницаемые переборки, ограждающие двигатель как с носа, так и с кормы. Эти переборки не позволяют воде переливаться из отсека в отсек и тем предотвращают перегрузку носа или кормы при дифференте.

Непотопляемость мелких судов, не имеющих водонепроницаемых переборок, в том числе спасательных шлюпок, даже в случае полного их затопления водой обеспечивается устройством герметических воздушных ящиков. Общий объем воздушных ящиков на маломерных деревянных судах должен быть не менее 1/10 объема судна. На металлических судах для обеспечения достаточной плавучести потребуется больший объем воздушных ящиков.

§ 44. ХОДКОСТЬ И ИНЕРЦИЯ

Ходкостью называется способность судна перемещаться на воде с заданной скоростью при определенной мощности двигателя. Ходкость является одновременно мореходным качеством и маневренным элементом судна. Инерция является только маневренным элементом судна.

1. Ходкость

Скорость движения или ход сообщается судну в результате работы двигателя и движителя.

Сила, которая сообщает судну движение, называется упором. Мощность судового двигателя, приводящего в действие движитель (гребной винт и т. д.), зависит от назначения судна и его габаритов. Не вся мощность двигателя используется движителем для создания упора. Часть мощности теряется бесполезно в виде потерь на трение в подшипниках и в других движущихся частях машины и гребного вала. Часть мощности теряется еще и при взаимодействии винта с водой.

Отношение полезной мощности, использованной на создание упора N y к полной мощности двигателя N называется полным коэффициентом полезного действия — к.п.д. Для маломерных судов в зависимости от качества выполнения линии гребного вала и винта полный к.п.д. обычно составляет от 0,45 до 0,55.

Чем меньше сопротивление воды, тем большую скорость сообщит упор судну. Поэтому скорость движения зависит не только от мощности мотора, но и от обводов корпуса, от качества его окраски и от соотношения ширины, длины и осадки судна.

Обводы корпуса с малым сопротивлением движению существенны для судов с большой скоростью, например для спасательного катера, но совершенно не обязательны для туристских катеров. При дальних туристских плаваниях на судах с большой скоростью все внимание судоводителя будет направлено на отыскание фарватера. Обход препятствий лишит его возможности испытать прелести похода. Кроме того, быстрое движение судна лишает и других участников похода возможности любоваться окружающей природой, а при волнении, даже небольшом, утомляет их.

При разгоне судна упор растет с увеличением скорости судна, но это продолжается до некоторого предела, после чего сила сопротивления становится равной упору, т. е. судно начинает двигаться равномерно, с постоянной скоростью.

Для водоизмещающих круглодонных небыстроходных судов (катеров), больших туристских и рабочих лодок с подвесными моторами скорость можно ориентировочно определить по формуле:

V = 4,2 .

Для полуглиссирующих быстроходных катеров с V-образными обводами и водоизмещением до 5 т, а также для лодок с подвесным мотором скорость определяется по формуле

V = 6 ,

где N — мощность двигателя, л с.;

L — длина корпуса по грузовой ватерлинии, м;

D — весовое водоизмещение с командой, грузом и топливом, т;

V — скорость хода, км/час.

На очень малом ходу судно плохо слушается руля, так как давление воды на руль небольшое. Увеличение скорости способствует улучшению поворотливости судна.

Самой малой скоростью или самым малым ходом называют наименьшую скорость, при которой судно слушается руля и способно управляться. Малый ход равен 50% полного хода, который принимают за 100%, а средний — 75%.

Скорость хода измеряется расстоянием, которое проходит судно в единицу времени и выражается в узлах (милях в час), километрах в час и в метрах в секунду.

Скорость хода для каждого судна определяется опытным путем (см. §26).

Ходкость судна характеризуется скоростью хода и инерцией, от которых зависит успешное маневрирование судна, и для каждого судна они индивидуальны.

В режиме плавания судна, при котором его вес полностью уравновешивается гидростатической силой поддержания, с началом движения на судно действует горизонтальная сила сопротивления водной среды. Эта сила направлена противоположно движению судна и называется сопротивлением воды. Чем больше скорость хода судна, тем больше сопротивление воды. Кроме сопротивления водной среды, или гидродинамического сопротивления, на судно действует сопротивление воздуха (аэродинамическое сопротивление), особенно увеличивающееся при сильном встречном ветре.

Полное гидродинамическое сопротивление состоит из сопротивления формы (вихревого и волнового сопротивления) и сопротивления трения.

Волновое сопротивление — это сила сопротивления воды, возникающая при движении судна, раздвигающего воду, и связанная с потерей энергии на волнообразование. Волновое сопротивление зависит от скорости судна, размерений и обводов его, глубины фарватера. С уменьшением скорости уменьшается волновое сопротивление. Относительная величина волнового сопротивления зависит от ободов подводной части корпуса судна. Судно с неудачными обводами вызывает большую волну при своем движении. Судно с хорошими обводами может волны почти не вызывать.

Вихревое сопротивление вызывается выступающими частями подводной части судна, например транцем, угловым ахтерштевнем, а также шероховатостями днища.

Сопротивление трения определяется вязкостью или силой сопротивления взаимному перемещению слоев воды. Слой воды, прилипший к обшивке корпуса, увлекается движущимся судном и называется пограничным слоем. Благодаря хаотическому тепловому движению молекулы воды из пограничного слоя переходят в прилегающий к нему слой воды и уносят некоторое количество движения, сообщенное им движителем судна. Уменьшение количества движения по второму закону Ньютона равно отрицательному импульсу силы, что и объясняет возникновение сил вязкого трения. Шероховатости увеличивают толщину пограничного слоя. Величина сопротивления трения тем больше, чем больше площадь смоченной поверхности обшивки корпуса и степень ее шероховатости, чем больше скорость хода и вязкость, определяемая плотностью и температурой воды. Сопротивление трения увеличивается с увеличением плотности воды и с уменьшением ее температуры. При одинаковой длине, ширине и осадке судна сопротивление трения всегда меньше у судов с закругленным поперечным сечением корпуса.

При увеличении скорости движения судна ввиду плохой сжимаемости воды давление в носовой части судна увеличивается и падает перед винтом. Носовая часть судна поднимается из воды, корма садится (увеличивается дифферент на корму) и днище судна начинает двигаться под углом к поверхности воды. На глиссирующее судно начинает действовать гидродинамическая подъемная сила, уменьшающая гидростатическую силу поддержания. При малой скорости гидродинамическая подъемная сила незаметна, но с увеличением скорости она увеличивается. Поэтому судно с плоским днищем при определенной скорости можно заставить скользить по поверхности воды или глиссировать.

В режиме глиссирования гидродинамическое сопротивление значительно меньше, чем при водоизмещающем режиме движения судов. Особая конфигурация корпуса глиссера обеспечивает ему быстрый переход из водоизмещающего режима в режим глиссирования, особенно если на днище имеется выступ-редан. Редан при сравнительно небольшом увеличении мощности значительно увеличивает скорость, которая у некоторых групп глиссеров достигает 200 км/час.

Общей оценкой глиссера является отношение его полного водоизмещения к мощности его двигателя. Иногда для той же цели применяют обратную величину, т. е. мощность двигателя, приходящуюся на единицу веса.

Глиссеры при хорошей скорости не обладают хорошими мореходными качествами, грузоподъемность их сравнительно мала. Поэтому глиссеры обычно используются только как спортивные суда.

При встрече даже с небольшой волной плоское днище глиссера испытывает сильнейшие удары, вызывая тряску. Это не только отражается па прочности судна, но и быстро утомляет команду.

Безреданные катера с глиссирующими обводами движутся при небольшом остаточном водоизмещении, они могут развивать большую скорость и иметь большую грузоподъемность. Эти суда менее чувствительны к волне, чем глиссер, и успешно преодолевают небольшие волны. Поэтому у них район плавания больше, чем у глиссеров. Такие катера используются как спасательные, разъездные, туристские.

Сейчас построены и строятся суда на подводных крыльях, у которых корпус судна глиссирующий, а под корпусом делаются несущие поверхности — подводные крылья. На самом полном ходу корпус такого судна движется в воздухе — над водой.

При одинаковой площади и скорости подъемная сила подводного крыла в три-четыре раза больше, чем у редана. Гидродинамические качества крыла зависят от угла атаки и удлинения крыла. Суда на подводных крыльях имеют большие скорости, экономичны, более мореходны, чем глиссеры. Это обусловлено тем, что при движении на крыльях корпус находится над водой и не испытывает ударов волн, а при плавании на малых скоростях уменьшается качка. Наилучшая мореходность достигается тогда, когда вес катера приблизительно поровну распределяется на носовое и кормовое крыльевые устройства.

Суда на подводных крыльях могут идти над небольшими волнами, а при большой волне уменьшить ход и двигаться как обычные водоизмещающие суда; они всегда должны следовать по судоходному фарватеру или по местам, где глубины известны. Эти суда ввиду увеличенной осадки не всегда могут подойти для стоянки к неизвестному и недооборудованному берегу и зайти в мелководный залив из опасения повредить крылья на малой глубине, но на полном ходу они имеют малую осадку и могут преодолевать мелководье. Моторная лодка на крыльях дли-пой 4—5 м обычно преодолевает волну высотой 0,2 м, а катер длиной 8—9 м — 0,4 м.

2. Инерция

Любое судно после выключения двигателя не сразу останавливается, а некоторое время продолжает двигаться по инерции.

Инерция как маневренный элемент судна характеризуется временем и расстоянием, которое пройдет судно от момента изменения режима работы двигателя до момента установления нового состояния движения судна.

Инерционные характеристики судна необходимо знать и учитывать при швартовке, расхождении, шлюзовании, постановке на якорь и т. д.

Инерционные характеристики своего судна судоводитель может установить опытным путем во время практического плавания. Нужно знать расстояние, проходимое судном после переключения хода с полного на стоп, со среднего на стоп и т. д., время от момента выключения двигателя до полной остановки судна, какие расстояния проходит судно в прежнем направлении после изменения ходов с переднего на задний, с заднего на передний и т. д.

В частности во внимание принимаются максимальные инерционные характеристики и конкретно выбег или свободное движение судна по инерции, проходимое после остановки двигателей, когда инерция гасится только за счет силы сопротивления воды. Выбег для глиссирующих мотолодок и катеров не превышает 50 м, а для катеров на подводных крыльях — 120 м.

Активное торможение производится путем реверса двигателей для гашения инерции движения работой двигателей на задний ход до величины, соответствующей остановке судна относительно (дна) берега.

Активное торможение совершается чаще всего экстренно при угрожающих судну обстоятельствах.

На речном флоте 30% аварий происходит из-за неправильного маневрирования, связанного с недостаточным знанием судоводителями маневренных характеристик флота, что в полной мере относится и к инерционным характеристикам судов в реальных путевых условиях *.

* По В. Павленко и Н. Солареву.




Условия определения

При нормальный нагрузке

При максимальной нагрузке

время, мин.

расстояние, м

время, мин.

расстояние, м

С полного переднего — стоп













С полного переднего — полный назад













Со среднего переднего — стоп













Со среднего переднего — полный назад













С малого переднего — стоп













С малого переднего — полный назад













Определение расстояния, которое судно проходит по инерции с момента выключения мотора после хода на полной скорости, можно произвести следующим образом. Разогнав судно до полной скорости, нужно выключить мотор и одновременно выбросить на воду чурку; после того как судно прекратит свое движение, выбрасывают вторую чурку. Расстояние между чурками может быть измерено так же, как это описано в § 45 при определении циркуляции.

Желательно проверить инерционные характеристики, получаемые от остановки двигателя на различных режимах движения судна и свести их в специальную нижеприводимую таблицу.

Инерционные характеристики как маневренные элементы судна зависят от многих постоянных и изменяющихся причин и условий:

1. Инерционные характеристики судна тем больше, чем большую скорость развило судно и чем больше оно загружено.

2. Время остановки судна, изменения направления или скорости его движения зависит от того, насколько быстро изменится режим работы винта, от мощности двигателя и от упора винта при работе на задний или передний ход.

3. Чем больше глубина под килем судна, тем до определенных пределов больше инерционные характеристики движения судна.

4. Инерционные характеристики движения относительно дна у судна, идущего против течения, меньше, чем у судна, идущего по течению. Скорости относительно дна для судов, идущих вверх и вниз по течению, могут сильно отличаться.

5. Чем больше надводная часть судна, тем больше его парусность; при попутном ветре потребуются большие расстояния и много времени для того, чтобы погасить инерцию движения судна.

6. Встречный ветер уменьшает инерционные характеристики, попутный — увеличивает время и расстояние, необходимое для остановки судна.

Следует иметь в виду, что идущие с большой скоростью суда на крыльях имеют большее свободное торможение по расстоянию, чем водоизмещающиеся суда. На моторных лодках и катерах с подвесными моторами на подводных крыльях после резкого снятия газа набегающий поток воды энергично откидывает двигательное устройство на фиксатор, а судно на свободном торможении продолжает скользить на крыльях до потери скорости.

§ 45. УПРАВЛЯЕМОСТЬ

Управляемость — это способность судна двигаться по заданной прямолинейной и криволинейной траектории.

Управляемость является одним из основных навигационных качеств и маневренных элементов судна и характеризуется поворотливостью и устойчивостью судна на курсе.

Поворотливостью называется способность судна быстро изменять направление движения под действием руля.

Устойчивость на курсе — способность судна сохранять прямолинейное движение, заданное судоводителем при минимальном использовании руля.

Поворотливость и устойчивость на курсе противоположны по требованиям, предъявляемым им. Чем лучше поворотливость судна, тем оно менее устойчиво на курсе, и, наоборот, чем более устойчиво судно на курсе, тем оно менее поворотливо.

Неустойчивое на курсе судно самопроизвольно часто и быстро отклоняется от заданного курса. Это свойство называется рыскливостью. Управление склонным к рыскливости судном более сложно и для удержания его на курсе требуется частая перекладка руля. Рыскливость может быть следствием конструктивных недостатков судна, тогда она постоянна для данного судна, но может быть временной, вызванной особенностями фарватера (мелководьем, неправильностями течения, волнением). Рыскливость может появиться от неправильной загрузки судна, неправильного управления, а это полностью зависит от судоводителя. Рыскливость увеличивает путь судна, сопротивление воды, уменьшает скорость хода, иными словами, является отрицательным качеством судна и ее всеми мерами нужно устранять.

^ 1. Действие руля

Когда перо руля находится в среднем положении в диаметральной плоскости судна, тогда вода со скоростью движения судна симметрично обтекает корпус и перо руля.


Рис. 95. Действие руля: а — на переднем ходу; б — на заднем ходу

Если на судне, движущемся в спокойной воде, переложить перо руля на некоторый угол от диаметральной плоскости судна, то вода будет оказывать давление на руль со стороны того борта, куда переложен руль. Сила давления зависит от угла перекладки руля, площади пера руля и от скорости судна. Эта сила направлена перпендикулярно к плоскости пера руля и ее можно разложить на две составляющие. Одну силу, противоположную направлению хода судна, тормозящую движение судна, называют лобовым сопротивлением. Другая сила действует перпендикулярно направлению движения судна, отбрасывает руль вместе с кормой судна в сторону пониженного давления и называется разворачивающей, поперечной или поворотной силой. Эта сила поворачивает судно в ту сторону, куда переложен руль (рис. 95).

При постоянном угле перекладки руля судно описывает циркуляцию. На большом ходу и на циркуляции судно получает крен, который для малоостойчивых судов при малом радиусе циркуляции может быть опасным. Крен на циркуляции особенно опасен для судов с мощным подвесным мотором, который поворачивается вместе с рулем. На заднем ходу принцип действия руля тот же.

Чем больше угол перекладки руля, тем больше сила давления воды на руль, тем большее сопротивление воды преодолевает судно на повороте и тем больше теряется скорость. Например, некоторые катера на циркуляции теряют 30% скорости. Максимальный угол перекладки, соответствующий наибольшему поворотному действию руля, достигает 35° от диаметральной плоскости судна. Так как с увеличением угла перекладки руля возрастает лобовое сопротивление, то перекладка руля на углы больше 35° невыгодна.

2. Циркуляция

Мерой поворотливости служит диаметр циркуляции, который определяют опытным путем.


Рис 96. Определение диаметра циркуляции судна

Диаметр циркуляции измеряется расстоянием между двумя противоположными точками, находящимися наиболее близко к окружности кривой, описываемой центром тяжести судна при полном повороте судна на 360°. В практике, для следования судна на обратный курс делается поворот на 180°. Повороты на 360° почти не применяют, исключая случаи определения диаметра циркуляции и проверки показаний компаса. Обычно циркуляцию характеризуют отношением длины корпуса к диаметру циркуляции. Так, например, для одновинтовых водоизмещающих моторных катеров с наибольшей длиной корпуса 6—8 м считается нормальным, если диаметр циркуляции составляет до трех-четырех длин корпуса. Килевые суда менее поворотливы, чем плоскодонные. Длинные суда менее поворотливы, но более устойчивы на курсе, чем короткие.

Судоводитель должен знать диаметр циркуляции судна, которым он управляет.


Рис. 97. Действие подъемной силы глиссирующего судна при боковом перемещении

Для измерения наименьшего диаметра циркуляции маломерного судна при полном водоизмещении D (рис. 96) надо, задав двигателю число оборотов, соответствующее эксплуатационной скорости, плавно положить руль на наибольший возможный угол. После того как судно войдет в установившуюся циркуляцию, надо сбросить на воду заметную чурку, одновременно заметив курс по компасу или береговым предметам. Когда судно ляжет на противоположный курс (поворот на 180°), надо сбросить вторую чурку, после чего на малой скорости подойти кормой к одной из чурок и, став носом по направлению к другой чурке, с носа сбросить еще чурку и т. д., пока не будет пройден весь путь от первой до второй чурки. Сосчитав число сброшенных чурок, нетрудно приближенно оценить диаметр циркуляции.


Рис. 98 Силы, выбывающие крен на циркуляцию

Во время циркуляции целесообразно при наибольшем возможном угле перекладки руля оценить на глаз угол крена.

При циркуляции корма судна отклоняется во внешнюю сторону от траектории движения центра тяжести за счет приложения к рулю разворачивающей силы. При движении по кривой на судно действует центробежная сила, направленная от центра кривизны и приложенная к центру тяжести судна. Дрейфу судна под давлением центробежной силы препятствуют силы сопротивления воды — боковое сопротивление, точка приложения которого расположена ниже центра тяжести. Потому на судно будет действовать пара сил, создающая крен на борт, противоположный направлению поворота. Крен увеличивается с повышением центра тяжести судна над центром бокового сопротивления и с уменьшением метацентрической высоты (рис. 98). Увеличение скорости на циркуляции и уменьшение диаметра циркуляции могут резко увеличить крен.

Суда, у которых расстояния по вертикали между центром тяжести и боковым сопротивлением незначительны, будут при поворотах крениться во внешнюю сторону.

В отличие от обычных водоизмещающихся судов для глиссирующих обводов силы, вызывающие крен, на циркуляции будут дополнены подъемной силой, возникающей на корпусе при боковом перемещении (рис. 97).

Появление дополнительной подъемной силы при боковом перемещении объясняется особенностью глиссирующих судов крениться при движении на установившейся циркуляции во внутреннюю сторону (в сторону отклонения руля), при одновременном скольжении под действием центробежной силы — дрейфовании лагом во внешнюю сторону. Это подскальзывание-дрейф увеличивает циркуляцию глиссирующих судов.

^ 3. Рулевое устройство

Рулевое устройство служит для удержания судна на заданном направлении и перемены направления движения.


Рис. 99. Рулевое устройство катера

Рулевое устройство катера состоит из руля и приспособлений, обеспечивающих его перекладку на требуемый угол поворота в заданном промежутке времени. Эти приспособления (рис. 99) состоят из штурвала, рулевой передачи и рулевого привода (как правило, ручного на катерах).



Рис. 100. График для определения площади руля: I — руль под днищем; II — руль за кормой

Руль состоит из пера руля (пластины), закрепленного га металлической оси — баллере, служащем для поворачивания пера руля на задаваемые углы. Перо руля может состоять из одной пластины (пластинчатый руль) или иметь вид симметрично выпуклого крыла (обтекаемый руль). На верхнюю часть баллера — головку баллера — насаживается румпель в виде рычага или сектора. Площадь руля зависит от типа судна и приближенно подсчитывается в зависимости от длины и статической осадки судна. Для больших паротеплоходов она составляет 1/85 LT, а для малых судов от 1/15 до 1/10 LT. В частности, для судов длиной до 9,5 м площадь руля берется равной 1/12 LT, а для глиссирующих — 1/5 LT.

Для водоизмещающих маломерных судов полную площадь пера руля можно определить также по формуле:

S = ,

где S — площадь пера руля, м 2;

L — длина судна, м;

Т — средняя осадка на стоянке, м;

К — коэффициент, определяемый по графику * (рис. 100).

*См В. А. Понамарев. Проектирование и постройка деревянных катеров, 1946, Л. Л. Романенко и Л. С. Щербаков. Моторная лодка. Судпромгиз, 1959 и 1962

Следует иметь в виду, что руль под днищем требует меньшей площади пера руля и в два раза эффективнее руля за транцем, но при плавании на малых глубинах легко может быть сломан или потерян.

Руль по возможности должен помещаться за гребным винтом на расстоянии от него 0,15—0,20 диаметра винта так, чтобы площади пера руля выше и ниже оси винта были равны.

Перо руля обычно имеет обтекаемую форму. Отношение высоты к длине пера руля составляет 0,3—0,5.

Различают рули обыкновенные, балансирные и полубалансирные (рис. 100). Перо руля страхуется от потери цепью или тросом — сорлинем, прикрепленным к корме судна.

Вся площадь пера обыкновенного руля расположена позади оси вращения (баллера). В балансирном руле перо руля расположено впереди и позади от оси баллера.

У балансирного руля баллер является основной держащей силой и проходит через все перо руля насквозь.


Рис 101. Типы рулей a — обыкновенный; б — балансирный, в — полубалансирный

Полубалансирный руль — по форме нечто среднее между обыкновенным и балансирным рулем, так как площадь его передней балансирной части меньше, чем у балансирного руля, и составляет от 0,10 до 0,30 всей площади пера. Балансирная часть пера руля служит для уменьшения усилия, затрачиваемою на перекладку руля.

На маломерных моторных судах рули могут быть навесными или подвесными. Навесные рули просты по устройству и навешиваются за транцем моторных шлюпок и лодок без прорезания корпуса судна. К недостаткам навесных рулей относится увеличение площади пера руля и габаритной длины. Навесной руль может приводиться в движение непосредственно румпелем или штурвалом через рулевой привод и имеет закругленные углы пера. Рули могут не иметь снизу точки опоры или опираться на «пятку». На катерах большей частью устанавливаются подвесные полубалансирные и балансирные рули.

Полубалансирный руль, как и балансирный, состоит из пера руля, баллера, трубы гельмпорта, втулки трубы гельмпорта, саль ника и головки в виде квадрата в верхней части баллера. Конструкция руля приведена на рис. 102.

Рулевой привод на катере обычно ручной и состоит из секторного или продольного румпеля. Иногда применяется поперечный румпель. Продольный или поперечный румпель может быть как постоянным, так и запасным к секторному румпелю. Рулевая передача представляет собой штуртрос, который идет с барабана штурвала по роульсам или шкивам вдоль бортов катера к корме и крепится там на секторном румпеле. Штуртрос состоит из гибких стальных оцинкованных тросов диаметром 3—6 мм или на крупных катерах из цепей. Нельзя использовать пряди распущенных стальных канатов и синтетические тросы для штуртросной проводки. На барабан штурвала штуртрос навивается несколькими шлагами (витками).

Крепление штуртроса непосредственно к румпелю при перекладке руля вызывает в штуртросной проводке «слабину» в сбегающей ветви, а следовательно, и «мертвый ход» в рулевом управлении. Мертвый ход ликвидируется установкой на румпель скользящей втулки из куска трубы или кольца с обушками для крепления штуртроса. Сектор не имеет этого недостатка, если обе ветви штуртроса подходят к сектору по касательной к его дуге.

На роульсах обычно штуртрос имеет значительное трение, ввиду чего нужна постоянная смазка. Штуртросная проводка имеет существенный недостаток: она быстро вытягивается, появляется ослабление — «слабина». Это устраняется при помощи талрепов в штуртросах, но так, чтобы слишком большое натяжение штуртроса не затрудняло легкое вращение штурвального колеса.


Рис. 102. Конструкция руля 1 — перо руля; 2 — баллер; 3 — труба гельмпорта; 4 — втулка трубы гельмпорта; 5 — сальники, б —секторный румпель; 7—квадрат; 8—продольный румпель

Штуртрос проводится так, чтобы на переднем ходу вращение штурвального колеса в какую-либо сторону вызывало уклонение носовой части судна в ту же сторону. На заднем ходу нос судна катится в сторону, противоположную той, в которую положен руль.

На малых катерах штурвал представляет собой ось с насаженным на нее руле вым колесом автомобильного типа. На крупных катерах штурвальное колесо делается с рукоятками.

Выполнение ряда определенных технических требовании к рулевому устройству обеспечивает надежное управление судном.

Натяжение и прокладка штуртросов должны быть такими, чтобы исключилось его набегание на реборды роликов и сектора, а также касание его с конструкциями судна. Внутренний диаметр голиков не должен быть меньше восемнадцати диаметров троса. Штуртрос не должен препятствовать откидыванию подвесных моторов при дистанционном рулевом управлении последним.

Все вращающиеся детали необходимо своевременно смазывать, тем самым обеспечивая их легкое вращение и перекладку руля. Сальниковые уплотнения должны быть герметичны. Просачивание воды через них как на ходу, так и на стоянке не допускается.

Судоводитель должен систематически осматривать рулевое устройство и проверять состояние всех его частей. Осмотр должен производиться особенно тщательно после касания судном грунта или удара рулем.

§ 46. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА УПРАВЛЯЕМОСТЬ

^ 1. Влияние гребного винта

Управление судном во многом зависит не только от руля, но и от конструкции винта, скорости его вращения и обводов кормовой части судна.

Гребные винты изготовляются из чугуна, стали и бронзы. Наилучшими винтами для катеров следует считать винты из бронзы, так как они легки, хорошо шлифуются и стойки против коррозии в воде. Винты характеризуются диаметром, шагом и коэффициентом полезного действия.

Диаметром винта называют диаметр окружности, описываемой крайними точками лопастей.

Шагом винта называют расстояние вдоль оси винта, на которое перемещается за один полный оборот любая точка винта.


Рис. 103. Образование потоков винтов

Коэффициент полезного действия (к. п. д) винта определяется отношением мощности, развиваемой гребным винтом, к мощности, затрачиваемой на его вращение.

В основе работы гребного винта лежит гидродинамическая сила, создаваемая разрежением на одной и давлением на другой поверхности лопасти.

Современные судовые движители еще очень несовершенны. Так, гребные винты в среднем около половины мощности, отдаваемой им двигателем, тратят бесполезно, например, на винто образное закручивание частиц воды в струе.

На катерах применяются двух-, трех- и реже четырехлопастные винты. На промысловых катерах иногда ставятся винты с поворотными лопастями или так называемые винты с регулируемым шагом, которые позволяют плавно изменять скорость или направление хода судна при постоянном одностороннем вращении гребного вала. При этом отпадает необходимость в реверсировании двигателя.

Винты различаются по направлению их вращения. Винт, вращающийся по часовой стрелке (если смотреть на него с кормы в нос), называется винтом правого вращения, против часовой стрелки — левого вращения. При движении вперед под кормовым подзором корпуса суд-па впереди и позади руля образуется попутный (рис. 103) поток воды и возникают силы, которые действуют па руль и влияют на поворотливость судна. Скорость попутного потока тем больше, чем полнее и тупее обводы кормы.

Разрежение на выпуклой стороне лопасти, называемой стороной засасывания, подсасывает воду к винту, а давление на плоской стороне, называемой нагнетающей, отбрасывает воду от винта. Скорость отбрасываемой струи примерно вдвое больше подсасываемой. Реакция отбрасываемой воды воспринимается лопастями, которые через ступицу и гребной вал передают ее судну. Эта сила, приводящая судно в движение, называется упором.

В потоке воды, отбрасываемой винтом, частицы движутся не прямолинейно, а винтообразно. Попутный поток как бы тянется за судном и величина его зависит от формы кормовой части судка. Поток несколько изменяет давление на руль, отведенный из диаметральной плоскости судна.

Совокупное действие всех потоков оказывает заметное влияние на управляемость судна; оно зависит от положения руля, величины и изменения скорости хода, формы корпуса, конструкции и режима работы винта. Поэтому каждое судно имеет свои индивидуальные особенности действия винта на руль, которые судоводитель должен внимательно изучать на практике (таблица 4).

Таблица 4

^ ВЛИЯНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВИНТА ПРАВОГО ВРАЩЕНИЯ РУЛЯ НА ПОВЕДЕНИЕ СУДНА

Положение судна относительно воды

Положение

руля

Режим работы винта

Направление работы винта

Результат

1.Неподвижно

Прямо

Только включен

Вперед

Нос покатится влево (корма отбрасывается вправо)

2.Движется вперед

Право

Установившийся

Вперед

Нос отклоняется вправо (корма отбрасывается влево)

3.Движется вперед

Прямо или лево

Установившийся

Вперед

Нос судна покатится в сторону отклонения руля

4.Неподвижно

Прямо

Только включен

Назад

Корма отбрасывается влево. Нос покатится вправо

5.Движется назад

Лево

или право

Установившийся

Назад

Для каждого судна индивидуально. Обычно корма идет в сторону переложенного руля

6.Движется вперед

Прямо

Только включен

Назад

Нос судна покатится вправо, корма влево

Винт левого вращения при равных прочих условиях даст противоположные приведенным в таблице результаты.

Если на судне установлен винт правого вращения, то судно будет лучше поворачиваться вправо, диаметр циркуляции вправо будет меньше, чем влево. На заднем ходу поворотливость судна обычно хуже. Судно с винтом правого вращения на заднем ходу лучше поворачивается кормой влево, чем вправо. Поэтому на переднем ходу на судне с винтом правого шага к причалу стремятся подойти левым бортом, так как при этом с переменой хода на задний корма будет поджиматься к стенке.

На некоторых моторных яхтах и катерах устанавливаются по два мотора, имеющих каждый свои вал и винт. В этом случае винты обычно вращаются в разные стороны. Они могут быть установлены или с вращением наружу, т. е. в верхней ч. ста лопасти идут от середины к борту, или с вращением внутрь, когда лопасти в верхней части идут от борта к середине. То или другое направление вращения винтов, а также наклон осей винтов и валов к горизонтальной и диаметральной плоскостям имеют большое значение в отношении поворотливости.

^ 2. Влияние ветра

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. С изменением силы и направления ветра меняется путь и скорость судна. Действие ветра на судно зависит от его силы и направления, от общей площади подводной части, от парусности судна, его осадки и водоизмещения.


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.

Ветер при постоянном направлении в долине реки будет менять направление относительно судна, следующего по изгибам этой реки. При движении судна около устьев рек и речек, мимо оврагов и балок, особенно мимо высоких берегов, может подуть сильный, меняющийся по направлению шквальный ветер. Ветер, отраженный от высоких причальных стенок, от высокого берега, может резко менять свое направление, завихряться, изменяться по силе, а иногда совсем прекращаться. Это часто ощущается при входе в камеру шлюза из нижнего бьефа.

Шквал, т. е. внезапное появление сильного ветра или резкое изменение его направления или силы, опасен для мелких судов. Особенно опасен шквал с частыми изменениями направления и скорости ветра по сравнению с ранее действующим ветром. Сильнее всего шквал действует вначале и особенно после штиля.

Брызги, переносимые ветром, мешают управлению маломерным судном. Они попадают на карты, приборы, заливают ветровое стекло. Ветер осложняет подход судна к причалу, шлюзование и другие операции.

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.

^ 3. Влияние крена и дифферента

Креном называется поперечное наклонение судна на один из бортов. Дифферентом называется продольное наклонение судна на нос или на корму.

Крен и дифферент могут образовываться в результате перемещения людей, грузов, при качке, поворотах. Углы крепа могут дойти до опасно критических, особенно при наличии в катере воды и ее переливании. Перемещение воды в сторону малейшего наклонения маломерного судна способствует образованию еще большего крена и дифферента и может повлечь за собой опрокидывание судна.

Для того чтобы предотвратить перевертывание катера от переливания попавшей в него воды, ее нужно отливать.

При крене давление со стороны накрененного борта больше и судно стремится уклониться в сторону повышенного борта. Поэтому для удержания судна на курсе приходится перекладывать руль в сторону накрененного борта, что увеличивает силу сопротивления и соответственно уменьшает скорость хода.

При крутых поворотах на большой скорости крен особенно велик. Осадка от крена увеличивается.

При дифференте на нос устойчивость судна на курсе ухудшается, увеличивается рыскливость, уменьшается скорость. При большом дифференте на корму судно становится увальчивым, плохо держится на курсе и очень реагирует на ветер и волну Нормальным считается незначительный дифферент на корму, при котором обычно улучшается поворотливость и ходкость судна.

^ 4. Влияние волнения

Волнение затрудняет плавание, вызывает качку, сильная волна осложняет работу гребного винта, который вместе с кормой может периодически оголяться. Это понижает упор винта, уменьшает скорость движения судна, снижает действие винта на перо руля. В момент оголения носа и особенно винта судно сразу же становится сильно подверженным действию ветра, сбивается с курса; для судов с подвесными моторами это имеет место даже при небольшом волнении. Сильные удары волн могут повредить корпус, механизмы, смыть людей за борт и причинить другие неприятности. Выход винта из воды вредно отражается на двигателе, а также на корпусе судна. Удары волн мешают своевременно и быстро перекладывать руль. На волне труднее выбрать и удержать заданный курс.

При встречных волнах, если они не останавливают судно, управлять им несколько легче, чем при попутных и бортовых При встречных волнах судно лучше держится на курсе.

На мелководье волнение не только мешает управлять судном, но может вызвать повреждение днища корпуса от удара о дно или поломку руля и винта.

^ 5. Влияние течения

Течение оказывает большое влияние на управление и маневренные элементы судна относительно грунта (берегов)

При ходе против течения судно хорошо слушается руля, уменьшается инерция судна и его легче остановить. Сложнее управлять рулем на поворотах судна при попутном течении, при котором судно хуже слушается руля. Следовательно, при движении вниз по течению труднее выполнять различные маневры. С увеличением скорости течения увеличивается расстояние, необходимое для поворота судна, идущего вниз, так как удлиняется и искажается кривая циркуляции, если ее рисовать относительно берега.

Лучшие условия управления судном и, в частности, его остановкой при движении против течения используются судоводителями при подходе к причалу и швартовке, т. е. судно, идущее по течению, подходит к причалу или берегу после разворота ниже причала на обратный курс.

Особенно неприятны свальные течения, проходящие под углом к основному потоку, так как они вызывают резкое смещение судна с избранного курса (снос с курса). Подобно свальному течению действует поток (течение) в относительно спокойной реке, водохранилище, озере, в море, например в местах впадения притоков, речек, при сгонно-нагонных явлениях. Наибольший снос испытывает судно при следовании бортом к течению. Направление и скорость течения могут непрерывно меняться от действия приливов, отливов, ветра, особенно в устьях и на берегах рек, а также за различными мысами и островами.

Чтобы предупредить снос судна течением с курса, можно переложить руль и уклониться по направлению на это течение. Тогда судно пойдет по направлению равнодействующей скорости течения и своего хода. Угол поправки на течение определяют глазомерно по наблюдению за береговыми и плавучими знаками.

^ 6. Влияние узкостей

На широком водном пространстве вытесняемая судном вода расходится при его движении во все стороны. Влияние ширины фарватера при управлении судном определяется изменением характера потока, условиями волнообразования, возникновением дополнительного сопротивления. Поэтому в узкостях может быть много причин, сбивающих судно с курса и затрудняющих управление им.

^ 7. Влияние глубин и осадка движущегося судна

При переходе судна из глубоководного фарватера на мелководье возрастает волнообразование, увеличивается сопротивление и уменьшается скорость хода. На мелководье при достаточно большой скорости хода судно получит дифферент на корму, а около середины судна заметно понизится уровень воды— образуется большая впадина, где уменьшится сила поддержания. Поэтому судно может увеличить осадку по сравнению с осадкой на глубокой воде. Чем больше осадка судна, тем меньше зазор между корпусом и дном, а следовательно, относительно больше скорость потока воды под корпусом. Поэтому судно во время движения на мелководье будет подсасываться ко дну (как правило, кормой). Это явление особенно характерно для судов с плоскими днищами. Дополнительная осадка судна растет с увеличением скорости хода и может быть причиной повреждения корпуса или винтов при проходе через участок с малыми глубинами. Увеличение осадки во время движения по мелководью у некоторых типов судов доходит до 0,5 м.

В случае неожиданного подхода к мелкому месту носовая часть судна может резко «оттолкнуться» от него из-за внезапно возросшего сопротивления воды, а также потому, что перед носовой частью вода будет вытесняться на мелкое место, сталкивая судно на большую глубину.

Если судно идет по мелководью с переменной глубиной, то правильное направление движения судна приходится удерживать частым вращением штурвального колеса. Чем уже и мельче фарватер и чем быстрее движется судно, тем быстрее и беспорядочнее кормовые волны будут догонять судно, действуя на его корму неравномерно, то с одной, то с другой стороны. При этом все время меняется давление воды на перо руля. Описанные явления вызывают рыскливость судна, особенно при подходе о: глубокого места к мелкому. Это опаснее всего при расхождении со встречными судами, так как может вызвать постановку судна на мель, повреждение корпуса, столкновение судов.

Следовательно, на мелководном фарватере следует уменьшать ход, чтобы уменьшить дополнительную осадку и рыскливость судна и тем самым обеспечить большую безопасность движения и улучшить управляемость.

 

^ Глава XII . ВОЛНООБРАЗОВАНИЕ И ПРИСАСЫВАНИЕ ДВИЖУЩИХСЯ СУДОВ

§ 47. ВОЛНООБРАЗОВАНИЕ

Судно при движении вытесняет воду, раздвигая ее перед собой. После прохода судна вода заполняет объем, освобождающийся за кормой. Преодолевая сопротивление воды, судно приводит ее частицы в колебательное движение, которое благодаря упругим свойствам поверхности воды распространяется в виде волн. Волнообразование различно и зависит в основном от размеров судна, обводов его корпуса, осадки, ширины и глубины фарватера. С ростом скорости движения судна размеры воли растут по закону квадрата скорости. На волнообразование, как уже говорилось, расходуется энергия движения.

С увеличением скорости движения водоизмещающегося судна уровень воды у носа заметно повышается, образуя систему носовых волн. Схема образования волн при движении водоизмещающегося небыстроходного судна на спокойной воде приведена на рис. 105. Вдоль бортов в средней части судна, следуемого в режиме плавания, уровень воды понижается, образуя впадину. В кормовой части судна уровень воды снова повышается, образуя систему кормовых волн.


Рис. 105. Схема образования волн при движении судна на спокойной воде А — носовые расходящиеся волны; Б — кормовые расходящиеся волны; В — кормовые поперечные волны

Носовые волны подразделяются на носовые расходящиеся и носовые поперечные волны.

Носовые расходящиеся волны, подобно усам, простираются от форштевня судна с обоих бортов. Фронт их расположен под углом около 40° к направлению движения, а середины находятся на прямых, составляющих угол около 20° с диаметральной плоскостью. Волны по длине являются короткими.

Носовые поперечные волны, перпендикулярные к направлению движения судна, зарождаются вместе с носовыми расходящимися волнами и распространяются между ними. Поперечные носовые волны движутся в направлении движения судна, постепенно увеличиваются по длине от носа к корме и уменьшаются по высоте.

Кормовые расходящиеся волны начинаются несколько впереди ахтерштевня с обоих бортов судна. Они меньше по размерам, чем носовые, и имеют такие же углы с направлением движения судна, как и носовые расходящиеся волны.

Кормовые поперечные или так называемые «спутные» волны начинаются там же, где и кормовые расходящиеся, но они более интенсивны, так как расположены за гребными винтами. По мере удаления от кормы, где они равны ширине судна, волны уменьшаются по высоте, но увеличиваются по длине.

С увеличением скорости движения увеличивается волнообразование. На мелководье длина расходящихся волн и угол между ними увеличивается и может составлять угол в 90° с диаметральной плоскостью судна. В зависимости от глубины фарватера с достижением судном определенной большой скорости расходящиеся волны совместно с поперечными волнами образуют мощную систему волн. Движущуюся вместе с судном в районе скулового образования или в районе кормы малых быстроходных судов и катеров волну называют одиночной волной или волной перемещения. Волна перемещения характерна для судов с тупыми скуловыми образованиями, а также буксирных судов, идущих без караванов.

Волнообразование зависит не только от скорости, но и от отношения между скоростью и длиной судна. Короткое судно вызывает большие волны при небольшой скорости, а длинному судну потребуется очень большая скорость, чтобы вызвать такие же волны. Между местами образования носовой и кормовой систем волн у оконечностей корпуса, в средней части бортов судна, образуются пониженные горизонты воды (впадина). По сравнению с нормальным горизонт воды во впадине понижается с увеличением волнообразования и уменьшением глубины фарватера. Таким образом, при движении судна полным ходом по всей длине корпуса располагаются три основные зоны влияния гидродинамических полей: две зоны повышенного давления, где действуют отталкивающие силы в носу и непосредственно около кормы, и зона пониженного давления по борту судна. Центром зоны пониженного давления у колесных судов являются впадины колес судна. У винтовых паротеплоходов зона пониженного давления несколько смещена к корме. Эта картина особенно хорошо видна при движении судна по фарватеру с малыми скоростями течения.

При проходе судна над мелью резко изменяется кормовая система волн, а первая поперечная волна увеличивается по высоте. Эта поперечная волна на мелководье называется придонной волной. Появление придонной волны за кормой судна сигнализирует о том, что глубина под килем судна уменьшается. Это используется для контроля правильности движения судна.

§ 48. ПРИСАСЫВАНИЕ СУДОВ

В морской и особенно в речной практике известно много случаев столкновения судов при их расхождении на встрече или на обгоне при движении параллельными курсами на небольшом расстоянии друг от друга из-за увеличенной скорости и движения воды между их корпусами. В соответствии с уравнением Бернулли это увеличение скорости воды между судами ведет к уменьшению давления между ними по сравнению с давлением с наружных бортов. Возникает гидродинамическое притяжение судов на параллельных курсах, которое усиливается с ростом относительной скорости их движения. Такое явление называется присасыванием судов.

Присасывание судов возрастает с увеличением разницы в размерах корпуса и сильнее действует на судно меньшей массы.

Вероятность присасывания увеличивается с уменьшением расстояния между расходящимися судами и с увеличением их скорости. Присасывание зависит от формы судов. На рис. 106 показано взаимодействие между двумя одинаковыми судами, расходящимися на встречных курсах на близком расстоянии друг от друга. Оба судна одновинтовые, с винтами правого шага. Стрелками показано направление отклонения оконечностей судна в разных положениях судов по отношению одного к другому. В положении III на параллельных курсах совпадают гидродинамические поля со знаком минус, т. е. впадины, и суда могут присосаться друг к другу бортами. При этом у каждого из судов появляется крен в сторону другого судна.


Рис. 106. Взаимодействие между судами, расходящимися на близком расстоянии друг от друга. Стрелками показано направление оконечностей судна

Крен объясняется понижением уровня воды между бортами из-за увеличения скоростей течения в промежутке между двумя судами по сравнению со скоростями течения относительно внешних бортов судов, где уровень выше.

Кроме того, присасывание зависит от взаимодействия систем волн, образованных судами. Взаимодействие систем волн является также причиной возникновения сил притяжения между судами, расходящимися на значительном расстоянии друг от друга.

Присасывание меньшего судна к большему увеличивается, если меньшее судно войдет в волновую зону волнообразования большего судна. По мере сокращения расстояния взаимодействие между судами растет. Поэтому для предупреждения столкновения судов при обгоне обгоняющее судно должно идти как можно дальше от обгоняемого, по возможности вне зоны волнообразования обгоняемого судна, которое в свою очередь должно снизить скорость хода для уменьшения волнообразования.

Присасывание резко сказывается при обгоне одиночно идущим судном буксируемых составов, баржи которых неожиданно получают рыскливость (рис. 107). Действию присасывания судов особенно подвержены мелкие суда при расхождении, при обгоне и при встрече с судами большего водоизмещения (рис. 108). Столкновение от присасывания наблюдается из-за лихачества судоводителей маломерных судов, нарушения ими элементарных правил обгона и расхождения.

Основные правила обгона и расхождения следующие:

1) при обгоне и расхождении суда должны проходить возможно дальше друг от друга;

2) на узких фарватерах, на реках, в каналах расходящиеся суда должны снижать скорость до самой малой;


Рис 107. Действие идущего обгоняющего одиночного судна на буксирные суда: I — судно подходит к обгоняемым несамоходным судам; II — судно проходит мимо обгоняемых несамоходных судов


Рис. 108. Подсасывание малого судна к большому

3) при первом признаке присасывания между двумя примерно одинаковыми по величине судами следует остановить ход.

Надо помнить, что при присасывании судно плохо слушается руля, если даже руль положен на борт.

В случае столкновения катеров бортами могут быть не только повреждения корпуса, но и падение людей за борт из-за внезапного толчка, увечья державших на планшире руки, стоявших на обносе и т. д ;

4) обгон маломерным судном судна более крупного по водоизмещению должен происходить так, чтобы обгоняющее меньшее судно выходило на обгон, т. е. траверз ахтерштевня обгоняемого судна вне зоны кормового волнообразования его. Категорически запрещается маломерным судам обгонять большие суда из-под кормы их. Это ведет не только к потере управления, но и к опрокидыванию малого судна кормовой системой волн, подсасыванию его при сходе с кормовой системы волн обгоняемого судна во впадину его и т. д.

На судно, отшвартованное у берега, действуют волны от судов, движущихся в непосредственной близости по рейду, реке или каналу. Под действием присасывания и набегающих волн, движущихся в непосредственной близости по рейду, реке или каналу. Под действием присасывания и набегающих волн движущихся судов отшвартованное судно испытывает колебания, из-за которых могут лопнуть швартовные концы, упасть трапы, различные грузы и механизмы. Поэтому идущие мимо суда должны уменьшать ход.

Целесообразно выходить на обгон меньшим судном большего, предварительно выйдя из зоны волнообразования обгоняемого судна на расстоянии не меньшем, чем одна длина корпуса обгоняемого судна при достаточной ширине фарватера.

Обгон и расхождение при встрече моторным лодкам и катерам на подводных крыльях рекомендуется производить на водоизмещающемся режиме.

Следует помнить, что, оканчивая обгон, нужно держаться как можно дальше от носовой части обгоняемого судна; невыполнение этой рекомендации влечет за собой попадание обгоняющего судна под форштевень большего обгоняемого судна. Это может стать причиной гибели не только маломерного судна на внутренних водных путях, но и причиной гибели больших морских судов, обгоняющих еще большие корабли.



оставить комментарий
страница6/11
Дата17.10.2011
Размер4,08 Mb.
ТипУчебник, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com


База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2014
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх