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 l ₁. 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 _a w ²+ K _p v ²> K _к v ²

K ’_a w ²+ K ’_к v ²> K ’_p v ²

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.

2.9. Разворот одновинтового судна при ветре

В условиях ветра поворотливость зависит от совместного воздействия давления ветра, поперечных гидродинамических сил руля и корпуса и влияния винта. В одних случаях моменты указанных сил складываются, улучшая поворотливость, в других вычитаются и судно может оказываться неуправляемым. При управлении одновинтовыми судами необходимо учитывать два положения.

Рис. 2.17. Разворот самоуправляющегося судна, следующего правым галсом

1. У теряющего ход судна курсовой угол ветра увеличивается, а поперечная гидродинамическая сила на корпусе уменьшается. К моменту остановки судна гидродинамическая сила на корпусе исчезнет, и судно будет стремиться занять положение относительно ветра, определяемое положением центра парусности: при центре парусности позади центра тяжести оно несколько приведется к ветру, при центре парусности впереди центра тяжести увалится.

2. Когда судно движется назад, точка приложения поперечной гидродинамической силы на корпусе (центр со противлении) смещается в корму от центра тяжести и ее момент изменяет направление на противоположное. В результате нос большинства судов имеет тенденцию уваливаться под ветер. Однако у судов с сильно развитыми надстройками на корме или большим дифферентом на нос этого может и не быть.

Рис. 2.18. Разворот самоуправляющегося судна, следующего левым галсом, влево

Рассмотрим особенности исполнения крутых разворотов на самоприводящихся и уваливающихся судах. Если судно самоприводящееся и следует курсом бейдевинд или галфинд правого галса (рис. 2.17), то поворот начинают перекладкой руля на правый борт (положение 2). Когда судно приведется к ветру (положение 3), дают полный ход назад и руль перекладывают лево на борт. Очевидно, что чем меньше скорость судна в начале маневра, тем быстрее будет погашена инерция переднего хода в положении 4 итем быстрее завершится разворот. Данный способ разворота можно применять и при ветре в бакштаг. Но если пространство чистой воды справа по ходу недостаточно, то разворот осуществляют с помощью якоря. На малых глубинах разворачиваются, протаскивая якорь по грунту. На больших глубинах можно стравить в воду ½—1 смычку каната. За счет смещения центра сопротивления гидродинамической силы в нос поворотливость судна улучшится. При курсовых углах ветра левого борта самоприводящееся судно легко разворачивается как влево, так и вправо. При развороте влево (рис. 2.18) с целью максимального использования влияния винта маневр следует начинать на минимальном ходу, переложив руль на борт и дав машине полный передний ход (положение 2). Разворот вправо на первой его стадии осуществляют на заднем ходу (рис. 2.19). С целью пбыстрого погашения инерции к моменту реверса двигателя ход должен быть небольшим. Затем дают задний ход и руль перекладывают лево на борт (положение 2). Когда корма пересечет линию ветра (положение 4), дают передний ход и руль перекладывают право на борт. Заметим, что поворот влево предпочтительнее при острых курсовых углах ветра, а поворот вправо — при тупых.

Маневр разворота на обратный курс на уваливающемся судне выполнять сложнее, чем на самоприводящемся. При ветре в бакштаг без помощи якорей, протаскиваемых по грунту, или задания дифферента на нос крутой разворот практически невыполним. Если ветер дует с направлений впереди траверза, то крутой разворот возможен как под ветер, так и на ветер. Разворот под ветер на судне, следующим правым галсом, можно начинать на переднем или заднем ходу. В первом случае ход должен быть минимальным, но достаточным для удержания судна на ветре (рис. 2.20). В точке начала поворота (положение 2) руль перекладывают лево на борт и дают полный передний ход. Когда эффект влияния силы будет исчерпан, телеграф переводят на средний или малый ход, а незадолго до того, как корма пересечет линию ветра, снова дают полный передний ход. Во втором случае (рис. 2.21) ход судна перед началом маневра также должен быть минимальным. Судно может даже дрейфовать под ветер (положение 2). Затем дают задний ход и, постепенно увеличивая обороты, с рулем право на борту кормой поднимаются на ветер. Реверсировать двигатель следует, когда судно приобретет наибольшую угловую скорость вращения влево (положение 4).

Рис. 2.24. Разворот уваливающегося судна, следующего левым галсом, под ветер

При развороте на ветер маневр начинают на среднем ходу (рис. 2.22). В точке начала поворота (положение 2) руль перекладывают на борт и постепенно увеличивают обороты до полных. Когда нос пересечет линию ветра (положение 3), обороты сбрасывают и в дальнейшем управляют рулем и машиной так, чтобы, ложась на новый курс, удержаться на ветре (положение 6),

Если уваливающееся судно следует левым галсом, то при повороте на ветер (рис. 2.23) подходить к точке поворота необходимо с запасом угла перекладки руля. С этой целью маневр начинают на небольшом ходу, позволяя судну дрейфовать под ветер. В положении 2 руль перекладывают на борт и дают полный передний ход. К моменту, пересечения линии ветра руль следует отвести в диаметральную плоскость, а затем тотчас переложить на правый борт (положение 4). При повороте под ветер (рис. 2.24) маневр начинают на среднем ходу перекладкой руля на правый борт (положение 2). Незадолго до того, как корма пересечет линию ветра (положение 3), обороты постепенно увеличивают до полных. У уваливающихся судов весьма ответственной является завершающая стадия разворота. В это время поступательное движение судна невелико, что чревато потерей управляемости. Поэтому, прежде чем ложиться на нужный курс, судно должно, насколько это возможно, подняться на ветер. При этом руль следует отводить постепенно.

3. Управление судами на стесненных фарватерах, в узкостях, каналах и на реках