ПП и управление судами на ВВП. §5. Циркуляция судна, ее периоды и элементы
Циркуляция - это траектория, описываемая центром тяжести судна, при движении с отклоненным на постоянный угол рулем.
Циркуляция характеризуется линейной и угловой скоростями, радиусом кривизны и углом дрейфа.
Угол между вектором линейной скорости судна и диаметральной плоскостью называют углом дрейфа β.
Эти характеристики не остаются постоянными на протяжении всего маневра.
Скорость и кривизна циркуляции определяются балансом сил:
•движущих,
•инерционных и
•гидродинамического сопротивления
Траектория движения центра тяжести судна и оконечностей корпуса характеризует движение судна в случае, если руль при начавшемся повороте вправо будет переложен на угол αp и останется в этом положении во все время дальнейшего движения судна.
Рис.А. Вход судна в циркуляцию
Циркуляцию имеет три периода:
- маневренный (участок кривой I-II),
- эволюционный (участок II-III), или период неустановившегося движения на циркуляции,который начинается с момента окончания перекладки руля и заканчивается, когда угол дрейфа β станет максимальным, а радиус циркуляции Rц минимальным. В конце этого периода наступает равновесие всех сил, действующих на судно, скорость перемещения центра тяжести судна по траектории становится постоянной, а сама траектория превращается в окружность;
- установившаяся циркуляция - период, который начинается с момента окончания второго периода и продолжается все время, пока руль находится в заданном положении.
Судно совершает движение по кругу, причем оно имеет собственное вращательное движение вокруг вертикальной оси, проходящей через его центр тяжести
Траекторию движения судна в третий период принято называть установившейся циркуляцией.
Угол дрейфа β и радиус кривизны Rц в периоде установившейся циркуляции представляют собой постоянные величины.
Вследствие этого точки, образующие носовую оконечность корпуса, описывают окружности меньшего радиуса кривизны, чем точки, образующие кормовую оконечность.
Стандартным манѐвром, информация о котором обязана быть в судовой документации, является циркуляция с перекладкой руля на 35°(«на борт»)
Как правило, в судовой документации также содержится и информация о циркуляции с перекладкой руля на 15°(«пол борта»)
Реже встречается документация с данными о циркуляции при трѐх вариантах положения руля: 10°, 20°, 35°.
I. Маневренный период циркуляции
В начальный момент перекладки руля действие момента проявляется сравнительно слабо, так как значительное сопротивление повороту оказывает инерция судна и самый момент M1 не сразу достигает достаточно ощутимой величины.
Поэтому несмотря на наличие вращающего момента судно в начале маневренного периода смещается под действием силы Р2 в сторону, противоположную направлению перекладки руля.
С момента начала перекладки руля появляется боковая сила, и судно:
• начинает дрейфовать в сторону, противоположную перекладке руля, и
• начинает разворачиваться в сторону перекладки руля.
Учитывая, что перекладка пера руля с 35° одного борта на 30° другого борта занимает не более 28 сек, «маневренный период» очень короткий.
II. Эволюционный период циркуляции
Эволюционный период циркуляции начинается с момента начала фактического поворота после перекладки руля и продолжается до момента, когда наступает равновесие всех действующих на судно сил.
В эволюционном периоде:
• возрастает угол дрейфа;
• падает скорость поступательного движения;
•увеличивается скорость поворота и радиус траектории постепенно уменьшается.
Из-за отклонения пера руля и появления угла дрейфа гидродинамические силы давления на корпус возрастают и превышают движущую силу, в результате чего наблюдается падение скорости.
Этот период характеризуется дальнейшим снижением скорости (до 30 - 50 %), изменением крена на внешний борт до 10° и резким выносом кормы на внешнюю сторону.
III. Установившийся период циркуляции
Период установившийся циркуляции - период, характеризуется равновесием действующих на судно сил: упора винта, гидродинамических сил на руле и корпусе, центробежной силы, начинающийся по окончании эволюционного.
Траектория движения центра тяжести (ЦТ) судна превращается в траекторию правильной окружности или близкой к ней.
Элементы циркуляции
Диаметр установившейся циркуляции, Dц - расстояние между диаметральными плоскостями судна на двух последовательных курсах, отличающихся на 180° при установившемся движении;
Тактический диаметр циркуляции, Dт - расстояние между положениями ДП судна до начала поворота и в момент изменения курса на 180°;
Период циркуляции,Тц - время поворота судна на 360°;
Угол дрейфа, β .
Выдвиг, l1 - расстояние между положениями ЦТ судна перед выходом на циркуляцию до точки циркуляции, в которой курс судна изменяется на 90°;
Прямое смещение, l2 - расстояние от первоначального положения ЦТ судна до положения его после поворота на 90º, измеренное по нормали к первоначальному направлению движения судна;
Обратное смещение, l3 - наибольшее смещение ЦТ судна в результате дрейфа в направлении, обратном стороне перекладки руля (обратное смещение обычно не превышает ширины судна В, а на некоторых судах отсутствует совсем);
Полоса движения
При маневрировании в стесненных условиях (узкость, рейдовая стоянка и т.п.) следует иметь ввиду, что полоса, занимаемая судном, существенно шире габаритной ширины корпуса судна.
Форма циркуляции, ее главные геометрические характеристики (выдвиг, прямое смещение, обратное смещение) зависят от исходной скорости судна.
Но диаметр установившейся циркуляции при одинаковом угле перекладки руля остается постоянным и не зависит от исходной скорости.
Значение элементов циркуляции, выражаемых в долях диаметра циркуляции ДЦ, лежат в относительно узких пределах и для судов различных типов изменяются следующим образом:
Dт=(0,9 ±1,2)·Dц
l1=(0,6 ± 1,3)·Dц
l2=(0,25 ± 0,5)·Dц
l3=(0 ± 0,1)·Dц
Наиболее важное значение в практике судовождения имеет тактический диаметр циркуляции Dт.
Его значение может быть приблизительно определено по формуле:
Dт =L2T/(kопSр);где L - длина судна, м;
Т - осадка, м;
kоп - опытный коэффициент, kоп≈10;
Sр - площадь руля, м2
Критерием поворотливости судна является отношение тактического диаметра циркуляции к длине корпуса.
Для современных судов внутреннего плавания отношение
Dт/L ≈2÷3
Циркуляция характеризуется линейной и угловой скоростями, радиусом кривизны и углом дрейфа.
Угол между вектором линейной скорости судна и диаметральной плоскостью называют углом дрейфа β.
Эти характеристики не остаются постоянными на протяжении всего маневра.
Скорость и кривизна циркуляции определяются балансом сил:
•движущих,
•инерционных и
•гидродинамического сопротивления
Траектория движения центра тяжести судна и оконечностей корпуса характеризует движение судна в случае, если руль при начавшемся повороте вправо будет переложен на угол αp и останется в этом положении во все время дальнейшего движения судна.
Рис.А. Вход судна в циркуляцию
Циркуляцию имеет три периода:
- маневренный (участок кривой I-II),
- эволюционный (участок II-III), или период неустановившегося движения на циркуляции,который начинается с момента окончания перекладки руля и заканчивается, когда угол дрейфа β станет максимальным, а радиус циркуляции Rц минимальным. В конце этого периода наступает равновесие всех сил, действующих на судно, скорость перемещения центра тяжести судна по траектории становится постоянной, а сама траектория превращается в окружность;
- установившаяся циркуляция - период, который начинается с момента окончания второго периода и продолжается все время, пока руль находится в заданном положении.
Судно совершает движение по кругу, причем оно имеет собственное вращательное движение вокруг вертикальной оси, проходящей через его центр тяжести
Траекторию движения судна в третий период принято называть установившейся циркуляцией.
Угол дрейфа β и радиус кривизны Rц в периоде установившейся циркуляции представляют собой постоянные величины.
Вследствие этого точки, образующие носовую оконечность корпуса, описывают окружности меньшего радиуса кривизны, чем точки, образующие кормовую оконечность.
Стандартным манѐвром, информация о котором обязана быть в судовой документации, является циркуляция с перекладкой руля на 35°(«на борт»)
Как правило, в судовой документации также содержится и информация о циркуляции с перекладкой руля на 15°(«пол борта»)
Реже встречается документация с данными о циркуляции при трѐх вариантах положения руля: 10°, 20°, 35°.
I. Маневренный период циркуляции
В начальный момент перекладки руля действие момента проявляется сравнительно слабо, так как значительное сопротивление повороту оказывает инерция судна и самый момент M1 не сразу достигает достаточно ощутимой величины.
Поэтому несмотря на наличие вращающего момента судно в начале маневренного периода смещается под действием силы Р2 в сторону, противоположную направлению перекладки руля.
С момента начала перекладки руля появляется боковая сила, и судно:
• начинает дрейфовать в сторону, противоположную перекладке руля, и
• начинает разворачиваться в сторону перекладки руля.
Учитывая, что перекладка пера руля с 35° одного борта на 30° другого борта занимает не более 28 сек, «маневренный период» очень короткий.
II. Эволюционный период циркуляции
Эволюционный период циркуляции начинается с момента начала фактического поворота после перекладки руля и продолжается до момента, когда наступает равновесие всех действующих на судно сил.
В эволюционном периоде:
• возрастает угол дрейфа;
• падает скорость поступательного движения;
•увеличивается скорость поворота и радиус траектории постепенно уменьшается.
Из-за отклонения пера руля и появления угла дрейфа гидродинамические силы давления на корпус возрастают и превышают движущую силу, в результате чего наблюдается падение скорости.
Этот период характеризуется дальнейшим снижением скорости (до 30 - 50 %), изменением крена на внешний борт до 10° и резким выносом кормы на внешнюю сторону.
III. Установившийся период циркуляции
Период установившийся циркуляции - период, характеризуется равновесием действующих на судно сил: упора винта, гидродинамических сил на руле и корпусе, центробежной силы, начинающийся по окончании эволюционного.
Траектория движения центра тяжести (ЦТ) судна превращается в траекторию правильной окружности или близкой к ней.
Элементы циркуляции
Диаметр установившейся циркуляции, Dц - расстояние между диаметральными плоскостями судна на двух последовательных курсах, отличающихся на 180° при установившемся движении;
Тактический диаметр циркуляции, Dт - расстояние между положениями ДП судна до начала поворота и в момент изменения курса на 180°;
Период циркуляции,Тц - время поворота судна на 360°;
Угол дрейфа, β .
Выдвиг, l1 - расстояние между положениями ЦТ судна перед выходом на циркуляцию до точки циркуляции, в которой курс судна изменяется на 90°;
Прямое смещение, l2 - расстояние от первоначального положения ЦТ судна до положения его после поворота на 90º, измеренное по нормали к первоначальному направлению движения судна;
Обратное смещение, l3 - наибольшее смещение ЦТ судна в результате дрейфа в направлении, обратном стороне перекладки руля (обратное смещение обычно не превышает ширины судна В, а на некоторых судах отсутствует совсем);
Полоса движения
При маневрировании в стесненных условиях (узкость, рейдовая стоянка и т.п.) следует иметь ввиду, что полоса, занимаемая судном, существенно шире габаритной ширины корпуса судна.
Форма циркуляции, ее главные геометрические характеристики (выдвиг, прямое смещение, обратное смещение) зависят от исходной скорости судна.
Но диаметр установившейся циркуляции при одинаковом угле перекладки руля остается постоянным и не зависит от исходной скорости.
Значение элементов циркуляции, выражаемых в долях диаметра циркуляции ДЦ, лежат в относительно узких пределах и для судов различных типов изменяются следующим образом:
Dт=(0,9 ±1,2)·Dц
l1=(0,6 ± 1,3)·Dц
l2=(0,25 ± 0,5)·Dц
l3=(0 ± 0,1)·Dц
Наиболее важное значение в практике судовождения имеет тактический диаметр циркуляции Dт.
Его значение может быть приблизительно определено по формуле:
Dт =L2T/(kопSр);где L - длина судна, м;
Т - осадка, м;
kоп - опытный коэффициент, kоп≈10;
Sр - площадь руля, м2
Критерием поворотливости судна является отношение тактического диаметра циркуляции к длине корпуса.
Для современных судов внутреннего плавания отношение
Dт/L ≈2÷3