Лабораторная работа №1

Маневрирование и управление

Судном

 

Методические указания к выполнению лабораторных работ

по дисциплинам Б.3.Б.10 «Безопасность судоходства»

и Б.3.Б.12 «Маневрирование и управление судном»

для студентов очного и заочного обучения специальности

260505.65 «Судовождение»

 

Составители: А.Н. Клементьев, П.Н. Токарев,

Р.С. Хвостов

 

Нижний Новгород

Издательство ФГБОУ ВО «ВГУВТ»

2016

УДК 656.6.052

К 48

Маневрирование и управление судном: метод. указания к выполнению лабораторных работ для студ. оч. и заоч. обуч. специальности 260505.65 «Судовождение» / сост.: А.Н. Клементьев, П.Н. Токарев, Р.С. Хвостов. – Н.Новгород: Изд-во ФГБОУ ВО «ВГУВТ», 2016. – 101 с.

 

 

Настоящие методические указания предназначены для выполнения лабораторных работ по закреплению и углублению теоретических знаний по управлению судами в различных условиях плавания в соответствии с программами дисциплин: «Маневрирование и управление судном» и «Безопасность судоходства».

Методические указания составлены в соответствии с требованиями модельного курса ИМО 7.03 и требованиями таблицы A-II/1 Кодекса ПДНВ.

 

Для студентов специальности 260505.65 «Судовождение» очного и заочного обучения.

 

Работа рекомендована к изданию на заседании кафедры судовождения и безопасности судоходства. Протокол № 8 от 12.05.2016г.

© ФГБОУ ВО «ВГУВТ», 2016

Лабораторная работа №1

 

«Определение параметров движения судна при действии ветра»

 

Задача о влиянии ветра на параметры движения судна сводится к отысканию условий, при которых у судна при его прямолинейном движении может наступить потеря управляемости. Для этого необходимо установить зависимость угла ветрового дрейфа и потребного угла перекладки рулевого органа от скорости движения судна, скорости и направления действия ветра.

Угол ветрового дрейфа  рассчитывается по формуле:

,

(1.1)

где  – скорость кажущегося ветра, м/с;

 – скорость судна, м/с;

;	(1.2)
;	(1.3)

– площадь проекции надводной поверхности судна на ДП, ;

– плотность воды, =1,0 ;

– площадь погруженной части диаметрального батокса, ;

;

(1.4)

– длина судна, м;

– осадка судна, м;

 – коэффициент полноты диаметрального батокса;

 – относительное плечо ветровой силы:

.

(1.5)

Здесь  – направление кажущегося ветра, град.;

– отстояние центра парусности от центра масс судна, м;

 – плотность воздуха, ;

 – относительное отстояние ДРК от центра масс судна.

;

(1.6)

– для одиночных судов;

– для толкаемых составов.

При практических расчетах без существенного влияния на точность результатов величину коэффициента аэродинамической силы можно принимать:

для грузовых судов

(1.7)

для пассажирских судов

(1.8)

где  – ширина судна, м;

 – возвышение пассажирской надстройки над ватерлинией, м;

для порожних толкаемых составов

.

(1.9)

Здесь

; ,

 – высота надводного борта барж, м;

.
; .

Гидродинамические коэффициенты корпуса судна определяются по следующим формулам:

речных пассажирских судов:

;	(1.10)
;	(1.11)
.	(1.12)

– коэффициент продольной остроты судна, ;

 – коэффициент полноты водоизмещения;

 – коэффициент полноты мидель-шпангоута;

для грузовых судов и судов смешанного «река-море» плавания:

;	(1.13)
;	(1.14)
.	(1.15)

 – коэффициент полноты кормовой части диаметрального батокса ( ).

Величина угла ветрового дрейфа рассчитывается при значениях  = , , , ,  при скоростях кажущегося ветра  = 5, 10, 15, 20 м/с.

Результаты расчетов  сводятся в табл.1.

Таблица 1

Угол ветрового дрейфа судна

Угол	Режим движения	Скорость движения	При скорости кажущегося ветра, м/с
			5	10	15	20
30	полный
60	полный
90	полный
120	полный
150	полный
	малый
	средний
	полный

По данным таблицы строится график зависимости  (см. рис.1).

Рис.1. Зависимость угла ветрового дрейфа от направления и скорости кажущегося ветра

По графикам определяется опасное направление ветра  (соответствующее максимальному значению ), для которого рассчитывается угол ветрового дрейфа при трех режимах движения (см. рис.2).

Рис.2. Зависимость угла ветрового дрейфа от направления и скорости кажущегося ветра опасного направления при трех режимах работы движителей

Полученные зависимости могут быть использованы также при оценке возможности прохождения судном прямолинейных участков ограниченной ширины. С этой целью необходимо определить «допустимый» угол дрейфа по формуле:

.

(1.16)

Здесь  – ширина судового хода (в работе принять  = 45 м).

Угол перекладки рулевого органа , необходимый для поддержания прямолинейного движения судна, можно определить по выражениям:

,

(1.17)

а) для судов, оборудованных комплексом «винт-поворотная насадка» коэффициенты  и  находятся по выражениям:

;	(1.18)
;	(1.19)

где

.	(1.20)
;	(1.21)
;	(1.22)

 – скорость подтекания воды к комплексу «винт-поворотная насадка», м/с;

,  – коэффициенты взаимодействия комплекса «винт-поворотная насадка» с корпусом судна ( ,  = 0,95);

– относительная длина насадки =0,8÷0,9;

– коэффициент расширения насадки, =1,0÷1,15.

Аксиальная скорость комплекса «винт-насадка» определяется по выражению:

.

(1.23)

Коэффициент нагрузки комплекса «винт-насадка» по упору определяется следующим образом:

.

(1.24)

Здесь – упор винта, кН.

;

(1.25)

 – коэффициент засасывания, =0,2;

 – полезная тяга равная общему сопротивлению корпуса судна на полном ходу, кН.

;

 – число винтов, ед.;

 – площадь диска насадки, ;

;

 – диаметр винта, м.

Скорость потока обтекания ДРК с учетом попутного потока:

,

(1.26)

– коэффициент попутного потока в месте расположения движительно-рулевого комплекса:

;

(1.27)

 – коэффициент полноты водоизмещения, ед.;

– коэффициент, для бортовых винтов  = 2, для винта в ДП  = 1;

 – поправочный коэффициент, учитывающий изменение попутного потока.  – для винтов расположенных по бортам; – для винтов расположенных в ДП.

Коэффициент гидродинамических сил действующих на насадки определятся по выражению:

;	(1.28)
.	(1.29)

Величина градиента подъемной силы насадки определяется по формуле:

;

(1.30)

б) для судов с рулями:

;	(1.31)
,	(1.32)

где – коэффициент гидродинамических сил, действующих на рули:

;

(1.33)

 – число рулей, ед.;

 – площадь руля, ;

, ;

 – коэффициент, принимаемый при определении площади пера руля;  = 0,020–0,070 для пассажирских и грузовых самоходных судов. Из двух величин для расчета следует выбирать наименьшую, т. е.  = 0,020;

 – общая площадь рулей, ;

 – градиент коэффициента подъемной силы руля, определяемый по формуле:

.

(1.34)

Здесь – относительное удлинение руля.

;
,

 – длина пера руля, м;

 – высота пера руля, м;

Высота пера руля должна удовлетворять условию .

Коэффициент влияния корпуса и винта на скорость потока, обтекающего руль:

,

(1.35)

где

,

(1.36)

 – коэффициент, учитывающий расстояние от плоскости диска винта до центра давления на рули .

Коэффициент нагрузки винта по упору определяется следующим образом:

,

(1.37)

где  – площадь диска винта, ;

.

Скорость потока обтекания руля с учетом попутного потока, определяется по выражению:

.

(1.38)

Результаты расчетов требуемого угла перекладки рулевого органа в зависимости от силы и направления ветра сводятся в табл.2 аналогичную табл.1.

По данным таблицы строится график зависимости потребного угла перекладки рулевого органа (см. рис. 3, рис.4).

Рис.3. Зависимость угла перекладки руля от направления и скорости кажущегося ветра

По графику определяется опасное направление ветра по углу перекладки рулевого органа и рассчитывается потребный угол перекладки при трех режимах движения.

Рис.4. Зависимость угла перекладки руля от направления и скорости кажущегося ветра опасного направления при трех режимах работы движителей

 

 

Контрольные вопросы к лабораторной работе №1

 

1. Что такое кажущийся ветер?

2. Как измерить скорость и направление кажущегося ветра на судне?

3. В чем отличие приводящегося к ветру и уваливающегося по ветру судна?

4. Что такое ветровой угол дрейфа?

5. Как определить ветровой дрейф на движущемся судне?

6. Оцените границы потери управляемости судов при ветре?

7. На какие параметры движения судов оказывает влияние ветер?

8. Как оценивается возможность проводки судна через ограниченный по ширине участок пути при ветре?