Обеспечение навигационной безопасности при плавании судов по каналам и фарватерам

Параметры зоны неустойчивости можно рассчитать двумя способами. Первый основан на аппроксимации начального участка диаграммы управляемости в безразмерном виде (см. рис. 3.3) прямой линией, во втором используются результаты регрессионного анализа зависимости , _ро от величины коэффициента руля и корпуса Ф.

Рис. 3.3 Начальный участок диаграммы управляемости

Для определения точки пересечения _у диаграммы с осью были выбраны две точки - 10 и 30 градусов. В результате была получена зависимость

. (28)

На основании выполненного расчета коэффициент руля и корпуса по результатам натурных экспериментов для 35 одно винтовых судов была получена линейная зависимость:

₀ = 0,031Ф. (29)

Время задержки поворота колеблется от 5 с. для угла перекладки на 35⁰ т/х «Харитон Греку» до 120 с. для VLCC при угле перекладки 5⁰.

Точка начала поворота, координаты которой должны быть назначены с учетом характеристик поворотливости, определена моментом подачи команды на перекладку руля. Для точки окончания маневра такой определенности нет, поскольку одерживание поворота судоводитель обычно осуществляет методом проб и ошибок, в соответствии со своим опытом и квалификацией, ориентируясь на навигационную обстановку и движение судна (угловую скорость, полюс поворота, ширину полосы занимаемую судном и ее расположение относительно судоходной части и др.). Поэтому точность определения момента окончания поворота и места судна при этом имеет большое значение для обеспечения безопасности мореплавания.

Процесс удерживания судна на курсе (рис. 3.4.) состоит из следующих периодов: уклонение курса судна за пределы зоны чувствительности t₁; перекладка руля на выбранный угол t₁- t₂; удерживание руля в переложенном положении t₂- t₃; обратная перекладка руля в нулевое положение t₃- t₄; вход курса в зону чувствительности t₄- t₅; следование судна с заданным курсом (нахождение курса в зоне чувствительности) t₅- t₆ и т.д.

Управляя рулем и руководствуясь показаниями компаса, рулевой старается удержать судно на заданном курсе. Качество удержания судна на курсе оценивают числом перекладок руля n_р за время наблюдений t_н, средней амплитудой угла перекладки руля и средней амплитудой угла рыскания .

В процессе поворота судна реализуются следующие периоды работы руля: прохождение команды, которое отсчитывается от момента ее подачи, до момента начала перекладки руля и обычно занимает 3-5 с; перекладки руля на заданный угол, скорость которой регламентируется требованиями Регистра судоходства и должна быть 2⁰/с; удерживание руля в заданном положении; обратная перекладка руля для одерживания поворота; удерживание в переложенном положении; перекладка руля в ДП после прихода судна на заданный курс.

Рис. 3.4 Характеристика процесса удерживания на курсе в тихую погоду

Обычно для выхода из циркуляции необходимо произвести одерживание перекладкой руля прямо в ДП или в сторону, противоположную повороту. Очевидно, что при использовании обратной перекладки процесс поворота контролируется, заканчивается в определенное время и быстрее, в то время как в первом случае он имеет неопределенное окончание.

В зависимости от выбранного угла кладки для одерживания и времени удерживания в переложенном положении, соотношения заданного и фактического курсов, поворот может завершаться при угловой скорости, отличной от нуля. Численно процесс одерживания поворота можно охарактеризовать следующими параметрами: величиной перекладки руля для одерживания _вых; временем одерживания t_о; углом одерживания _о.

Время одерживания отсчитывается от момента начала перекладки руля в сторону, противоположную повороту, до приведения его в нулевое положение.

Угол одерживания отсчитывается от значения курса, в момент начала перекладки руля _пер, до нового назначенного курса судна ₂, т.е. _о=₂-_пер. Одерживание можно считать выполненным оптимальным образом при использовании разовой кладки руля и остановки на ₂ с нулевой угловой скоростью.

Указанные параметры зависят, от величины угла перекладки руля перед входом в циркуляцию _вх и _вых, с помощью которого осуществляется вывод судна из циркуляции.

Обычно при исследовании характеристик поворотливости временем перекладки руля t_п пренебрегают. При рассмотрении вопросов одерживания такого допущения делать нельзя, так как время перекладки оказывается одного порядка со временем одерживания, а при некоторых ситуациях превышает его.

В зависимости от соотношения угловой скорости в момент начала одерживания _пер и величины выбранного угла _вых в течении времени одерживания может быть выполнена перекладка руля за время t_п, удерживание на выбранном угле t_уд и обратная перекладка t_оп. При выполнении одерживания в момент прекращения вращения судна в связи с его инерционностью, оно некоторое время не изменяет курса, и, как показали натурные наблюдения, это продолжается в течении от 5 до 20 с и зависит от соотношения _пер и _вых.

Для получения соответствующих данных о маневре «одерживания поворота» было предложено определять и строить характеристики для эксплуатационных значений углов перекладки руля. Характеристики аварийного одерживания поворота, предложенные в работе Гофмана А.Д. являются частным случаем выполнения маневра для крайне редко используемого на практике сильного управляющего воздействия по углу кладки руля на борт. По этой причине более удобным для практических целей судовождения оказываются характеристики, позволяющие определить угол одерживания при выбранных значениях _вых с учетом _вх(_пер), которые необходимы для практических нужд. При этом Гофман А.Д. использует не угол одерживания, а угол зарыскивания.

При движении судна на прямолинейных участках пути и повороте на небольшие углы удерживание руля в переложенном положении не производят. При манипулировании рулем используют только прямую и обратную перекладку. Время прямой перекладки руля можно определить по формуле: . Время обратной перекладки равно _вых /2, тогда время одерживания будет равно: . Сложность выражений для расчета моментов на руле и корпусе, а также необходимость принятия допущений, погрешность которых не всегда можно оценить, делает более предпочтительным получение характеристик одерживания из результатов натурных наблюдений.

С целью получения указанных характеристик на т/х “Георгий Димитров” для состояния в грузу были проведены натурные наблюдения по определению характеристик одерживания поворота. Перед этим были проанализированы 75 возможных сочетаний углов перекладки и одерживания и отобраны 25 наиболее характерных из них, которые приведены в табл.3.3.

При обозначении маневров использована дробь, первая цифра которой обозначает угол перекладки руля при начале циркуляции, вторая при одерживании и третья - угол поворота, в момент начала одерживания.

Таблица 3.3

Алгоритм определения характеристик одерживания поворота

Угол перекладки 0вых	Угол перекладки для входа в циркуляцию
	5	10	15	20	30
5	5/5/20	10/5/20	15/5/20	20/5/20	30/5/20
10	5/10/20	10/10/20	15/10/20	20/10/20	30/10/20
15	5/15/20	10/15/20	15/15/20	20/15/20	30/15/20
20	5/20/20	10/20/20	15/20/20	20/20/20	30/20/20
30	5/30/20	10/30/20	15/30/20	20/30/20	30/30/20

На примере маневра рассмотрим алгоритм действий оператора: в момент времени дают команду на перекладку руля на 5⁰ влево, пускают секундомер и записывают время, скорость, курс; при отклонении на 20⁰ влево дают команду на перекладку руля на 5⁰ вправо, записывают курс, скорость, время; в момент остановки вращения записывают курс, время, скорость; при выходе на первоначальный курс записывают скорость и время; при отклонении на 20⁰ вправо начинают следующий маневр , производят перекладку 10⁰ влево и повторяют процедуру сначала, единообразно выполняя ее для последующего маневра. Этот маневр предложено назвать «несимметричный зигзаг».

Полученные данные представлены в виде зависимости времени и угла одерживания от входных управляющих воздействий _вх (_пер). По результатам натурных наблюдений были составлены линейные уравнения для угла изменения курса:

, (30)

а также для времени одерживания (в секундах)

, (31)

где коэффициенты регрессии , определенные методом наименьших квадратов, приведены в табл. 3.4.

Таблица 3.4

Коэффициенты уравнения т/х “Георгий Димитров” в грузу

Значения коэффициентов	Угол перекладки для одерживания вых
	5	10	15	20	30
Со	5,10	5,02	2,85	2,56	2,35
С1	0,56	0,43	0,41	0,38	0,36
	31,2	25,6	20,7	17,5	14,4
	1,58	0,85	0,67	0,61	0,55

Порядок их практического использования следующий. В зависимости от условий плавания и значения угловой скорости (_пер) определяют величину угла перекладки для одерживания _вых. По выбранному значению _вых для состояния судна в грузу выбирают из табл. 3.4 значения соответствующих коэффициентов и рассчитывают t_о и _о. От нового курса ГКК₂ вычитают значение _о и получают ГКК_пер, при котором необходимо дать команду на одерживание

. (32)

По времени t₀ контролируют ход выполнения одерживания. Кроме характеристик одерживания поворота из маневра “несимметричный зигзаг” можно получить диаграмму управляемости и параметры зоны неустойчивости.

С целью представления закономерностей изменения характеристик одерживания поворота в грузу и в балласте для различных судов были проведены испытания на ММ маневрирования “Pilot” трех типов - крупнотоннажного (т/х “Харитон Греку”), средне тоннажного (т/х “Капитан Темкин”) и малотоннажного (т/х “Профессор Аничков”). При этом фиксировались начальная и текущие скорости, отслеживались траектория ЦТ, угловая скорость при одерживании и при переходе через линию первоначального курса, а также время в характерных точках.

Для более наглядного и компактного представления результатов исследований можно построить графики зависимости угла одерживания от угла перекладки для выхода из поворота.

Анализ полученных результатов показывает, что эффективность руля для одерживания поворота значительно уменьшается при углах перекладки более 15 для всех типов судов и независимо от их загрузки. Значение угла одерживания существенно не отличается при повороте вправо или влево, за исключением использования малых перекладок руля

Время одерживания поворота при больших углах перекладки руля соизмеримо со временем маневренного периода циркуляции. Для состояния судна в балласте углы одерживания значительно меньше, чем в грузу. Это объясняется тем, что центр бокового сопротивления перемещается в сторону кормы, что делает судно более устойчивым на курсе.

График зависимости угла одерживания поворота от угла перекладки для выхода из циркуляции, для состояния в балласте приведен на рис. 3.5.

Рис. 3.5 Зависимость угла одерживания от вых для т/х «Капитан Темкин» в балласте

Учитывая приведенные результаты испытаний можно прийти к обоснованной рекомендации - в процессе маневрирования целесообразно использовать углы перекладки руля для одерживания не более 15.

Маневр «несимметричный зигзаг» позволяет получить значения времени задержки поворота Т, данные для построения диаграммы управляемости и коэффициенты для построения математической модели маневрирования.

Методика определения характеристик одерживания поворота с использованием маневра «несимметричный зигзаг» позволила определить также параметры устойчивости, поворотливости и зоны неустойчивости. Полученные результаты позволяют полностью автоматизировать процесс выполнения поворота и решать тактические и оперативные задачи маневрирования.



3.3 Особенности использования створов при плавании по каналам морского судна

Там, где прибрежный район моря имеет различные навигационные надводные или подводные опасности, проход в районе которых к берегу или месту якорной стоянки связан с определенными трудностями, обычно устанавливают навигационные створы. Навигационные створы точно указывают безопасное направление для движения судна.

Створом называется вертикальная плоскость, проходящая одновременно через два или более предмета (ориентира). След, полученный от пересечения этой плоскости с поверхностью Земли, образует линию створа с одинаковым истинным пеленгом для всех ориентиров, через которые проходит плоскость.

Истинное направление створной линии, представляющее истинный пеленг, на навигационных картах обычно указывают в градусах, двумя числами, причем первое число означает направление от знаков, а второе -- на знаки. Створы обычно состоят из двух знаков -- переднего и заднего и называются линейными створами. Они могут быть предназначены: для указания направления судового хода (ведущие), для указания каких-либо определенных линий положения в пересечении ведущего створа (секущие), для использования при уничтожении и определении остаточной девиации (девиационные) и т.д.

Створ состоит из двух знаков или башен, сооруженных строго на прямой линии того направления, которое обеспечивает безопасный проход судов между опасностями по искусственному каналу или естественному фарватеру. Поэтому знаки или башни, составляющие створ, и называются «створными».

При рассмотрении любого створа различают следующие его элементы (рис. 3.6). Передний знак A1 и задний знак А2; разнос знаков -- расстояние d между знаками; линия створа (обозначена на рисунке пунктирной линией); линейная чувствительность створа. Линия створа делится на ходовую и неходовую части. Ходовой принимают ту часть линии створа, которая проходит по акватории с достаточными глубинами для плавания судов, а неходовой -- ту часть, по которой суда по каким-либо причинам плавать не могут.

Рисунок 3.6 - Схематическое изображение створных знаков

При плавании по оси створа видно, что передний створный знак совпадает по вертикали с задним створным знаком. Передний знак закрывает собою задний, оставляя открытой только верхнюю часть последнего. При таком положении знаков (башен) говорят, что они находятся «в створе».

Если судно сходит с оси створа вправо или влево, становится заметно, что знаки створа расходятся; чем больше становится видимое расстояние между знаками, тем, следовательно, дальше от оси створа уходит судно. При таком положении знаков (башен) говорят, что они находятся «в расстворе».

Расположение подводных и надводных опасностей бывает различным. Проходы между ними могут быть широкими и узкими. Поэтому и створы ставятся различными. Одни створы труднее приходят «в расствор», другие -- легко. Эта особенность створов называется «чувствительностью».

Линейной чувствительностью створа называется расстояние от оси створа в направлении, перпендикулярном к ней, на протяжении которого створные знаки будут представляться наблюдателю слившимися. Как установлено опытом, знаки будут казаться наблюдателю расположенными раздельно (в растворе) лишь с того момента, когда угол в (см. рис. 3.6.) окажется больше 1'.

Таким образом, для наблюдателя, находящегося в точке М на оси створа и на линии NN1, перпендикулярной оси створа, створные знаки будут казаться совмещенными, пока углы е в точках N (левее линии створа) и N1 (правее линии створа) будут менее 1' или равными 1'. Линейной мерой чувствительности в заданной точке М створа будет боковое уклонение от оси створа до точки N, т. е. расстояния MN = Р влево и MN1 = Р1 вправо.

Боковое уклонение Р зависит: от расстояний d между створными знаками и D между судном и передним знаком створа, а также от поперечных размеров самих створных знаков.

Чем больше расстояние между створными знаками и чем меньше расстояние между судном и передним знаком, тем чувствительнее створ.

Знаки, имеющие большие поперечные размеры, имеют меньшую чувствительность по сравнению со знаками меньших поперечных размеров, при одинаковых расстояниях между ними.

Для лучшего сочетания видимости створных знаков в дневное время с их чувствительностью, при невозможности разнести знаки друг от друга на большее расстояние, посередине щитов знаков наносят вертикальные полосы краской отличительного цвета.

Чем чувствительнее створ, тем скорее при сходе с оси створа будет заметно расхождение знаков. Чувствительность створа зависит от расстояния между створными знаками, и их ширины. Чем дальше они отстоят один от другого и чем уже каждый из них, тем чувствительней створ.

Ночью видны не створные знаки, а огни на их вершинах. Когда огонь заднего знака находится на одной вертикальной линии с огнем переднего знака, это значит, что судно идет по оси створа (огни -- в створе). Когда начинает наблюдаться расхождение створных огней, это означает, что судно сходит с оси створа. Причем, если наблюдатель замечает, что верхний створный огонь отходит вправо от нижнего, это значит судно (идя к створу) сходит с оси створа вправо, а если верхний створный огонь отходит влево от нижнего -- судно (идя к створу) уклоняется влево от оси створа. Такие створы называются «ведущими навигационными створами».

Так как не всегда бывает возможным дать направление, полностью обеспечивающее безопасность плавания по всей оси створа вследствие каких-либо опасностей, лежащих на его линии (камней, малых глубин, затонувших судов и т. п.), то в таких случаях различают ходовую и неходовую части створной линии.

Для отличия ходовой части створа от неходовой применяется другой вид створов, так называемые «секущие створы». При помощи этих створов, кроме того, определяется момент изменения курса, место якорной стоянки, находящейся на створе или вне его (рис. 3.7), или какое-либо другое важное место, которое должно быть отмечено на линии ведущего створа.

Там, где необходимо обеспечить плавание ночью, створные знаки (башни) оборудуются осветительной аппаратурой, и створы становятся освещаемыми. Там, где створное плавание происходит только в светлое время суток, створы строятся неосвещаемыми.

По дальности действия створы подразделяются на:

а) створы для малых дистанций -- до 4 морских миль (7,4 км); к таким створам относятся, например, подходный освещаемый створ порта Батуми (створ Малого Батумийского маяка с освещаемой пирамидой) или подходный створ порта Туапсе (створ освещаемых знаков) на Черном море;

б) створы для средних дистанций -- до 8 морских миль (14,8 км); к таким створам относится, например, подходный освещаемый створ (красный) к порту Поти на Черном море; в) створы для больших дистанций до 12 миль (22,2 км) и выше; к таким створам относится, например, подходный створ к порту Севастополь (створ Инкерманских маяков).



Рис. 3.7 - Ведущий и секущий створы

Каждый створ должен иметь достаточную чувствительность, отчетливую видимость створных знаков из самой дальней точки ходовой части створа, постоянство совпадения вертикальных линий, обозначающих середины створных знаков, и отчетливую видимость расположения верхней части заднего знака (или его огня) над верхней частью (или огнем) переднего знака.

Чтобы каждый створ отвечал этим требованиям на местности, производятся тщательные математические расчеты, по которым строится временный створ. Только после проверки с моря по временным створам правильности первоначальных расчетов приступают к сооружению фундаментальных створных знаков или башен.

3.4 Навигационный план лоцманской проводки судна по БДЛК

Управление судном при швартовке в порту представляет собой сложный процесс из-за непредсказуемости возникающих (зачастую экстремальных) ситуаций взаимного расположения корпуса и причала или другого судна, изменчивости внешних воздействий и существенного влияния навигационных и гидрометеорологических условий на маневренные свойства судна. По указанным причинам плавание в стесненных водах и швартовка содержат риск навалов и повреждений корпусных конструкций, и предопределяет необходимость тщательной предварительной подготовки.

Высокая цена возможной ошибки и большая ответственность за принятое решение по маневрированию приводит к тому, что такую судоводительскую работу выполняет лично капитан судна. Подготовка к швартовке включает три аспекта проблемы: техническую подготовку судна и его систем; организационно-распорядительную подготовку капитана и штурманского состава; навигационную подготовку, включая планирование траектории движения.

Техническая подготовка заключается в приготовлении к работе швартовного и кранцевого устройств, главной силовой установки, устройств и систем обеспечения движения и управления. Организационно-распорядительная подготовка заключается в составлении плана маневрирования, расстановки палубной команды и координации действий при швартовке. Навигационная подготовка включает планирование траектории центра тяжести судна, полосы движения и методов контроля его положения.

Особенность труда судоводителя при управлении судном во время швартовки заключается в том, что он должен принять и переработать большое количество информации при дефиците времени, выработать решение на ее основании и отдать четкие команды, контролируя их выполнение. Анализ работы опытных капитанов показывает, что обычно их подготовка и судоводительского состава к швартовке заключается в основном в решении организационных вопросов. При этом определяют способ швартовки (на ходу на бакштов, в дрейфе лагом и т.д.), порядок связи, тип и количество кранцев, устанавливают очередность подачи швартовных концов, предупреждают о необходимости инструктажа о технике безопасности перед началом работ и ряд других. План предстоящего маневрирования капитан составляет мысленно, с учетом своего опыта и представления о характеристиках своего и поведения судна к которому предстоит швартоваться и оценки навигационных и гидрометеорологических условий, характеристики причала и акватории маневрирования.

При выполнении швартовки он визуально (как правило, капитаны не используют технических средств для измерения расстояний) оценивает взаимное положение судов и выбирает курс и скорость. Обычно этот план с помощниками не обсуждается (в отдельных случаях капитаны доводят до сведения помощников принципиальные основные решения по маневрированию).

Такой способ устного решения задачи маневрирования, хотя и одобряется многими авторами и капитанами, обладает существенным недостатком - ненагляден, не позволяет учитывать характеристики судна и влияние внешней среды, не дает возможности составлять план маневрирования, учить помощников и передавать им знания капитана, приобретенные при работе в море.

Движение судна при маневрировании

Все силы, действующие на судно, принято разделять на три группы: движущие, внешние и реактивные.

К движущим относят силы, создаваемые средствами управления для придания судну линейного и углового движения. К таким силам относятся: упор гребного винта, боковая сила руля, силы, создаваемые средствами активного управления (САУ) и т.п.

К внешним относятся силы давления ветра, волнения моря, течения. Эти силы в большинстве случаев создают помехи при маневрировании.

К реактивным относятся силы и моменты, возникающие в результате движения судна. Реактивные силы зависят от линейных и угловых скоростей судна. По своей природе реактивные силы и моменты разделяются на инерционные и неинерционные. Инерционные силы и моменты обусловлены инертностью судна и присоединенных масс жидкости. Эти силы возникают только при наличии ускорений - линейного, углового, центростремительного. Инерционная сила всегда направлена в сторону, противоположную ускорению. При равномерном прямолинейном движении судна инерционные силы не возникают.

Неинерционные силы и их моменты обусловлены вязкостью забортной воды, следовательно, являются гидродинамическими силами и моментами. При рассмотрении задач управляемости используется связанная с судном подвижная система координат с началом в его центре тяжести (рис.3.8.). Положительное направление осей: Х - в нос; Y - в сторону правого борта; Z - вниз. Положительный отсчет углов принимается по часовой стрелке, однако, с оговорками в отношении угла перекладки, угла дрейфа и курсового угла ветра.

Рис. 3.8 Расположение характерных точек на судне

За положительное направление перекладки руля принимают перекладку, вызывающую циркуляцию по часовой стрелке, т.е. перекладку на правый борт (перо руля разворачивается при этом против часовой стрелки).

За положительный угол дрейфа принимается такой, при котором поток воды набегает со стороны левого борта и, следовательно, создает положительную поперечную гидродинамическую силу на корпусе судна. Такой угол дрейфа возникает на правой циркуляции судна.

Особое значение при глазомерном обзорно - сравнительном способе управления маневрированием приобретает учет характерных точек судна, которые влияют на способность оператора осуществлять управление его движением. Такими точками являются следующие: (рис. 3.8).

1. Центр управления (ЦУ) - точка на мостике судна, где находится судоводитель, который оценивает положение судна относительно знаков навигационной обстановки. Особенность этой точки заключается в том, что при повороте судоводителю кажется, что вращение происходит вокруг него, в то время, когда оно происходит вокруг полюса поворота. Это ощущение приводит к неверной оценке места относительно знаков навигационной обстановки, что создает предпосылки для возникновения аварийного происшествия.

2. Полюс поворота (ПП) - точка на линии диаметральной плоскости в пределах судна или за его пределами, вокруг которой происходит вращение корпуса. Она имеет определяющее значение для оценки ширины полосы, занимаемой судном. Ее положение определяется точкой приложения боковой силы, вызывающей вращение. При перекладке руля, согласно правила Мунка, ПП смещается в нос от цента тяжести на расстояние, равное 0,4L длины корпуса между перпендикулярами. Существует два вида движения тел: поступательное, при котором все точки тела перемещаются по параллельным траекториям и имеют одинаковую скорость, и вращательное, когда точки тела имеют разную скорость и существует такая точка, скорость которой равна нулю. Применительно к участвующему в криволинейном движении судну такую точку называют полюсом поворота. Знание того, где находится ПП, чрезвычайно важно для судоводителя при маневрировании в стесненных условиях, из-за того, что его положение существенно влияет на точность глазомерной оценки положения судна относительно знаков навигационного ограждения.

Имеющиеся на судне характеристики поворотливости недостаточно полно описывают процесс циркуляции, поскольку приведены не для всех используемых режимов перекладки руля, возможных состояний судна и важнейших его параметров, которые характеризуют поворот. Такими являются время задержки поворота, параметры зоны неустойчивости, характеристики одерживания поворота, положение полюса поворота и ряд других.

3. Центр тяжести (ЦТ) это точка на линии ДП в которой приложена равнодействующая сил тяжести. При рассмотрении вопросов управления обычным судном его условно принимают расположенным на мидель шпангоуте. При определении маневренных характеристик их значения обычно приводят к центру тяжести. Поэтому при автоматическом определении места судна приемной антенной спутниковой системы или радиолокатора, координаты рекомендуется приводить к центру тяжести.

4. Крайние характерные точки - носовые левого борта Н_л, носовые правого бота Н_п, кормовые левого борта К_л и кормовые правого борта К_п определяют ширину маневренного смещения судна при рыскании и повороте. С запасом в безопасную сторону судно можно представлять в виде прямоугольника, со сторонами равными максимальной его длине и ширине.

Классификация ходов судна и соотношение эффективности переднего и заднего ходов. Под ходом судна подразумевается скорость, с которой оно движется, На судах морского флота установлены следующие степени скоростей для переднего и заднего ходов: первая - самый малый ход, вторая - малый ход, третья - средний ход, четвертая - полный ход и пятая - самый полный ход.

Наиболее полное представление об инерционно-тормозных качествах судна дают значения пути и времени торможения при состоянии в грузу и в балласте для всех возможных сочетаний режимов переднего и заднего хода, разгона и подтормаживания. Стандартными режимами, которые используются в практике маневрирования, будут приведенные в табл. 3.5.

Таблица 3.5

Перечень стандартных маневров скоростью

ПП - ЗП	ППм - ЗП	ПС - ЗП	ПМ - ЗП	ПСМ - ЗП
ПП - ЗС	ППм - ЗС	ПС - ЗС	ПМ - ЗС	ПСМ - ЗС
ПП - ЗМ	ППм - ЗМ	ПС - ЗМ	ПМ - ЗМ	ПСМ - ЗМ
ПП - ЗСМ	ППм - ЗСМ	ПС - ЗСМ	ПМ - ЗСМ	ПСМ - ЗСМ
ПП - ППм	ПП - ПС	ПП - ПМ	ПП - ПСМ	ППм - ПС
ППм - ПМ	ППм - ПСМ	ПС - ПМ	ПС - ПСМ	ПМ - ПСМ
Стоп - ПСМ	Стоп - ПМ	Стоп - ПС	Стоп - ППм	Стоп - ПП
ПСМ - Стоп	ПМ - Стоп	ПС - Стоп	ППм - Стоп	ПП - Стоп
ПСМ - ПМ	ПСМ - ПС	ПСМ - ППм	ПСМ - ПП	ПМ - ПС
ПМ - ППм	ПМ - ПП	ПС - ППм	ПС - ПП	ППм - ПП

Как видно из приведенного перечня, все возможные случаи использования сочетаний режимов переднего и заднего ходов будут описывать 50 значений пути и такое же количество времени, а с учетом двух состояний - в грузу и в балласте, всего 200.

Под самым малым ходом понимается наименьшая скорость, при которой данное судно способно управляться (слушаться руля). Такой ход необходим при маневрах, связанных со швартовкой, постановкой на бочки и т.д., а самый малый задний ход удерживает судно от поступательного движения вперед при ветре, волнении и течении, действующих с кормы, а также для проведения различных маневров. Следует отметить, что малый ход зависит от вида судовой установки. Так, например, у парохода паровая машина может дать любое требуемое число оборотов. У теплоходов двигатели внутреннего сгорания (ДВС) не могут давать широкого диапазона оборотов винта. Это объясняется следующим. Если ДВС будет иметь меньше чем треть оборотов полного хода, то в цилиндрах происходят пропуски вспышек топлива и работа двигателя становится невозможной. В силу этого, если паровая машина может развивать обороты в широком диапазоне постепенно, то двигатель внутреннего сгорания сразу же после пуска дает сравнительно высокие обороты, обусловленные изложенными выше причинами. Это всегда следует учитывать при маневрах.

Если принять скорость при полном ходе за 100%, то средний ход равен 75% полного хода, а малый ход 50%. Кроме того, судно имеет еще самый полный ход. Это максимально возможный ход, который дается только на короткое время (10-15 мин). Обычно им пользуются в самые критические моменты для избежания столкновения, навала, выхода их ледового сжатия и т.д.

Доказано, что судно развивает на заднем ходу гораздо меньшую скорость, чем при тех же оборотах винтов на переднем ходу. Это объясняется следующим.

1. Обводы подводной части судна рассчитаны для движения передним ходом, поэтому вследствие тупых обводов кормы на заднем ходу возрастает встречное сопротивление воды, что и вызывает уменьшение скорости;

2. конструкция гребных винтов, их обтекаемость и кривизна режущих кромок лопастей рассчитаны также на работу передним ходом;

3. мощность машины на переднем ходу больше, чем на заднем, а на тех суднах, где имеются турбины, их мощность на переднем ходу больше мощности заднего хода на 40%. Это обстоятельство имеет очень большое значение в вопросах маневрирования в стесненных условиях.

Рис. 3.9 Образование струи от винта

Влияние совместной работы гребного винта и руля на поворотливость судна. Гребные винты, кроме своей основной роли движителя, помогают рулю при маневрировании в узкостях, швартовных операциях и при плавании во льдах. На судах морского флота преимущественно установлены четырехлопастные винты. В зависимости от стороны вращения они разделятся на винты правого и левого шага. Винт правого вращения у судна, идущего передним ходом, вращается слева направо, т.е. по часовой стрелке. Винт левого вращения у судна, идущего передним ходом, вращается справа налево, т.е. против часовой стрелки. На рис. 3.10, а изображен винт левого вращения, а на рис. 3.10, 6 - винт правого вращения.

Чтобы установить сторону вращения винта, достаточно посмотреть на его лопасти в направлении оси (безразлично - в направлении движения судна или в обратном направлении).

Рис. 3.10 Направление вращения винта



Если правая кромка лопасти, находящаяся в верхнем вертикальном положении, больше удалена от наблюдателя, чем левая, то это винт правого вращения, в противном случае - левого вращения.

Гребной винт, приводимый в движение двигателем, образует за кормой струю воды. По выходе из винта струя воды закручивается в сторону его вращения. За счет набегающего потока, скорость которого в 1.4 раза больше скорости судна относительно воды, эффективность руля, расположенного за винтом резко повышается, примерно в 2,5 раза.

У одновинтовых судов винты чаще всего правого вращения. У двухвинтовых судов с левого борта ставят винт левого вращения, а с правого борта - винт правого вращения.

Рассмотрим совместную работу винта и руля при различных ходах судна.

Судно неподвижно относительно воды

Перо руля находится в диаметральной плоскости. Как только машине будет дан вперед и винт начнет вращаться, нос судна вначале будет незначительно уклоняться влево. Объяснить это можно тем, что при малых оборотах винт своими развернутыми лопастями как бы загребает воду и забрасывает корму вправо, а нос идет влево (рис. 3.11, положения 1,а).

По мере увеличения оборотов винта нос судна установится на первоначальный курс и далее уклонится вправо.

Происходит это потому, что при работе винт набрасывает воду на перо руля, причем струя воды, набрасываемая винтом на нижнюю часть руля, создает гидростатическое давление (рис. 3.11, положение 1,с), которое уклоняет корму влево, а нос вправо.

Следовательно, при работе винта правого шага вперед, при положении «прямо руль» нос судна, в конечном итоге, уклоняется в сторону вращения винта.



Рис. 3.11 Судно неподвижно относительно воды

На теплоходах, в связи с быстрыми вращением винта сразу после пуска двигателя назад, нос смещается вправо. При перекладе руля вправо, нос судна уклоняется вправо (рис. 3.11, положение II,b). При перекладе руля влево нос судна уклоняется влево ( рис. 3.11, положение II,d).

Судно имеет ход вперед, винт работает назад

Руль прямо. Винт одновинтового судна, только что пущенный на задний ход, вначале своими развернутыми лопастями, как бы загребает воду с левой стороны, тем самым увлекает корму влево, а нос вправо (рис 3.12, положение 1,а). С другой стороны (и это главное) от винта в сторону корпуса судна направляется струя, разделенная старнпостом на две неравные части, что объясняется закручиванием воды, вызванным вращением винта. При правом вращении винта струя воды, вызванная работой винта на задний ход, большей своей частью обтекает правый борт (рис. 3.12, положения II и 1,6).

Струя воды от работы винта правого вращения на задний ход, с определенной силой обтекая правый борт и оказывая на него давление, заставляет корму разворачиваться влево, а нос - вправо. Меньшую часть струи, обтекающую корму судна с левого борта, следует учитывать лишь как силу, несколько сдерживающую разворот кормы влево.



Рис.3.12 Судно имеет ход вперед, винт назад, руль прямо

Рис. 3.13 Судно имеет ход вперед, винт назад а) руль лево на борт; б) руль право на борт

Руль лево на борт. Как только винт разовьет определенные обороты на задний ход, на переложенный влево руль начинает действовать сила всасываемого потока струи. Работая на задний ход, винт как бы засасывает воду, находящуюся за кормой для того чтобы, закрутив ее в вихревой поток, бросить под корму в сторону носа судна. Таким образом, появляется течение, направленное под корму судна (рис. 3.13, а). В связи с этим создается гидростатическое давление Р, направленное в правую часть руля, сравнительно большую, чем от попутного потока. Это давление Р создает момент, поворачивающий судно вправо. В дополнение к этому действует давление струи винта в правую часть кормовых обводов судна. Суммарное давление двух этих сил заставляет нос судна быстро катиться вправо, а корму - отбрасываться влево (рис. 3.13, а).

Руль право на борт. При переложенном руле вправо сила гидростатического давления Р от всасываемого винтом потока воды будет направлена в левую часть пера руля, если руль положен право на борт (рис. 3.13, б). Это давление заставляет двигаться нос судна влево. Но движение это будет слабым, так как давление от струи винта в правую часть кормовых обводов (разворачивающее судно вправо) уменьшает крутящий момент от гидростатического давления на перо руля (разворачивающего нос судна влево).

Таким образом, одновинтовое судно, с правым шагом винта двигающееся вперед по инерции, при заднем ходе забрасывает корму влево, а нос уходят вправо при положении руля «прямо» или «лево на борт», если, конечно, сила потока от движения судна, действующая на перо руля, будет меньше, чем гидростатическое давление от всасывающей струи. В противном случае нос судна может пойти влево. При руле «право на борт» нос может (но не очень интенсивно) уклоняться влево, если не мешают этому другие причины (ветер, волна).

Судно имеет ход назад, винт работает назад

На основании положения II, а (рис. 3.12, положение II) до тех пор, пока судно не приобретет достаточную скорость заднего хода, положение руля на поворотливость судна влияния не оказывает. Как отмечалось (рис. 3.12, положение II), на поведение судна оказывает влияние струя воды от винта, направленная в правую часть обводов корпуса, вследствие чего нос судна идет вправо.

Как только судно разовьет определенную скорость заднего хода, и перо руля будет находиться в массе встречного потока воды, образованного движением судна, положение пера может заставить судно пойти кормой в сторону переложенного руля.

В этом случае на руль будут действовать две силы. Одна из них - сила встречной воды, возникающая от движения судна назад, друга - сила всасываемой струи, порождаемая засасывающим действием винта при его работе на задний ход. Суммарной силой гидростатического давления, действующей на перо руля, будет сила Р (рис. 3.14).

Рис. 3.14 Судно имеет ход назад, винт вперед

Если руль переложен на левый борт, суммарная сила направлена в правую часть его пера. Это гидростатическое давление создает момент, поворачивающий нос судна вправо, а корму влево (рис. 3.14, положение I, а).

Если руль на правом борту, нос судна уклоняется влево, а корма - вправо (рис. 3.14, положение II, b). Следует отметить, что в этом случае разворот влево будет ослаблен действием струи винта в правые кормовые обводы судна, забрасывающие корму влево.

Одновинтовые суда слушаются руля на заднем ходу лучше, когда винт не работает и судно движется назад наибольшей скоростью. Однако рассчитывать на непогрешимость работы руля одновинтового судна на заднем ходу (особенно для поворота носа судна влево) можно только в штилевую погоду при спокойном состоянии воды.

Судно имеет ход назад, винт работает вперед

При положении «прямо руль» нос судна может уклониться или вправо, или влево (обычно вправо). Объяснение этому выводу дано на (рис. 3.12, положение I).

При положении «право на борт» нос судна уклоняется вправо.

При положении «лево на борт» нос судна уклоняется влево (рис. 3.15, положения I и II).

Рис. 3.15 Судно имеет ход назад, винт работает вперед

Справедливость этих выводов объясняется тем, что струя воды от гребного винта создает гидростатическое давление на перо руля значительно большей силы, чем от встречного потока при движении судно будет разворачиваться под действием момента, образующегося от силы Р, приложенной к рулю.

Из всего сказанного можно сделать следующие выводы: при совместной работе гребного винта и руля судно, двигающееся передним и задним ходом, круче и легче разворачивается в сторону шага винта; на заднем ходу одновинтовое судно хуже слушается руля, чем на переднем; разворот в сторону шага винта в любом случае осуществляется значительно быстрее, чем в обратную сторону.

Одновинтовому судну для разворота в узкости часто требуется помощь буксирных катеров или приходится использовать становой якорь.

Описание поведения одновинтовых судов при комбинированной работе руля и винта правого вращения в штилевую погоду даны в табл. 3.6.

Практические рекомендации по маневрированию судов

Действие комплекса руль - движитель на траекторию движения одновинтового судна.

Траектории движения судна под влиянием руля и работы движителей (винтов) без учета воздействия на судно ветра, волнения и течения показаны на схемах, приведенные в табл.3.6.-для одновинтового судна с винтом правого вращения.

Таблица 3.6

Действие комплекса руль - движитель на траекторию движения одновинтового судна (винт правого вращения)

Направление работы винта	Положение руля	Положение судна перед маневром и схема траектории его движения	Характеристика движения судна
Судно неподвижно относительно воды
Вперед	Прямо		Нос незначительно отклонится влево, остановится и с малой угловой скоростью пойдет вправо.
Назад	Прямо		Нос покатится вправо
Вперед	Право на борт		Нос покатится вправо с угловой скоростью, зависящей от частоты вращения винта.
Вперед	Лево на борт		Нос покатится влево с угловой скоростью,зависящей от частоты вращения винта,но
Судно движется вперед
Назад	Прямо		Движение вперед замедляется, нос пойдет вправо.
Назад	Право на борт		При движении вперед нос уклонится вправо, с падением скорости остановится, и при движении назад нос может пойти влево.
Назад	Лево на борт		При движении вперед нос пойдет влево, с падением скорости судно остановится. При движении назад нос пойдет вправо
Судно движется назад
Назад	Прямо		Нос пойдет вправо
Назад	Право на борт		Нос пойдет влево
Назад	Лево на борт		Нос пойдет вправо
Назад	Прямо		Нос с малой угловой скоростью пойдет вправо
Вперед	Прямо на борт		Нос пойдет вправо повороте вправо
Вперед	Лево на борт		Нос пойдет влево
Судно движется по инерции
Не работает	Прямо		Судно пойдет прямо
Не работает	Право на борт		Нос уклонится влево
Не работает	Лево на борт		Нос уклонится вправо несколько медленнее,чем при

Планирование швартовки к причалу

По этой причине более предпочтительным является предварительное составление схемы швартовки, которая может быть исполнена одним из следующих способов: аналитическим; графическим в масштабе; графическим в виде пути движения без соблюдения масштаба; в виде таблиц. Наиболее распространенным из указанных способов является графический без соблюдения масштаба, позволяющий разработать алгоритм действий судоводителя. Другие способы развиты только в последнее десятилетие, а аналитический способ в настоящее время еще только разрабатывается. Разработка указанных способов позволяет теоретически обосновать автоматизацию процесса швартовки.

Порядок построения схемы швартовки на планшете или на свободном участке карты следующий (рис. 3.16).

Независимо от наличия подруливающего устройства, количества винтов и расположения руля можно предложить единую методику построения плановой траектории инверсным способом с учетом маневренных характеристик.

Различие для конкретных судов будет заключаться в способе использования управляющих воздействий. Планировать схему маневрирования будем только с учетом собственных средств управления. Поскольку буксиры используются по требованию портовых властей, то они будут рассматриваться как резерв управляющих воздействий.

Особенностью управления судном при швартовке к причалу является то, что силы на руле и подруливающих устройствах соизмеримы с величиной сил от внешних воздействий, а зачастую и меньше их. Поэтому происходит не управление в классическом понимании этого слова, а контролируемое перемещение по заданной траектории.

Наносится точка окончания швартовки на линии причала Кш и от нее на расстоянии около 40 м в сторону моря наносится точка окончания торможения Кт и выравнивания. Через точку Кт проводится линия, параллельная причалу, и из таблиц инерционных характеристик судна, выбирается величина тормозного пути для режима ПСМ-ЗС.

Из точки Кт откладывают величину тормозного пути и наносят точку Нт, которая является одновременно точкой окончания циркуляции Кц. Затем наносится путь судна на циркуляции по трем определяющим точкам, определяя ее начало в Нц.

От точки Нц по линии пути откладывается величина участка прицеливания и определяется точка Ни. Величина этого участка выбирается исходя из наличия акватории для маневрирования и равна 2-5 кбт. Заканчивается вычерчивание схемы швартовки нанесением полосы, занимаемой судном при маневрировании.

Рис. 3.16 Планирование швартовки к причалу: а) торможение параллельно причалу; б) торможение под углом к причалу

Для этого проводят перпендикуляр к линии пути в контрольных точках и откладывают в обе стороны 0,6В. В средней точке циркуляции происходит расширение полосы на величину 0,35L.

Для описания схемы швартовки применим сокращенное обозначение П-Ц-Т-В (прицеливание П, циркуляция Ц, торможение Т, выравнивание В).

Если у причала имеется ограниченное место для маневрирования из-за стоящих там судов, то принимают швартовку с торможением под углом к причалу (см. рис. 3.16. б). Приведенную схему можно модифицировать в зависимости от квалификации судоводителя, управляющего маневрированием. Так, для малоопытного судоводителя можно применять схему П-Ц-П-Т-В, т.е. после выполнения поворота использовать прицеливание перед торможением. Более опытный судоводитель совмещает поворот с торможением (П-Ц-Т-В).

Технологическая схема швартовки левым бортом крупнотоннажного судна с правым шагом винта к причалу СП «Нибулон»

В соответствии с паспортом операционной акватории ее размеры составляют длина 400 м, ширина около 350 м.

Указанная операционная зона является прикордонной и предназначена для постановки судов к причалу и выполнения маневров. Она является достаточной для выполнения торможения до полной остановки, разворота на обратный курс с использованием буксиров и маневрирования при швартовке.

Для маневрирования и швартовки без использования буксиров необходимо иметь ширину операционной акватории не менее 1,5 . При использовании буксиров безопасное маневрирование и швартовка может быть обеспечена при ширине операционной акватории до 1,15 .

Длина причала составляет 350 метров. Таким образом, проектные параметры операционной акватории позволяют выполнять безопасную швартовку и отшвартовку судов к причалу ООО «Нибулон» с длиной между перпендикулярами 250 метров и шириной 45 м с использованием буксиров.

Особенности маневрирования при швартовке определяются шагом винта, бортом швартовки и наличием подруливающего устройства.

Схема маневрирования судна левым бортом длиной =250 метров с винтом правого шага без подруливающего устройства приведена на рис.3.18.

При организации захода судна целесообразно дополнительно к 2 м буксирам, дополнительно использовать буксир сопровождения по БДЛК.

1. Для уменьшения вероятности посадки на бровку рекомендуется заход выполнять при ветре до 15 м/с и с использованием ордера, состоящего из двух буксиров, как показано на рис.3.17.

Рис. 3.17 Ордер проводки судов с двумя буксирами

При этом мощность носового буксира должна быть не менее 3200 кВт (4350 л.с.), а мощность кормового буксира может быть меньшей. Швартовные концы рекомендуется подавать через центральные клюзы. Кормовой буксир будет уменьшать рыскание при движении постоянным курсом, и помогать при выполнении поворотов. Таким образом, имеется возможность уменьшить риск посадки на бровку.

Рис. 3.18 Схема маневрирования на операционной акватории и швартовки к причалу ООО «Нибулон» левым бортом судна с винтом правого шага



Рис. 3.19 Схема маневрирования на операционной акватории и швартовки к причалу ООО «Нибулон» левым бортом судна с винтом левого шага

навигационный маневренный аварийность охранный



4. Экономическое обоснование

4.1 Технико-экономическое обоснование учёта маневренных характеристик судна при плавании судна по каналам и фарватерам

При рассмотрении вопросов безопасной эксплуатации морских судов важное место занимают вопросы учета манёвренных характеристик судна.

Приращение прибыли может быть получено за счет экономии затрат, которые определяются по формуле:

Э_общ=Э_эколог+Э_б.п.+Э_рем +Э_врем +Э_сохр+ Э_{качества} (33)

Рассмотрим каждую составляющую отдельно.

Повышение надежности управления судном при учете маневренных характеристик судна обеспечит предупреждение аварий, то есть повлечет за собой экономию затрат на возможный ремонт судна (Э_рем), потери времени на ремонт (Э_врем), снижение затрат на возмещение ущерба окружающей среде (Э_эколог) (в случае разлива нефти), снижение затрат на возмещение ущерба от аварии (Э_б.п), обеспечение сохранной перевозки грузов(Э_сохр), на повышение качества транспортного процесса(Э_{качества}).

Оценка ущерба от негативного воздействия на окружающую среду. Транспортные аварии и катастрофы приводят к экологическим потерям для общества. Различают прямые потери и косвенные. Статистикой установлено, что из общего количества происшествий 99% составляют автомобильные дорожно-транспортные происшествия.

Учет экологических факторов осуществляется при определении как общественной, так и коммерческой эффективности инвестиционных проектов. При расчете показателей общественной эффективности на уровне национальной экономики учитывается снижение (увеличение) общего ущерба от негативного воздействия на окружающую среду всей совокупности результатов этого воздействия. При установлении коммерческой эффективности на уровне предприятия анализируются снижения (увеличения) платы и штрафов за пользование природными ресурсами и за загрязнение среды, уменьшение налогов, обусловленное проведением экологических мероприятий, получение вторичного сырья, повышение трудоспособности работников предприятия и другие факторы.

В общем виде величина общего ущерба от негативного воздействия на окружающую среду У определяется по выражению:

У= У_А+ У_В+ У_З+ У_ОТ+ У_Ф+ У_ФЛ; (34)

где У_А -- ущерб от загрязнения атмосферы (воздушной среды); У_В -- ущерб от загрязнения водных объектов; У_З -- ущерб от загрязнения и деградации земли; У_ОТ -- ущерб от размещения вредных веществ на окружающей территории; У_Ф -- ущерб фауне; У_ФЛ -- ущерб флоре.

Величина общего ущерба учитывается как дополнительные затраты в показателях оценки эффективности инвестиционных проектов.