Теория и практика управления судном

Пример 1

Определить инерционную характеристику судна t_v1 на скорости V_H1 = 7,2 м/с (14 уз.), если V_o = 7,5 м/с (14,6 уз.), а S_o = 2500 м.

Примечание: характеристика t_v численно равна времени падения скорости от V_H до 0,5 V_H при свободном торможении.

Решение

t_v1 = с = 4 м 42 с

Задачи

Определить инерционную характеристику t_v на скорости V_H.

Пример 2

Судно, следуя против течения, подходит к причалу со скоростью V_H' = 3 уз. Относительно грунта. Скорость течения V_т = 2 уз.

Определить на каком расстоянии от причала дать СТОП, чтобы:

а) остановиться у причала без реверса двигателя на задний ход;

б) иметь скорость относительно причала не более V= 0,5 уз.

Инерционная характеристика t_v = 7 мин.

Решение

а) V_H = V_H' + V_т = 3 + 2 = 5 уз.

Скорость относительно воды у причала:

V = V_т = 2 уз. ; ?V = V_H - V = 5 - 2 = 3 уз.

S = кб

б) V_H = 5 уз.

Скорость относительно воды у причала

V = V_т + 0,5 = 2 + 0,5 = 2,5 уз.; ?V = V_H - V = 5 - 2,5 = 2,5 уз.

S = кб

Задачи

Судно следует против течения к причалу со скоростью V_н относительно грунта. Определить на каком расстоянии от причала дать СТОП чтобы:

а) остановиться у причала без реверса двигателя на задний ход;

б) иметь скорость относительно причала не более V_уз.

Пример 3

Определить расстояние, на котором будет остановлено судно работой винта на задний ход щ_з.х. = 60 об/мин., если скорость судна перед дачей заднего хода V_H = 2 уз. Скорость полного хода V_о = 16 уз. Частота вращения винта при работе на полный задний ход щ_з.хо. = 105 об/мин. Инерционная характеристика S_о = 2500 м, тормозная характеристика = 0,9.

Решение

S_т = 1,3 б (1 + б) S_о

где б =

S_т = 1,3 0,025 (1 + 0,025) 2500 = 83 м

Задачи

Определить расстояние, на котором будет остановлено судно работой винта на задний ход с частотой вращения щ_з.х., если скорость перед дачей заднего хода V_н. Известна тормозная характеристика судна Р_з.х./R_о, соответствующая частота вращения винта на полный задний ход щ_з.хо., инерционная характеристика S_{о ,} скорость полного хода V_о.

Пример 4

Определить кинетическую энергию навала судна Д = 250000 тонн на докфиндер причала при скорости подхода V = 0,1 м/с, коэффициент энергии навала К_н = 0,9, коэффициент присоединенной массы м = 0,35, g = 9,81 м/с².

Решение.

W = к_н тонн

Задачи

Определить кинетическую энергию навала судна

Пример 5

Под углом 90є к ДП судна подан буксир на расстоянии d = от центра тяжести судна (G) в корму. Длина судна L = 300 м. Определить расстояние (К) мгновенного центра вращения (О) от центра тяжести судна (G) и радиус, которым оконечность кормы судна опишет дугу вокруг мгновенного центра вращения.

Решение:

d = = = 100 м ; м ;

а = - d = - 100 = 50 м ; R = К + d + а = 56,25+100+50 = 206,25 м

Задачи

Определить положение центра вращения неподвижного судна и радиус, которым оконечность кормы опишет дугу вокруг мгновенного центра вращения

Рекомендованная литература:

1. Сборник задач по управлению судами. Учебное пособие для морских высших учебных заведений / Н.А. Кубачев, С.С. Кургузов, М.М. Данилюк, В.П. Махин. - М. Транспорт, 1984, стр. 57-62.

2. Управление судном и его техническая эксплуатация. Учебник для учащихся судоводительских специальностей высших инженерных морских училищ. Под редакцией А.И. Щетининой. 3-е издание. - М. Транспорт, 1983, стр. 284-286.

3. С.Г. Погосов. Швартовка крупнотоннажных судов. - М. Транспорт, 1975, стр. 67-72.

Тема: “Расчет увеличения осадки судна от крена, изменения плотности воды, проседания на мелководье и расчет безопасной ширины фарватера”

Задачи

Определить суммарное увеличение осадки:

1) от крена судна и ;

2) при переходе судна из воды с плотностью с₁ в воду с плотностью с₂ при поправке на пресную воду ?Т ;

3) от проседания при плавании на мелководье по формулам Института гидрологии и гидротехники АН СССР для судов с острыми отводами;

4) при увеличении дифферента на корму и максимальную осадку

V, уз. перевести в V м/с

Пример 2

Определить приращение осадки судна при плавании на мелководье и в узком канале по Формулам Барраса, когда отношение глубины к осадке , а отношение площади подводной части миделя судна к площади поперечного сечения канала . Длина судна L=160 м, ширина В=26,7 м, осадка Т_ср=10,80 м , объемное водоизмещение судна

V_об =34635 м³, глубина Н=12, 40 м, скорость судна V=8 уз.

Решение

1. Коэффициент общей полноты судна

2. Увеличение осадки на мелководье

3. Увеличение осадки в канале

Задачи

Пример 3

По методу NPL определить изменение осадки танкера: L= 300 м

на скорости 14 уз. при Тcm = 13,5 м;

дифферент ш = 0, на глубине Нгл=20 м; (см. Приложение 1)

Для использования номограммы NPL необходимо выполнение следующих условий:

- коэффициент полноты объема корпуса судна должен быть 0,80? д?90

- отношение длины судна к его ширине ;

- отношение глубины моря к осадке 1,1??1,5 ;

- число Фруда по глубине Fr_h = 0,10,6;

Решение

1. По номограмме NPL (см. лист. Приложение 1) из точки А, соответствующей значению V = 14 уз., провести вертикаль до пересечения с линией глубины моря Н = 20 м (точка В);

2. Из точки В провести горизонталь на правую часть номограммы до пересечения с линиями заданного дифферента ш = 0 (точка С - нос, точка С' - корма);

3. Из точек С и С' опустить вертикальные линии до пересечения с линией длины судна L = 300 м (точки D и D');

4. Из точек D и D' провести горизонтали до пересечения осадок и снять результат: приращение осадки носом ?Тн=+1,98м, приращение осадки кормой ?Тк=+1,48м

Задачи

Пример 4

а) Определить ширину свободного пространства прохождения судна в узкости на прямолинейном участке

L = 174м - длина судна;

В = 23,5м - ширина судна;

* V = 18 уз - скорость судна;

= 200м - наибольшая ошибка;

t_u = 10мин = 600с - промежуток времени между обсервациями;

t₃ = 3,5 мин=150с - время на определение и прокладку линий положения;

С^о = 5 ^о - учитываемый угол сноса;

С^о = - ошибка в угле сноса;

щ = 0.1 град/c - средняя угловая скорость поворота;

Z = 30м - необходимый навигационный запас.

* V, уз. перевести в V м/с

Решение

в = 2 д_m + 2V (t_u + t_з) =

= 2 ? 200 + 2 ? 7,2 (600 + 150) + 23,5 + 2 ? 30 ? 887м.

в) Определить будет ли достаточной ширина фарватера 400 м при проводке судна по створу (непрерывное наблюдение за смещением судна, t_u=0, t_з= 0) при тех же условиях.

Решение

в = 2 д_m + = 2 ? 200 + + 23,5 + 2 ? 30= =510 м.

Ширина фарватера не достаточна.

Задачи

а) Определить ширину полосы свободного пространства для прохождения судном узости:

в) Определить будет ли достаточной ширина фарватера 150 м при проводке судна по створу.

Рекомендованная литература:

1. Сборник задач по управлению судами. Учебное пособие для морских высших учебных заведений / Н.А. Кубачев, С.С. Кургузов, М.М. Данилюк, В.П. Махин. - М. Транспорт, 1984, стр. 48 - 57.

2. Управление судном и его техническая эксплуатация. Учебник для учащихся судоводительских специальностей высших инженерных морских училищ. Под редакцией А.И. Щетининой. 3-е издание. - М. Транспорт, 1983, стр. 383 - 392.

3. Управление судном и его техническая эксплуатация. Под редакцией А.И. Щетининой 2-е издание. - М. Транспорт, 1975, стр. 393 - 401.

Контрольная работа № 2

Задачи

Пример 2

Определение длины волны с помощью универсальной диаграммы качки (Приложение 2).

Судно следует в условиях нерегулярного волнения. Для определения средней величины кажущегося периода волн измерили суммарное время прохождения серии волн и вычислили ф как среднее арифметическое.

Определить среднее значение длины волн.

Дано: Скорость судна V_s = 10 уз. ; курсовой угол направления движения волны q = 30є; кажущийся период волн ф ?= 7 с.

Решение

Находим в нижней части диаграммы точку, соответствующую значениям V_s = 10 уз. и q = 30є.

Проводим из этой точки вертикальную линию в верхнюю часть диаграммы до пересечения с кривой ф? = 7 с.

Ордината полученной точки соответствует длине волны л = 130 м.

Задачи

Пример 3

Построение резонансных зон на универсальной диаграмме Ремеза (Приложение 3) по измеренному кажущемуся периоду волн.

Построить резонансные зоны для бортовой и килевой качки.

Дано: Длина судна L = 139,4 м; скорость судна V_s = 12 уз., q = 120є; период собственных поперечных колебаний судна Т_и = 18 с; период собственных продольных колебаний судна Т_ш = 8 с, кажущийся период волн ф?= 12 с.

Решение

1. Находим длину волны (см. Пример 2 этой темы): л = 140 м.

2. Из точки пересечения горизонтали с ординатой, равной л = 140 м и кривой ф? = Т_и = 18 с, проводим в нижнюю часть диаграммы линию чистого резонанса по бортовой качке.

3. Рассчитаем и (можно воспользоваться шкалой в верхней части диаграммы)

4. Из точек пересечения кривых ф? = 14 с и ф? = 26 с с горизонталью л = 140 м проводим вертикальные линии в нижнюю часть диаграммы. Эти вертикали ограничивают резонансную зону по бортовой качке.

5. Линию чистого резонанса по килевой качке проводим из точки пересечения кривой ф?=Т_ш=8 с горизонталью л=140м. Линии, ограничивающие резонансную зону по килевой качке, проводим из точек пересечения горизонтали л=140 м с кривыми ф? =Т_ш / 1,3=8/1,3=6 с и ф? =Т_ш /0,7=8/0,7=11 с

Ответ: вертикали, ограничивающие резонансную зону по бортовой качке, отсекают на внешней полуокружности курсовых углов значения 112є и 138є, а по килевой качке значения 45є и 100є.

Задачи

Пример 4

Построение резонансной зоны бортовой качки по высоте волны. (Приложение 4)

Судно следует в условиях, когда волнение имеет явно выраженный нерегулярный характер. Определить резонансную зону бортовой качки по высоте волны 3 %-ной обеспеченности, ф рассчитывать с точностью до 1 с.

Дано: Т_и = 20 с; h_3% = 4м.

Решение

Из точек шкал А и В, соответствующих h_в = 4 м, проводим горизонтали до пересечения с кривой ф? = 20 с в части диаграммы, расположенной выше кривой ф? = ?.

Из точек пересечения опускаем вертикали, которые на нижней части диаграммы ограничат зону значений V и q, отвечающих чистому резонансу бортовой качки.

Рассчитываем Т_и / 1,3 = 15,4 с и Т_и / 0,7 = 28,6 с. Так же, как и кривая ф?=20с, кривые ф?= и ф?= пересекаются горизонталями, упомянутыми в п.1. При этом образуется фигура с 4-мя точками пересечения. Из крайней левой и крайней правой точек пересечения проводим вертикальные линии, которые на нижней части диаграммы ограничат резонансную зону бортовой качки.

Крайней левой точкой пересечения будет точка пересечения кривой

ф? = 29 с горизонталями h_3% = 4м шкалы В, а крайней правой - точка пересечения кривой ф? = 15 с и горизонталями h_3% = 4м шкалы А. Внешнюю полуокружность курсовых углов диаграммы вертикали пересекут в точках со значением 115є и 132є.

Задачи

Тема: “Расчет условий отсутствия слеминга и штормование судна с застопоренными машинами»

Пример 1

Расчет условий отсутствия слеминга. Условия отсутствия слеминга можно определить по выражению:

,

где: L - длина судна, м;

Т_н - осадка носом, м;

А - коэффициент, зависящий от Fr (число Фруда) и ; Fr = (м/с);

В - ширина судна, м;

л_max - длина волны максимальная, м;

h_{в max} - высота волны максимальная, м;

При условии отсутствия слеминга коэффициент А должен быть

Дано. Судно следует навстречу волне. Рассчитать скорость, при которой слеминг будет отсутствовать. L = 139,4 м; В = 17,7 м; Т_н = 6,5 м; л_max = 120 м; h_{в max} = 5 м.

Решение:

= = 0,89 , принимаем А = 0,9;

По А = 0,9 и = 8 по графику (см. Приложение 5) находим максимально допустимое значение Fr. В нашем случае Fr = 0,14.

Максимально допускаемая скорость судна

V = Fr

Задачи

Пример 2

Штормование судна с застопоренными машинами.

Судно может лечь в дрейф в том случае, когда оно, не имея хода, находится в условиях, достаточно удаленных от резонансного режима бортовой качки.

Это возможно при соблюдении условий

л > или л <

Дано: В = 14 м; h = 0,96 м.

Определить при какой длине волны судно может безопасно лечь в дрейф.

Решение

л > = = 408 м или л < = = 122 м

Ответ: судно может лечь в дрейф, если длина волны будет менее 120 м (результат 408 м практического интереса не представляет.)

Задачи

Тема: “Выбор оптимальных условий плавания на попутном волнении»

Примеры решения

Пример 1

Построение на универсальной диаграмме качки (Приложение 6) зоны, опасной при плавании на попутном волнении.

Принимаем кажущийся период волны, начиная с которого нахождение на гребне становится опасным

ф? = Т_и

Дано: L = 56 м; л = 60 м; Т_и = 10 с.

Построить опасную (за счет уменьшения остойчивости на гребне волны) зону для судна, следующего на попутном волнении.

Решение

1. Рассчитываем ф? = 1,54 ? Т_и = 1,54 ? 10 = 15 с.

2. Из точек пересечения горизонтали, соответствующей л = 60 м с кривыми ф? = 15 с (по обе стороны кривой ф? = ?) опустим вертикали, которые в нижней части диаграммы ограничат опасную зону. В данном случае в пределах графика горизонталь пересекает только кривую ф? = 15 с, расположенную выше кривой ф?= ?. Вертикаль, опущенная, из этой точки пересечения отбивает на полуокружности КУ точки 116є. Зона левее этой вертикали - опасная.

Для полной оценки положения судна, кроме этой зоны, следует построить резонансные зоны по бортовой и килевой качке и только после этого принимать решение о выборе курса и скорости судна для штормования.

Задачи

Пример 2

Оценка параметров неблагоприятных попутных волн по вспомогательной диаграмме А.И. Богданова. ( Приложение 7)

Необходимость использования диаграмм Богданова определяется по вспомогательной диаграмме, на которой нанесены области неблагоприятных и опасных параметров, соответствующих неблагоприятных и опасных сочетаний скоростей и курсовых углов.

Дано: L = 116 м; л = 110 м; h_{в 3%} = 7 м.

Определить необходимость использования диаграмм А.И. Богданова.

Решение

1. На внутренней горизонтальной шкале вспомогательной диаграммы отложим величину длины судна L = 116 м и от этой точки проведем вертикальную линию до кривой, от точки пересечения с которой проведем горизонталь до внутренней вертикальной шкалы, с которой снимем значение h_{в 3%} расчеты или определим эту величину по формуле

h _{3% расч.} = 0,22 • L^0,715 = 0,22 116 ^0,715 = 6,8 м

2. Рассчитаем отношения

3. По значениям л/L=0,95 и h_в3% / h_3%=1,03 , используя внешнюю оцифровку шкал, проводим горизонтальную и вертикальную линии.

4. Точка пересечения проведенных линий находится в опасной зоне вблизи параметра, обозначенного цифрой 1, где высоты волн очень близки к расчетным.

5. Для определения безопасных курсов и скоростей воспользуемся основными диаграммами Богданова, выбирая ту, которая соответствует данной загрузке судна и наблюдаемой высоте волны 3 % обеспеченности.

Задачи

Пример 3

Выбор оптимальных условий для движения судна.

а) Судно следует в условиях регулярного волнения V_s = 10 уз.; q = 45є;

Т_и = 14 с; Т_ш = 6 с; л = 100 м. (Приложение 8)

Построить резонансные зоны и выбрать маневр изменением курса для выхода из них.

Решение

1. == 11 с; == 20 с; = =4,5 с; = =8,5 с.

2. Строим резонансные зоны.

3. Приводим волну на курсовой угол q = 96ч125є.

Задачи

Пример 4

б) Судно следует на попутном волнении. L = 122 м; V_s = 13 уз.; q = 170є;

_и = 13 с; Т_ш = 7 с; л = 100 м. (Приложение 9)

Построить опасную зону и выбрать маневр для безопасного штормования с учетом резонансных зон бортовой и килевой качки.

Решение

1.По методике, изложенной в примере 1 этой темы, строим опасную зону для

ф? = 1,54 ? Т_{и ;} ф? = 1,54 ? 13 = 20 с.

2. Строим резонансную зону бортовой качки для

ф? = = = 10 с и ф? = = 19 с.

3. Строим резонансную зону килевой качки для

ф? = = 5,5 с и ф? = = 10 с.

4. Можно, оставаясь на прежнем курсе, сбавить ход до 5 уз. Судно будет удерживаться на границе резонансных зон бортовой и килевой качки.

Задачи

Рекомендованная литература

1. Управление судном и его техническая эксплуатация. Учебник для учащихся судоводительских специальностей высших инженерных морских училищ. Под редакцией А.И. Щетининой. 3-е издание. - М. Транспорт, 1983, стр. 396 - 403.

2. Управление судном и его техническая эксплуатация. Учебник для учащихся судоводительских специальностей высших инженерных морских училищ. Под редакцией А.И. Щетининой. 2-е издание. - М. Транспорт, 1975, стр. 407 - 414.

3. Сборник задач по управлению судами. Учебное пособие для морских высших учебных заведений. Н.А. Кубачев, С.С. Кургузов, М.М. Данилюк, В.П. Махин. - М. Транспорт, 1984, стр. 68 - 76.

4. Рекомендации по организации штурманской службы на морских судах Украины (РШСУ-98). Одесса, 1998, стр. 95 - 100.

Тема: “Буксировка судов”

І. Расчет однородной буксирной линии

Пример решения

Дано: длина буксирного троса ?_б = 300 м, вес одного погонного метра троса в воздухе q = 92 Н, горизонтальная составляющая натяжения троса

То = 80 кН.

Определить:

1)расстояние между судами АВ = 2х;

2)стрелку провеса буксира ѓ;

3)длину буксирного троса, необходимого для прохода пролива с допустимой стрелкой провеса буксира ѓ_доп = 8 м.

Решение

1. Вес одного погонного метра троса в воде q₁ = q·0,87 = 92 0,87 = 80 Н.

2. Параметр буксирной линии а = .

3. Определим х - половину длины между судами

,

где ? - длина участка буксирного троса от вершины буксирной линии до буксирующего или буксируемого судна.

= 0,14944

х = 0,14944 = 0,14944 1000 = 149,44 м

4. Расстояние между судами АВ = 2 х = 2 149,44 = 298,88 м м

5. Определим - 1 = - 1 = 1,01119 - 1 = 0,01119

6. Определим стрелку провеса буксира ѓ=0,01119 = 0,01119 1000=11,2 м

7. Длина буксирного троса с допустимой стрелкой провеса ѓ_доп = 8 м

Из формулы

- 1

= = = 126,74 м ? 127 м

Задачи

IІ. Расчет неоднородной симметричной буксирной линии

Пример решения

Дано: симметричная буксирная линия состоит из 2-х участков троса АС и DВ длиной ?_т = 180 м каждый и участка цепи СD длиной 50 м (2?_ц). Вес одного погонного метра троса в воздухе q_mp = 92 Н, цепи q_ц = 687 Н. Горизонтальная составляющая натяжения буксира То=100 кН.

Определить:

1)расстояние между судами АВ;

2)стрелку провеса ѓ_Е.

Решение:

Вес одного погонного метра троса и цепи в воде

q'_mp = 0,87 92 = 80 Н q'_ц = 0,87 687 = 598 Н

Параметры буксирной линии тросового и цепного участков буксира

_mp = _ц =

3. Достроим буксирную линию ВD до вершины М

,

где ?_ц - длина половины цепного участка буксира

4. Для участка цепи ?_ц = 25 м определим

= 0,14915

х_1D = 0,14915 = 0,14915 167 = 24,91 м

- 1 = - 1 = 0,01114

ѓ'_E = 0,01114 = 0,01114 167 = 1,86 м

5. Для участка ВМ определим ? = ?_т + ?_ѓ = 180 + 187 = 367 м

= 0,28953

х_2В = 0,28953 = 0,28953 1250 = 361,93 м

- 1 = - 1 = 0,04221

ѓ_м = 0,04221 = 0,04221·1250 = 52,76 м

6. Для участка МД = ?_ѓ = 187 м определим