К основным маневренным характеристикам судна относятся:
• скорость судна при выполнении маневра;
• элементы циркуляции;
• путь и время торможения судна.
Эти характеристики определяются по результатам натурных маневренных испытаний судна после его постройки (сдаточных испытаний). Для уточнения маневренных характеристик в процессе эксплуатации судна при различных внешних условиях, состоянии корпуса и видах загрузки периодически проводятся маневренные испытания силами экипажа.
Натурные методы получения маневренных характеристик основаны на последовательных определениях места судна в процессе проведения заданных маневров по различным ориентирам либо с использованием высокоточных навигационных систем.
В процессе выполнения маневров (циркуляция, пассивное торможение с остановленным двигателем, активное торможение при реверсировании главного двигателя) через короткие промежутки времени (15—30 с), замечаемые по секундомеру, берутся пеленги и дистанции ориентира и отмечаются значения курса, скорости и оборотов винта.
За начало маневра циркуляции принимается момент начала перекладки руля, за начало торможения — момент передачи команды по машинному телеграфу. Окончанием маневра циркуляции является поворот на 360°, активного торможения — полная остановка судна, пассивного торможения — доклад рулевого о невозможности удержания судна на курсе.
Поворотливость судна. Циркуляцией называют траекторию, описываемую ЦТ 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 ДП называют углом дрейфа (β). Эти характеристики не остаются постоянными на протяжении всего маневра.
Циркуляцию принято разбивать на три периода: маневренный, эволюционный и установившийся.
Маневренный период – период, в течение которого происходит перекладка руля на определенный угол. С момента начала перекладки руля судно начинает дрейфовать в сторону, противоположную перекладке руля, и одновременно начинает разворачиваться в сторону перекладки руля. В этот период траектория движения ЦТ судна из прямолинейной превращается в криволинейную с центром кривизны со стороны борта, противоположного стороне кладки руля; происходит падение скорости движения судна.
Эволюционный период – период, начинающийся с момента окончания перекладки руля и продолжающийся до момента окончания изменения угла дрейфа, линейной и угловой скорости. Этот период характеризуется дальнейшим снижением скорости (до 30 – 50%),
изменением крена на внешний борт и резким выносом кормы на внешнюю сторону.
Период установившийся циркуляции – период, начинающийся по окончании эволюционного, характеризуется равновесием действующих на судно сил: упора винта, гидродинамических сил на руле и корпусе, центробежной силы. Траектория движения ЦТ судна превращается в траекторию правильной окружности или близкой к ней.
Геометрически траектория циркуляции характеризуется следующими элементами:
Dо – диаметр установившейся циркуляции – расстояние между диаметральными плоскостями судна на двух последовательных курсах, отличающихся на 180º при установившемся движении;
Dц – тактический диаметр циркуляции – расстояние между положениями ДП судна до начала поворота и в момент изменения курса на 180º;
l1 – выдвиг – расстояние между положениями ЦТ судна перед выходом на циркуляцию до точки циркуляции, в которой курс судна изменяется на 90º;
l2 – прямое смещение – расстояние от первоначального положения ЦТ судна до положения его после поворота на 90º, измеренное по нормали к первоначальному направлению движения судна;
l3 – обратное смещение – 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);
Тц – период циркуляции – время поворота судна на 360º.
Перечисленные выше характеристики циркуляции у морских транспортных судов среднего тоннажа при полной перекладке руля на борт можно выразить в долях длины судна и через диаметр установившейся циркуляции следующими соотношениями:
Dо = (3 ÷ 6)L; Dц = (0,9 ÷ 1,2)Dу; l1 = (0,6 ÷ 1,2)Dо; l2 = (0,5 ÷ 0,6)Dо; l3 = (0,05 ÷ 0,1)Dо; Tц = πDо/Vц.
Обычно величины Dо; Dц; l1; l2; l3 выражаются в относительном виде (делят на длину судна L) – легче сравнивать поворотливость различных судов. Чем меньше безразмерное отношение, тем лучше поворотливость.
Скорость на циркуляции для крупнотоннажных судов снижается при повороте на 90º с перекладкой руля на борт на 30%, а при повороте на 180º – вдвое.
Необходимо отметить и следующие положения:
а) начальная скорость оказывает влияние не столько на Dо, сколько на ее время и выдвиг, и только у высокоскоростных судов заметны
некоторые изменения Dо в большую сторону;
б) с выходом судна на траекторию циркуляции оно приобретает крен на внешний борт, значение которого по правилам Регистра не должно превышать 12º;
в) если во время циркуляции увеличивать число оборотов ГД, то судно совершит поворот более крутой;
г) при выполнении циркуляции в стесненных условиях следует учитывать, что кормовая и носовая оконечности судна описывают полосу значительной ширины, которая становится соизмеримой с шириной фарватера.
Инерционные свойства судна. При управлении движением судна очень часто возникают ситуации, в которых необходимо изменение скорости судна: движение на акватории портов, рейдов, плавание в узкостях и по системам разделения движения, при расхождении судов в море, аварийные ситуации. Изменение скорости производится за счет изменения режима работы главного двигателя. После изменения режима работы движителей скорость судна изменяется по определенному закону, а само судно совершает неравномерное движение.
Путь и время маневра, связанного с неравномерным движением, называют инерционными характеристиками судна.
Инерционные характеристики определяются временем, дистанцией, проходимой судном за это время и скоростью хода через фиксированные промежутки времени и включают в себя следующие маневры:
• движение судна по инерции – свободное торможение;
• разгон судна до заданной скорости;
• активное торможение;
• подтормаживание.
Свободное торможение характеризует процесс снижения скорости судна под влиянием сопротивления воды при неработающем двигателе. Двигатель работает до момента прекращения подачи топлива в цилиндры, затем двигатель останавливается, а винт продолжает вращаться (свободное вращение), оказывая дополнительное сопротивление движению судна.
Разгон судна характеризует процесс постепенного увеличения скорости движения до соответствующего режима работы двигателя на определенном ходу. Разгон судна осуществляется от нулевой скорости относительно воды до скорости, соответствующей заданному положению телеграфа.
Активное торможение – это торможение при помощи реверсирования дизельного двигателя. Первоначально телеграф устанавливают в положение «Стоп», и только после того, как обороты двигателя упадут на 40–50%, ручку телеграфа переводят в положение «Полный задний ход». Окончание маневра – остановка судна относительно воды.
Процесс активного торможения судна условно можно разделить на 3 периода:
• первый период (t1) – от момента начала маневра до момента остановки двигателя (t1 ≈ 7–8 сек);
• второй период (t2) – от момента остановки двигателя до пуска его на задний ход;
• третий период (t3) – от момента пуска ГД на задний ход до остановки судна или до приобретения установившейся скорости заднего хода.
Движение судна в первые два периода можно рассматривать как свободное (пассивное) торможение.
Определенный интерес с практической точки зрения представляет собой определение времени и пути, проходимого судном при смене режима движения с полного переднего на передний средний или передний малый и т. п.
Градация ходов.
Самый малый передний ход (Dead slow ahead) – минимальные устойчивые обороты, при которых двигатель не глохнет (≈ 25% ППХ).
Малый передний ход (Slow ahead) – обороты двигателя, устанавливаемые после диапазона критических оборотов, и соответствующая
им скорость хода судна (≈ 50% ППХ).
Средний передний ход (Half ahead) – обороты двигателя, при которых обеспечивается половина мощности двигателя (подача топлива на середине), и соответствующая им скорость хода (≈ 75% ППХ).
Полный передний маневренный ход (Full manoeuvring ahead) – полные обороты двигателя при работе на легком топливе (дизельное топливо) в маневренном режиме (≈ 90% ППХ).
Полный передний ход ходового режима (Full ahead for sea) – номинальные (расчетные) полные обороты двигателя при работе на тяжелом топливе – мазут (наиболее благоприятный режим работы), при которых двигатель может работать «вечно» при должном техническом обслуживании, и соответствующая им скорость хода.
Самый полный передний ход (Emergency full ahead or Full ahead overall) – кратковременный режим работы двигателя, который может
быть применен в практике управления судном только в аварийных ситуациях.
Градация ходов на задний ход аналогична переднему, только слово передний (ahead) необходимо заменить на задний (astern).
Винт рассчитан только для работы на передний ход, поэтому характеристики заднего хода отличаются от переднего. Упор заднего хода не менее чем на 10% меньше переднего, а у дизельных двигателей мощность заднего хода может достигать 60% переднего. На судах с турбиной имеются специальные турбины заднего хода, но и их мощность меньше на 30–40% турбины переднего хода.
