Маневренные характеристики судна

Курсовая работа

Целью курсовой работы является глубокое изучение вопросов, связанных с определением маневренных элементов судна, а также обработки информации для обеспечения безопасности мореплавания.

Под понятием «управление судном» понимается весь комплекс мероприятий, обеспечивающий безопасность мореплавания.

Управление судном включает в себя несколько аспектов управления, из которых для целей управления выделяют следующие:

  • управление судном как движущимся объектом(маневрирование) в условиях ограниченной акватории или при плавании в узкости;

управление судном в особых (экстремальных) ситуациях при воздействии

морской стихии для обеспечения безопасности экипажа, груза и охраны окружающей среды.

К основным маневренным характеристикам судна относятся:

  • скорость судна при выполнении маневра;
  • элементы циркуляции;

путь и время торможения судна

Учет маневренных характеристик при решении задач управления судном является обязательным условием обеспечения безопасного плавания судна. Маневренные характеристики судна необходимо учитывать при решении практически всех задач управления судном.

Движение судов подчинено физическим законам, поэтому ошибки при управлении судном есть результат неправильной оценки и учета судоводителем действующих на судно сил и моментов и их влияния на параметры движения.

Именно поэтому важно знать способы определения сил и моментов и закономерностей движения судов на переменных режимах работы двигателей, толкающих усилий буксировщиков, при перекладках руля, действии ветра и течения и др.

1. Определение элементов циркуляции судна

судно инерционный маневренный мелководье

1.1 Методика расчета элементов циркуляции

Рассчитываем диаметр установившейся циркуляции по эмпирической формуле Шенхера:

  • в грузу: Д0 = 788,74 м при 350 ; в балласте: Д0 = 1092,77 м при 350

Д0 = 1560,75 м при 150 Д0 = 2162,34 м при 150

где К1 — эмпирический коэффициент, зависящий от отношения ;

  • = 0,11705255; К1=0,37

Ар= Ldср/А Ар=30,29 м2

Таблица 1.1 Таблица значений коэффициента К1

V/(S*L)

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

0,10

0,11

0,12

0,13

0,14

0,15

К1

1,41

1,10

0,85

0,67

0,55

0,46

0,40

0,37

0,36

0,35

0,34

Тактический диаметр циркуляции определяем по формулам:

  • в грузу:

при 350 Дт= 751,17 м при 150 Дт= 1154,61 м

  • в балласте:

при 350 Дт= 639,12 м при 150 Дт= 982,38 м

где: Дт — тактический диаметр циркуляции при перекладке руля «на борт».

Зависимость тактического диаметра циркуляции от угла перекладки руля выражается формулой:

Выдвиг (l1) и прямое смещение (l2) рассчитываем по формулам:

  • l1= 372,67 м в балласте; l1= 428,7 м в грузу

где: Vo — начальная скорость судна, м/с;

  • Tмп — время мертвого промежутка, с;
  • Rц — средний радиус циркуляции (Rц = Dт/2);
  • К = ИК2 — ИК1 — угол поворота, град (90о);
  • В — ширина судна, м.

l2=299,87 м (в грузу ); l2=421,25 м (в балласте)

где: К2 — эмпирический коэффициент, определяем по формуле:

  • K2=3,73 (в грузу ); K2=4,20 (в балласте)

где: — относительная площадь пера руля, выраженная в процентах от площади погруженной части ДП:

= 1,52 (в грузу и балласте)

лр=1,78 (в грузу); лр=1,08 (в балласте)

hp = 0,7

  • dср hp =7,35 м

Угол дифферента определяется по формуле:

Ш = 0.2350 ( в балласте)

Диаметр циркуляции кормовой оконечности судна можно определить по формуле:

где:

в грузу : Дк = 772,36 м в=12,60

в балласте: Дк = 660,31 мв=12,60

Поступательная скорость на установившейся циркуляции определяется по приближенным формулам, м/с: при перекладке руля «на борт»:

Vц = 4,6 м/с

при перекладке руля «пол борта»:

Vц = 6,26 м/с

Период установившейся циркуляции определяем по формуле:

(«на борт) T ц = 486,91 сек = 8,12 мин

(«на полборта») T ц = 549,48 сек = 9,16 мин

Ширина полосы движения судна на циркуляции определяется по формуле:

ДS = 68,73 м

1.2 Методика построения циркуляции судна

Кривую эволюционного периода циркуляции можно построить из дуг окружностей переменных радиусов. После поворота судна на угол 180° радиус циркуляции считается постоянной величиной.

Величина радиуса циркуляции постоянно уменьшается от наибольшего значения в начале поворота до значения поворота радиуса установившейся циркуляции.

Относительные значения радиусов неустановившейся циркуляции в зависимости от угла поворота судна и угла перекладки руля показаны в таблице:

Таблица 1.2 Значений Rн/Rц

Угол перекладки руля, град.

Угол поворота судна, град.

5

10

30

60

90

120-160

35

2,20

1,80

1,30

1,15

1,10

1,06

15

4,40

3,20

1,90

1,60

1,40

1,30

где: Rн — радиус неустановившейся циркуляции;

  • R0 — радиус установившейся циркуляции.

Порядок построения циркуляции:

1. Проводим линию первоначального курса и откладываем на ней в выбранном масштабе отрезок пути судна, пройденного за маневренный период:

2. Рассчитываем средний радиус поворота судна на угол 10° по данным таблицы. Для этого, например, выбираем из таблицы от ношение радиусов Rн/Rц при углах поворота на 5° и 10° при р = 15. Эти значения будут равны 4,4 и 3,2.

Отсюда:

Затем рассчитываем средние радиусы поворота судна в интервалах от 10° до 30° и т.д.

3. Кривую циркуляции судна строим (аппроксимируем) из ряда дуг окружностей различных радиусов до угла поворота на 180°.

4. Построив кривую циркуляции в эволюционном периоде завершаем построение, описав окружность радиусом установившейся циркуляции до угла поворота на 360° (рис. 1а,1б.)

Рис. 1 Схема построения циркуляции судна 150 в грузу в балласте, Схема построения циркуляции судна 350 в грузу в балласте

2. Определение инерционных характеристик судна

2.1 Методика определения инерционных характеристик судна

2.1.1 Активное торможение

Активное торможение рассчитывается в три периода.

Расчет ведется до полной остановки судна (Vк = 0).

Принимаем, что:

VСПХ = 5,95 м/с

VМПХ = 3,97 м/с

Определяем сопротивление воды движению судна на полном ходу по формуле Рабиновича:

R0=104,63 тс

где: Ам= 277,83 м2

Инерционная постоянная:

S0 = 3080,766 м

где: m1 — масса судна с учетом присоединенной массы:

m1 =5135,6 т

где: кг/м3

Упор винта на заднем ходу:

Pзх = 109,5 тс где: Мш =105,7 тс

Nе = зi

  • Ni Ne = 14760 л.с.

зi = 0,82 Путь, пройденный в первом периоде:

S1 = Vн

  • Т1 S1 = 39,6 м

Скорость судна в конце второго периода:

V2 = 7,4 м/с

Путь, пройденный судном во втором периоде:

S2 = 229,0 м

Путь, проходимый судном в третьем периоде:

S3 = 925,42 м

Время третьего периода:

t3 = 280,12с = 4,7 мин

Общий путь и время торможения:

Sт = S1 + S2 + S3 Sт = 1193,98 м tт = t1 + t2 + t3 tт = 315,12 сек

2.1.2 Пассивное торможение

Расчет ведется до скорости

Vк = 0,2

  • V0. Vк = 7,13 м/с

Определяем время пассивного торможения:

tп = 43 сек = 0,7 мин

Sп = 324,59 м

2.2 Разгон судна

Расчет судна ведется до скорости

Vк = 0,9

  • V0. Vк =13,86 уз

Определяем путь и время разгона по эмпирической формуле:

Sр = 1,66

  • С Sр = 23,95 кб

tр = 18,42 мин

где: С — коэффициент инерционности, определяемый по выражению:

С = 14,43 кб = 1,44 мили

где: Vк, узлы;

  • Nе, л.с.

Рис. 2 Инерционные характеристики в грузу и балласте.

3. Увеличение осадки судна

3.1 Увеличение осадки судна на мелководье

Величина увеличения осадки судна на мелководье может быть рассчитана по формулам института гидрологии и гидромеханики Украины (формула Г.И. Сухомела), модифицированным А.П. Ковалевым [13]:

при

при

где:

  • отношение глубины моря к средней осадке;
  • k — коэффициент, зависящий от отношения длины к ширине судна.

Таблица 3.1 Определение коэффициента — k

L/B

4

5

6

7

8

9

k

1,35

1,03

0,80

0,62

0,55

0,48

Расчеты увеличения осадки судна при плавании на мелководье сведены в таблицу 3.2

Таблица 3.2 Увеличение осадки судна на мелководье (L/B=7,2)

Отношения глубины моря к осадке судна

Скорость судна, узлы

3

6

9

12

15

18

Дdk, при h/d=1.4

0,01

0,06

0,13

0,24

0,37

0,53

Дdk, при h/d=2,0

0,01

0,04

0,09

0,17

0,26

0,38

Дdk, при h/d=3,0

0,01

0,03

0,08

0,14

0,21

0,31

Дополнительное приращение осадки при плавании в канале:

где: k’ — коэффициент, зависящий от отношения площадей сечения канала и погруженной части мидельшпангоута.

Таблица 3.3 Определение коэффициента — k’

Ак/Ам

4

5

6

7

8

10

12

k’

0,98

0,61

0,44

0,35

0,24

0,18

0,15

Расчеты увеличения осадки судна при плавании в канале сведены в таблицу 3.4

Таблица 3.4 Увеличение осадки судна в канале (Ак/Ам)

Сечение канала

Скорость судна, узлы

3

6

9

12

15

18

Дd k’ м, при Ак/Ам=4

0,01

0,06

0,13

0,24

0,37

0,53

Дd k’ м, при Ак/Ам=6

0,01

0,04

0,09

0,17

0,26

0,38

Дd k’ м, при Ак/Ам=8

0,01

0,03

0,08

0,14

0,21

0,31

Увеличение осадки при различных углах крена рассчитывается:

Д

Таблица 3.5 Увеличение осадки судна от крена

Значение

Угол крена судна, град.

10°

Дd

0,24

0,47

0,71

0,94

1,18

1,42

1,66

1,90

2,14

2,38

3.2 Определение запаса глубины на ветровое волнение

Волновой запас глубины определяется в соответствии с приложением 3 РШС-89.

Таблица 3.6 Волновой запас глубин

Длина судна, м.

Высота ветровых волн, м.

1

2

3

4

195

0,1

0,31

0,71

1,12

4. Маневр «человек за бортом»

Одним из видов маневра судна «Человек за бортом» является разворот с выходом на контркурс. Выполнение этого маневра зависит от выбора угла отклонения судна от первоначального курса (б).

Величина угла б определяется по формуле:

  • б = 76,620 в грузу; б = 78,960 в балласте

где: Тп — время перекладки руля с борта на борт (Тп = 30 сек);

Vср — средняя скорость на циркуляции, определяемая из выражения:

  • Vср = 6,26 м/с в грузу; Vср = 7,11 м/с в балласте

Построение схемы маневра выполняется по данным циркуляции, рассчитанным в разделе 1.

Рис. 3 Схема построения маневра «Человек за бортом»

Заключение

В настоящей курсовой работе рассмотрен вопрос о порядке расчета маневренных элементов судна.

Недостаточное знание судоводителями маневренных качеств своего суд-на нередко становятся причиной аварий. Наиболее характерные из них столкновения, навалы и удары о причалы, посадка судов на мель и т.п. Поэтому от судоводителей требуется не только хорошее знание маневренных свойств своего судна, но и влияние на маневренные характеристики внешних условий плавания: ветра, волнения, течения.

Для повышения безопасности мореплавания большую роль играет, спо-собность судоводителей своевременно и эффективно оценивать складывающуюся навигационную ситуацию и быстро принимать соответствующее решение для выполнения необходимых маневров. Такое умение вырабатывается в процессе накопления опыта морской практики. В то же время ускорению этого процесса способствует глубокое знание основ теории маневрирования — управления судном.

Список использованных источников

[Электронный ресурс]//URL: https://leaktrix.ru/kursovaya/opredelenie-manevrennyih-harakteristik-sudna/

1. Антонов В.А., Письменный М.Н. Теоретические вопросы управления судном. — Владивосток: изд-во Дальневост. Гос. Университета, 1988.

2. Бусленко Д.Н. Маневрирование и управление судном. Учебное пособие. Ростовский-на-Дону морской колледж им. Г. Я. Седова, Ростов-на-Дону, 2003.

3. Скворцов М.И., Юхов И.В. Основы маневрирования кораблей. М., Воениздат 1966.

4. Справочник капитана (под общей редакцией Хабура Б.П.).

— М.: Транспорт, 1973.

5. Судовые устройства (под общей редакцией Александрова М.Н.): Учебник. — Л.: Судостроение, 1988.

6. Цурбан А.И. Определение маневренных элементов судна. — М.: Транспорт, 1977.

7. Управление судном и его техническая эксплуатация (под общей редакцией Щетининой А.И.).

— М.: Транспорт, 1982.

8. Управление судами и составами (Соларев Н.Ф. и др.).

— М.: Транспорт, 1983.

9. Управление крупнотоннажными судами (Удалов В.И., Массанюк И.Ф., Матевосян В.Г., Ольшамовский С.Б.).

— М.: Транспорт, 1986.

10. Ковалев А.П. К вопросу о «проседании» судна на мелководье и в канале. Экспресс-информация, серия «Безопасность мореплавания», вып 5,1934. — М.: Мортехинформреклама.

11. Ольшамовский С.Б., Миронов А.В., Маричев И.В. Совершенствование маневрирования крупнотоннажными судами. Экспресс-информация, серия «Судовождение связь и безопасность мореплавания», вып. 11(240).

— М.: Мортехинформреклама, 1990.

12. Экспериментальное и теоретическое определение маневренных элементов судов НМП для составления формуляров маневренных характеристик. Отчет о НИР УДК. 629.12.072/076. — Новороссийск, 1989.

13. Гирс И.В. и др. Испытание мореходных качеств судов. Л.: Судостроение, 1977.