Билет №1 Влияние 2-х винтов на управляемость 2-х винтового судна

На двухвинтовых судах гребные винты могут быть наружного враще­ния (правый винт — правого враще­ния, левый винт — левого вращения) и внутреннего вращения (правый винт — левого вращения, левый винт — правого вращения).

Физическая сущность влияния двух гребных винтов на судно в принципе такая же, как одного винта, но наличие двух винтов у судна и смещенность осей гребных валов относительно ДП судна обеспе­чивает значительные преимущества при маневрировании. Маневренность двухвинтовых судов с внутренним вращением винтов несколько отлича­ется от маневренности таких же судов с наружным вращением. В составе речного флота преоблада­ют суда с наружным вращением винтов, имеющие два или три руля. Рассмотрим наиболее характерные варианты использования гребных винтов и рулей двухвинтового судна.

При одновременной работе двух винтов наружного вращения на передний ход (рис. 29, а) гидростати­ческие силы Di и Dy левого винта уравновешиваются этими же силами (d| и Da) правого винта. Гидродина­мические силы Рг и ?4 на левом руле также уравновешиваются силами рч и ?4 на правом руле. Вследствие этого двухвинтовое судно при движе­нии передним ходом с одинаковой частотой вращения винтов и положе­нием рулей «Прямо» следует прямо­линейно, не испытывая отрицательно­го влияния винтов на управляемость.

При. одновременной работе двух винтов наружного вращения на задний ход (рис. 29, б) гидростатиче­ские силы d| и Оз левого винта будут уравновешиваться этими же силами (Di и Ds) правого винта. Гидродина­мическая сила Рг, возникающая от работы левого винта, воздействует на корпус с левого борта, а от работы правого винта возникает анало­гичная сила Ра, действующая на


Рис. 29. Схемы сил, возникающих при работе двух винтов

корпус с правого борта. При одинаковой частоте вращения винтов эти силы уравновешиваются, не оказывая отрицательного влияния на управляемость Судна на заднем ходу. Если судно с наружным вращени­ем винтов неподвижно относительно воды, рули находятся в положении «Прямо» и включен в работу на передний ход гребной винт с левого борта. Под действием гидростатиче­ской силы D (рис. 30, а) корма судна в момент включения винта в работу отклонится в левую сторону, а затем и носовая часть судна начнет отклоняться в правую сторону по ходу судна. При установившемся движении двухвинтового судна на переднем ходу и работе одного винта левого борта независимо от шага винта судно в положении рулей курсе недостаточна и судно стремится произвольно отклониться

Рис. 30. Схемы сил, действующих на судно при маневрировании двумя винтами

в сторону неработающего винта. Поэтому в данном случае циркуля­цию следует выполнять в сторону неработающего винта.

Когда на двухвинтовом судне с наружным вращением винтов включен в работу на задний ход греб­ной винт с правого борта (рис. 30, б), в момент включения винта правого борта назад гидродинамическая сила Р-г и гидростатическая сила D начнут смещать корму в сторону левого борта и судно резко отклонится кормой влево, одновременно при­обретая ход назад. В этом случае влияние винта на боковое смещение кормы судна настолько велико, что перекладкой руля обычно не удается приостановить вращательное движе­ние судна. Поэтому при маневрирова­нии одним винтом на заднем ходу необходимо своевременно принимать меры предосторожности, умело ис­пользуя для этого совместную работу двух винтов и рулей.

Когда левый винт работает на передний ход, а правый —на задний (работа враздрай), от работы винтов в противоположные стороны возник­нут движущие силы Рдв, (рис. 30, е) и Рл — пара сил с плечом В. Мо­мент этой пары сил (момент машин) Мм направлен по часовой стрелке. Таким образом, при работе винтов враздрай и перекладке рулей в сторо­ну винта, работающего на задний ход, образуется мощный поворачива­ющий момент, равный сумме момента движущих сил винтов Мн, момента руля Afpy момента гидродинамиче­ских сил винта Мв, работающего на задний ход, и момента гидростатиче­ских сил Мо.

Под действием суммы моментов Мм, Мру, Мв, md судно получает вращательное движение и развора­чивается в правую сторону практиче­ски на одном месте. При этом значение угловой скорости можно регулировать изменением угла пере­кладки рулей и изменением режима работы движителей. В случае необхо­димости можно обеспечить судну не только вращательное, но и одновре­менно поступательное движение вперед или назад, регулируя режим работы винтов.

В некоторых случаях при благо­приятных гидрометеорологических условиях можно добиться положи­тельного эффекта от работы винтов и рулей для движения судна лагом, т. е. перемещения его относительно причала или берега не под углом, а параллельно (только с боковым смещением).

Двухвинтовые суда с внутренним вращением винтов обладают не­сколько худшими маневренными ка­чествами при работе винтов в раздрай, чем суда с наружным вращени­ем; вследствие того что гидростатиче­ские силы, возникающие на лопастях винтов, препятствуют отклонению кормы в нужную сторону. По этой причине на судах предпочитают устанавливать винты наружного вра­щения.

В большинстве случаев судовые радиолокаторы плохо обнаружи­вают знаки судоходной обстановки, поэтому на вершинах стандартных знаков устанавливают уголковые пассивные радиолока­ционные отражатели. Они представляют собой обычно три диска, квадрата и т. д., скрепленных перпендикулярно друг к другу. Диаметр диска или стороны квадрата обычно равны 20—40 см. Мас­сивные радиолокационные отражатели могут иметь и другую форму и размеры.

Маневренные возможности вин­тового судна во многом зависят от числа винтов и их конструкции. Как правило, чем больше винтов име­ет, , судно, тем лучше его маневренные качества. По конструкции гребные винты могут быть различными. На судах речного флота устанавливают преимущественно четырехлопастные винты фиксированного шага, которые в зависимости от направления вра­щения разделяются на винты правого {рис. 25) и левого вращения (шага). Винт правого вращения судна, идущего передним ходом, вращается по часовой стрелке, винт левого вращения— против часовой стрелки, если смотреть с кормы в носовую часть судна.

Рис. 25. Гребной винт правого вращения

Эффективность гребного винта во многом зависит от условий, в которых он работает, и прежде всего от степени его погруженности в воду. Оголенность винта или чрезмерная близость движительно-рулевого ком­плекса к поверхности воды значи­тельно ухудшают ходкость и управ­ляемость судна, а инерционные характеристики при этом суще­ственно отклоняются от номинальных (увеличиваются длина пути и время разгона, ухудшается процесс тормо­жения). Поэтому для обеспечения хороших маневренных качеств винто­вых судов нельзя допускать их плава­ние с большим дифферентом на носо­вую часть или порожнем (без необхо­димой балластировки).

Работающий гребной винт совер­шает одновременно два движения:

перемещается поступательно по оси гребного вала, придавая судну поступательное движение вперед или назад, и вращается вокруг той же оси, смещая корму в боковом направлении.

Рассмотрим характер потока во­ды от работающего гребного винта. Если он работает на передний ход, то образует за кормой судна струю воды, закрученную в сторону его вращения и направленную на перо руля (рис. 26, а). Давление воды на перо руля в этом случае зависит от скорости судна и частоты вращения винта: чем больше частота вращения винта, тем сильнее его влияние на руль и, следовательно, на управляе­мость судна. При движении судна передним ходом за его кормой образуется попутный поток, направ­ленный в сторону движения судна и под некоторым углом к кормовой части корпуса, который также влияет определенным образом на управляе­мость.

При работе гребного винта на задний ход закрученная струя воды направлена от винта в сторону носа (рис. 26, б) и оказывает давление не на перо руля, а на корпус кормовой части судна, вызывая отклонение кормы в сторону вращения винта. При этом чем больше частота


Рис; 26. Направления потока воды от работающего винта

вращения винта, тем сильнее его влияние на боковое смещение кормы судна.

При работе гребного винта на передний или задний ход образуется несколько сил, основными из которых являются: движущая сила, боковые силы на лопастях винта, сила струи, набрасываемой на перо руля или корпус, сила попутного или встречно­го потока от винта, а также силы сопротивления воды движению суд­на.

Управляемость одновинтовых су­дов. Рассмотрим влияние винта на управляемость судна на переднем хо­ду (рис. 27). Предположим, что одно­винтовое судно с винтом правого вращения находится в дрейфе, не имея ни поступательного, ни враща­тельного движения, и винт включен в работу на передний ход при положении руля прямо. В момент включения винта на передний ход его лопасти начинают испытывать сопро­тивление воды (силы реакции вин­та — гидростатические), направлен­ное в сторону, противоположную вращению лопастей.

Вследствие разности давлений воды по глубине погружения винта гидростатическая сила Da (рис. 27, а), действующая на лопасть III, больше, чем сила d], действующая на лопасть I, которая находится ближе к поверхности воды. Разность сил Da и di вызывает смещение кормы в сторону действия силы Da, т. е. вправо. Гидростатические силы Da и D4 направлены по вертикали в противоположные стороны и не оказывают воздействия на судно в горизонтальной плоскости. Несмот­ря на то, что первоначальный период, т. е. момент включения винта по времени очень короткий, судоводите­лю необходимо учитывать явление отрыскивания кормы в" сторону вращения винта.

После того как винт разовьет

Рис. 27. Схемы сил, возникающих при работе винта на передний ход

заданную частоту вращения, помимо гидростатических сил, образуются гидродинамические силы струи, на­брасываемой на перо руля (рис. 27, б). Установившийся режим работы винта на передний ход характеризу­ется тем, что лопасти I и III отбрасывают струи в сторону от пера руля, не оказывая на него давления, а лопасти II и IV набрасывают поток воды на руль. При этом гидродинами­ческая сила Рч значительно больше, чем P , вследствие разности давлений воды по глубине расположения лопастей II и IV, а также вследствие подсоса воздуха при верхнем положе­нии лопасти винта.

При установившемся вращении винта действия сил реакции воды, действующей на лопасти винта, и струи, набрасываемой на перо руля, стабилизируются, а за кормой судна образуется попутный поток с силой В, которая раскладывается на составля­ющие Ь\ и Ьч (рис. 27, в). Скорость попутного потока возрастает с увели­чением скорости судна и достигает максимального значения при устано­вившейся скорости полного хода судна. При этом наибольшая боковая составляющая Ь\ силы попутного

потока действует на кормовую часть корпуса судна в сторону, противо­положную вращению винта (т. е. при винте правого вращения — в левую сторону).

Таким образом, при установив­шемся движении на передний ход судно с винтом правого вращения подвержено воздействию суммы трех боковых сил: гидростатической силы D (силы реакции воды, действующей на лопасти винта), гидродинамиче­ской силы Р (силы струи, набрасыва­емой на перо руля) и боковой составляющей силы попутного пото­ка bi, причем (2P+Sbi)>SD.

Вследствие этого корма судна отклоняется в сторону направления суммы сил Р и Ь\, т. е. при винте правого вращения — влево, а при винте левого вращения—вправо. Отклонение кормы вызывает отклоне­ние носа судна в противоположную сторону, т. е. судно стремится произвольно изменить курс при винте правого вращения — вправо, а при винте левого вращения — влево.

Эти явления необходимо учиты­вать в практике управления одно­винтовым судном и помнить, что поворотливость таких судов на переднем ходу в сторону вращения винта значительно лучше, чем в про­тивоположную. Диаметр циркуляции одновинтовых судов с правым враще­нием винта вправо по ходу значитель­но меньше, чем влево, а у судов с левым вращением винта наоборот.

Рассмотрим влияние винта право­го вращения при его работе на задний ход. При включении в работу винта на задний ход его лопасти испытывают действие гидростатиче­ских сил, сумма которых направлена в левую сторону, так как Оз>0[ (рис. 28, а). Развив обороты, винт создает спиралеобразный поток во­ды, направленный под корпус и на кормовую часть корпуса, и не воздействует на руль. При этом гидродинамическая сила Р , действу-. ющая на корпус судна от струи, набрасываемой лопастью IV, больше, чем гидродинамическая сила Рг от струи, набрасываемой лопастью II

(рис. 28, б), вследствие того, что сила P4 действует на корпус почти перпендикулярно, а сила Р-г — под небольшим углом к корпусу. В ре­зультате этого корма судна отклоня­ется в сторону вращения винта.

При движении, задним ходом попутный поток не возникает и судно подвержено воздействию только сум­мы двух групп боковых сил: сил реакции воды и сил набрасывания струи на корпус, направленных в одну сторону, а также сил встречного потока. В связи с этим работа винта на задний ход оказыва­ет сильное влияние на управляе­мость, из-за чего отдельные суда на заднем ходу становятся неуправляе­мыми.

В практике судовождения необхо­димо учитывать, что при работе на задний ход одновинтовые суда с винтом первого вращения отбрасы­вают корму в сторону левого борта, а с винтом левого вращения — в сторону правого борта, причем поворачивающий момент гребного винта, как правило, больше повора­чивающего момента руля.

Во избежание потери управляемо­сти судна рекомендуется не задавать большую частоту вращения винта на задний ход и при необходимости переключать его на передний ход с кратковременным увеличением ча­стоты вращения.

Глазомерный способ. При управлении судном важно уметь быстро опреде­лять расстояния до ближайших объектов (например, до встречного судна, зна­ка и др.). В сложной и быстро меняющейся обстановке судоводитель не всегда имеет возможность произвести точное определение нужного расстояния с помо­щью измерительных инструментов или выполнять необходимые штурманские расчеты с применением различного рода навигационных устройств. Радиолока­тором не всегда можно воспользоваться, так как он имеет большую мертвую зону и требует заблаговременного включения.

Для приближенного определения расстояний существует несколько способов.

Точность глазомерного определения расстояний зависит от фона местно­сти, остроты зрения, освещенности, натренированности наблюдателя, величины расстояний и т. д. Глазомерный способ может служить лишь для приближенной оценки расстояний, так как на дистанции в 1 км и далее ошибки достигают 50% и больше, на малых дистанциях они значительно меньше, а у людей опытных не превышают 10%.

Величина ошибок при определении расстояний невооруженным глазом в зависимости от дистанции следующая: ближние дистанции (до 500 м) — 10%, средние (от 2 до 4 км) — до 20%, большие (свыше 4 км) — до 40—50%.

Для развития глазомера необходимо чаще упражняться в определении рас­стояний на глаз с высоты рулевой рубки или мостика и с последующей провер­кой его каким-либо другим способом. Упражнения необходимо проводить также ночью, обращая внимание на различную видимость и размер одних и тех же пред­метов при дневном, сумеречном освещении, а также в условиях постепенно на­растающей темноты.

Каждый человек имеет присущие лишь ему особенности различия предме­тов. Эти особенности необходимо выяснить при помощи систематических личных наблюдений. Наблюдения следует проводить до тех пор, пока ошибка в опреде­лении расстояний не будет превышать 10%. Установленные такими наблюде­ниями особенности зрения рекомендуется занести в памятку по следующей форме:

Памятку надо постоянно проверять, корректировать и пополнять новыми дан­ными, которые помогут наиболее точно определить расстояния. Полезно отме­чать в графе «Прочие» (факты) атмосферные явления, при которых ведется на­блюдение, пользуясь условными обозначениями, принятыми в метеорологии.

Занижение в определении расстояний происходит в большинстве случаев при ярком солнечном освещении, светлом фоне, ярко ос­вещенных и ярко окрашенных предметах, большой разнице в окраске предметов и фона, расположении предметов яркой окраски на однообразной местности, при чистом воздухе после дождя, положении Солнца за спиной, наблюдении снизу вверх.

Расстояния кажутся меньшими также на волнистой водной поверхности, когда отдельные участки невидимы, за водным пространством (например, про­тивоположный берег всегда кажется ближе, чем в действительности), при на­блюдении огней и при угрозе опасности.

Завышение в определении расстояний происходит при темном фоне местности, пестрой местности, маскирующей предмет, наблю­дении сверху вниз, мерцающем освещении, наблюдении против Солнца, пасмур­ной, тусклой, туманной или дождливой погоде, в сумерки и т. д.

По степени кажущегося уменьшения высоты предмета. Если известна высо­та объекта, то расстояние может быть определено по степени кажущегося умень­шения высоты предмета в зависимости от удаленности наблюдателя. Существует приближенная закономерность: если расстояние от наблюдателя до предмета в метрах 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, то кажущаяся доля высоты предмета, видимая наблюдателем, соответственно равна 2/3, 1/2, 1/3, 1/4, 1/5, 1/6, 1/7, 1/8, 1/9, 1/10 от истинной высоты предмета. Например, если истинная высота известного предмета равна 10м, а на определенном расстоянии кажущаяся высота составит 2 м, то доля от истинной высоты будет равна 1/5 м и, следовательно, предмет удален от наблюдателя примерно на 500 м.

Способ сопоставления измеряемого расстояния с единицей измерения. Из­вестной единицей измерения может служить в данном случае длина судна, бук­сирного троса и т. д. Эту единицу мысленно откладывают по измеряемому рас­стоянию, сумма уложившихся единиц составит измеряемое расстояние. Для удобства и более точного определения измеряемого расстояния рекомендуется разделить его мысленно пополам и на ближайшей половине откладывать выбран­ную единицу измерения. Для определения всего расстояния полученный резуль­тат надо удвоить.

По угловой величине судовых предметов. Способ прост, практичен, не тре­бует больших расчетов.

Как видно из рис. 76, высота глаза наблюдателя слагается из высоты мо­стика Н при действующей осадке судна и высоты h глаза наблюдателя над мо­стиком. Расстояние между наблюдателем и объектом по горизонтали S. Если соединить воображаемым лучом глаз наблюдателя с объектом (берег, судно, ба­кен и т. д.), то на основе подобия треугольников mok и трn можно написать так




- отсюда расстояние от наблюдателя
до предмета определится по формуле

Рис. 76. Определение расстояний по угловой величине судовых предметов

По данной формуле можно предвари­тельно рассчитать необходимые расстоя­ния. Для этого измеряют высоту судового предмета и расстояние до него от места, где находится, вахтенный штурман. Высоту мостика Н над уровнем воды для определе­ния величины D можно найти с помощью отвеса или по чертежу.

^; Таким образом, для основных осадок можно рассчитать несколько расстоя­ний, которые легко запомнятся в процессе работы. Можно составить памятную табличку или, например, разделить носовую мачту или флагшток делениями, со­ответствующими определенным расстояниям (500, 1000, 1500, 2000 и т. д.).

По правилу радиана. Известно, что для измерения величины углов приме­няется единица радиан, равная 57,3°. Отсюда можно приближенно считать, что предмет, занимающий 1° дуги круга, имеет величину, равную 1/60 ее радиуса. Таким образом, если какое-либо судно длиной 100 м занимает дугу, равную 1°, то, очевидно, что расстояние от наблюдателя до него будет в 60 раз больше, т. е равно 6000 м. Если это же судно занимает дугу в 10°, то расстояние от него до наблюдателя составит уже 600 м. Этот способ прост, но требует сведений о разме­рах предметов, до которых определяется расстояние.

С помощью бинокля. Между угловыми и линейными величинами сущест­вует зависимость: длина 1/6000 части окружности приблизительно равна 1/1000 ее радиуса. Если вообразить себя в центре окружности, проходящей через пред­мет, до которого определяется расстояние, то 1/6000 этой окружности (рис. 77, а) будет равна 1/1000 расстояния от центра до определяемого предмета. Следова­тельно, для определения расстояния до предмета, размеры которого известны, необходимо узнать, сколько тысячных долей дуги окружности занимает этот предмет.

Для подсчета числа метров, которым соответствует одна тысячная, общую величину данного предмета нужно разделить на замеренное число тысячных долей. Помножив полученное значение на 1000, получают определяемое рас­стояние.

Рис. 77. К определению расстояний с помощью бинокля:

а — зависимость между угловыми и линейными величинами; б — нахождение ты­сячных с помощью бинокля

Отсюда формула определения расстояния по угловым размерам предме­тов будет иметь такой вид:

где D —высота или ширина предмета, до которого определяется расстояние;

(р — угловая величина предмета (в тысячных).

Число тысячных можно подсчитать при помощи бинокля. Некоторые би­нокли снабжают угломерной сеткой, которая позволяет измерить углы в тысяч­ных. Сетка бинокля имеет деления: большие — равные 10 тысячным, которые в свою очередь разделены пополам малыми делениями, равными 5 тысячным.

Для измерения угловой величины какого-либо предмета надо навести на него бинокль и определить по сетке число тысячных, в пределах которых уме­стился наблюдаемый предмет (рис. 77, б).

Пример. Ширина встречного состава занимает на сетке бинокля 6 боль­ших и 1 малое деление, т. е. угловая величина состава равна 65 тысячным. Ширина состава, состоящего из двух лесовозных барж, учаленных пы­жом, — 26 м. Найти расстояние до состава.

Недостаток рассмотренного способа — необходимость знать величину пред­мета, до которого определяется расстояние.

По времени и скорости движения судна. Пройденный судном путь опреде­ляется как произведение времени движения от последнего известного пункта на скорость хода. Откладывая на карте вычисленное расстояние, определяют ме­стонахождение судна, которое затем уточняют на местности по приметным объек­там. Расстояния могут быть определены также по навигационным картам и спра­вочникам.