Згідно з резолюцією ІМО № А-209 і № 285, кожному судну рекомендується мати на борту «Інформацію капітану про маневрених елементах судна». Інструкцією з організації штурманської служби на суднах України (РШСУ-98) передбачено мінімум відомостей, що включаються в таку «Інформацію», а також форма їх подання.
Повороткість судна видається в «Інформації» у вигляді накреслених в масштабі траєкторій руху судна на циркуляції при перекладки керма «на борт» і на 15 градусів вправо і вліво. На траєкторії вказуються точки, що відповідають певним змінам курсу з початку циркуляції, а саме: в першій чверті циркуляції - через 10 градусів, в другій - через 30 градусів і далі - через 90 градусів.
За інерційно-гальмівним характеристикам в «Інформацію» включаються відомості про пасивному гальмуванні і гальмуванні повним заднім ходом, відповідно, з повного морського, повного маневреного, середнього, малого і самого малого передніх ходів. Ці відомості для кожного маневру наводяться у вигляді лінійного вертикального графіка, вертикальна довжина якого в прийнятому масштабі висловлює гальмівний шлях. Через кожну хвилину часу від початку гальмування на лінійних вертикальних графіках робляться зарубки, проти яких вказується швидкість судна в даній точці. На початку графіка, внизу, вказується початкова швидкість для даного маневру.
Малюнок 1. - Класифікація маневрених характеристик.
Графіки для активного гальмування будуються до повної зупинки судна, а для пасивного - до швидкості, що становить 20% від швидкості повного ходу судна. Елементи повороткості, розгону і гальмування будуються для двох станів судна - в вантажу і баласті. У «Інформацію» включаються також елементи ходкости у вигляді таблиць і графіків залежності швидкості судна від частоти обертання гвинта в вантажу і баласті.
Маневрені елементи можуть визначатися будь-якими способами, що забезпечують точність кінцевих результатів, не гірше +/- 10% від вимірюваної величини. Натурні вимірювання допускається проводити при вітрі до 4 балів і хвилюванні до 3 балів.
Загальні відомості про інерційно-гальмівних властивостях судна
При управлінні судном на акваторії портів, рейдів, в узкостях, при розбіжності в море з іншими судами, а також в аварійних ситуаціях виникає необхідність в зміні швидкості судна. Зміна швидкості судна, що володіє великою масою, відбувається головним чином під впливом двох сил: сили упору рушія і сили опору води. При цьому маса судна при його прискорення або уповільнення (позитивному або негативному) породжує силу інерції, завжди перешкоджає зміни швидкості руху.
Здатність судна змінювати швидкість свого руху в часі під спільним впливом сили упору рушія і сили опору води при різних початкових умовах прийнято називати інерційно-гальмівні характеристики (ІТХ).
Рух судна в процесі зміни швидкості, описується першим рівнянням системи (1). Для випадку прямолінійного руху, при відсутності вітру і прямому положенні керма, коли сила Ах (поздовжня аеродинамічна сила) і Ррх (поздовжня сила тиску води на кермо) несуттєві, маємо:
де mx - маса судна з урахуванням приєднаної маси води при русі по осі Х
R - сила опору води, Н;
Pe - сила упору гвинта (гвинтів), Н.
Знак мінус перед силою опору вказує на те, що вона завжди спрямована проти руху, а знак плюс перед силою упору гвинта означає, що упор направлений вперед, а знак мінус - назад.
Твір маси на прискорення являє собою силу інерції.
При гальмуванні судна прискорення має негативний знак, тобто відбувається його уповільнення. Залучена маса води при русі по осі Х часто приймається рівною 10% маси судна. При цьому умови маса судна з урахуванням приєднаної маси води розраховується за формулою:. (2.2)
де D - водотоннажність судна, т.
Сила опору води зазвичай приймається пропорційною квадрату швидкості, тобто
де - коефіцієнт пропорційності;
V - швидкість судна, м / с.
Сила опору води, дорівнює:
де - безрозмірний гідродинамічний коефіцієнт повного опору, що залежить від форми (обводів) і стану його поверхні (шерховатая);
- масова щільність води (приймається в розрахунках = 1 020 кг / м 3)
- площа змоченої поверхні, м 2.
Сила упору ізольованого гвинта (без урахування взаємодії з корпусом) визначається за формулою:
де-частота обертання гребного гвинта;
Dв - діаметр гвинта, м;
Кр - коефіцієнт упору гвинта.
Ця формула дає надійні результати, коли гвинт не має поступального руху вперед або назад, Однак якщо рух відбувається зі зміною швидкості, то виникають перехідні процеси, які суттєво впливають на силу упора, що особливо проявляється в режимі гальмування.
7. Особливості реверсування різних видів рушійних
Реверс головного двигуна не може бути виконаний миттєво, тому активному гальмування завжди передує ділянку пасивного. Тривалість періодів активного і пасивного гальмування залежить від типу пропульсивного комплексу двигун - рушій. (Propulsus (латинь) - штовхається вперед, що підганяється).
В якості головних двигунів найбільш часто використовують: двигуни внутрішнього згоряння (ДВЗ), турбозубчатий агрегати (ТЗА) і гребні електродвигуни (Гед). Як рушіїв використовуються: гвинти фіксованого кроку (ВФШ) і гвинти регульованого кроку (ГРК), які утворюють пропульсівние комплекси: ДВС - ВФШ, ТЗА - ВФШ, Гед - ВФШ, а також будь-який двигун - ГРК.
Реверсування ДВС - ВФШ.
На більшості теплоходів встановлюються низькообертовий ДВС, безпосередньо пов'язані з гребним валом. Для виконання реверсу спочатку закривається подача палива на ДВС. Коли обороти знизяться, з пускових балонів в циліндри подається стиснене повітря, який провертає двигун в зворотному напрямку, після цього впорскується паливо і відбувається запуск двигуна на паливі.
Для цього комплексу характерний уповільнений реверс при гальмуванні з повного переднього ходу. Це пояснюється тим, що тиск контрвоздуха зазвичай недостатньо для подолання моменту, прикладеного до гвинта з боку набігаючого потоку води і працює в режимі гідротурбіни. Для впевненого запуску ДВС необхідно, щоб обороти гвинта, що обертається в режимі гідротурбіни, знизилися до значення 25 - 35% від оборотів повного переднього ходу, що буде відповідати 60 - 70% зниження швидкості судна від повного переднього ходу. При цьому судно тривалий час рухається за інерцією.
Якщо ж гальмування виконується при зниженій швидкості, то реверс виконується швидко за 10 - 15 з і шлях гальмування різко скорочується.
Реверсування ТЗА - ВФШ.
Для реверсування на турбохода використовується турбіна заднього ходу, потужність якої становить приблизно 50% від потужності турбіни переднього ходу. Обидві турбіни мають загальний вал.
Для виконання реверсу спочатку перекривають пар на турбіну для руху вперед, потім відкривають пар на сопла турбіни заднього ходу. Оскільки ротор турбіни обертається з високою частотою (кілька тисяч об / хв.), То його зупинка за допомогою турбіни заднього ходу не може бути виконана миттєво. Проте, реверс турбіни з повного переднього ходу виконується швидше, ніж на теплоходах, однак упор гвинта на задній хід у них невеликий. Тому при малих швидкостях гальмівні характеристики турбохода значно гірше, ніж на теплоходах.
Реверсування Гед - ВФШ.
Існують різні типи електроприводів на постійному і змінному струмі. Суднові енергетичні установки зазвичай складаються з декількох дизель - або турбогенераторів, що живлять гребні електродвигуни, що дозволяє оперативно варіювати потужностями, в залежності від умов роботи судна, наприклад, на многовінтових криголамах. Реверсування електродвигунів здійснюється коммутирования напруги живлення. Гальмівні характеристики електроходів дещо краще, ніж у теплоходів.
Зміна напрямку упору ГРК відбувається в результаті повороту лопатей гребного гвинта без зміни напрямку обертання двигуна і без зниження частоти обертання. Швидкість реверсування ГРК залежить від швидкості спрацьовування приводу повороту лопатей. Приводи ГРК дозволяють змінити крок гвинта з повного переднього на повний задній хід за 5 - 10 с, що забезпечує різке зменшення шляху і часу гальмування. Суду, обладнані ГРК з такими приводами, мають найкращі гальмівними характеристиками.
Під гальмівними характеристиками маються на увазі час і шлях гальмування в залежності від величини початкової швидкості і водотоннажності судна. Гальмування буває пасивним і активним.
Криволінійна траєкторія, описана центром тяжіння судна в процесі гальмування, називається гальмівним шляхом. Найкоротша відстань від початку гальмування до зупинки судна або до заданої швидкості називається вибігом.
У загальному випадку процес гальмування прийнято ділити на три періоди.
Перший період проходження команди до моменту закриття палива на ДВС, пара на ТЗА або виключення живлення на Гед. Він становить приблизно 5 10 с.
Другий період-пасивне гальмування триває з моменту припинення подачі палива (пара) на двигун, до моменту реверсу.
Третій період-активне гальмування триває з моменту реверсу до моменту повної зупинки судна або зниження швидкості до заданого значення.
Повний час Т і повний гальмівний шлях S визначаються, як суми елементів трьох періодів
На судах з ГРК початком третього періоду можна вважати момент проходження лопатями нульового (нейтрального) положення.
Кількість характеристик гальмування і форма їх подання, які повинні бути на судні, визначаються рекомендаціями ІМО і вимогами національних нормативних документів України (РШСУ-98) [3]. При призначенні режиму руху судна використовують умовний розподіл всієї потужності на частини, рівні 0.7, 0.5, 0.3 від потужності повного переднього ходу.
Для позначення режимів руху будемо використовувати умовні позначення, рекомендовані РШСУ -98: ПП - передній повний хід; ППМ - передній повний маневрений хід; ПС - передній середній хід; ПМ - передній малий хід; ПСМ - передній найменший хід; ЗП - задній повний хід; ЗС - задній середній хід; ЗМ - задній малий хід; ЗСМ - задній найменший хід.
Для опису кожного з наведених вище режимів руху застосовують диференціальні рівняння, які описують переміщення центру ваги по поздовжній осі. Їх отримують з системи рівнянь (1).
Пасивне торможеніепредставляет собою процес зменшення швидкості при русі судна з непрацюючим рушієм, за рахунок опору води.