Практическая работа

«ВЫБОР МЕСТА ЯКОРНОЙ СТОЯНКИ. СПОСОБЫ ПОСТАНОВКИ СУДНА НА ЯКОРЬ».

Цель работы:

Целью настоящей лабораторной работы является закрепление теоретических знаний по расчету безопасной якорной стоянки путем анализа физических процессов, происходящих при постановке на якорь в условиях ветра и течения, Поэтому задачей при выполнении настоящей лабораторной работы курсантами является:

1. Приобретение практических навыков по безопасному маневрированию при постановке на якорь в любых погодных условиях.

2. Приобретение знаний по пониманию физических процессов, происходящих при постановке якорь в условиях ветра и течения.

3. Приобретение навыков по выполнению практических расчетов сил, действующих надводную и подводную части судов, выбору необходимой длины якорной цепи, а также безопасного радиуса якорной стоянки.

Методические указания учитывают требования Международной конвенции о подготовке и дипломированию моряков и несения вахты STCW-95 и нормативных документов Министерства транспорта Украины.

Основные теоретические сведения.

Обеспечение безопасности при выполнении якорных операций является одним из самых важных вопросов для судоводителей. Перед постановкой на якорь необходимо выполнить целый ряд подготовительных мероприятий. Они включают в себя: тщательное изучение навигационных, гидрометеорологических и физико-географических условий в районе предполагаемой постановки на якорь. При этом учитываются цели и продолжительность стоянки. При выборе места для постановки на якорь рекомендуется учитывать: размеры акватории для маневрирования; защищенность места от ветра, волнения и наличие течения; обеспеченность навигационными ориентирами для определения места и контроля положения судна; глубину моря, рельеф дна и характер грунта, наличие приливоотливных явлений; состояние и прогноз погоды.

После выбора места рекомендуется составить план движения, с указанием точек изменения курса и скорости и с учетом маневренных характеристик. Подготовка самого судна заключается в: подготовке к реверсированию главного двигателя, к работе якорного устройства, проверке средств связи и сигнализации (мостик - машина, мостик - бак, мостик - пост регулирования движения).

В процессе постановки на якорь можно выделить следующие этапы: выбор места стоянки; подготовка судна и якорного устройства; подход к месту стоянки; маневрирование при постановке на якорь; выбор длины якорной цепи и отдача якоря; выход на канат и оценка условий стоянки, контроль за надежностью стоянки и положением судна.

Если глубина моря в месте якорной стоянки превышает 30 м, то якорную цепь в процессе отдачи якоря необходимо травить с использованием электродвигателя брашпиля, с учетом его остановки за 5-10 метров от грунта, после чего разобщают цепной барабан и далее отдают якорь, регулируя натяжение якорной цепи ленточным стопором.

После выхода на канат диаметральная плоскость судна занимает положение, соответствующее направлению равнодействующей сил давления ветра, течения и инерции. При этом происходит рыскание судна как вокруг точки постановки на якорь, так и вокруг вертикальной оси с орбитальным перемещением на волнении.

Минимальный размер акватории, необходимый для обеспечения безопасной якорной стоянки определяется радиусом окружности R, состоящим из суммы участка цепи, лежащей на грунте а_пр и горизонтальной проекции участка цепи от клюза до точки О, касания грунта цепью и максимальной длины судна L_max.

(1)

При этом X в первом приближении (без учета провисания цепи) можно рассчитать по формуле:

(2)

При определении величины R необходимо учитывать навигационный запас ∆R, на случай дрейфа или необходимости иметь больше акваторию для маневрирования при постановке или съемке с якоря.

(3)

Величину навигационного запаса ∆R рекомендуется принимать не менее 20% от значения . Обычно площадь круга радиуса R называют местом якорной стоянки.

Не рекомендуется выбирать якорную стоянку с глубинами, меньше чем рассчитанная по формуле:

(4)

Схема стоянки судна на якоре

Держащая сила якорного устройства зависит от характера грунта. Наилучшей держащей силой обладают песчаные и илисто-песчаные грунты. Стоянка на скальных грунтах может привести к невозможности поднять якорь в тех случаях, когда он зацепится за выступ скалы или обрыву цепи и потере якоря, что классифицируется как авария.

Для обеспечения безопасной якорной стоянки необходимо, чтобы держащая сила якорного устройства Т_д была бы больше, чем суммарная сила воздействия внешних сил, стремящихся снести судно с места якорной стоянки. К таким силам относятся: сила давления ветра Р_в, сила давления течения Р_т, сила давления волнения P_волн и инерционные силы Р_ин.

Держащую силу якорного устройства можно рассчитать по формуле:

(5)

где k – коэффициент держащей силы якоря, зависящий от его конструкции и характера грунта. Для якорей Холла на илисто-песчаных грунтах ;

f - коэффициент присасывания цепи к грунту, для илисто-песчаных грунтов .

В формуле (5) составляющая Т_д= G·k представляет собой держащую силу якоря, а составляющая - держащую силу якорной цепи. Здесь будет уместно отметить, что увеличение держащей силы якоря, за счет участка лежащей на грунте якорной цепи может быть увеличено примерно на 20%, то есть Т_д≈1,2·Т_д^’.

Для зачета потери веса якоря и якорной цепи в воде вводят коэффициент µ, который определяется соотношением удельных весов морской воды и стали по формуле:

(6)

Суммарное воздействие внешних сил на судно, стоящее на якоре, можно определить по формуле:

(7)

Сила давления от ветра Р_в, зависит от скорости и направления ветра, площади парусности надводной части корпуса судна. Ее можно рассчитать по формуле:

(8)

где С_в - безразмерный коэффициент воздушного сопротивления, лежит в пределах от 0.6 до 1.0;

ρ=1.25 кг/м³ – массовая плотность воздуха;

W_эф - эффективная скорость ветра, принимаемая равной удвоенному значе­нию средней скорости ветра, что позволяет учесть увеличение скорости при шквалах, т.е. W_эф = 2 V_ср;

q_W - курсовой угол ветра;

Р_т- сила давления, учитывающая воздействие течения на корпус судна и застопоренные винты, зависит от площади смоченной поверхности и скорости течения, можно рассчитать по формуле:

, (9)

где Ω - площадь смоченной поверхности корпуса судна, м². Величину площади смоченной поверхности можно рассчитать по формуле:

(10)

Расчеты сил давления волн и инерционных сил весьма трудоемки. По этой причине для практических расчетов их можно принять равными 20% от (Р_В+Р_Т) тогда полную силу от действия внешних сил можно рассчитывать по формуле:

(11)

Как мы уже ранее отмечали, условием обеспечения безопасной якорной стоянки является необходимость того, чтобы держащая сила якорного устройства была бы больше воздействия внешних сил, т.е. Т_д>Р_вс.

Поскольку мы не можем изменить действие внешних сил, то единственным средством влияния на обеспечение безопасности якорной стоянки, является выбор длины якорной цепи лежащей на грунте с учетом формулы (5). Минимальное ее значение можно определить, разрешив формулу (5) относительно параметра по формуле:

, (12)

Если в результате расчета, значение будет меньше или равно нулю, то значение l_я будет равным l_мин; если же будет больше нуля, то l_Я будет соответственно равно l_Я +а_пр.

В результате выполненных расчетов может оказаться, что требуемая минимальная длина якорной цепи, лежащая на грунте, больше чем длина всей цепи, имеющейся на судне для одного из якорей. В этом случае безопасная якорная стоянка может быть обеспечена постановкой судна на два якоря, и соответствующим увеличением держащей силы якоря в два раза. При выполнении работы будем полагать, что на судне имеется до 12 смычек (по 25 м) на каждом клюзе.

В зависимости от действующих горизонтальных сил и глубины моря существует минимальная длина якорной цепи l_мин, при которой обеспечивается использование держащей силы якоря. Ее значение можно рассчитать по формуле:

(13)

С учетом зависимостей (12) и (13) общая длина вытравленной якорной цепи до клюза l_я будет равна:

(14)

Вопросы по лабораторной работе.

1. Какие типы якорей Вы знаете, и какие наиболее часто используются на морских судах?

2. По каким источникам и как производят выбор места якорной стоянки?

3. Изобразите схему маневрирования при подходе к месту стоянки и отдачи якоря.

4. Как определяется держащая сила якоря и от чего она зависит?

5. Что такое минимальная длина якорной цепи и как её определить?

6. Как влияет на держащую силу якоря участок цепи, лежащий на грунте?

7. Что такое якорное место и как определяют его размеры?

8. Какие особенности якорной стоянки в штормовую погоду?

9. Как производится контроль места при стоянке на якоре? 10.Как рассчитать радиус безопасной якорной стоянки?

10. От чего зависит минимальная глубина под килем при якорной стоянке?

При выполнении расчетов, по обеспечению безопасной якорной стоянки, будут использоваться параметры и условные обозначения, приведенные в таблице.

Рекомендуемая литература.

1. . Управление судном. Учебник. Под редакцией В.И. Снопкова. - М.: Транспорт, 1991. - 359 с.

2. . Мальцев А.С. Управление движением судна. Одесса: Весть, 1995. -235 с.

3. . Управление судном и его техническая эксплуатация. Е.И. Жуков, М. Н. Либензов, М. Н. Письменный и др. - М.Транспорта, 1983. - 655 с.

4. . Кондрашихин В.Т., Берлинских Б.В., Мальцев А.С, Козырь Л.А. Справочник судоводителя по навигационной безопасности мореплавания. Одесса: Маяк, 1990.

5. . Практическое кораблевождение. Книга 2.Под ред. А.П.Михайловского. Л. ГУНиО МО 1988. 271 с.

6. . Васильев А.В, Управляемость судов. – Л. Судостроение, 1989.-328 с

7. . Справочник по теории корабля: В трех томах. Том 3. Управляемость водоизмещающих судов. Гидродинамика судов с динамическими принципами поддержания. Под редакцией

Я. И. Войткунекого. Л. Судостроение,1985.-544 с

График для расчета якорной стоянки.