Практическая работа

«ИНЕРЦИОННО-ТОРМОЗНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СУДНА

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПАССИВНОГО И АКТИВНОГО ТОРМОЖЕНИЯ СУДНА».

Цель работы:

1. Приобретение курсантами основных знаний по маневренным характеристикам судна.

2. Научить курсантов методики расчетов элементов торможения и порядку пользования Универсальной диаграммой торможения.

3. Научить курсантов построению линейных графиков торможения судна.

Общие сведения.

При управлении судном в различных условиях плавания: на акватории порта, рейда, в узкостях, при расхождении судов в море, а также в аварийных ситуациях судоводителю необходимо знать инерционно-тормозные характери­стики своего судна.

Для описания судна, как объекта управления, используют маневренные ха­рактеристики. Все маневренные характеристики подразделяются на две основ­ные группы: инерционно-тормозные и поворотливости.

В соответствии с классификацией к инерционно-тормозным характеристикам относятся: разгон, подтормаживание, пассивное торможение и активное торможение.

К характеристикам поворотливости относятся: постоянная времени задержки поворота Т(δ); устойчивость на курсе, критерий Q; зона неустойчивости ±ω_о, ±δ_ро ; одерживания поворота, время t_о(δ) и угол θ_о(δ); выдвиг, l₁(δ); прямое смещение, l₂(δ); тактический диаметр D_m(δ); диаметр установившейся циркуляции D_y(δ) и период циркуляции Т(V,δ).

Количество характеристик торможения и форма их представления, которые должны быть на судне, определяются рекомендациями ИМО и требованиями национальных нормативных документов Украины (РШСУ - 98).

При назначении .режима движения судна используют условное деление всей мощности на части, равные 0.7, 0.5, 0.3 от мощности полного переднего хода. Для обозначения режимов движения будем использовать условные обозначения, рекомендованные РШСУ -98: ПП - передний полный ход; ППм - передний полный маневренный ход; ПС - передний средний ход; ПМ - передний малый ход; ПСМ - передний самый малый ход; ЗП - задний полный ход; ЗС -задний средний ход; ЗМ - задний малый ход; ЗСМ - задний самый малый ход.

Пассивное торможение представляет собой процесс уменьшения скорости при движении судна с неработающим движителем, за счет сопротивления воды.

Активным торможением называется процесс уменьшения скорости движения судна за счет упора винта, работающего на задний ход.

Разгон представляет собой процесс увеличения скорости от низшей ступени к высшей. Особым случаем такого маневра является разгон из неподвижного состояния и разгон с переложенным рулем.

Подтормаживанием называется процесс уменьшения скорости от высшей ступени движения к низшей.

Для описания каждого из приведенных выше режимов движения применяют дифференциальные уравнения, которые описывают перемещение центра тяжести по продольной оси.

Процесс пассивного торможения судна описывается дифференциальным выражением:

где: – масса судна с учетом присоединенной массы воды;

V – текущая скорость судна;

k – коэффициент сопротивления воды.

Он имеет два периода - прохождение команды t¹ от момента подачи команды "Стоп" до прекращения подачи топлива на главный двигатель (и обычно его принимают равным 10 с) и собственно пассивное торможение t¹¹ от начальной скорости V_н до конечной скорости V_к, которую принимают равной 0.2 V_н или скорости потери управляемости, что наступит раньше.

=

где: t¹¹ – время второго периода торможения;

m – масса судна с учетом присоединенной массы воды;

K – коэффициент сопротивления воды;

V_н – начальная скорость судна;

V_к – конечная скорость судна.

S¹¹=

где: S¹¹ – расстояние, пройденное судном за второй период торможения;

m – масса судна с учетом присоединенной массы воды;

к – коэффициент сопротивления воды;

V_н – начальная скорость судна;

V_к – конечная скорость судна.

В первый период судно продолжает двигаться с постоянной скоростью, равной начальной скорости перед маневром торможения.

Второй период при пассивном торможении - это время от момента пре­кращения подачи топлива на двигатель до заданного значения снижения скорости. Следует отметить, что зафиксировать полную остановку судна при пассивном торможении невозможно, т. к. процесс торможения в данном случае (при отсутствии внешних воздействий) уходит в бесконечность. Поэтому в «Рекомендациях по организации пггурманской службы» (РШСУ- 98) рекомендуется маневр пассивного торможения выполнять, в общем случае при падении скорости не менее чем на половину, до скорости, равной 0,2 от начальной или скорости потери управляемости, что наступит раньше.

Таким образом, элементами маневра пассивного торможения будут время t и путь S, которые определяются соответственно по формулам:

t_пт=t¹+t¹¹

где: t_пт - суммарное время маневра торможения, сек.;

t¹ - время первого периода торможения, сек.;

t¹¹ - время второго периода торможения, сек.

S_пт=S¹+S¹¹

где: S_пт - суммарное расстояние, пройденное судном за время маневра пассивного торможения, кбт.;

S¹ - расстояние, пройденное судном за первый период торможения, кбт.;

S¹¹ - расстояние, пройденное судном за второй период торможения, кбт.

Очевидно, что расстояние, пройденное судном в течение первого периода (периода прохождения команды, когда скорость судна остается постоянной, равной начальной скорости перед маневром торможения) будет равно:

S¹=V_н t¹

где V_н - скорость судна в начале маневра, узл.

Время второго периода t¹¹ и расстояние, пройденное судном за второй период S¹¹, можно рассчитать по формулам и определить по универсальной диаграмме торможения.

Универсальная диаграмма торможения, разработанная С. И Деминым, со стоит из двух частей, левой и правой, которые разделяются вертикальной линией 0-0, которая соответствует коэффициенту активности торможения а=0.

В левой части на нижней и верхней шкалах - численные значения (начиная от вертикали 0-0) коэффициента активного торможения « а ».

В правой части на нижней шкале - условные величины произведения начальной скорости в узлах на время в секундах V_нt (узл сек).

На верхней шкале - расстояние (путь) S в кабельтовых, которое проходит судно при выполнении маневра торможения.

Кроме того, в нижней и верхней частях диаграммы имеются серии кривых: отношения конечной скорости к начальной скорости маневра V_k/V_н и соответствующие им серии нижних (исходящих из нижнего 0) и верхних (исходящих из верхнего 0) лучей параметра D/К (где D- водоизмещение судна в тоннах, а К - коэффициент общего сопротивления подводной части судна в воде).

Для входа в универсальную диаграмму по параметру D/К необходимо предварительно рассчитать значение К, по формуле:

К=5880+0,654Ω

где Ω - площадь смоченной поверхности, м²;

В - ширина судна, м;

Т_ср - осадка судна средняя, м.

Площадь смоченной поверхности равна:

Ω=D^2/3

где D - водоизмещение судна, т.

Определение времени второго периода торможения по универсальной диаграмме.

Входим в диаграмму снизу по вертикали из точки а = 0 (двигатель не работает) до пересечения с кривой отношения скоростей V_к /V_н соответствующего нашему случаю. Из точки пересечения проводим горизонталь до пересечения с лучом, равным нашему (рассчитанному) параметру D/К и исходящим из нижней нулевой точки 0. Из точки пересечения проводим вертикальную линию до нижней шкалы и снимаем с неё отсчет условной величины V_нt произведения начальной скорости в узлах на время в секундах. Разделив найденное произведение на начальную скорость V_н (в узлах), найдем время t (в секундах) пассивного торможения.

Входим в диаграмму сверху по вертикали из точки а = 0 (двигатель не работает) до пересечения с кривой отношения скоростей, соответствующего нашему случаю и расположенного в верхней части диаграммы.

Из точки пересечения проводим горизонтальную линию до пересечения с лучом, равным нашему (рассчитанному) параметру D/К и исходящим из верхнего 0. Из этой точки пересечения проводим вертикальную линию вверх до шкалы S и снимаем по ней отсчет, соответствующий расстоянию (в кабельтовых), пройденному судном при выполнении маневра пассивного торможения.

Порядок расчета:

Исходные данные:

Водоизмещение судна D=20300т.

Ширина судна B=22,2м.

Средняя осадка Т_ср=9,16м.

Скорость судна V_н=17,2узл

1.Расчитываем пройденное расстояние судном S¹, приняв значение t¹=10сек.:

S¹=V_н t¹= 10=0,48кбт.

2.Расчитывааем площадь смоченной поверхности:

Ω=D^2/3 =20300^{2/3 2}

3.Расчитываем значение коэффициента К:

К=5880+0,654 4500 =10462

4.Расчитываем отношение D/К:

D/К=20300/10462=1,94

5.Определяем по универсальной диаграмме время второго периода торможения и путь второго периода торможения, а результаты сводим в таблицу.

Первый период	Vн,узл t1,сек S1,кбт		17,2 10 0,48
Второй период	V/Vн=0.8	Vнt, узл.сек (с УД) T=(Vнt)/Vk. Ctr/ S кбт. (с УД) V=(V/Vн)Vк, узл	1100 64 2,6 13,8
	V/Vн=0.6	Vнt, узл.сек (с УД) T=(Vнt)/Vk. Ctr/ S кбт. (с УД) V=(V/Vн)Vк, узл	2800 163 6,1 10,3
	V/Vн=0.4	Vнt, узл.сек (с УД) T=(Vнt)/Vk. Ctr/ S кбт. (с УД) V=(V/Vн)Vк, узл	6500 378 11,0 6,9
	V/Vн=0.2	Vнt, узл.сек (с УД) T=(Vнt)/Vk. Ctr/ S кбт. (с УД) V=(V/Vн)Vк, узл	16700 970 19,5 3,4

6.Строим графики функций V=f(t) и S=f(t)

Контрольные вопросы

1. Что является инерционно - тормозными характеристиками судна?

2. Что такое пассивное торможение?

3. Что называется временем прохождения команды?

4. Что такое второй период при пассивном торможении?

5. До какого значения конечной скорости рекомендуется выполнять маневр пассивного торможения?

6. По каким параметрам необходимо входить в универсальную диаграмму торможения?

7. Что такое коэффициент активности торможения « а »?

8. Как по универсальной диаграмме определить величину времени пассивного торможения?

9. Как определить путь, пройденный судном за время пассивного торможения?

Список используемой литературы:

1.Скопцов В.И. учебник Управление судном. М.Транспорта 1991г.

2.Щетинина учебник Управление судном М.Транспорта 1995г.

3.Цурбан А.И. Определение маневренных элементов судна М.Транспорта 1977г.

Варианты заданий для выполнения лабораторной работы

№ № п/п	D тонны	В метры	Тср метры	Vн узлы	№ № п/п	D тонны	В метры	Тср метры	Vн узлы
1	20860	21,8	9,04	13,6	16	8090	20,6	4,34	13,3
2	8350 .	17,0	7,53	12,0	17	8200	20,6	4,51	12,9
3	23000	21,8	10,0	13,5	18	8430	21,8	4,3	14,2
4	19250	20,6	9,39	11,9	19	8700	21,2	4,6	15,6
5	20560	21,2	9,74	14,1	20	5220	17,0	5,28	12,8
6	18270	20,6	8,98	12,3	21	8460	21,8	4,04	11,8
7	18110	20,2	9,0	16,7	22	10000	17,0	7,2	13,8
8	16890	19,4	8,77	12,0	23	22230	21,8	9,73	16,7
9	18500	20,6	9,09	11,3	24	20300	22,2	9,16	13,7
10	18500	20,3	8,8	13,0	25	8660	20,3	4,4	14,3
11	25000	12,4	9,8	16,7	26	66000	31,8	12,3	12,4
12	21200	22,8	9,94	13,0	27	11500	22,2	5,59	14,3
13	9985	20,6	5,86	11,2	28	35000	31,8	8,05	12,7
14	7530	19,4	4,3	13,0	29	13600	25;4	6,3	15,5
15	8490	20,2	4,66	12,3	30	10250	21,8	5,0	14,7