10.2. Циркуляция судна. Периоды и элементы циркуляции

Основной характеристикой поворотливости судна служит траектория, описываемая центром тяжести судна при его движении с рулем, переложенным на постоянный угол (рис.10.1). Эта траектория, а также сам процесс движения судна, называются циркуляцией.

П

Рисунок 10.1. Циркуляция судна и ее элементы.

роцесс циркуляции принято разделять на три периода. Первый период, называемый маневренным, начинается с момента начала перекладки руля и заканчивается моментом окончания его перекладки. Второй период, называемый эволюционным, начинается с конца первого и заканчивается, когда параметры циркуляции примут установившийся характер. Третий период, называемый установившейся циркуляцией, начинается с окончания второго и продолжается до тех пор, пока руль остается в переложенном состоянии.

Сама траектория ЦТ судна характеризуется следующими параметрами (рис.10.1):

• диаметр установившейся циркуляции – диаметр окружности, описываемой ЦТ судна в третьем периоде циркуляции;

• выдвиг – расстояние, на которое смещается ЦТ судна в направлении первоначального курса с момента начала перекладки руля до точки, соответствующей изменению курса на 90°;

• прямое смещение – расстояние, на которое смещается ЦТ от линии первоначального курса до точки, соответствующей изменению курса на 90°;

• обратное смещение – наибольшее расстояние, на которое смещается ЦТ судна от линии первоначального курса в сторону, противоположную повороту;

• угол дрейфа - угол между вектором скорости ЦТ судна и диаметральной плоскостью;

• тактический диаметр – расстояние между диаметральной плоскостью судна в начале поворота (на первоначальном курсе) и после изменения курса на 180°.

Численные значения указанных параметров циркуляции лежат в следующих пределах.

; ; ; . (10.1)

При движении судна на мелководье практически изменяются все элементы, характеризующие циркуляцию.

Увеличение диаметра установившейся циркуляции на глубине может быть определено по кривой рис.10.2, построенной по данным натурных и модельных испытаний, в зависимости от отношения осадки судна к глубине воды. Эта кривая является стабильной для судов разных типов. Пользуясь этой кривой, диаметр установившейся циркуляции на мелководье можно определить по формуле:

(10.2)

г

Рисунок 10.2. Зависимость коэффициента К_Н, учиты-вающего влияние мелководья на диаметр циркуляции.

де – диаметр циркуля-ции на глубокой воде, а определяется по рис.10.2.

Кроме изменения элементов циркуляции мелководье увеличивает степень неустойчивости судна на курсе, рыскливость которого иногда возрастает до такой степени, что делает затруднительным удержание судна на прямом курсе.

10.3. Силы и моменты, действующие на судно при циркуляции

К

Рисунок 10.3. Силы действующие на судно при циркуляции на переднем ходу.

огда судно с переложенным на некоторый угол рулем описывает циркуляцию, на него действуют следующие силы (рис.10.3):

• сила на отклоненном руле , которую можно представить составляю-щими и ;

• центробежная сила с составляющими и ;

• сила, действующая на погруженную часть корпуса с составляю-щими и .

Сила в начальной стадии циркуляции приложена в носовой части судна, но по мере роста угла дрейфа и вследствие неравномерности распределения угла дрейфа по длине судна от нуля в полюсе поворота (ПП), который находится в носовой части (основание перпендикуляра, опущенного из центра циркуляции на диаметральную плоскость), с возрастанием в корму, точка приложения силы R смещается в корму за ЦТ судна, благодаря чему моменты всех сил относительно ЦТ при установившейся циркуляции оказываются уравновешенными. Кроме того, при циркуляции появляется дополнительная боковая сила на гребном винте, образующаяся вследствие его работы в косом потоке из-за вращения судна, а также из-за закручивания струи, отбрасываемой винтом. Иная картина основных действующих сил имеет место при циркуляции судна на заднем ходу (рис.10.4). При движении судна назад с переложенным рулем на руль действует поперечная составляющая , к

Рисунок 10.4. Силы действующие на судно при циркуляции на заднем ходу.

оторая эквивалентна такой же силе , приложенной в центре тяжести

судна, и моменту , вращающему судно в сторону перекладки руля. Боковая сила вызывает боковое смещение судна, благодаря которому появляется угол дрейфа и сила , действующая на корпус судна и образующая момент , препятствующий повороту судна в сторону перекладки руля. Кроме того, угол дрейфа уменьшает эффективный угол перекладки руля, который к тому же работает вне струи, отбрасываемой гребным винтом. Указанные причины снижают управляемость судна на заднем ходу, которая всегда хуже, чем при ходе вперед.