Управление судами при маневрировании

Действие ветра изменяет циркуляцию. При нормальном дифференте, когда нос идет на ветер, а корма под ветер, судно поворачивается быстрее. Наоборот, когда судно разворачивается носом под ветер, особенно когда у него высокая кормовая надстройка и сравнительно слабая машина, поворот происходит медленнее.

Волнение и зыбь оказывают противоположный эффект на разворот. Когда судно поворачивается носовой частью на зыбь, поперечное сопротивление при состоянии моря, помогающем развороту, действует на наветренную скулу так, что препятствует развороту (см. приложение В, 5). Когда судно поворачивается по направлению волны и зыби, их действие приходится преодолевать кормовой частью. И только тогда, когда скорость постоянна и на судно не действуют внешние силы, оно описывает при своем движении на циркуляции действительную окружность.

Сила на пере руля и поперечный упор гребного винта

При заднем ходе сила на пере руля играет незначительную роль. Поскольку судно редко имеет значительный задний ход, то сила, создаваемая давлением воды на перо руля во время заднего хода, мала.

Более того, так как ЦВ на заднем ходу находится ближе к корме, сила от действия руля имеет малый рычаг.

Более мощной силой, чем сила от действия руля на судне, идущем задним ходом, является поперечный упор винта, работающего назад. Когда судно все еще движется вперед относительно воды, а машина работает назад, не вся струя от винта достигает кормы. Однако пока ЦВ находится все еще впереди, результирующая сила имеет длинный рычаг. Мы будем считать величину поперечного упора, когда судно все еще движется вперед относительно воды, равной в среднем 5% мощности на заднем ходу. Когда движение вперед прекращается и устанавливается движение назад, эта величина возрастает в среднем до 10% (рис. 18).

Рис. 18. Поперечная сила и ЦВ: 1 - движение судна; 2 - машина работает назад

Однако если центр бокового сопротивления сдвигается в корму и устанавливается вблизи точки приложения поперечного упора, вращательное движение становится незначительным.

Когда возникает необходимость, чтобы судно с винтом правого шага не разворачивалось вправо, то прежде, чем дать задний ход машине, следует дать толчок машине вперед, переложив руль лево на борт. Когда задний ход установился, поперечный упор обеспечит судну малое вращательное движение. С другой стороны, для разворота судна вправо следует дать толчок вперед, переложив руль право на борт, прежде чем дать машине задний ход. Поступив таким образом, судно получит вращательное движение и ЦВ переместится вперед. Продольная инерция вначале задерживает развитие заднего хода и в то же время максимальный поперечный упор имеет оптимальный рычаг.

Суда с дизельными СЭУ, имеющие большую мощность на заднем ходу и вследствие этого более сильный поперечный упор и более быстрое реагирование машины, чем суда с турбинными установками, легче развернуть почти на месте через правый борт. Поперечный упор сильнее на судах с большими медленно вращающимися винтами, чем на судах с малыми и быстро вращающимися винтами.

Угол перекладки руля

Увеличение частоты вращения двигателя для лучшей управляемости дает только временный эффект и увеличивает скорость судна. Поэтому в случаях, когда мы не можем позволить иметь большую скорость, лучше не увеличивать частоту вращения двигателя при перекладке руля, например, на 20°, а прежде всего использовать перекладку руля на борт.

На заднем ходу, когда винт остановился, при перекладке руля на борт имеется некоторый вращательный эффект. Однако поскольку и величина и рычаг силы от действия руля незначительны, этот эффект, может быть легко сведен к нулю слабым ветром в противоположную скулу.

До тех пор, пока судно имеет ход вперед относительно воды, даже если машина работает полным назад, лучше оставить руль на том борту, куда надо повернуть судно. Только тогда, когда судно начнет двигаться назад относительно воды, имеет смысл переложить руль на другой борт (лоцману часто напоминают, что руль все еще на борту, когда судно движется вперед, а машина работает назад).

Поскольку руль, переложенный на борт, частично блокирует приток воды к винту с одной стороны, когда судно идет задним ходом, возникает потеря эффективности винта. Угол перекладки руля 15-20° обеспечивает лучший приток воды. по сравнению с перекладкой руля на борт. Необходимо помнить, что судно проектируется и строится в основном для переднего хода, так же как машина / корпус и винт - для движения вперед. Стоит ли ухудшать и без того уже плохие характеристики движения большинства танкеров на заднем ходу для того, чтобы получить теоретическое и в лучшем случае на практике небольшое улучшение управляемости? В любом случае, поскольку некоторые капитаны, кажется, против перекладки руля полностью на борт, лоцман может в этом случае поддержать капитана, используя перекладку руля только на 20°.

3. Ветер

Влияние ветра на судно зависит не только от силы ветра, но и от ряда других факторов, которые необходимо учитывать при управлении судном. Среди этих факторов очень важно отношение осадки к надводному борту. Танкер в балласте может иметь не только в 2 раза большую надводную часть, но и меньшее сопротивление воды из-за малой осадки. Другим важным фактором. является курсовой угол воздействующего ветра. Более того, 'надводная часть судна увеличивается с увеличением его дедвейта. Размещение надстройки и изменение дифферента играют существенную роль в формировании надводной части корпуса судна и сказываются на вращательном эффекте. Продольное движение судна влияет на относительное расстояние между центром гидравлического давления и точкой поворотливости. Все это играет роль в определении усилия поперечной силы ветра.

Сила ветра

Сила ветра может быть рассчитана:

0,004 х W х U²

где W - площадь надводной части, фут²; U - скорость ветра, уз.

Сила и направление ветра и скорость судна не остаются постоянными во время маневра. Небольшая погрешность в определении скорости ветра имеет гораздо большее последствие, чем Подобная погрешность в оцениваемой площади парусности танкера. Для целей практики будут достаточными следующие приближенные значения при оценке площади надводной части судна:

W (продольная) = LOA х D - LBP х Т_ср (средняя осадка);

W (поперечная) = В х D - В хТ_н (осадка носом),

где LOA - длина наибольшая, фут; LBP - длина между перпендикулярами, фут; В-ширина наибольшая, фут; D - высота борта наибольшая, фут.

Для промежуточных положений судна выбираем среднюю между прямо пропорциональной величиной и величиной, пропорциональной синусу угла атаки ветра.

На следующих страницах текста рассмотрим действие ветра со скоростью 25 уз на танкер в балласте дедвейтом 70 тыс. т; * осадка носом 16 фут, кормой - 26 фут;

LOA= 800 фут; LBP = 765 футов; В = 115 футов;

D = 56 футов; мощность двигателя на переднем ходу 20 тыс., на заднем ходу 16 тыс. л. с.

Ветер по носу

На танкер дедвейтом 70 тыс. т ветер скоростью в 25 уз действует силой около 6 те. До тех пор, пока судно идет прямо против ветра, поперечной составляющей силы ветра нет. Когда судно движется вперед относительно воды, наблюдается хорошая управляемость, а ЦВ находится в носовой части судна (рис. 19).

Рис. 19. Действие ветра по носу на танкер дедвейтом 70 тыс. т в балласте

На заднем ходу судно оказывается в нестабильном равновесии, а ЦВ располагается в кормовой его части. Если появится боковой ветер, ' то образуется большое плечо до ЦВ и вследствие этого создается значительное усилие к развороту корпуса судна.

Поскольку на заднем ходу эффективность руля, небольшая, то для управления судном необходим носовой буксир или НПУ.

Ветер в скулу

При ветре в скулу поперечная составляющая силы ветра будет увеличиваться по мере уваливания судна под ветер. При ветре скоростью 25 уз поперечная сила возрастает примерно с 15 те при курсовом угле ветра 30° левого борта до 27 тс при курсовом угле ветра 60°. Продольная сила ветра уменьшается соответственно примерно с 4 до 2 те (рис. 20).



Рис. 20. Действие ветра в скулу

При движении вперед судно имеет тенденцию к развороту влево. На заднем ходу более сильная тенденция к уваливанию носа вправо. Только работая машиной вперед и при этом, переместив ЦВ в нос, мы сможем контролировать разворот судна.

Ветер в борт

Бортовой ветер скоростью 25 уз прилагает силу в 36 тс.

Ввиду существенного дифферента точка приложения силы находится впереди миделя. Способность буксиров контролировать движение судна, зависит от их мощности и с какого борта они закреплены (рис. 21).

Рис. 21. Действие ветра в борт

Предположим, что судну помогают два буксира по 2 тыс. л. с. каждый; один - в носовой части, другой- в кормовой. Усилие на гаке буксиров составляет около 35 те, но при работе назад развивается усилие около 13 те.

Если буксиры закреплены с правого борта, то совместными действиями они могут двигать судно против ветра. Работая же задним ходом с левого борта, буксиры не смогут удержать судно. Если буксиры расположены по левому борту, то необходим по меньшей мере один мощный буксир в носовой части судна. Например, буксир мощностью 4 тыс. л. с., имеющий усилие на гаке 65 и 29 те, при работе назад мог бы совместно с буксиром мощностью 2 тыс. л. с. в корме удержать судно, если мы предотвратим чрезмерные динамические нагрузки на носовые швартовы буксиров.

Когда судно не имеет хода относительно воды и уравновесились силы ветра и буксиров, то создается более или менее устойчивое положение; при котором носовой буксир имеет большую нагрузку, чем кормовой.

При движении судна вперед любой дисбаланс сил корректируется рулем.

Предположим, что точка приложения силы ветра находится в 40 фут в нос от миделя и что носовой буксирный трос закреплен на главной палубе в 150 футах от форштевня; кормовой буксирный трос закреплен на главной палубе в 200 футах от кормы. Будем считать, что при движении судна вперед ЦВ находится в 20 футах от форштевня, что обеспечивает эффективность руля с плечом в 600 фут. Пока носовой буксир сохраняет свое положение, мы можем держать судно под контролем (рис. 22).

Рис. 22. Действие ветра в борт на судно, движущееся вперед относительно воды

При движении судна назад (рис. 23), когда ЦВ находится в кормовой части в 200 футах от кормы, на носовой буксир приходится очень большая нагрузка. Вращающий момент, создаваемый бортовым ветром, составляет при этом 8640 т/фут, что требует от носового буксира для контроля ситуации создать усилие в 20 то, поскольку рабочее плечо буксира около 450 фут.



Рис. 23. Действие ветра в борт на судно, движущееся назад

При поперечном смещении судна возникает дополнительная динамическая нагрузка на швартовы буксиров, которая пропорциональна водоизмещению судна и его поперечной скорости.

Возможный разворот вправо должен предупреждаться постоянным наблюдением за поперечным движением. Как только возникает вращательное движение, появляется инерция вращения. Для судна такого размера результирующая нагрузка может значительно превысить мощность носового буксира на заднем ходу и разрывную крепость его концов, если буксир натянет их слишком сильно. Отсюда следует, что буксир имеет преимущество в том случае, если он ошвартуется так далеко по носу, как это безопасно для его работы.

В описанной ситуации границы безопасности почти не ощутимы или вообще отсутствуют. Мы не стали бы намеренно ставить судно в такие условия, особенно если течение не по корме. Однако во время швартовки при 20-узловом ветре может быть внезапное его усиление до 25-узлового, когда судно уже подошло к причалу.

Попутный ветер

На рис. 24 показан танкер дедвейтом 7,0 тыс. т в балласте. Ветер попутный со скоростью 30 уз. Необходимо остановить судно, работая машиной назад. Цифры 1-8 указывают положение судна, через которые оно проходит под воздействием инерции, ветра и двигателя на заднем ходу. Рассмотрим эти позиции.

1. Судно движется вперед относительно воды со скоростью б уз, машина застопорена, телеграф поставлен на «Полный назад».

2. Машина работает полным ходом назад. Поперечная гидродинамическая сила от винта, работающего назад, имеет максимальное значение во время движения вперед и смещает корму влево. Если принять гидродинамическую силу, действующую поперек, равной 5% эффективной мощности при работе машины назад, это составит около 8 те.

Рис. 24. Попутный ветер

3. Курсовой угол ветра 135° правого борта, и мы имеем суммарную силу ветра и поперечную гидродинамическую силу, разворачивающую нос судна вправо.

4. Поперечная составляющая силы ветра увеличивается по мере разворота судна. Поперечное гидродинамическое сопротивление в районе левой скулы сместило ЦВ назад.

5. Судно не имеет хода относительно воды, поперечная сила ветра максимальная. Судно движется боком влево.

6. По мере развития судном заднего хода ЦВ сдвигается по направлению кормы. Судно движется прямо назад до тех пор, пока существует баланс поперечной гидродинамической силы от винта и поперечной силы ветра.

7. Когда ЦВ сместится достаточно далеко в корму от миделя, начинается разворот носа судна влево. Произведение силы ветра и расстояния до ЦВ больше произведения поперечной гидродинамической силы от винта и расстояния до ЦВ (рис. 25). Поперечная сила от винта на этой стадии может быть оценена в 10% мощности используемого заднего хода.

Рис. 25. Бортовой ветер против поперечной силы от винта: 1 - сила ветра; 2 - поперечный упор

8. Чем больше движение назад, тем быстрее разворот носовой части влево. С перемещением ЦВ дальше в корму увеличивается момент силы ветра и уменьшается момент поперечной гидродинамической силы от гребного винта.

Постановка судна на СВМ при ветре

Когда танкер дедвейтом 70 тыс. т подходит к швартовным буям против 20-узлового ветра, сила ветра создает 23-тонную нагрузку в момент, когда судно окажется лагом к ветру. Швартовная лебедка на палубе юта создает усилие в 15 те, лебедка на главной палубе - 12 тс. С правого борта судно удерживают 3 швартовных катера, создающие совместно усилие около 10 те при работе на упор. Расстояние до швартовного буя таково, что необходимо соединить 2 швартовных троса, чтобы их хватило до буя:

Критическая позиция возникает тогда, когда соединение швартовов достигнет барабана лебедки. Когда один швартов пройдет через барабан, вся нагрузка распределится на другой швартов. Многое зависит от того, сколько времени понадобится экипажу на палубе юта, чтобы соединение прошло через барабан, поскольку лебедка на главной палубе плюс швартовные катера не смогут удержать судно против ветра (рис. 26).

Если судовой двигатель хорошо реагирует на реверсы, есть возможность помочь этой операции, дать ход вперед, переложить руль право на борт и немедленно дать задний ход. Необходима хорошая связь с помощником на корме, чтобы убедиться, что гребной винт чист при работе двигателя.

Рис. 26. Сила швартовной лебедки против силы ветра: 1 - три швартовных катера мощностью по 350 л. с. каждый; 2 - тяга швартовной лебедки в 15 т на палубе юта; 3 - тяга швартовной лебедки в 12 т на главной палубе; 4 - усилие от ветра (23 т); 5 - буи со шлангами

При движении назад ЦВ будет находиться в корме и поперечная сила ветра будет иметь тенденцию помогать развороту, необходимому, чтобы судно стало на швартовные буи. На этой стадии очень нежелательно натяжение левой якорной цепи, поскольку это увеличивает нагрузку на кормовые концы ввиду остановки движения кормы, а также препятствует развороту на месте постановки.

Действие бортового ветра на VLCC в грузу

Танкер дедвейтом 250 тыс. т и турбинной СЭУ движется вперед со скоростью 1 уз относительно воды. Машина мощностью 32 тыс. л. с. застопорена. Сильный ветер в борт скоростью 30 уз вызывает разворот судна влево. Руль положен право на борт. Судно находится в положении, когда нельзя дать значительный ход вперед. Что необходимо сделать, чтобы предотвратить разворот? Можно попытаться дать толчок вперед. Только толчок. Никакого результата. Почему? Потому что нельзя увеличивать скорость, и поэтому дали машине ход вперед только на короткое время (рис. 27).

Рис. 27. Действие бортового ветра на VLCC в грузу

Нет разницы в том, поставлен ли телеграф на «Полный вперед» или «Средний вперед», потому что промежуток времени работы машины будет очень коротким. В любом случае турбинная установка не наберет более 40 об/мин. Это дает мощность только около 2 тыс. л. с. Предположим, что 50% упора винта пойдет на развитие поперечной силы на пере руля, это дает нам 50% от 20 те или 10 те, приложенных в корме.

Предположим далее, что ЦВ находится в 0,3 - L от носа судна, сила ветра приложена в 0,5L от' носа, а сила от действия руля - в 1L от носа. Это дает нам: 42х0,2L, что больше, чем 10x0,7L, или что момент силы ветра больше, чем момент силы от действия руля. Вот почему толчок машиной вперед при руле, переложенном право на борт, не остановил разворот влево. Сила поперечного сопротивления в носовой части судна с правого борта также помогает развороту влево (рис. 28).

Рис. 28. Сила руля против силы ветра: 1 - усилие от ветра; 2 - поперечная сила от действия руля; 3 - сила бокового сопротивления

Что произойдет, если машине будет дан ход назад? Скорость судна начнет падать, ЦВ начнет смещаться в корму, а момент силы ветра будет уменьшаться до нуля в момент полной остановки судна «относительно воды. В это время влияние бортового ветра будет выражаться в поперечном смещении судна. Отсюда следует, что поперечная гидродинамическая сила от винта развернет корму на ветер, прежде чем судно полностью остановится.

Постановка судна на один швартовный буй при ветре

В непосредственной близости от буя, когда скорость судна относительно буя должна быть нулевой, полезно иметь течение по носу с тем, чтобы при движении вперед относительно воды удерживать ЦВ впереди. При этом необходимо предотвращать развитие ситуации, когда судно будет стремиться к движению назад относительно воды. Поскольку движение назад смещает ЦВ в корму, поперечная сила ветра создает большее усилие на корпусе. При сильном ветре по носу становиться на буй трудно, поскольку невозможно удержать судно в неустойчивом равновесии (рис. 29).

Рис. 29. Курс судна против ветра, скорость отсутствует: 1 - поперечная сила ветра

В случае отсутствия течения следует подходить с минимальной скоростью. Для того чтобы удерживать судно на курсе, разумно использовать толчки машинами вперед с перекладкой руля на борт. При нулевой скорости одна часть эффективной мощности движителя будет поглощаться инерцией, другая часть - продольными силами ветра и зыби. Судно, закрепленное к бую, будет, вероятно, отходить от буя и снова приближаться к нему. В этом случае необходимо использовать дачу хода вперед с полной перекладкой руля. Преимущество полной перекладки руля состоит не только в том, что часть пропульсивной силы винта влияет на отклонение судна и вследствие этого не используется для движения вперед, но также и в том, что поперечная сила руля помогает удерживать ЦВ в носовой части и тем самым сохранять величину рычага поперечной силы ветра. Поворачиваясь на ветер, мы уменьшаем одновременно поперечную силу ветра и таким путем медленно приводим судно на его носовой швартов, не создавая резких нагрузок на швартовный клюз.

Когда ветер и течение действуют с разных направлений, необходимо соблюсти баланс между ветром и течением, чтобы удерживать судно в непосредственной близости от буя достаточное время для его закрепления. На рис. 30 VLCC в балласте подходит курсом примерно между. направлениями ветра и течения. Расстояние до буя составляет приблизительно длину судна, скорость относительно грунта 0,5 уз (по доплеровскому лагу), судно медленно разворачивается вправо, руль положен лево на борт, машина застопорена.

Вместо того чтобы давать толчок машинами вперед при руле, переложенном лево на борт, лучше погасить всю скорость и посмотреть, как поведет себя судно, когда доплеровский лаг покажет нулевую скорость относительно грунта. Если течения нет или оно мало, нос судна будет сноситься влево. Это означает, что вблизи буя мы не будем иметь возможности сохранить этот курс и должны будем развернуться больше вправо, на ветер. Так как расстояние до буя еще достаточное, мы можем дать ход вперед, переложив руль право на борт с тем, чтобы уменьшить курсовой угол ветра.

Рис. 30. Ветер и течение с разных направлений



Рис. 31. Равновесие между ветром и течением

Если, с другой стороны, судно сохраняет свой курс при нулевой скорости относительно грунта, это означает, что судно движется вперед относительно воды. В этом случае ЦВ все еще находится впереди, и когда'мы будем в такой же ситуации вблизи буя, то сможем продолжить приближение к бую на прежнем курсе.

Чтобы судно разворачивалось влево, мы позволим 'ветру и дальше сносить нос судна до момента, когда судно двинется назад относительно воды. На финальной стадии приближения, когда буй окажется под носом и не будет виден, особенно полезен индикатор скорости поворота, указывающий о наличии вращательного движения сразу же после его возникновения.

На рис. 31 видно, как ветер и течение уравновесились с силой натяжения швартовного троса таким образом, что судно удерживается перпендикулярно ветру.

4. Носовое подруливающее устройство. Буксиры

НПУ перегоняет воду с одного борта судна на другой через туннель. В результате этого носовая часть судна, не имеющего хода относительно воды и не подверженного воздействию других сил, движется в сторону. В зависимости от размерений судна и расположения туннеля судно разворачивается относительно точки, которая находится примерно на расстоянии одной ширины судна от кормы до тех пор, пока судно не получит ход вперед (рис. 32).



Рис. 32. Носовое подруливающее устройство

Действие носового подруливающего устройства

Чтобы выяснить, как воздействует на судно использование НПУ, рассмотрим действие силы, создаваемой НПУ на ЦТ судна по отношению к ЦВ. Когда судно не имеет хода относительно воды и начальный ЦВ находится в расстоянии одной ширины судна от кормы, ЦТ перемещается в том же самом направлении, в котором движется нос. Так как направление вращательного движения одинаково с - направлением поперечного движения судна, поперечное сопротивление препятствует развороту (рис. 33).

Поперечное сопротивление не препятствует продольному движению судна, а использование НПУ не вызывает потерю скорости. Наоборот, когда используем НПУ в течение некоторого промежутка времени, можно заметить, что судно начинает «ползти» вперед. Это происходит из-за формы носа, которая позволяет струе воды спереди судна попадать в туннель НПУ.

Рис. 33. Действие поперечного упора: 1 - сила НПУ

Непосредственное управление НПУ с ходового мостика делает его очень удобным в использовании. Это, вероятно, является причиной излишнего использования НПУ до такой степени, что оно постоянно работает то в одну, то в другую сторону.

Когда для поворота судна вместо руля используется Н.ПУ» следует уяснить, что НПУ и руль оказывают различное влияние на судно. Силы НПУ и руля прилагаются в противоположных концах судна; НПУ смещает носовую часть судна в направлении нужного разворота, в то время как руль движет корму в обратном направлении для того, чтобы двигать носовую часть в направлении нужного разворота. Более того, при движении судна вперед полезный эффект НПУ уменьшается, в то время как поперечная сила от действия руля при движении вперед не снижается. Еще большее последствие для маневра имеет смещение положения ЦВ в результате появления силы в носовой 'части судна. НПУ совместно с рулем может либо быстро повернуть судно, либо сдвинуть судно в сторону, работая в одном и том же направлении (см. приложение В, 6).

Поскольку НПУ наиболее эффективно, когда судно не имеет хода относительно воды, необходимо использовать полную перекладку руля и ограниченную мощность машины, чтобы не увеличивать скорость судна. С увеличением движения вперед усилие от НПУ легко нейтрализуется силой от действия руля. На судах, где имеется возможность переложить руль на 40° или, еще лучше, на 45°, необходимо настоять на полной перекладке руля потому, что рулевой может по привычке перекладывать руль только на 35°. Когда нужно сдвинуть судно вбок, не вызывая ход вперед, важно увеличить поперечную силу от действия руля за счет его продольной силы, которая в противном случае имела бы отрицательное воздействие на силу НПУ.

На некоторых судах органы управления и индикатор частоты вращения НПУ установлены на крыле мостика, что дает возможность контролировать его работу. Когда органы управления находятся в рулевой рубке, судоводитель на крыле мостика не знает точно, что происходит;

Сравнение действия руля и носового подруливающего устройства

Чтобы продемонстрировать разницу в действии руля и НПУ, рассмотрим действие их на ЦТ по отношению к ЦВ, когда судно не имеет хода относительно воды (рис. 34).



Рис. 34. Судно не имеет хода относительно воды: 1 - поперечная сила руля

При использовании руля для разворота влево сила, приложенная в ЦТ, направлена к правому борту, когда же используется для разворота НПУ, сила в ЦТ направлена влево. В первом случае смещается корма судна, во втором - его нос.

Действие подводного сопротивления будет другим, когда судно начнет движение вперед относительно воды. и центр поперечного сопротивления сместится в том же направлении. При увеличении скорости судна поперечное сопротивление воды растет прямо пропорционально силе на пере руля и тем самым помогает развороту судна, потому что действует в том же направлении (рис. 35).

Рис. 35. Судно движется вперед с очень малой скоростью: 1 - поперечная сила руля; 2 - боковое сопротивление; 3 - результирующая сила НПУ

Если НПУ используется для разворота влево, судно получает поперечное движение влево, а результирующая сила поперечного сопротивления будет противоположна по направлению. Движение судна вперед перемещает центр поперечного гидродинамического давления вперед, а возрастание скорости относительно воды увеличивает его значение.

Только часть подводного сопротивления поглощается притоком воды в туннель НПУ. Вследствие этого НПУ теряет эффективность с увеличением скорости, поскольку его усилие уменьшается как по величине, так и по плечу воздействия (рис. 36).

Рис. 36. Действие руля и носового подруливающего устройства, когда судно имеет ход: 1 - поперечная сила руля; 2 - боковое сопротивление

Так как подводное сопротивление прямо пропорционально скорости судна, то результирующая сила НПУ обратно пропорциональна скорости судна.

На полном ходу сила НПУ может иметь противоположное воздействие на ЦТ, сдвигая его в сторону, противоположную, развороту, если ЦВ располагается между результирующей силой НПУ и ЦТ. Однако нос судна, встречая очень сильное подводное сопротивление, уменьшает действие НПУ».

На судне, движущемся вперед, сила НПУ прилагается очень близко к центру гидродинамической силы, но она слишком мала по сравнению с силой подводного сопротивления и поэтому не дает заметного эффекта. Более того, поток воды, образующийся в районе отверстий туннеля НПУ, очень сильно снижает его полезный эффект. Полезный эффект буксира, работающего на упор в том месте, где расположено НПУ, также снижается с увеличением переднего хода судна.

Кроме того, при увеличении скорости судна буксиру трудно удержать свое положение под прямым углом к нему, и, естественно, создаваемое им усилие еще больше уменьшается.

Влияние носового подруливающего устройства при движении судна назад

НПУ очень эффективно при управлении судном на заднем ходу, потому что в этом случае оно создает большее усилие, так как ЦВ находится в корме. Более того, боковое гидродинамическое давление, оказываемое на корму, помогает развороту (рис. 37).

Рис. 37. Действие носового подруливающего устройства на заднем ходу: 1 - сила НПУ; 2 - боковое сопротивление

Вращательный эффект от работы гребного винта может быть легко преодолен НПУ (или буксиром). При достаточном заднем ходе и работе НПУ почти нет разницы, какого вращения винт, правостороннего или левостороннего. Удерживая нос немного левее от курса, можно легко компенсировать вращательный эффект винта правостороннего вращения; если винт левостороннего вращения, то следует удерживать нос несколько правее.

При швартовке кормой НПУ оказывает хорошую помощь, давая почти полное управление носом, когда судно движется задним ходом. Поскольку легче погасить задний ход, дав машине ход вперед, чем остановить судно на переднем ходу, то постановка кормой в принципе безопаснее, чем постановка носом.

Руль или носовое подруливающее устройство (буксир)

Допустим, танкер в грузу дедвейтом 50 тыс. т очень медленно подходит к причалу левым бортом. Рассмотрим эффективность работы НПУ (или буксира) в носовой части в сравнении с применением руля. Что получится, если мы будем использовать руль и гребной винт, и как поведет себя судно при работе НПУ (или носового буксира)?

Применяя руль и СЭУ (рис. 38), мы создаем не только вращательное движение судну, но также продольное и поперечное смещения.

Рис. 38. Действие руля (винта)

При поперечном движении судно в грузу развивает поперечную инерцию движения. которая сдвигает судно от пирса. Инерция вращения отводит корму от причала и ее трудно преодолеть, особенно если судно в грузу. Когда машине дан ход назад, поперечная сила гребного винта препятствует вращательному движению. Однако она недостаточна, чтобы остановить отход судна от причала боком. В результате использования руля и винта судно отойдет слишком далеко от места постановки и окажется слишком близко к другому судну, ошвартованному к соседнему пирсу.

Теперь в том же положении вместо руля и гребного винта используем для постановки судна к пирсу НПУ (рис. 39).

Рис. 39. Эффект использования носового подруливающего устройства (носового буксира)

На малой скорости движения можно ожидать эффективной работы НПУ; носовой буксир вначале может увеличить движение судна вперед, если будет подходить к борту судна под прямым углом.

Поперечная сила, приложенная в носовой части, подводит нос к пирсу и противодействует поперечному движению от пирса, которое возникло бы при повороте влево. Развиваемый упор в носовой части стремится сдвинуть ЦВ в корму, и если дать задний ход, поперечная сила гребного винта будет уменьшаться. Когда корма подойдет ближе, чем нужно, можно дать толчок машинами вперед, переложив руль лево на борт, если скорость судна погасится, или в зависимости от того, как далеко судно от пирса, можно использовать работу НПУ влево и тем самым остановить вращательное движение, превратив его в поперечное. Поперечное движение гасится скорее, чем вращательное, и в результате судно касается пирса всем бортом.

Возьмем танкер дедвейтом 50 тыс. т в грузу для швартовки левым бортом. Рассмотрим поведение судна под воздействием руля и гребного винта или НПУ (носового буксира).

Скорость и угол. приближения к пирсу будут определять, нужно ли нам развернуть судно вправо, прежде чем дать машине ход назад (рис. 40).

Рис. 40. Эффект использования руля (винта)

Поперечный упор гребного винта ухудшает разворот кормы влево в случае, если поворот уже начался.

Инерция бокового движения смещает судно к пирсу, причем корма приближается быстрее, чем нос. Поперечная сила винта имеет сильный вращательный Эффект до тех пор, пока судно движется вперед и ЦВ находится впереди. Можно ожидать более сильную поперечную силу винта на судне с дизельной СЭУ/ имеющем большой, медленно вращающийся винт.

Нужно правильно оценить момент, когда необходимо полностью, погасить скорость, и если корма слишком быстро подходит к пирсу, дать толчок машинами вперед, переложив руль лево на борт. Полная перекладка руля очень важна, если необходимо остановить вращательное движение.

Действием НПУ нос судна попеременно смещается к причалу или отходит от него; корма удерживается на месте (рис. 41).

Рис. 41. Эффект носового подруливающего устройства

При даче полного хода назад практически нет никакого влияния поперечной силы гребного винта, поскольку ЦВ сдвинут в 'корму под воздействием поперечной силы, приложенной в носовой части судна (см. приложение В, 6).

Неоправданное использование НПУ может дать противоположный эффект. В подобном случае нам лучше не использовать НПУ (или буксир) до финальной стадии швартовки, когда необходимо будет Определенное усилие для балансировки сил в носу и в корме, чтобы удержать судно параллельно причалу.

В приведенных выше примерах не рассматривалось использование буксира в корме. Использование толчка машинами вперед с перекладкой руля на борт делается на практике на судах с дизельной СЭУ, так как реагирование машины должно быть быстрым. Если на движение судна влияет мелководье, течение или сильный ветер, необходимо использовать совместно два буксира: один по носу, другой по корме.

Сравнение использования буксира и носового подруливающего устройства

При швартовке буксиры могут вызвать нежелательное поперечное движение, швартуясь к борту судна, идущего к причалу; они начинают толкать в борт судно, когда их швартовы еще не закреплены, и еще сильнее толкают, когда выбирают слабину швартовых при их креплении.

Когда буксир ошвартован, он может толкать, даже находясь в районе скулы или кормового надзора, где борт судна не прямостенный.

Буксиры могут вызвать нежелательное продольное движение, когда судно, которому они помогают, имеет значительный ход вперед; это затрудняет удерживание буксира под прямым углом; часть мощности буксира тратится на увеличение движения вперед, когда буксир пытается удержаться в нужном положении. Кроме того, если буксиру не хватает места, что бы подойти под прямым углом к борту, он толкает по ходу движения и одновременно пытается подтолкнуть судно к причалу (рис. 42).

Рис. 42. Ограничение пространства уменьшает эффективность буксира

Преимущество буксира перед НПУ состоит в том, что он может уменьшить скорость судна, когда тянет или толкает его (рис. 43).

Рис. 43. Буксир толкает или буксирует под углом

Лимитирующим фактором для буксира является безопасная нагрузка буксирного троса и его особенности: проходит некоторое время, пока буксир постепенно увеличивает нагрузку на трос.

Буксир, имеющий гребной винт с насадкой, на переднем ходу может создать тягу на гаке до 130% тяги аналогичного буксира с винтом без насадки, но на заднем ходу она уменьшается в 2 раза.

Кроме того, если трос не направлен горизонтально, то горизонтальная составляющая меньше полного создаваемого усилия. Возникают дополнительные потери, когда струя гребного винта буксира направлена в борт судна, которому он помогает.

Преимущество НПУ заключается в возможности мгновенно получить силу, которую можно использовать попеременно на два борта. Однако направление этой силы только попеременное. В случае ограниченного пространства НПУ дает определенное преимущество перед буксиром в носу. Слишком большая скорость судна на переднем ходу вызывает потерю эффективности как буксира, так и НПУ.

Буксиры и центр вращения

Рассмотрим танкер дедвейтом 50 тыс. т в балласте, который начинает отходить от причала. Если дать ход машине назад, то поперечная сила гребного винта, удерживает корму у причала. Чтобы не повредить причальные кранцы и не содрать с борта краску, мы будем пытаться удерживать судно на некотором расстоянии от причала.

Можно оттянуть корму работой кормового буксира назад (рис. 44).

Рис. 44. Оттягивание кормы от причала

Вначале, пока судно не имеет заднего Хода, ЦВ будет впереди. Когда машина работает на задний ход, ЦВ начнет смещаться в корму, а поперечная сила гребного винта будет направлена к причалу. Если ветер отсутствует, то судно станет смещаться к причалу. При наличии ветра в правую скулу передняя часть судна будет сноситься к причалу и нос может его повредить. По этой причине желательно удержать судно параллельно причалу. Этого можно достичь, если позволить кормовому буксиру оттягивать судно вдоль причала (рис. 45).

Рис. 45. Вытягивание судна буксиром, ошвартованным у борта

Этот маневр легко осуществить, когда судно в балласте и имеет дифферент, скажем, 10 футов на корму. При движении назад и ввиду наличия дифферента ЦВ не будет смещаться слишком далеко в корму. Судно сначала будет отходить от причала, а затем с набором скорости двигаться параллельно ему. Можно использовать работу машины на задний ход и при этом поперечная сила гребного винта не окажет слишком большого влияния.

Однако если танкер в грузу и на ровном киле, ЦВ сдвинется дальше в корму и может сместиться за точку приложения силы кормового буксира. Особенно это возможно, когда клюз, через который проходит буксирный трос, находится между кормовой надстройкой и коллектором трубопровода судна. В этом случае корма начнет приближаться вновь к причалу, прежде чем судно пройдет торец пирса. Это можно предупредить, дав команду буксиру оттягивать судно под углом 45°. На больших танкерах в грузу при ограниченной глубине под килем буксир может оттягивать судно под углом 90°, чтобы оттащить корму, прежде чем дать задний ход машине (см. рис. 44).

Буксиры, ветер и центр вращения

Танкер дедвейтом 70 тыс. т в балласте, осадка носом 16, кормой - 26 футов, нужно пришвартовать к причалу правым бортом кормой вперед. На рис. 46 судно движется вперед, ЦВ находится впереди, судно имеет тенденцию приводиться к ветру. Буксиры могут слегка толкать, чтобы удерживаться в лучшем положении. Носовой буксир работает, подобно НПУ. Начальный разворот вправо перед дачей машине заднего хода помогает маневру.

Рис. 46. Ветер в борт

На рис. 47 показана критическая позиция, ЦВ смещается в корму, когда судно набирает ход назад. Носовой буксир должен толкать полным ходом, прежде чем судно займет позицию, в которой получится хороший разворот вправо, а ветер захватит нос.

Рис. 47. Ветер 60° по носу

Кормовой буксир разворачивается по направлению струи винта и ему разрешается тянуть, когда это требуется. На заднем ходу буксир развивает меньшее усилие и момент этой силы уменьшается, поскольку ЦВ сдвигается в корму. Поперечная сила гребного винта становится больше, когда установится задний ход, но ее вращательный эффект уменьшается, так как ЦВ смещается еще дальше в корму.

Величина поперечной силы ветра уменьшается с приближением судна к линии ветра. Но так как ЦВ сдвигается в корму, расстояние этой силы до ЦВ увеличивается, и момент силы ветра может возрасти, если разворот судна вправо слишком медленный (рис. 48).

Рис. 48. Ветер 30° по носу

Струя винта мешает кормовому буксиру удерживаться в хорошей позиции. Поперечная сила гребного винта уменьшается при снижении частоты вращения винта на заднем ходу. Продольное усилие от ветра возрастает по величине.

Теперь наступил момент, когда необходимо полностью остановить вращательное движение вправо (рис. 49).

Рис. 49. Ветер прямо по носу: 1 - трос от кормы буксира для удержания его в нужном положении

В случае если инерция вращательного движения вправо сдвинет носовую часть судна еще дальше, ветер начнет воздействовать слева и поперечная его сила будет направлена вправо. Когда ЦВ находится достаточно далеко в корме, момент поперечной силы ветра будет быстро расти, тем более, если буксир запоздает сдержать разворот. При этом буксир должен натянуть буксирный трос и остается полагаться не только на прочность троса, но и на умение капитана буксира постепенно выйти на всю длину троса. Безопаснее иметь буксир в такой позиции, когда он может толкать. По этой причине мы удерживаем нос немного в сторону от причала, когда судно идет назад, и| учитываем небольшую поперечную силу ветра, действующую на правую скулу, которая может легко контролироваться носовым буксиром,

Использование буксиров

На гаке. Буксирный трос переднего буксира идет через носовой центральный клюз (рис. 50).

Рис. 50. Буксиры, помогающие судну

Когда буксир помогает судну, не имеющему хода относительно воды или практически остановившемуся, он может буксировать и по траверзному направлению. Чтобы ему переместиться с левого борта на правый и наоборот, нужно время. В период конечной стадии швартовки; этот буксир работает по траверзному направлению, чтобы осуществлять контроль! бокового движения судна к причалу.

У борта. Буксир хорош для работы на упор. Суда в балласте с высоким надводным бортом создают плохое направление тягового усилия троса.

Состояние моря может затруднить или сделать невозможной работу у борта без повреждения кранцев буксира или разрыва буксирного троса.

Удержания по корме. Ситуация, аналогичная первому случаю, но буксирные тросы крепятся в носовой части буксира. Преимущество гашения скорости судна с помощью кормового буксира двойное: более быстрое реагирование и лучший контроль по направлению. При окончании швартовки этот буксир также работает по траверзу, чтобы контролировать боковое приближение судна к причалу.

5. Течение

Силы от воздействия ветра и течения обычно взаимосвязаны как факторы, которыми судоводитель не может управлять. Однако эти две силы имеют неодинаковое воздействие на судно из-за различия в их природе. Когда на судно влияет только ветер и перемещает его относительно воды, его корпус встречает подводное сопротивление. С другой стороны, если движение судна вызвано течением, его надводная часть практически не испытывает сопротивления воздуха. Поскольку вода в 800 раз плотнее атмосферы над уровнем моря, то течение должно по своей природе иметь значительно большее влияние, чем ветер, особенно на суда в грузу.

Течение оказывает прямое воздействие на подводную часть судна и непрямое воздействие, выраженное в инерции движения, проявляющееся после того, как судно изменяет курс или выходит из полосы течения. Судно приобретает инерцию движения по направлению течения, действию которого оно перед этим подвергалось.

Влияние ветра и течения

В то время как действие ветра на судно должно рассматриваться по отношению к ЦВ, течение влияет на свободно движущееся судно, как на одно целое, поэтому его действие прилагается к ЦТ судна. Для удержания судна неподвижно относительно грунта следует остановить судно и придать ему скорость, противоположную и равную скорости течения. В результате этого на корпус судна начнет действовать подводное сопротивление.

Суда, стоящие на якоре или на швартовах, испытывают гидродинамическое давление воды, создаваемое течением, которое прямо пропорционально площади подводной части, подвергаемой его действию, и квадрату его скорости.

Во время сильного приливного течения суда на якоре или ошвартованные к одной точке (бую) ориентируются против течения; когда же течения почти нет, суда в балласте будут больше реагировать на действие ветра, в то время как танкеры в грузу все еще стоят носом против течения. Когда танкер в балласте приближается к бую при наличии ветра и приливного течения, то направление судов в грузу, ошвартованных к аналогичным буям поблизости, дает нам представление о направлении течения. Однако ориентация судна в балласте, после того как оно будет поставлено на буй, может значительно отличаться от ориентации судна в грузу у аналогичного буя (см. рис. 31).

Влияние течения на отдельные части корпуса судна

Течение может разворачивать судно, только воздействуя на его определенную часть. Например, судно может развернуть течением при входе в закрытую гавань, когда кормовая часть все еще находится под действием течения, действующего за воротами порта, а носовая уже находится в закрытых водах.

Течение (рис. 51) помогает выровнять судно при проходе ворот порта.

Рис. 51. Вход в защищенные воды

При проходе танкера в грузу с большой осадкой, следующем малой скоростью, необходимо учесть инерцию бокового смещения в направлении течения, действующую даже после выхода судна из полосы течения.

Влияние течения на весь корпус судна

Судно не испытывает никакого вращательного эффекта, находясь в равномерном потоке течения и двигаясь без воздействия внешних сил. Но когда предпринимается попытка удержать судно в том же положении относительно причала, на его корпусе возникает подводное гидродинамическое сопротивление (рис. 52).

Рис. 52. Швартовка при действии течения с кормы

Рассмотрим постановку судна правым бортом к причалу на течении, действующем справа по корме. Два буксира: один по носу, другой по корме, ошвартованы у левого борта и удерживают судно параллельно причалу. Оставаясь неподвижным относительно причала, судно движется относительно воды и испытывает подводное сопротивление. Центр бокового сопротивления удален в корму от миделя, поскольку судно перемещается задним ходом относительно воды. При работе буксиров с равной силой судно будет разворачиваться вправо не потому, что его разворачивает течение, а потому, что ЦВ находится в корме и плечо носового буксира до ЦВ больше плеча кормового. Без работы буксиров не было бы ни бокового перемещения, ни разворота; судно бы двигалось вместе с течением, не имея скорости относительно воды, но перемещаясь относительно причала.

Кормовой буксир создает в основном боковое движение и не создает вращательного до тех пор, пока судно имеет задний ход. Для удержания судна параллельно причалу носовой буксир не должен работать.

Сила бортового течения

Усилие, развиваемое траверзным течением по отношению к неподвижному судну, бывает огромным, потому что эта нагрузка прямо пропорциональна площади подводной части судна, перпендикулярной направлению течения и квадрату скорости течения. Для наших целей достаточно общего понятия о силе течения с траверза:

где: С - нагрузка, создаваемая течением, выраженная в «коротких» тоннах (907,2 кг); L - длина судна по ватерлинии, футы; d - средняя осадка, футы; v - скорость течения, уз; / - фактор, зависящий от запаса воды под килем, который изменяется от 0,0015, когда глубина в 3 раза больше осадки, до 0,0036, когда глубина равна 1,1 осадки; если глубина в 2 раза больше осадки, фактор равен 0,0018.

Ветер и течение при постановке судна на СВМ

Танкер при постановке на СВМ, имеющий большую осадку, может испытывать затруднения при подходе к месту стоянки при воздействии течения поперек направления линии швартовных буев. Траверзный ветер имеет обычно меньшее влияние даже на порожнее судно, чем боковое течение.

Для иллюстрации рассмотрим действие бокового течения 0,7 уз и траверзного ветра 12 уз на танкер дедвейтом 90 тыс. т.

На судно в порожнем состоянии со средней осадкой 20 фут течение развивает нагрузку 12 те, а 12-узловой ветер создает нагрузку 9 те, что в сумме составляет поперечное усилие, равное 21 те. В случае, если танкер подойдет с частью груза, равной 35000 т, со средней осадкой 35 фут, течение будет прилагать силу 25 те, а ветер - б те, в результате чего поперечная сила увеличится до 31 те.

Хорошо, если сможем в ситуации, показанной на рис. 53, быстро завести 3 швартовных троса. Это зависит от искусства экипажа, положения клюзов, швартовных кнехтов, лебедок и их мощности.

Рис. 53. Швартовка против ветра и течения: 1 - судно дедвейтом 90 тыс. т, L = 810 фут, В = 128 футов, L = = 785 футов, Т? 58 футов, ^-BL ⁼ = 800 футов; 2 - швартовные буксиры мощностью по 350 л. с. каждый

Когда лебедка создает усилие 15 тс и не слишком большая часть этого усилия теряется из-за направления швартова, будет достаточно мощности лебедок, чтобы удержать судно против ветра и течения. Совместное усилие буксиров, толкающих судно в левый борт, облегчит остановку судна и позволит по очереди закрепить швартовы.

Действие зыби

На открытом рейде, когда судно подвергается воздействию зыби, ее влияние подобно действию течения. Подходя на танкере дедвейтом 46 тыс. т в балласте, имеющем турбинную СЭУ и ходовой мостик в средней части судна, к швартовным буям и отдав в нужной позиции (рис. 54) оба якоря, по возможности быстрее отходим назад.

Рис. 54. Действие зыби

Малая мощность машины на заднем ходу позволяет зыби быстро двигать судно в нужном направлении (2). Поскольку ЦВ при движении судна назад смещается в корму, то нос сносится ветром (3).

Правая якорная цепь натянута слабо ввиду малой скорости работы брашпиля (одна смычка за 4 мин). Хороший брашпиль смог бы быстро выбрать слабину правой якорной цепи до такой степени, чтобы задержать уваливание носа судна. Буксиры в этом случае помочь не могут из-за зыби.

Течение и инерция движения

Встречное течение позволяет использовать мощность машины для управления судном, даже когда скорость относительно грунта отсутствует. Судно может следовать относительно воды со скоростью, равной скорости течения, и в то же время оставаться на том же месте относительно грунта или относительно причала, пока течение точно по носу. Но если судно уклонится в какую-либо сторону, то возникает поперечная составляющая движения, которая может быть использована для перемещения судна в нужную сторону.

Если движение в сторону продолжается некоторое время, судоводитель должен быть готов к появлению инерции бокового смещения (рис. 55), особенно когда судно в грузу.

Рис. 55. Боковое смещение и боковая инерция

Для остановки смещения в сторону необходимо привести течение на курсовой угол другого борта. Это необходимо выполнить заблаговременно, потому что судно будет продолжать двигаться дальше в прежнем направлении, прежде чем предпринятое действие даст результат.

Судно идет со скоростью 2 уз против приливного течения, имеющего скорость также 2 уз (рис. 56, 1).

Рис. 56. Инерция продольного движения после изменения курса на течении в 1-2 уз

Когда судно развернется перпендикулярно направлению течения, оно будет продолжать движение относительно воды со скоростью 2 уз (4), но теперь также и относительно Грунта. Из-за наличия инерции продольного движения судно продолжает идти вперед даже при застопоренной машине.

...