Расчет маневра по предупреждению аварийного сближения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Теория и практика управления судном

Методические указания и задания к выполнению расчетно-графической работы "Расчет маневра по предупреждению аварийного сближения"

Р.Ю. Бужбецкий

Министерство образования и науки Украины

Национальный университет "Одесская морская академия"

Теория и практика управления судном

Методические указания и задания к выполнению расчетно-графической работы "Расчет маневра по предупреждению аварийного сближения"

Утверждены на заседании кафедры "Управление судном" как методические указания для выполнения расчетно-графической работы по дисциплине «Теория и практика управления судном» для направления 6.070104 “Морской и речной транспорт”, специальности "Судовождение, протокол № 15 от 02.02.16.

Одесса 2016

УДК 629.5.077.3(076)

ББК 39.45

Д 53

Составитель: Р.Ю. Бужбецкий

Рецензент - заведующий кафедрой "Управление судном"

А.С. Мальцев, д.т.н., к.д.п., профессор.

Методические указания составлены на основании разработок выполненных д.т.н, к.д.п., профессором А.С. Мальцевым

Д 53

Теория и практика управления судном[Текст]: методические указания для выполнения расчетно-графической работы на тему: " Расчет маневра по предупреждению аварийного сближения " / Сост. Р.Ю. Бужбецкий - Одесса: ОНМА, 2017. - с.

УДК 629.5.077.3(076)

ББК 39.45

Одесская национальная морская академия, 2016

Цель работы:

Целью настоящей лабораторной работы является закрепление теоретических знаний по расчету безопасного расхождения, путем расчета вида и момента наступления чрезмерного, опасного и аварийного сближения и выбора манера для его предупреждения.

Поэтому задачей при выполнении настоящей расчетно - графической работы курсантами является:

1. Приобретение практических навыков по безопасному маневрированию при расхождении в любых условиях.

2. Приобретение знаний по пониманию физических процессов, происходящих при расхождении и чрезмерном сближении.

3. Приобретение навыков по выполнению практических расчетов маневра для предупреждения аварийного сближения.

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

Методические указания предназначены для курсантов старших курсов судоводительской специальности и студентов заочного факультета.

1. Основные теоретические сведения

Обнаружив присутствие другого судна только с использованием радиолокатора, судоводитель должен определить, развивается ли ситуация чрезмерного сближения. Если это так, то в дальнейшем необходимо решать задачу по выбору маневра для безопасного расхождения.

В настоящее время используется три способа определения опасного сближения судов: по характеру изменения наблюдаемых полярных координат эхо-сигналов на экране РЛС; по величине вычисляемых значений расстояния и времени кратчайшего сближения судов; по курсовому углу ЛОД .

Оценку опасности столкновения по наблюдаемым полярным координатам судоводитель может произвести глазомерно, путем оценки характера изменения пеленга и расстояния. Такой способ осуществим только при непрерывном наблюдении за обстановкой на экране (в соответствии с требованиями правил 5 и 7 МППСС-72), с использованием механического пеленгатора и ПКД РЛС или электронного визира. Корректность дальнейшего решения задачи на маневренном или ситуационном планшетах полностью зависят от первого шага - правильного выбора эхо-сигналов опасных судов для дальнейшей обработки. Неверное выполнение этой операции делает бессмысленной дальнейшую обработку информации.

Аналогичную оценку опасности чрезмерного сближения судоводитель производит в условиях хорошей видимости, визуальным способом с помощью оптического пеленгатора, наблюдая за изменением направления на опасное судно и глазомерной оценкой расстояния до него. Опасным будет приближающееся судно, пеленг которого не изменяется или изменяется незначительно. Визуальные ситуационные модели оценки расхождения судов на экране РЛС, а также использование пеленгатора обладают недостаточной точностью для создания расчетных схем определения опасности столкновения.

Оценка опасности столкновения по вычисляемым параметрам основана на расчете значения и по двум отсчетам полярных координат через интервал времени (при ручном решении задачи его принимают равным 6 мин) и сравнении полученных значений с допустимой величиной и , которые задает судоводитель.

Опасным считается судно, если (опасно по линейному фактору) и (опасно по временному фактору). Если судно опасно по линейному фактору и неопасно по временному, то это означает, что оно находится на значительном расстоянии и у судоводителя имеется достаточно времени для набора информации о движении встречного судна, её обработки, принятия решения по выбору маневра и его выполнения. Если оно опасно по временному фактору, то это означает, что расхождение необходимо выполнять без решения задачи, на основании личного опыта, знания закономерностей относительного движения и маневра последнего момента.

При расхождении двух судов существует 288 ситуаций расхождения и видов маневрирования. При 20 судах число сочетаний двух судов составляет 190, а общее число ситуаций и маневров составляет 54720. Столь большое количество информации судоводитель не может обработать, и ему нужна помощь. Для этого необходимо произвести автоматизацию процессов обработки данных и выдачи рекомендаций.

Внедрение спутниковых систем для определения позиции позволило существенно повысить точность определения места приемной антенны на морских судах до 3-5 метров. Это привело к тому, что судоводитель перестал использовать другие способы и потерял навык в выполнении расчетов по ведению счисления, определения места астрономическими и радиолокационными способами,

Процесс приближения и расхождения скоротечен. По этой причине времени на анализ ситуации, выполнение расчетов и принятие решения практически нет. В такой ситуации необходимо предварительно рассчитать маневрирование и выдать оператору рекомендации в такой форме, которая позволила бы понять ситуацию и успеть отдать команды на средства управления для предупреждения чрезмерного сближения.

В процессе сближения судов наступает время, когда задачу расхождения решать практически невозможно. Такое положение возникает тогда, когда цель обнаружена визуально или при помощи РЛС внезапно на близком расстоянии, из-за выполнения непредвиденного маневра, вследствие низкой отражательной способности или отсутствия должного наблюдения.

Производить какие-либо расчеты в такой ситуации не представляется возможным, а промедление с маневром чревато тяжелыми последствиями. Такой маневр, экстренное выполнение которого необходимо для предотвращения столкновения в теории и практике управления судном получил название "маневр последнего момента"[68]. Отличительной его особенностью является необходимость применения сильных, максимально возможных управляющих воздействий. Кроме того, в соответствии с Правилом 2 МППСС-72, отпадает необходимость соблюдать какие-либо правила, которые действуют в обычных условиях, кроме одного: выбрать такой маневр, который позволил бы избежать столкновения, а если это невозможно, то свести к минимуму повреждения.

Многообразие ситуаций и большое количество альтернатив на первый взгляд не дают возможности решить задачу однозначно. Для решения задачи необходимо ввести две аксиомы, которые очевидны и не требуют доказательств.

Аксиома 1. Если существует вероятность столкновения, то эти цели опасны и выполняется условие (dП/dt)=0, (dD/dt)<0 .

Аксиома 2. Оптимальным курсом отворота для предупреждения столкновения является параллельный или контркурс опасного судна. Если наше судно отвернет на такой курс, то сразу уменьшается зависимость опасного сближения от вероятного маневра встречного судна.

Увеличение или уменьшение скорости и отворот его от нашего судна улучшают ситуацию сближения, а отворот в нашу сторону маловероятен, но его можно предусмотреть и учесть введением навигационного запаса.

Введением аксиомы 2 вносится определенность в решение задачи и можно заблаговременно рассчитать для опасного судна маневр последнего момента. Расчет времени наступления маневра удобно произвести по наблюдаемому параметру - расстоянию между судами и курсовому углу q.

Для получения аналитических зависимостей рассмотрим треугольник АМВ, приведенный на рис.1, из которого получим соотношения с учетом того, что пеленг цели не меняется:

Рис.1 Чрезмерное сближение судов, имеющих навигационный запас

(1)

где Р - относительный курс, который изменяется от 0 до 180°; t_пер - время от начала наблюдений до прихода в точку пересечения курсов; k - отношение скоростей V_A/V_B; D_н- начальное расстояние между судами; q-курсовой угол.

Приведенные зависимости (1) показывают, что ситуация опасного сближения определяется отношением скоростей движения нашего судна и целей, значением относительного курса и, что особенно важно, скоростью нашего.

Для получения аналитических зависимостей и учета характеристик судна для выполнения маневра при чрезмерном сближении необходимо определить, на каком расстоянии между судами необходимо начинать маневрирование и наступает время, когда можно предупредить столкновение.

С учетом зависимостей (1), и рис. 1 получим:

(2)

(3)

(4)

где Н_тМ - расстояние, которое пройдет собственное судно от момента подачи команды на задний ход до полной остановки;

Н_пМ - расстояние, которое пройдет собственное судно, от момента подачи команды «право на борт» до момента расхождения;

Н_лМ - расстояние, которое пройдет собственное судно от момента подачи команды «лево на борт» до момента расхождения.

Обозначим выражение под корнем символом

С учетом погрешности измерений, геометрических размеров судов и вероятного неблагоприятного маневра в нашу сторону встречного судна, необходимо ввести навигационный запас S_нз=f(L,m_D,В_ц,). С учетом зависимостей (1) и формул (2)-(4) имеют вид (рис.1) :

 (5)

(6)

(7)

где S_трм - тормозной путь для режима работы ЗП; -коэффициенты поворотливости при отвороте вправо; - коэффициенты поворотливости при отвороте влево; Дk - угол отворота, который определяется по формулам:

при q_пб; при q_пб. (8)

при q_лб; при q_лб. (9)

ММ- расстояние от точки пересечения курсов до линии безопасного движения, который можно определить из выражения:

, (10)

где S_нз - навигационный запас.

С учетом зависимостей (2)-(10) момент времени, когда необходимо выполнять маневр последнего момента торможением, определится формулой:

(11)

Время наступления маневра последнего момента отворотом влево

 (12)

Время наступления маневра последнего момента отворотом вправо

(13)

Полученные зависимости позволяют выработать необходимые рекомендации по выполнению маневра последнего момента, а также автоматизировать процесс выбора его вида.

Таким образом, в распоряжении судоводителя имеется три маневра: торможение задним полным ходом; перекладку руля влево на борт; перекладку вправо на борт. При этом будем считать «маневром последнего момента» тот, который наступит последним.

Для повышения надежности маневрирования при чрезмерном сближении необходимо ввести запас, который будет учитывать и зону безопасности, как показано на рис.1.

С учетом изложенного величинуможно рассчитать по формуле:

(14)

где L_РЛС - расстояние от антенны РЛС до крайней точки по носу судна; m_D - средняя квадратическая погрешность определения расстояний; - прямое смещение цели при перекладке руля на борт.

Для удобства все случаи [1] наступления момента чрезмерного сближения сведены в табл. 1. для чрезмерного сближения справа и слева в табл.2.

С учетом приведенных аналитических зависимостей была разработана блок-схема алгоритма расчета параметров чрезмерного сближения, рис. 2.

Таблица 1 Очередность наступления вида маневра при отметках справа

Курсовой угол q	Относительный курс Р	Вид маневра
Меньше 90	больше 90	торможение	отворот лево	отворот право
		отворот лево	торможение	отворот право
		отворот лево	отворот право	торможение
	равен 90	торможение	отворот лево	отворот право
		отворот лево	отворот вправо	торможение
		отворот вправо	отворот влево	торможение
	меньше 90	торможение	отворот право	отворот лево
		отворот право	торможение	отворот лево
		отворот право	отворот лево	торможение
равен 90	меньше 90	торможение	отворот право	отворот лево
		отворот право	торможение	отворот лево
		отворот право	отворот лево	торможение
больше 90	меньше 90	торможение	отворот право	отворот лево
		отворот право	торможение	отворот лево
		отворот право	отворот лево	торможение

Таблица 2. Очередность наступления вида маневра при отметках слева

Курсовой угол q	Относительный курс Р	Вид маневра
Меньше 90	больше 90	торможение	отворот вправо	отворот влево
		отворот вправо	торможение	отворот влево
		отворот вправо	отворот влево	торможение
	равен 90	торможение	отворот лево	отворот право
		отворот лево	торможение	отворот право
		отворот вправо	отворот влево	торможение
	меньше 90	торможение	отворот влево	отворот вправо
		отворот влево	торможение	отворот вправо
		отворот влево	отворот вправо	торможение
равен 90	меньше 90	торможение	отворот влево	отворот вправо
		отворот влево	торможение	отворот вправо
		отворот влево	отворот вправо	торможение
больше 90	меньше 90	торможение	отворот влево	отворот вправо
		отворот влево	торможение	отворот вправо
		отворот влево	отворот вправо	торможение

По значению трех параметров - относительного курса Р, отношения скоростей k и курсового угла q производим ситуационный анализ сближения и определяем номер анализатора, который позволяет установить очередность наступления каждого вида маневра и характер расхождения - чрезмерное, опасное или аварийное.

Рис. 2 Блок-схема алгоритма расчета параметров чрезмерного сближения

Результаты расчета параметров сближения передаются в анализатор ситуаций, структурный алгоритм которого приведен на рис.3. После выбора ситуации сближения результаты передаются в анализатор выбора маневра, расчетная схема которого приведена на рис. 4.

Рис.3. Структурный алгоритм ситуационного анализа

Блок - схему анализатора 1 будем строить после рассмотрения расчетной схемы для судов правого борта при курсовом угле и относительном курсе приведенной на рис.5.

В качестве параметров, определяющих очередность наступления времени соответствующего действия и вид «маневра последнего момента» будет соотношение между величиной тормозного пути для режима ЗП, выдвигом при перекладке руля право/лево на борт и расстоянием до точки пересечения курсов М от момента подачи команды.

Рис.4. Расчетная схема анализатора 1, для очередности наступления маневров: а) ЗП - право на борт - лево на борт; б) право на борт - ЗП -лево на борт; в) право на борт - лево на борт - ЗП.

Рис.5. Блок-схема анализатора 1 для судна справа

Для определения вида «маневра последнего момента» необходимо рассчитать и произвести сравнение указанных видов маневров и определить расстояние до другого судна и время, когда наступает последняя возможность предупредить столкновение маневрированием собственного судна с учетом навигационного запаса. Такие расчеты можно выполнить заблаговременно для режима движения собственного судна и другого, которое является опасным.

При этом будем рассматривать три вида сближения: чрезмерное, опасное и аварийное. Чрезмерное сближение наступает, когда появляется первая альтернатива, в анализаторе 1 это задний полный, опасное сближение это отворот вправо и аварийное сближение это время наступления команды отворот влево. При этом необходимо отметить, что указанные альтернативы не постоянны, а зависят от режима движения и характеристик циркуляции. Поэтому наступление последней альтернативы является сигналом о наступлении предаварийной ситуации.

Указанные алгоритмы являются исходными данными для построения системы поддержки принятия решения по выбору вида маневра.

2. Рекомендуемый порядок выполнения расчетной-графической работы "Расчет маневра по предупреждению аварийного сближения"

Исходные данные для расчета приведены в табл.3.

Таблица 3. Исходные данные для расчетно-графической работы без навигационного запаса

№ варианта судна	ИКн Истинный курс собственного судна	Vн Скорость собственного судна	ИКц Истинный курс цели	Vц Скорость цели	Начальное расстояние Dн
Справа
1	00	15 узлов	3150	15 узлов	7,7 мили
2	00	15 узлов	2700	15 узлов	14.1 миль
3	00	15 узлов	2250	20 узлов	22.2 мили
4	450	20 узлов	00	15 узлов	9.2 мили
5	450	20 узлов	3150	16 узлов	17.0 мили
6	450	20 узлов	2700	15 узлов	21.3 мили
7	3150	15 узлов	2700	12 узлов	9.2 мили
8	3150	15 узлов	2250	14 узлов	17.7 мили
9	3150	15 узлов	1800	11 узлов	21.3 мили
Слева
10	00	15 узлов	450	15 узлов	7.7 миль
11	00	15 узлов	900	15 узлов	14.1 миль
12	00	15 узлов	1350	20 узлов	22.2мили
13	450	20 узлов	900	14 узлов	9.3мили
14	450	20 узлов	1350	18 узлов	17.1мили
15	450	20 узлов	1800	15 узлов	21.3мили
16	3150	15 узлов	00	11 узлов	9.2мили
17	3150	15 узлов	450	12 узлов	17.0мили
18	3150	15 узлов	900	12 узлов	21.3мили

1. Рассчитывают значение относительной скорости для данных условий по формуле

.

2. Определяем значение относительного курса по формуле

при другом судне справа и при судне слева.

3. Определяют значение относительной скорости по формуле

4. Определяют значение коэффициента R по формуле

5. Определяют значение курсового угла цели(рис.1) по формуле

6. Рассчитывают величину угла отворота вправо и влево для судов с курсовыми углами правого и или левого борта и .

7. Выбирают из таблиц инерционно-тормозных характеристик значение тормозного пути для заданной скорости V_н задним полным и определяют значение расстояния последнего момента торможением до другого судна

.

8. Считая, что кривая циркуляции симметрична при повороте вправо и влево, рассчитывают значение коэффициентов поворотливости а_п = а_л = и в_п = в_л = по данным таблицы вариантов, определяют значение отрезков от точки пересечения курсов до точки начала поворота вправо МН_цп и влево МН_цл по формулам:

9. Рассчитывают значения расстояния до цели в момент начала поворота влево и вправо по формулам:

10. Рассчитывают значение времени от момента выхода на расстояние до момента начала выполнения соответствующего маневра, по формулам:

11. Изображают графически процесс маневрирования по полученным результатам.

3. Пример расчета аварийного сближения

Ниже приведен пример для расчета. Исходные данные приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Исходные данные для примера расчета.

№ пп	Параметр	Величина параметра и его условное обозначение
1	Водоизмещение	D = 19500 т
2	Длина судна наибольшая	Lмах = 160 м
3	Истинный курс нашего судна	ИКн= 300
4	Скорость нашего судна	Vн = 12 узлов
5	Истинный курс цели справа	ИКц = 3000
6	Скорость цели	Vц = 11.5 узлов
7	Начальное расстояние	Dн = 16,3 миль
8	Тормозной путь задним полным
9	Выдвиг при угле перекладки руля 350
10	Тактический диаметр циркуляции при 350	Dт =2.9 кбт

Пример выполнения расчетов приведен ниже.

1. Рассчитывают значение относительной скорости

к=V_н/V_ц= 12/11.5= 1.04 .

2. Определяем значение относительного курса при другом судне справа по формуле

3. Определяют значение относительной скорости по формуле

=узлов.

4. Определяют значение коэффициента R по формуле

5. Определяют значение курсового угла цели(рис.1) по формуле

.

6. Рассчитывают величину угла отворота вправо и влево для судов с курсовыми углами правого борта

и

7. Выбирают из таблиц инерционно-тормозных характеристик значение тормозного пути для заданной скорости V_н задним полным и определяют значение расстояния последнего момента торможением до другого судна

.

8. Считая, что кривая циркуляции симметрична при повороте вправо и влево, рассчитывают значение коэффициентов поворотливости а_п=а_л= и в_п=в_л= по данным таблицы вариантов, определяют значение отрезков от точки пересечения курсов до точки начала поворота вправо МН_цп и влево МН_цл по формулам:

9. Рассчитывают значения расстояния до цели в момент начала поворота влево и вправо по формулам:

10. Рассчитывают значение времени от момента выхода на расстояние до момента начала выполнения соответствующего маневра, по формулам:

11. Изображают графически процесс маневрирования по полученным результатам.

Рис. 6. Схема аварийного сближения

Вывод

Чрезмерное сближение наступает при расстоянии 1.07 мили и его можно предупредить торможением задним полным. Аварийное и опасное сближение наступает при расстоянии 0.9 мили и его можно предупредить перекладкой руля право или лево на борт.

судно столкновение аварийный маневр

Перечень вопросов для защиты лабораторной работы

1. Какие виды сближения двух судов вы знаете?

2. Технико-эксплуатационные характеристики РЛС.

3. Маневр последнего момента и его закономерности.

4. Какой принцип выбора вида маневра последнего момента?

5. Что означает ситуация чрезмерного сближения?

6. Что означает ситуация опасного сближения?

7. Что означает ситуация аварийного сближения?

8. Векторный треугольник перемещений. Допущения, принимаемые при решении задачи расхождения.

9. Способ оценки опасности столкновения по наблюдаемым параметрам в относительном движении.

10. Способ оценки опасности столкновения по вычисляемым параметрам. Выбор допустимых значений D_зад и t_зад .

11. Дайте определение термина «опасное судно».

12. Определение термина «потенциально опасное судно».

13. Дайте определение термина «лимитирующее судно».

14. Последовательность решения задачи расхождения на маневренном планшете с несколькими судами.

15. Как описывают изменение относительного движения при маневрировании судов?

16. Дайте определение термина «эффективный маневр».

17. Расскажите порядок выбора маневра для расхождения с учетом требований МППСС-72

18. .Автоматические информационные системы (АИС) и их использование при решении задачи расхождения.

Список рекомендованной литературы

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

2. Конспект лекций по предмету "Теория и практика управления судном".

3. Справочник капитана дальнего плавания Л.Р. Аксютин, В.М. Бондарь, Г.Г. Ермолаев и др. Под ред. Г.Г. Ермолаева. - М: Транспорт, 1988. - 248 с.

4. Кондрашихин В.Т., Бердинских Б.В., Мальцев А.С., Козырь Л.А.. Справочник судоводителя по навигационной безопасности мореплавания.- Одесса.: Маяк, 1990.-168 с.

5. Мальцев А.С. Методологические основы маневрирования судов при сближении./ А.С. Мальцев, В.В. Голиков, И.В. Сафин, В.В. Мамонтов.// Одесса.: ОНМА, 2013. - 218 с.

6. Вильский Г.Б, Мальцев А.С., Бездольный В.В., Гончаров Е.И. Навигационная безопасность при лоцманской проводке судов/Под ред. А.С. Мальцева, Г. Б. Вильского. - Одесса-Николаев: Феникс, 2007.- 456 с.

7. Мальцев А.С. Маневрирование судов при расхождении. / А.С. Мальцев, Е.Е. Тюпиков, И.И. Ворохобин. - Одесса: ОНМА, 2014. -246 с.

Приложение А

Варианты заданий для расчета

№ варианта	D, т	Lmax, м	ИКн	Vн, уз	ИКц	Vц, уз	Dн, миль	Sтрм, кбт	l1, 35о, кбт	DT, 35о, кбт
Cправа
1	9500	137	00	15	3150	15	7,7 мили	4,9	2,7	1,8
2	16900	145	00	15	2700	15	14.1 миль	7,4	2,8	3,5
3	18900	143	00	15	2250	20	22.2 мили	5,7	3,2	2,9
4	19500	149	450	20	00	15	9.2 мили	8,5	2,9	2,6
5	23000	156	450	20	3150	16	17.0 мили	5,4	2,9	3,7
6	20500	148	450	20	2700	15	21.3 мили	3,9	2,4	2,7
7	22500	136	3150	15	2700	12	9.2 мили	5,1	2,5	2,8
8	145000	270	3150	15	2250	14	17.7 мили	18,0	4,4	5,5
9	250000	307	3150	15	1800	11	21.3 мили	21,1	5,3	6,1
Слева
10	53900	176	00	15	450	15	7.7 миль	20,7	4,1	5,2
11	66000	199	00	15	900	15	14.1 миль	8,1	3,2	2,9
12	21200	145	00	15	1350	20	22.2мили	9,3	2,5	3,1
13	63600	201	450	20	900	14	9.3мили	7,7	3,1	4,1
14	88175	234	450	20	1350	18	17.1мили	10,4	3,6	4,8
15	47800	195	450	20	1800	15	21.3мили	12,5	3,3	3,8
16	39600	164	3150	15	00	11	9.2мили	20,1	2,4	2,8
17	106400	233	3150	15	450	12	17.0мили	19,5	4,8	5,2
18	53300	214	3150	15	900	12	21.3мили	11,9	2,8	3,2

Размещено на Allbest.ru

...