CC BY
22Достоинствами предложенного метода определения размеров акватории для маневра судна являются:
- простота расчетных формул;
- возможность расчета размеров акватории при любом положении полюса поворота;
- в отличие от предложенных ранее методик помимо ширины полосы движения определяются и максимальные габариты акватории, необходимой для маневра судна (величина RK);
- минимальное число параметров движения судна, используемых в расчете (абсцисса полюса поворота и радиус циркуляции).
Список литературы
[1] Ваганов Г.И. Эксплуатация секционных составов. - М.: Транспорт, 1974. - 192 с.
[2] Инструкция по нормированию габаритов судов и толкаемых составов. - Горький: ГИИВТ, 1980.-38 с.
[3] Ольшамовский С.Б. Судовождение и правила плавания на внутренних судоходных путях. -М.: Транспорт, 1973. - 132 с.
[4] Павленко В.Г., Саленек В.В. 16 лекций по управляемости речных судов. - Новосибирск: НИИВТ, 1970,- 166 с.
[5J Управление судами и составами / Соларев Н.Ф., Белоглазов В.И., Тронин В.А. и др.: Учебник для ВУЗов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1983. - 296 с.
[6] Benedict К., Baldauf М., Felsenstein Ch., Kirchhoff М. Example for Inland Waterway Design Investigations with Wind Impact in Shiphandling Simulator and Computer-based Assessment of the Results. Hochschule Wismar, University of Technology, Business and Design, Germany. Thorsten Dettmann, Federal Waterways Engineering and Research Institute, available at http://watlab.lin.vlaanderen.be/imsf/mpers. 2005. 9 pp.
EFFECT OF PIVOT POINT’S POSITION ON DIMENSIONS OF SHIP’S MANEUVERING LANE
A. N. Klementyev, A. D. Paveliev
The article describes a new method of calculation of maneuvering lane’s size based on the knowledge of the position of ship's pivot point on a turn. The cpmparison of new and existing methods is made; their advantages and disadvantages are shown.
УДК 656.62.052.4
А. Д. Павельев, аспирант, ВГАВТ.
603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5.
ГРАФИК ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ УСТАНОВИВШЕЙСЯ ЦИРКУЛЯЦИИ ПЕРЕДНЕГО ХОДА ПРИ СРЕДНИХ И МАКСИМАЛЬНЫХ УГЛАХ ПЕРЕКЛАДКИ РУЛЕВОГО ОРГАНА СУДОВ
Предложен новый вид графика определения параметров установившейся циркуляции переднего хода при средних и максимальных углах перекладки рулевого органа для грузовых судов внутреннего и смешанного «река-море» плавания. Проведено сопоставление результатов'определения параметров циркуляции, полученных по предложенному и по использовавшимся ранее графикам.
В последнее десятилетие производится массовое переоборудование судов внутреннего плавания для работы в море. При этом переоборудование нередко включает в себя серьезные изменения корпуса (укорачивание корпусов судов проектов 507Б, 1565, 05074 и др.), назначение новых максимально допустимых осадок, изменение значений дифферента и осадки при плавании в балласте (установка дополнительных трюмных переборок, наращивание комингсов, установка грузовых стрел). Такие изменения не могут не повлиять на характеристики поворотливости судна. В то же время натурные испытания переоборудованных судов редко производятся в полном объеме (имеющаяся на борту информация недостаточна для составления информации о маневренности судна, требуемой Резолюцией 1МО А.601(15)). Произвести натурные наблюдения на борту судна силами экипажа редко представляется возможным в связи с отсутствием на судах необходимой измерительной аппаратуры. Помочь решить эту проблему (определить параметры установившейся циркуляции) призваны предложенные в разные годы графики и номограммы.
Универсальный график определения параметров установившейся циркуляции в виде, предложенном Л.М. Рыжовым [13], удобен в практическом применении тем, что по величине угловой скорости поворота, легко определяемой в судовых условиях, и по скорости прямолинейного движения судна перед маневром можно определить все остальные параметры циркуляционного движения. Аргументом для входа в график
служит безразмерная угловая скорость поворота £2 = —, где со - угловая скорость
*0
поворота, Ь - длина судна, у0 - линейная скорость судна перед началом маневра. Основным недостатком этого графика является сложность аналитических зависимостей, лежащих в его основе (например, относительную линейную скорость практически можно определять только по графику).
Похожий график был предложен Л.М. Рыжовым позднее [12]. При этом принималось допущение о постоянстве положения полюса поворота (полюс поворота всегда находится на форштевне судна) на установившейся циркуляции с траекторией любой кривизны. Это допущение позволяет использовать при построении графика очень простые взаимозависимости параметров движения, и расчет по ним может производиться на простейшей вычислительной технике. Аналогичное допущение использовалось в графике, предложенном ранее автором совместно с А.Н. Клементьевым [7].
Недостатком такого допущения является несоответствие вида корпусной кривой Р = /(®), построенной на его основе, виду аналогичных корпусных кривых, построенных на основе натурных и модельных испытаний и приведенных в работах разных авторов (например, [1, 3, 4] и др.).
Другим существенным недостатком графиков определения параметров установившейся циркуляции [7, 12] является невозможность их использования при значениях безразмерной угловой скорости С1 = — свыше 0.5. Величина О у некоторых су-
П>
дов на установившейся циркуляции может превышать это значение [14, 15, 16].
Указанные недостатки ранее предложенных графиков устранены во вновь предложенном графике определения параметров установившейся циркуляции в диапазоне средних и больших углов перекладки руля. Аргументом для входа в график так же служит безразмерная угловая скорость поворота О . Эта величина используется в линейной теории управляемости вместо параметра ш = (в линейной теории управ-
V
ляемости падение линейной скорости на циркуляции не учитывается). Использование величины О в графиках определения параметров установившейся циркуляции обусловлено простотой ее определения в судовых условиях.
Для построения графика был проведен анализ зависимости безразмерной абсциссы полюса поворота от безразмерной угловой скорости хр-/{Ш) в диапазоне
0.5 < ю < 1.5 для судов нескольких проектов, имеющих посадку на ровный киль, по результатам натурных наблюдений [9, 10], справочных данных [14, 15, 16]. Проведенный анализ показал, что в указанном диапазоне изменения угловой скорости поворота зависимость хР = /(а>) имеет характер, близкий к линейному. Это позволило аппроксимировать полученные кривые следующей зависимостью:
Зёр =-0.2133®+0.6717, (1)
справедливой при 0.5 < а < 1.5 .
По данным тех же источников были исследованы зависимости О = /(со) для судов нескольких проектов. Анализ показал, что зависимости 0 = /{со), определенные по разным источникам, могут сильно отличаться друг от друга, нося как близкий к линейному характер, так и существенно нелинейный. Для приближенного определения указанной зависимости была получена следующая линейная зависимость:
а = 0.183357+0.2683. (2)
Зависимость (2) применима при 0.5 <со < 1.5 .
Зависимость (2) является приближенной, поскольку величина О = ту по своему определению находится в нелинейной зависимости от 75. Однако проведенная линеаризация в указанном диапазоне значений Ш не приводит, как показано ниже, к большим погрешностям в определении параметров установившейся циркуляции по графику, построенному с ее использованием.
Предложенный график определения параметров установившейся циркуляции применим при значениях 0.5 < ®<1.5 , т. е. значениях, достижимых судами на циркуляции со средними и максимальными углами перекладки. Параметры циркуляции при таких углах перекладки представляют наибольший интерес для судоводителей, поскольку именно они наиболее часто используются при практическом маневрировании в стесненных условиях плавания.
Из выражения (2) следует:
а = = 5.45650-1.4637. (3)
0.1833
При указанном диапазоне рекомендованных для графика значений т величина О будет изменяться в пределах от 0.360 до 0.543. Безразмерная абсцисса полюса поворота определится как функция хР = /(О) по выражению:
хр = -0.2133(5.45650 - 1.4637)+ 0.6717 = 0.9839 - 1.16390. (4)
Относительный радиус циркуляции ЦТ судна в этом случае определится по формуле:
£ = 2- = (5.45650 -1.4637)"1. (5)
со
Угол дрейфа в ЦТ определится по выражению:
Р = агсзт(®хР) =агсвт((5.45650-1.4637)х^). (6)
Относительный радиус циркуляции полюса поворота равен:
Яр = ЯсоэР
(7)
Тогда относительный радиус циркуляции кормовой оконечности можно вычислить как гипотенузу прямоугольного треугольника:
при этом относительное отстояние кормовой оконечности от ЦТ судна 1к < 0 .
В этом случае угол дрейфа кормовой оконечности определится по выражению:
Из выражения (9) можно получить формулу для определения значения безразмерной абсциссы полюса поворота по известным величинам Як и Рк (это требуется при обработке результатов натурных наблюдений, при проведении которых не определялся угол дрейфа в ЦТ судна):
Относительная линейная скорость на основании соотношения (3) определяется по формуле:
Для определения относительной линейной скорости кормовой оконечности судна воспользуемся выражением [3]:
В предложенных ранее универсальных графиках зависимость параметров циркуляции от относительного отстояния кормового перпендикуляра от ЦТ учитывалась лишь геометрическими изменениями углов дрейфа и радиусов циркуляции. Между тем известно, что величина плеча ДРК (а, следовательно, и величина 1к) определяет вид кривой р- /(®) [3]. Следовательно, изменение величины 1к ведет к существенному изменению параметров циркуляции, которое должно учитываться не только геометрическими соображениями.
Расчеты по методикам [2, 8] при уменьшении величины 1К (относительного отстояния ДРК от ЦТ судна) на 20 % дают увеличение величины хР приблизительно на 10 %.
Учитывая это соотношение и принимая за начало отсчета значение 1к =-0.5, соответствующее 1К = -0.48, получим следующее эмпирическое выражение для определения зависимости хР = /(4):
(8)
(9)
Хр=5тРкКк +1к.
(10)
V = —= 0.1833 + 0.2683®“’ = 0.1833 + 0.26837?.
(П)
(12)
(13)
Выражение (13) устанавливает приближенную зависимость 0.5 < йГ < 1.5 .
при
На рис. 1 показан график параметров установившейся циркуляции переднего хода судов со значениями относительного отстояния кормовой оконечности от ЦТ
-0.55 <4 <-0.35.
--------100ук(0,5)
--------род
--------(код
--------100Хр(0,5)
........100ук{0,45)
........р(0,45!
........Рк(0.45)
........10ОХр(О,45)
-----,— 100ук(0,4)
--------[3(0,4)
........ Ри'0,4)
--------1 (Х>Хр(0,4)
--------100ук(0,35)
--------— Э(035)
--------Р«035)
--------100Хр(0,35)
--------100ук(0,55)
--------род.)
--------РкОД5)
--------100Хр(0,55)
0,35 0,375 0,4 0,425 0,45 0,475 0,5 0,525 0,55
О
Рис.1. График определения параметров установившейся циркуляции переднего хода
На рис. 2 покатаны графики зависимостей Я,Як = /(О).
К сожалению, в настоящее время невозможно проведение полномасштабных натурных испытаний судов с целью проверки адекватности предложенных графиков. В связи с этим для проверки адекватности графиков были использованы имеющиеся результаты испытаний, проведенных в разные годы [10. 11]. Часть полученных результатов сопоставления представлены в таблице.
В таблице обозначены.
Н/И - результаты натурных испытаний;
график 1 - вновь предложенный универсальный график;
график 2 - график, предложенный ЛМ.Рыжовым в работе [12];
график 3 - график, предложенный автором совместно с А Н. Клементьевым [7];
график 4 - график, предложенный Л.М.Рыжовым в работе [13].
--------10Р!к(0,5)
10га<(0,45)
юга<(0,4)
---------10И<(0,35)
--------10Кк(0,55)
0,35 0,375 0,4 0,425 0,45 0,475 0,5 0,525 0,55
О
Рис. 2. Графики зависимостей радиусов установившейся циркуляции по ЦТ и по корме судна от безразмерной угловой скорости О
Таблица
Сопоставление данных универсальных графиков с результатами натурных испытаний
Название судна, посадка Источник данных, расхождение О. Я 14 V р. град Рк- град хр
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Волгонефтъ-116 Тн=370см Тк=370см 8К=35' н/и 0,477 1,18 1,32 - - - 58.0 0.619-'
график 1 0,477 0,88 1,20 0,42 0,57 29,2 50,5 0,429
расх., % - -25,4 -9,1 - - - -12,9 -30,7
график 2 0,477 0,67 1,10 0,32 0,52 48,0 65,8 0,500і
расх., % - -43,2 -16.7 - - - 13,4 -19,2
график 3 0,477 0,77 1,12 0,37 0.53 44,7 63,2 0,500і
расх.. % - -34,7 -15,2 - - - 9,0 -19,2
график 4 0,477 0,75 1,01 0,33 0,49 30,5 54,3 Ы/А
расх.. % - -36,4 -23.5 - - - -6,4 -
продолжение табл.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Волгонефть-43 Н/И 0,413 1,07 1,21 - - - 54,9 о^оо-1
Г„=340см график 1 0,413 1,24 1,51 0,52 0,64 23,6 41,2 0,505
Гк=380см расх., % - 15,9 24,8 - - - -25,0 1,0
5К =35" график 2 0,413 1,13 1,42 0,47 0,59 26,7 44,6 0,510'
расх., % - 5,6 17,3 - - - -18,8 2,0
график 3 0,413 1,63 1,79 0,67 0,74 19,0 34,0 0,510'
расх., % - 52,3 47,9 - - - -38,1 2,0
график 4 0,413 1,31 1,50 0,52 0,62 22,7 39,8 М/А
расх., % - 22,4 24,0 - - - -27,5 -
Волгонефть-166 Н/И 0,449 1,07 1,24 - - - 45,6 0,406-*
Гн=260см график 1 0,449 0,98 1,28 0,45 0,59 27,7 47,4 0,463
Тк=350см расх., % - -8,4 3,2 - - - 3,9 14,0
5Я=35- график 2 0,449 0,88 1,23 0,39 0,55 36,3 54,7 0,520'
расх., % - -17,8 -0,8 - - - 20,0 28,1
график 3 0,449 1.19 1,41 0,53 0,63 27,7 45,2 о^лГ
расх., % - 11,2 13,7 - - - -0,9 28,1
график 4 0,449 0,97 1,19 0,41 0,54 27,7 47,9 М/А
расх., % - -9,3 -4,0 - - - 5,0 -
Волгонефть-43 Н/И 0,383 1,34 1_ 1,5° - - - 50,7 0,74 V
Гн=80см график 1 0,383 1,59 1,79 0,61 0,69 21,4 34,0 0,581
Гк=260см расх., % - 18,7 19,3 - - - -32,9 -21,6
II график 2 0,383 1,39 1,61 0,53 0,62 24,7 38,5 0,580'
расх., % - 3,7 7,3 - - - Г" -24,1 -21,7
график 3 0,383 1,97 2,10 0,76 0,81 17,4 28,4 0,580'
расх., % - 23,9 40,0 - - - -44,0 -21,7
График 4 0,383 1,54 1,70 0,58 0,66 22,6 35,8 М/А
расх., % - 14,9 13,3 - - - -29,3 -
Нефтерудовоз-8 Н/И 0,438 0,98 1,20 0,45 - 25,8 42,5 0,444
Тн=315см график 1 0,438 1,08 1,38 0,47 0,60 26,0 45,1 0,474
Тк=3]5см расх., % - 10,2 15,0 4,4 - 0,8 Г 6,1 6,8
5„=30- график 2 0,438 0,95 1,28 0,42 0,56 31,8 51,8 0,500г
расх., % - -3,1 6,7 -6,7 - 23,3 21,9 12,6
график 3 0,438 1,33 1,53 0,58 0,67 23,4 40,9 0,500*
расх., % - 35,7 27,5 28,9 - -9,3 -3,8 12,6
график 4 0,438 1,06 1,27 0,44 0,57 25,6 45,6 М/А
расх., % - 8,1 5,8 -2,2 - -0,8 7,3 -
Го же Н/И 0,408 1,24 1,40 0,52 - 20,8 34,3 0,451
5Й =20" график 1 0,408 1,31 1,58 0,54 0,64 22,8 39,8 0,509
расх., % - 5,6 12,9 3,8 - 9,6 16,0 12,9
график 2 0,408 1,16 1,45 0,48 0,59 25,4 43,6 0,500'
расх., % - -6,5 3,6 -7,7 - 22,1 27,1 10,9
график 3 0,408 1,69 1,84 0,69 0,75 17,9 32,9 0,500'
расх., % - 36,3 31,4 32,7 - 13,9 -4,1 10,9
график 4 0,408 1,38 1,57 0,54 0,64 21,6 38,5 М/А
расх., % - 11,3 12,1 3,8 - 3,8 12,2 -
Нефтерудовоз-8 Н/И 0,529 0,98 1,20 0,56 - 25,7 42,5 0,462
Тн=80см график 1 0,529 0,70 0,99 0,37 0,52 35,2 54,5 0,406
Тк=265см расх., % - -28,5 -17,5 -33,9 - 37,0 28,2 -12,0
5(1 =30" график 2 0,529^ М/А 0,89 ТМ/А 0,47 М/А М/А 0,600'
расх., % - - -25,8 - - - - 29,9
график 3 0,5292 М/А 0,56 К/А 0,30 М/А М/А 0,600'
расх., % - - -53,3 - - - - 29,9
график 4 0,529 0,53 0,79 0,24 0,39 40,5 62,5 М/А
расх., % - -45,9 -34,2 -57,1 - 57,6 47,1 -
продолжение табл.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Го же Н/И 0,469 1,36 1,52 0,66 - 19,4 32,0 0,465
Зк =20* график 1 0,469 0,91 1,17 0,43 0,55 31,9 48,7 0,482
расх., % - -33,1 -23,0 -34,8 - 64,4 52,2 3,7
график 2 0,469 0,80 1,13 0,38 0,53 48,6 62,1 0,600'
расх., % - -41,1 -25,7 -42,4 - 150,5 94,1 29,0
график 3 0,469 0,93 1,20 0,44 0,56 42,0 56,3 0,600'
расх., % - -31,6 -21,1 -33,3 - 116,5 75,9 29,0
график 4 0,469 0,86 1,08 0,37 0,49 33,1 51,0 Ы/А
расх., % - -36,8 -28,9 -43,9 - 70,6 59,3 -
Примечания: 1 - значение безразмерной абсциссы полюса поворота находится из условия построения графика как 1 + / ;
2 - значение безразмерной угловой скорости за пределами рекомендуемых для
графика значений (выше 0,5);
3 - значение безразмерной абсциссы полюса поворота определено по формуле
(Ю);
1Ч'/А - параметр невозможно определить по графику;
- - отсутствие данных.
Приведенные в таблице результаты сопоставления показывают, что предлагаемый автором универсальный график имеет хорошую сходимость с результатами натурных наблюдений в рекомендуемом диапазоне значений безразмерной угловой скорости поворота, особенно для судов с посадкой на ровный киль или с небольшим дифферентом. При этом имевшие место отклонения при определении радиусов циркуляции были, как правило, в сторону больших радиусов, и расхождение в большинстве случаев не превышало 20 %. Отклонения в сторону меньших значений радиуса наблюдались при сопоставлении с результатами испытаний судов со значительным дифферентом. Достоинством предлагаемого графика можно' считать и возможность определения безразмерной абсциссы полюса поворота.
Малые расхождения с результатами натурных наблюдений значения хР т/х «Нефтерудовоз-8», наиболее полных по сравнению с ранее проводившимися испытаниями, позволяют сделать вывод о том,, что точность определения абсциссы полюса поворота по графику достаточна для практического применения.
Из проведенного анализа следует, что предлагаемый автором универсальный график определения параметров установившейся циркуляции вполне применим на практике. Достоинствами графика являются приемлемая точность определения параметров циркуляции, относительная простота лежащих в его основе аналитических зависимостей (по предлагаемым формулам можно рассчитать все параметры движения и при отсутствии готового графика, в отличие от графика 4). Недостаток - невозможность определения параметров циркуляции при малых углах перекладки рулевого органа (8К < 10°). Однако на практике параметры пологих циркуляций для судоводителя большого интереса не представляют.
При использовании предлагаемого автором графика для нахождения основных параметров движения требуется информация о положении ЦТ судна. Однако автор не считает, что на натурном судне это составит серьезные трудности. На судах, выходящих в море, перед каждым рейсом производится расчет остойчивости, в котором определяется и абсцисса центра тяжести судна. Современные пособия «Информация об остойчивости» [5, 6] позволяют делать это с достаточно высокой точностью.
Высокая точность предлагаемого графика позволяет сделать вывод о том, что все предположения о местоположении полюса поворота на установившейся циркуляции, лежащие в основе построения графика, верны. В то же время требуются дополнительные исследования влияния значительного дифферента на параметры циркуляции. При
небольшом относительном смещении ЦТ судна вследствие дифферента (1к < -0.4) предложенные зависимости вполне применимы на практике.
Применять предложенный универсальный график при проведении натурных наблюдений можно для определения отдельных параметров, неопределяемых в ходе эксперимента, при близости остальных экспериментальных данных с данными графика. Так, например, данные графика имеют хорошую сходимость с параметрами движения танкера «Волгонефть-166», определенными в ходе натурных испытаний. Параметры движения, не определенные в ходе эксперимента, в этом случае вполне допустимо определять по предложенному универсальному графику.
Список литературы
[1] Вьюгов В.В. Управляемость водоизмещающих речных судов. - Новосибирск: НГАВТ, 1999. - 200 с.
[2] Вьюгов В.В., Лебедев О.Ю., Палагушкин Б.В. Метод определения гидродинамических корпусных характеристик судна // Труды НГАВТ «Дизельные энергетические установки речных судов». - 2000. - С. 100-102.
[3] Гофман А.Д. Движительно-рулевой комплекс и маневрирование судна-. Справочник. - JL: Судостроение, 1988. - 360 с.
[4] Он же. Основы теории управляемости судна. - СПб.: СПГУВК, 1999. - 99 с.
[5] Информация об остойчивости т/х «Boushkin» при перевозке навалочного груза 5000 т. ЦКБ «Изумруд». - Херсон: 1999. - 102 с.
[6] Информация об остойчивости т/х «River Elk» и «River Cat» при перевозке 4150 т несмещае-мого навалочного груза, МЕВ-05074АМ. Морское инженерное бюро. - Спб.: 1997. - 108 с.
[7] Клементьев А.Н., Павельев А.Д. Применение универсальных графиков для определения параметров установившейся циркуляции переднего хода//Материалы научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов и специалистов «ТРАНСПОРТ - XXI век». - Часть 2. - Н. Новгород: Юд-во ВГАВТ, 2003,- С. 146-147.
[8] Коган В.И., Гофман А.Д. Исследование гидродинамических характеристик грузовых судов на глубокой и мелкой воде // Тр. ин-та / Ленингр. ин-т волн, трансп. - Л.: Транспорт, 1968. -Вып. 118. -С. 50-59.
[9] Отчет ГИИВТ. Натурные испытания судов и составов ВОРПа. - Горький: 1988. - 109 с.
[10] Отчет ГИИВТ. Натурные испытания судов пароходства “Волготанкер”. - Горький: 1988. - 96 с.
[11] Отчет о научно-исследовательской работе «Провести натурные испытания судов пароходства «Волготанкер» при ходе на одном двигателе» (промежуточный). - Горький: ГИИВТ, 1987, - 48 с.
[12] Рыжов Л.М. О взаимозависимости параметров установившейся циркуляции // Тр. акад. / ВГАВТ. - 2001. - Вып. 296. - С. 199-208.
[13] Рыжов Л.М. Управляемость толкаемых составов. - М.: Транспорт, 1969, - 128 с.
[14] Соларев Н.Ф. Безопасность маневрирования речных судов и составов. - М.: Транспорт, 1980.-215 с.
[15] Справочник маневренных характеристик судов. - Изд. МРФ РСФСР, 1989. - 318 с.
[16] Справочник характеристик поворотливости судов и толкаемых составов / Под ред. JI.M. Рыжова. - Пермь: 1975. - 166 с.
HALF AND FULL RUDDER STEADY STATE TURNING PARAMETERS DIAGRAM FOR CARGO SHIPS OF INLAND AND COMBINED “RIVER-SEA” NAVIGATION A. D. Paveliev
A new multi-purpose diagram is offered for determination of half and maximum rudder angle steady state turning parameters of inland and combined "river-sea" navigation cargo vessels. The proposed diagram is compared with existing similar diagrams.
