Основы управления судном

Министерство образования и науки Российской Федерации Севастопольский национальный технический университет Кафедра ЭМСС Контрольная работа Основы управления судном Выполнил: ст.гр. ЭД 32з Шумаков В. Н Проверил: Вознесенский В.В.

Севастополь 2014 г.

1. КЛАССИФИКАЦИЯ МОРСКИХ СУДОВ Классификация судов по размерам вызвана необходимостью учитывать навигационную обстановку: глубины в проливах и акваториях портов, габариты шлюзов, условия навигации на искусственных каналах и внутренних водных путях. Терминология описания состоит из 2-х слов: 1- привязка по географии, 2 -описывает размер.

Handysize. К Handysize относятся танкеры для нефтепродуктов дедвейтом от 15 000 до 50 000 тонн. Суда размером Handysize наиболее распространенными и составляют более 2000 ед. общим дедвейтом около 45 млн. тонн. Танкеры составляют лишь небольшую величину.

Handymax. Суда размером Handymax или Supramax имеют дедвейт от 35 000 до 60 000 т, длину 150−200 метров

Seawaymax. Суда размером Seawaymax способны проходить через канал Святого Лаврентия (Монреаль — оз. Эри, включая канал Уэлленда — водный путь по Великим озерам из Атлантического океана в Великие озера в Северной Америке до озера) Суда размером «Seawaymax» имеют в длину 226 м, ширину 24 м, и осадку 7,92 м.

Aframax. Суда размером Aframax (Average Freight Rate Assessment, AFRA) — это, в основном, нефтеналивные танкеры с дедвейтом от 80 000 тонн до 120 000 тонн. Танкеры Афрамакс используются в морях: Северном, Черном, Средиземном, Карибском, Восточно-Китайском и география растет.

Suezmax. Суда типа Suezmax — это нефтеналивные танкеры, способные с полной загрузкой проходить через Суэцкий канал, и исключительно связан с нефтяными танкерами. Существуют ограничения: глубина водного пути составляет 16 м, высота моста в канале — 68 м, максимально допустимая ширина судна -70,1 м.

Panamax Суда типа Panamax способны пройти с полной нагрузкой по Панамскому каналу. Предельные размеры судов Panamax должны соответствовать параметрам шлюзовых камер: ширина — 33,53 м, длина — 320 м, высота — 25,9 м.

Полезная длина каждой камеры для постановки судна составляет 304,8 м. И составляют: длина — 294,1 м, ширина — 32,3 м, осадка — 12 м, высота от ватерлинии до самой высокой точки судна составляет 57,91 м, водоизмещение около 65 000 т.

Malaccamax. Суда типа Malaccamax — нефтеналивные танкеры, транспортирующим сырую нефть из районов Персидского залива в Китай через Малаккский пролив, соединяющий Индийский океан с Южно-Китайским морем. Ограничение вызвано определенными банками, где минимальная глубина составляет 25 метров.

Capesize. Суда типа Capesize имеют дедвейт свыше 150 000 тонн, поэтому основное количество судов данного размера составляют супертанкеры типа VLCC и ULCC, и крупнотоннажные рудовозы со средним дедвейтом 175 000 тонн. Это суда, которые не могут пройти по каналам и долджны проходить вдоль мыса Доброй Надежды на юге Африки или мыса Горн — на юге Южной Америки.

Отдельная классификация танкеров по размерам, исходя из дедвейта

— от 10 000 до 24 999 тонн — танкер общего назначения;

— от 25 000 до 44 999 тонн — танкер средних размеров;

— от 45 000 до 79 999 тонн — танкер типа LR1;

— от 80 000 до 159 999 тонн — танкер типа LR2;

— от 160 000 до 319 999 тонн — очень большой танкер (Very Large Crude Carrier — VLCC);

— от 320 000 до 549 999 тонн — ультра большой танкер (Ultra Large Crude Carrier — ULCC);

Классификация по размерам танкеров — газовозов:

— Conventional, с объемом транспортируемого СПГ от 145 000 до 154 000 м³, газовоз общего назначения;

— Q-Flex , — от 210 000 до 216 000 м³, газовоз средних размеров;

— Q-Max , — от 263 000 до 266 000 м³ большой газовоз;

Классификация судов по типам СЭУ :

1. Пароходы: главный двигатель — паровая машина.

2. Теплоходы: главный двигатель — двигатель внутреннего сгорания.

3. Паротурбоходы: главный двигатель — паровая турбина.

4. Газотурбоходы: главный двигатель — газовая турбина.

5. Дизельэлектроходы: гребной винт приводится в действие электродвигателем, получающим питание от дизель-генератора.

6. Турбоэлектроходы: гребной винт приводится в действие электродвигателем, получающим питание от турбогенератора.

7. Атомоходы: используется ядерная энергетическая установка.

Классификация судов по назначению:

1. Торговые суда:

— грузовые (сухогрузы, рефрижераторы, наливные);

— грузопассажирские суда (лайнеры, трамповые суда, паромы).

Лайнеры — фиксированный маршрут Трамповые со свободным расписание

2. Промысловые:

— рыболовные (траулеры, БМРТ, сейнеры, тунцеловныесуда, различные базы).

— китобойные;

— зверобойные;

— плавбазы;

— рыбоконсервные заводы;

— краболовы;

— производственные и транспортные рефрижераторы;

3. Научно — исследовательские суда:

4. Учебные суда:

5.Специалезированые суда:

— гидрографические;

— лоцманские суда;

— плавучие маяки;

— пожарные суда — (в основном заменились буксирами со средствами борьбы с пожарами на других судах);

6. Судоремонтные суда:

— плавучие доки;

— плавучие мастерские ;

— плав. Краны;

7. Служебные суда:

— ледоколы;

— буксиры;

— суда обеспечения (обслуживание морских плавучих и стационарных установок);

— разъездные суда;

8. Спасательные суда:

— морские спасатели;

— спасательные базы;

— судоподъемные понтоны;

9. Суда технического флота:

— диоглубительные суда (землечерпалки, землесосы);

— нефтесборные суда (для сбора нефти, нефти продуктов и мусора с поверхности моря);

10. Маломерные суда:

— прогулочные;

— спортивные;

Основные типы грузовых судов:

Контейнеровоз — грузовое судно длиной примерно от 70 до 394 м и перевозящее примерно от 250 до 18 000 20-футовых (TEU) контейнеров одновременно. В морских контейнерных перевозках в основном используются стандартные ISO-контейнеры.

Балкер (сокращение bulker от bulk carrier англ. bulk — наваливать, насыпать, и carrier — перевозчик), или сухогруз — специализированное судно для перевозки грузов насыпью и навалом, таких как зерно, уголь, руда, цемент и др.

Нефтерудовоз (американское обозначение ОВО от Ore-bulk-oil) — морское или речное грузовое судно, предназначенное для перевозки как наливных, так насыпных грузов.

Балктанкер — судно специальной постройки, способное перевозить сыпучие и жидкие грузы. Обычно для перевозки жидких грузов используются бортовые емкости, а для перевозки сыпучих — средние отсеки.

Сухогрузное судно — судно, используемое для перевозки различных сухих грузов — штучных (кипы, ящики, контейнеры и др.), насыпных (зерно, цемент и др.), навалочных (руда, уголь и др.), а также автомобилей, тракторов и ж.-д. вагонов, жидких грузов в таре или в диптанках.

Специализированные сухогрузные суда перевозят однородный груз и обычно называются по виду этого груза (контейнерное судно, лесовоз, рудовоз, банановоз и др.). Комбинированные сухогрузные суда рассчитаны на 2—3 различных груза, которые могут попеременно размещаться в грузовых помещениях (лесовоз-навалочник, навалочник-контейнеровоз и др.). На универсальных сухогрузных судах можно перевозить одновременно грузы нескольких видов.

На сухогрузных судах грузы размещаются в трюмах, твиндеках и диптанках, а также на верхней палубе (штучные грузы). Погрузка-выгрузка производится вертикальным способом через грузовые люки верхней палубы или горизонтальным способом — через бортовые, носовые и кормовые отверстия (порты), расположенные выше главной палубы (палубы переборок). Для погрузки-выгрузки большинство судов оборудуется судовыми грузовыми механизмами — стационарными или передвижными кранами, стрелами, транспортёрами и другими устройствами. При горизонтальном способе погрузки-выгрузки груз перемещается с причала на судно по рампе своим ходом либо с помощью автопогрузчиков и тягачей; передача груза с палубы на палубу осуществляется лифтами, подъёмниками и т. д.

Ролкер (также: судно типа ро-ро) — судно с горизонтальным способом погрузки и выгрузки. Ролкеры чаще всего используются для перевозки (грузовых) автомобилей и другой колёсной техники. Основное преимущество ролкера — быстрота разгрузки и погрузки судна. Для этих операций не нужны подъёмные краны: грузовые автомобили с грузом просто заезжают/выезжают на грузовые палубы судна по аппарели.

Лихтеровоз — судно, перевозящее специальные баржи — лихтеры. Лихтеровозы часто используют там, где большие суда не могут подойти к причалу из-за недостаточной глубины или по другой причине. Лихтеры загружают у причала, транспортируют буксиром к лихтеровозу и поднимают на борт лихтеровоза.

Танкер — судно для перевозки наливных грузов.

Рефрижераторное судно — судно, трюмы которого оборудованы охлаждающими установками. Рефрижераторные суда используются для перевозки скоропортящихся продуктов питания.

2. МЕЖДУНАРОДНЫЕ И НАЦИОНАЛЬНЫЕ ДОКУМЕНТЫ, РЕГЛАМЕНТИРУЮЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ ПО БЕЗОПАСНОСТИ МОРЕПЛАВАНИЯ Навигационная безопасность плавания — понятие, характеризующее степень исключения навигационных происшествий с кораблем при нахождении его в море.

Требования к обеспечению безопасности ходовой навигационной вахты изложены во втором разделе главы VIII Конвенции ПДНВ-78/95. Функции навигационной вахты определены руководящими документами (уставами службы на судах морского и речного флота, упомянутой Конвенцией и др.). Данные функции имеют разный объем при плавании в различных условиях.

Международная морская организация — ИМО является специализированным учреждением ООН, способствующим сотрудничеству стран — членов при решении технических проблем развития международного судоходства, обеспечения безопасности человеческой жизни на море и предотвращения загрязнения моря с судов. Основная форма деятельности ИМО — разработка рекомендаций, которые принимаются в форме резолюций Ассамблеи ИМО, а также разработка проектов конвенций по вопросам мореплавания, судостроения, охраны морской среды. По инициативе ИМО созываются международные конференции для рассмотрения подготовленных документов и принятия их государствами.

Международная конвенция по охране человеческой жизни на море СОЛАС, от англ. SOLAS, Safety of Life at Sea) в её последовательно издававшихся формах является наиболее важным из всех международных соглашений по безопасности торговых судов. Каждое судно, совершающее международный рейс и подпадающее под действие этого нормативного документа должно выполнять его требования. Главной целью данного нормативного документа является установление минимальных стандартов, отвечающих требованиям по безопасности при постройке, оборудовании и эксплуатации судов. Требования к безопасности мореплавания содержатся в главе V настоящей конвенции.

МППСС — 72 представляют из себя систему взаимосвязанных признанных международных правил, устанавливающих порядок действий судоводителей по предупреждению столкновений при встрече судов в море.

МППСС-72 содержат 5 частей (38 Правил) и 4 приложения. Правилами определены требования к Организации наблюдения на судне, безопасной скорости, действиям судна для предупреждения столкновения, плаванию в узкостях, плаваний по системам разделения движения. Предписаны правила безопасного расхождения в ситуациях сближения судов, идущих навстречу друг другу и пересечения курсов обгона, а также определены взаимные обязанности судов разных категорий при встрече, порядок хождения парусных судов. В Правилах определены действия судна при плавании с использование радиолокатора, порядок расхождения в этих случаях, даны характеристики судовых навигационных огней и навигационных знаков, звуковых сигнальных средств, описаны сигналы маневроуказания и предупреждения, сигналы при ограниченной видимости и т. д. МППСС-72 распространяются на все суда крытых морях и соединенных с ними водах, по которым могут плавать морские суда и являются нормами международного права при расследовании обстоятельств и установлении ответственности за столкновение судов в море. Ничто в МППСС-72 не освобождает ни судно, ни его владельца, ни капитана, ни экипаж от ответственности за последствия, могущие произойти от их невыполнения или от пренебрежения какой-либо предосторожностью, соблюдение которой требуется обычной морской практикой или особыми обстоятельствами данного случая.

Международная конвенция о грузовой марке 1966 года устанавливает, что судно не может выйти в международный рейс, если на него не нанесена грузовая марка и не выдано Международное свидетельство о грузовой марке.

Конвенция распространяется на суда, совершающего международные рейсы, за исключением военных кораблей, рыболовных судов, прогулочных яхт и судов длиной менее 25 м. Грузовая марка определяет минимальную высоту надводного борта и соответствующий ей запас плавучести, которую судно должно иметь в соответствующих зонах (в Северной Атлантике, в тропиках) и в зависимости от сезона (зимой, летом). Международное свидетельство о грузовой марке выдается Администрацией или по ее поручению (в РФ — Морским регистром судоходства) на срок не свыше пяти лет. Суда в портах государств — участников Конвенции подлежат контролю, цель которого — убедиться в наличии на судне действительного свидетельства и установить, что расположение марки соответствует свидетельству и судно не подверглось таким существенным изменениям, вследствие которых оно не в состоянии выйти в море без опасности для человеческой жизни, и что судно не загружено сверх разрешенных пределов.

3. СУДОВЫЕ ДОКУМЕНТЫ СОГЛАСНО КТМ УКРАИНЫ Судно должно иметь следующие основные судовые документы:

— свидетельство о праве плавания под Государственным флагом Украины (Судовой патент);

— свидетельство о праве собственности на судно;

— классификационное свидетельство, выдается классификационными обществами.

— мерительное свидетельство (для судов, подлежащих техническому надзору классификационного общества) — обязательный судовой документ, выдаваемый судну государством флага в соответствии с его законодательством и Международной конвенцией по обмеру судов 1969 года;

— свидетельство о минимальном составе экипажа;

— список лиц судового экипажа (судовая роль) — Судовая роль — основной судовой документ, содержащий сведения о количестве и составе экипажа при приходе и отходе судна.;

— список пассажиров, находящихся на судне;

— судовой журнал — постоянно находится на ходовом мостике (в штурманской рубке) и ведется вахтенным помощником капитана как на ходу, так и на стоянке судна.

— машинный журнал (для судов с механическим двигателем) — Постоянно находится в машинном отделении (на центральном посту управления) и ведется вахтенным механиком на ходу и на стоянке судна. Старший механик должен ежедневно знакомиться с содержанием машинного журнала и подтверждать это своей подписью.

— санитарный журнал;

— судовое санитарное свидетельство;

— пассажирское свидетельство, если судно перевозит более 12 пассажиров;

— разрешение на право пользования судовой радиостанцией, журнал (Дневник радиослужбы) и другие документы в соответствии с Регламентом радиосвязи;

— свидетельство о грузовой марке

— журнал регистрации мероприятий по предотвращению загрязнения моря.

4. МАНЕВРЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СУДНА Основными маневренными элементами судна являются такие его качества, которые характеризуют способность судна развивать и сохранять тот или иной режим движения и изменять один режим движения на другой. К маневренным элементам судна относятся:

Ходкость — способность судна двигаться в заданном направлении с заданной скоростью. поворотливость — способность судна изменять направление своего движения под действием руля;

Инерция — способность судна сохранять прежнее состояние движения после изменения режима работы машины.

Различают следующие скорости хода: наибольшую, экономическую и наименьшую.

Наибольшей скоростью судна называется та наивысшая скорость, которую может развивать (и достаточно долго сохранять) данное судно в полном грузу.

Экономической скоростью хода называется такая скорость судна, при которой расход топлива на одну пройденную милю будет наименьшим, т. е. при которой судно с имеющимся запасом топлива может пройти наибольшее расстояние.

Наименьшей скоростью судна называется такая минимальная скорость хода, при которой данное судно продолжает еще слушаться руля.

Поворотливость судна характеризуется теми криволинейными траекториями (циркуляциями), которые описывает центр тяжести судна при различных положениях руля и различных скоростях хода.

Инерция судна определяется тем расстоянием, которое проходит судно с момента подачи команды об изменении режима работы его двигателей до момента приобретения скорости, соответствующей новому режиму, и временем, необходимым на приобретение новой скорости.

Тяга винта. Чтобы судно двигалось с определенной скоростью, к нему необходимо приложить движущую силу, преодолевающую сопротивление движению. Движущая сила создается работающим винтом, который, как и всякий механизм, часть энергии тратит непроизводительно.

Рассмотрим влияние гребных винтов на управляемость судна.

Работающий гребной винт совершает одновременно поступательное движение со скоростью судна V относительно невозмущенной воды и вращательное движение с угловой скоростью. Каждая лопасть винта рассматривается как отдельное крыло.

Рис. 1 Силы, действующие на гребной винт При натекании водяного потока на винт, на каждой его лопасти создается сила, пропорциональная квадрату скорости потока и величине угла атаки. Раскладывая эту силу по двум взаимно перпендикулярным направлениям, получим: силу тяги, направленную вдоль оси вращения винта и силу лобового сопротивления, действующую в плоскости диска винта по касательной к окружности, которую описывают точки на лопасти винта при его вращении.

Поскольку работающий винт расположен за корпусом судна, то при его движении водяной поток натекает на лопасти винта с неодинаковыми скоростями и под различными углами. В результате наблюдается неравенство сил тяги и лобового сопротивления для каждой лопасти, что приводит к появлению помимо тяги винта нескомпенсированных боковых сил, влияющих на управляемость одновинтового судна. Основными причинами появления боковых сил являются:

попутный поток воды, увлекаемый корпусом при его движении;

реакция воды на работающий винт;

неравномерное натекание водяной струи от работающего винта на руль или корпус судна.

Рассмотрим влияние этих причин на работу винтов фиксированного (ВФШ) и регулируемого (ВРШ) шага правого вращения.

Судно движется вперед, винт вращается вперед. Реакция воды на винт.

На работу винта оказывает влияние близость поверхности воды. В результате наблюдается подсос воздуха к лопастям в верхней половине диска винта. При этом лопасти в верхнем положении испытывают меньшую силу реакции воды, чем в нижнем. В следствии этого возникает боковая сила реакции воды, которая всегда направлена в сторону вращения винта — в рассматриваемом случае вправо.

Рис. 2 Взаимодействие винтовой струи с рулем.

При вращении винта закрученный поток воды натекает на перо руля в его нижней и верхней части под разными углами атаки. В нижней части утол атаки меньше, чем в верхней.

В результате возникает боковая сила, которая стремится повернуть корму вправо.

Общее влияние винта: для большинства судов с ВФШ и ВРШ силы или взаимно компенсируются или корма имеет слабо выраженную тенденцию к смещению влево.

Судно движется вперед, винт вращается назад (реверс).

В этом случае попутный поток сохраняется. Однако в отличие от рассмотренного выше случая попутный поток уменьшает угол атаки.

Следовательно уменьшается сила лобового сопротивления на каждом элементе лопасти. В верхнем положении такое уменьшение выражено сильнее, чем в нижнем, т.к. в нижней части скорость попутного потока меньше. Поэтому результирущая сила лобового сопротивления лопастей для ВФШ будет направлена влево. Для ВРШ при перемене режима работы с переднего на задний ход направление вращения сохраняется, изменяется только шаг винта: винт правого шага становится винтом левого шага и наоборот. Следовательно, результирущая сила лобового сопротивления лопастей будет направлена вправо. Реакция воды на винт.

Боковая сила реакции воды на винт, как было сказано выше, всегда направлена в сторону вращения винта: для ВФШ — влево; для ВРШ — вправо.

Рис. 3 Взаимодействие винтовой струи с корпусом Винтовая струя набрасывается на кормовую часть судна.

В результате создается повышенное гидродинамическое давление и корма будет смещаться: для ВФШ — влево; для ВРШ — враво.

Общее влияние винта: ВФШ — корма идет влево; ВРШ — корма идет вправо.

Судно движется назад, винт вращается назад.

С началом движения судна назад попутный поток исчезает.

Реакция воды на винт: ВФШ — влево; ВРШвправо .

Взаимодействие винтовой струи с корпусом: ВФШ — влево; ВРШ — вправо.

Общее влияние винта: ВФШ — корма идет влево; ВРШ — корма идет вправо.

Влияние гребных винтов на управляемость многовинтового судна.

Большинство современных пассажирских судов, ледоколов, а также быстроходных судов крупного тоннажа оснащаются двухили трехвальными силовыми установками. Главная особенность многовинтовых судов по сравнению с одновинтовыми — это их лучшая управляемость. Гребные винты у двухвинтовых, а также бортовые винты у трехвинтовых судов расположены симметрично относительно диаметральной плоскости и имеют противоположное направление вращения, обычно одноименное с бортом. Рассмотрим управляемость многовинтовых судов на примере двухвинтового судна.

Действие сил при работе машин двухвинтового судна.

При одновременной работе винтов вперед или назад боковые силы, вызванные попутным потоком, реакцией воды на винт и струей от винтов, набрасываемой на руль или корпус взаимно компенсируются, поскольку винты имеют противоположное направление вращения. Поэтому отсутствует тенденция уклонения кормы в ту или иную сторону, как у одновинтового судна.

Рис. 4.Один винт работает вперед, другой стоп.

Воспользовавшись известным приемом, приложить к ЦТ две равных силе тяги винта Рл (на рисунке работает винт левого борта) и противоположно направленных силы, получим:

— сила Р''л вызывает движение судна вперед;

— момент сил Рл и Р’л разворачивает корму в сторону работающего винта;

— из гидродинамики известно, что работающий винт ускоряет поток воды, обтекающей кормовые обводы, и гидродинамическое давление со стороны работающего винта падает. За счет разницы давлений образуется сила Рд. Приложив к Цт судна две равные Рд и противоположно направленные силы Р’д и Р''д, получим: — момент сил Рд и Р''д разворачивает корму в сторону работающего винта; сила Р’д — смещает ЦТ судна в сторону работающего винта.

Таким образом, рассматриваемое движение двухвинтового судна примерно аналогично движению одновинтового судна с переложенным рулем.

Рис. 5 Один винт работает назад, другой стоп Проведя аналогичные предыдущему разделу постоения и рассуждения, можно получить общий вывод о том, что корма судна уклоняется в сторону противоположную работаюшему назад винту. При этом необходимо отметить, что сила Рд в рассматриваемом случае создается за счет струи от работающего назад винта, набрасываемой на кормовую часть корпуса.

Разворот судна на месте при работе винтов враздрай.

Двухвинтовое судно может разворачиваться практически на месте при работе винтов враздрай (один винт работает передним, а другой задним ходом). Частота вращения подбирается таким образом, чтобы силы тяги винтов были одинаковыми по величине. Примерное равенство сил достигается, когда на машине, работающей вперед, дают ход на одну ступень меньше, чем на машине, работающей назад. Например: малый ход вперед — средний ход назад. Разворачивающий момент создается не только за счет расположения винтов по разные стороны от ДП, но и за счет разности давлений воды у бортов кормового подзора, создаваемой противоположно направленными струями от винтов.

К недостаткам двухвинтовых судов следует отнести пониженную эффективность расположенного в ДП руля. Поэтому на малых скоростях, когда основная часть силы, возникающей на руле при его перекладке, создается за счет струи воды, набрасываемой винтом на руль, главным способом управления является маневр машинами.

Трехвинтовые суда объединяют в себе положительные маневренные качества однои двухвинтовых судов и имеют более высокую маневренность в том числе и на малых скоростях. На переднем ходу средний винт повышает эффективность руля за счет набрасываемой на него винтовой струи. На заднем ходу средний винт обеспечивает поступательное движение, а развороты осуществляются работой бортовых винтов.

5. ОСОБЕННОСТИ УПРАВЛЕНИЯ СУДНОМ В УЗОСТИ И ПРИ ПЛАВАНИИ НА МЕЛКОВОДЬЕ При прохождении узкостей, плавании в условиях ограниченной видимости и в других особых условиях общими требованиями являются:

* личное присутствие капитана на мостике и руководство им всеми действиями вахтенной службы (капитан может оставить за себя старшего помощника только в случае необходимости);

* четкая расстановка вахты и членов экипажа, вызванных для ее усиления, распределение конкретных обязанностей между судоводителями с целью своевременного обнаружения и исправления допущенных ошибок;

* при возникновении сомнения в правильности определения места, в зависимости от конкретной обстановки, уменьшение хода, вплоть до остановки, отдача якоря или даже разворот на обратный курс;

* заблаговременный переход на маневренный режим работы СЭУ с целью обеспечения возможности своевременного выполнения необходимого маневра;

* заблаговременное снижение скорости или даже полная остановка движения, если действия другого судна непонятны.

Сущность явлений, возникающих при движении судна в узкости и на мелководье Сопротивление воды движению судна складывается из трех составляющих:

— сопротивления трения;

— формы;

— волнового сопротивления.

Сопротивление трения зависит от площади смоченной поверхности корпуса и его шероховатости. Сопротивление формы зависит от обводов корпуса. Волновое сопротивление связано по своей природе с образованием судовых волн, возникающих при взаимодействии корпуса с окружающей его водой.

Судовые волны состоят из двух систем волн: у форштевня развивается носовая, у ахтерштевня — кормовая система волн. Каждая из них состоит из расходящихся и поперечных волн.

Рис. 6. Волнообразование на мелководье Расходящиеся волны имеют короткий фронт и располагаются уступом. Кормовые расходящиеся волны меньше носовых и на глубокой воде едва заметны. Поперечные волны располагаются фронтом поперек судна и не выходят за пределы расходящихся волн. Их высота убывает от носа к корме. Носовая волна начинается гребнем, расположенным сразу за форштевнем. Первая кормовая волна всегда начинается впадиной, захватывающей кормовую оконечность. Поэтому в носовой части судна давление будет больше, чем в кормовой. За счет разницы этих давлений и образуется волновое сопротивление. С выходом судна на мелководье и уменьшением запаса воды под килем изменяется система образования судовых волн, что сказывается на ходовых качествах судов, их осадке и управляемости. При этом быстро начинает возрастать волновое сопротивление. Объясняется это тем, что когда отношение глубины Н к длине волны? мало, скорость распространения волн с небольшой амплитудой имеет предел V — критическую скорость. Судовые волны как раз и относятся к этой категории волн. Скорость их распространения не может превышать критической:

VK = vgH

где g — ускорение свободного падения.

Рис. 7. Распределение давления воды вдоль корпуса судна Закономерность изменения волнового сопротивления от глубины принято ставить в зависимость от двух безразмерных величин: относительной скорости Fr (число Фруда) и отношения глубины к осадке судна (Нгл/d):

F=

где Vс— скорость судна, м/с.

При малых значениях относительной скорости характер роста волнового сопротивления на глубокой воде и на мелководье примерно одинаков. При достижении судном относительной скорости Fr = 0,4 и дальнейшем ее увеличении характер волнообразования начинает изменяться.

По мере увеличения скорости судна угол растворения расходящихся волн начинает увеличиваться, а поперечные волны растут по высоте и длине. При достижении критической скорости поперечные волны сливаются с расходящимися, и под углом 90° к диаметральной плоскости образуется одиночная волна. Судно как бы толкает массы воды по ходу своего следования, сопротивление воды движению резко возрастает, скорость уменьшается (на 20−30%). Этот процесс протекает тем интенсивнее, чем меньше относительная глубина, что объясняется увеличением сопротивления трения из-за уменьшения расстояния между корпусом судна и грунтом.

Мощная поперечная волна, образующаяся при достижении судном скорости, близкой к критической, не подчиняется теории волн относительно малой амплитуды, и скорость ее дальнейшего движения уже не зависит от скорости судна. Эта волна (спутная волна) может самостоятельно перемещаться на очень большие расстояния со скоростью, при которой она образовалась.

Образование одиночной поперечной волны понижает уровень поверхности воды у бортов судна, что вызывает опускание корпуса относительно уровня спокойной воды и увеличение дифферента. Это явление называется просадкой. Для большинства судов, имеющих обычную конфигурацию корпуса (без носового бульба), характерно проседание с дифферентом на корму. Скоростное проседание с дифферентом на нос характерно для крупнотоннажных судов. Результаты натурных испытаний показывают, что у судов с коэффициентом общей полноты Св? 0.8 проседание носовой оконечностью больше, чем кормовой. При движении судна околокритическими скоростями просадка может достигать 5 -7% от средней осадки. На малых глубинах величина просадки еще более увеличивается из-за присасывания корпуса судна к грунту.

Рис. 8. Влияние мелководья на управляемость крупнотоннажного судна Минимальная глубина, необходимая для безопасного плавания судна на мелководье (Нбез), определяется следующим выражением:

Нбез = dк + ?dк + ?dв + ?dкр + Z, м где dк — осадка судна кормой, м;

?dк — просадка кормы судна, м;

?dк = ??dср, м;

? — коэффициент, зависящий от соотношения длины и ширины судна;

?dср — средняя осадка судна;

?dв — увеличение осадки на волнении, м;

?dв = 0,6 hв, м;

hв — высота волны, м;

?dкр — увеличение осадки от крена судна, м;

Z — запас воды под килем, который должен составлять не менее 1 м.

Рис. 9. Увеличение осадки судна при крене Крупнотоннажные суда, имеющие полнообводные формы корпуса (Св? 0.8), при движении на мелководье проседают больше носом, чем кормой. Для определения скоростного проседания таких судов можно воспользоваться номограммой NPL (National Phisical Laboratory).

Влияние мелководья на управляемость судна проявляется в следующем:

* резко ухудшается устойчивость судна на курсе, повышается рыскливость;

* ухудшается поворотливость судна, значительно уменьшаются углы дрейфа и соответственно увеличивается радиус циркуляции.

Происходит это по следующим причинам. Как уже говорилось, движущееся судно имеет перепад давлений вдоль корпуса. В результате этого уровень воды в средней части пониженный, а в районе форштевня и ахтерштевня — повышенный. Перепад уровней воды в кормовой оконечности приводит к тому, что вода, перетекая от повышенного уровня к пониженному, образует попутный поток, скорость которого зависит от величины перепада уровней воды.

При движении судна на мелководье перепад давлений (и как следствие уровней воды) увеличивается по мере приближения скорости судна к ее критическому значению Vкр .

Вращающий момент, создаваемый пером руля, при всех прочих равных условиях зависит от скорости набегающего потока. Увеличение скорости попутного потока при выходе судна на мелководье снижает скорость набегающего на перо руля потока и, как следствие, снижает эффективность рулевого устройства.

Другим фактором, влияющим на управляемость, является то, что при выходе судна на мелководье для сохранения прежней скорости требуются большие энергетические затраты, чем на глубокой воде. Эта дополнительная энергия расходуется на то, что в процесс волнообразования вовлекаются дополнительные массы воды. Таким образом происходит увеличение кинетической энергии движущейся вместе с судном воды, а следовательно, и кинетической энергии системы «судно плюс присоединенные массы воды».

Увеличение инерционности судна при падении эффективности пера руля приводит к ухудшению маневренных и тормозных характеристик судна.

Рис. 10 Силы, действующие на судно при движении по мелководью Рис. 11 Влияние мелководья на величину радиуса циркуляции При одинаковой начальной скорости тормозной путь на мелководье и на глубокой воде отличаются незначительно.

При движении судна в узкости наблюдаются те же явления в поведении судна, что и на мелководье с неограниченной акваторией, только проявляется все это в более резкой форме.

6. ОСОБЫЕ СЛУЧАИ МОРСКОЙ ПРАКТИКИ Плавание в штормовых условиях современных судов, несмотря на их крупные размеры и высокие технические и мореходные качества, остается тяжелой и ответственной задачей. Воздействие штормового ветра и волн может принести судну крупные повреждения, если оно соответствующим образом не подготовлено к встрече со штормом и если маневрирование в шторм сопровождается ошибочными действиями капитана.

Нередко сила шторма бывает такой, что следование судна по курсу становится невозможным, и тогда на первом плане должна быть задача борьбы за живучесть и спасение судна.

Вредное влияние штормовых условий на судно проявляется в следующем.

1. Увеличиваются напряжения в корпусе судна и его отдельных элементах, особенно когда курс перпендикулярен фронту волны, а ее длина близка к длине судна. В практике мореплавания зафиксировано немало случаев, когда чрезмерные напряжения вызывали появление трещин в палубе и обшивке судна. В статистике аварий отмечены случаи и полного перелома судов на большой волне.

2. Увеличивается качка судна. Качка — колебательное движение судна, подразделяется на три основных вида: бортовую, килевую и вертикальную. Практически судно в штормовых условиях имеет смешанную качку, но преобладающей всегда является бортовая или килевая. При сильной бортовой качке силами инерции могут быть сорваны части рангоута, спасательных средств, оборудование машинного отделения, антенны и т. д. Килевая качка в большинстве случаев сопровождается ударами волн в днище и носовой подзор судна (днищевой и бортовой слеминг), увеличением напряжений в продольных связях корпуса, оголением винта при прохождении волны под кормой и усилением заливанием палубы. Все эти явления могут причинить судну и его оборудованию значительные повреждения. Особенно страшны мощные удары волн, когда они, перекатываясь по палубе, нарушают крепление люковых закрытий и проникают в трюмы. Положение в таких случаях становится критическим и может закончиться быстрой гибелью судна. Факты вскрытия люков волнением имели место в мореплавании и, как правило, заканчивались трагически.

3. Сильный шторм вызывает снос судна с курса, и оно при наличии отмелей и банок в районе плавания, может быть выброшено на мель. В некоторых морях имеются такие обширные отмели и банки, на которых нашло свою гибель в штормовую погоду множество судов различных классов — от парусников до современных лайнеров.

4. В сильный шторм возможно повреждение груза в трюмных и твиндечных помещениях и на палубе, особенно при некачественной штивке и найтовке, а при попадании воды в грузовые помещения (через вентиляторы, люки и т. п.) возможна и подмочка груза.

Таковы основные нежелательные последствия, которые могут быть причинены судну штормом. Сюда следует еще добавить, что условия несения вахт и выполнения судовых работ в штормовую погоду значительно осложняются; длительная качка изматывает физически людей и создает массу неудобств даже в обычной повседневной жизни судна.

Буксировка судов морем относится к особым случаям морской практики. Как правило, буксировка осуществляется транспортными судами или мощными буксирами-спасателями. Для обслуживания буксируемого объекта, особенно крупнотоннажного судна, маневрирование в портах и узкостях в помощь буксировщику придаются один или два вспомогательных буксира. Буксировочная операция предусматривает: предварительную проработку предстоящего маршрута перехода, предварительные расчеты по буксировке, рекомендации капитанам.

Управление судами при буксировке следует рассматривать с момента начала их движения. Особенности управления судами при буксировке необходимо делить на три момента: начало движения, непосредственно буксировка, остановка движения.

Начало движения:

— разгоняться постепенно с небольшим ускорением, т. к. при движении с большим ускорением могут возникнуть в буксирной линии чрезмерные усилия;

— после того, как буксирный трос начнет обтягиваться — застопорить машину, а потом постепенно увеличивать скорость до скорости буксировки;

— расчетную длину буксирной линии установить после выхода на достаточную глубину;

— после набора расчетной скорости буксировки осмотреть буксирное устройство. Если буксировка осуществляется на нескольких тросах, необходимо выровнять их натяжения.

— у места, где возможна отдача буксирного троса, должен быть инструмент, позволяющий или перерубить буксирный трос, или привести в действие отдающее устройство. Может быть предусмотрено перенесение нагрузки на страховочный трос в случае обрыва основного буксирного троса. На корме буксирующего и на носу буксируемого судов должна быть установлена вахта для наблюдения за работой буксирного устройства.

Буксировка:

— не располагать курс по волне или против волны, так как в этом случае возникают максимальные усилия в буксирной линии;

— длину буксирной линии необходимо иметь такую, чтобы оба судна одновременно всходили на волну и спускались с нее;

— длину буксирной линии необходимо иметь такой, чтобы рыскание буксируемого судна было минимальным, при этом:

— чем больше скорость буксировки, тем больше рыскание буксируемого судна;

— чем короче буксирный трос, тем порывистее рыскание;

— чем длиннее буксирный трос, тем дальше отходит буксируемое судно от курса, но рыскание не порывистое, что позволяет рулевому удерживать судно на курсе;

— увеличение расхождения судов может достигаться уменьшением скорости буксировки, однако при этом следует помнить, что уменьшение скорости буксировки приводит к ухудшению управляемости обоих судов;

— изменять курс относительно фронта волны следует с уменьшением скорости, чтобы не привести к увеличению бортовой качки;

— курс буксируемого судна располагать по кильватерной струе, при изменении курса — держаться ее наружной кромки;

— не проводить резких и больших изменений курса;

— уменьшать длину буксирной линии при плавании на мелководье.

Остановка движения:

— при экстренной остановке буксировщика следить за тем, чтобы не произошло навала на него;

— при временной остановке на большой глубине необходимо иметь в виду, что могут сблизиться друг с другом под действием веса буксирной линии;

— при подходе к месту отдачи буксирного троса (к месту окончания буксировки) необходимо постепенно снизить скорость;

— отдачу буксирного троса производить там, где глубина позволяет ему лечь на грунт;

— отдачу буксирного троса на большой глубине производить на ходу и осуществлять ее на буксировщике;

— отдачу буксирной линии производить тогда, когда масса ее оставшейся части будет такой, что подъемные устройства на буксируемом судне будут способны выбрать ее из воды.

Среди навигационных аварий посадка на мель стоит на первом месте, как по количеству случаев, так и по убыткам от них. В мире каждые 10 дней в среднем происходит одна посадка на мель. зависимости от имеющихся средств для снятия судна с мели и от характера посадки применяются следующие способы и методы:

самостоятельно

— работой своих машин;

— дифферентованием и кренованием;

— частичной или полной разгрузкой;

— завозом якорей;

c помощью других судов и средств

— разворотом или буксировкой (способ рывка) другими судами;

— устройством канала и размыва грунта;

— с помощью судоподъемных средств.

В процессе проведения спасательной операции, как правило, применяют несколько способов сразу.

После обследования положения судна, севшего на мель, капитан должен решить вопрос о том, как он будет снимать судно: собственными силами или с помощью извне.

Ряд обстоятельств будет влиять на успех спасательных работ, а следовательно, и на решение капитана. К ним относятся:

— гидрометеорологическая обстановка;

— характер района аварии;

— осадка судна до и после аварии и потерянное водоизмещение;

— наличие повреждения корпуса, винтов и руля и возможность их исправления;

— вес воды, влившейся в отсеки судна, и возможность удаления ее судовыми средствами;

— нагрузка судна, возможность выбрасывания за борт сухих грузов и откачки жидких;

— возможность дифферентования и кренования;

— остойчивость до посадки на мель, на мели и после снятия с мели;

— место и время посадки на мель;

— скорость, дифферент и курс судна при посадке на мель.

Способ дифферентования Для определения количества груза, которое необходимо перенести из поврежденной части судна в противоположную оконечность судна, поступают следующим образом:

— определяют дифферент до посадки на мель;

— точно замеряют осадку штевнями после посадки на мель и определяют дифферент;

— находят изменение дифферента;

— определяют потребный дифферентующий момент умножением изменения дифферента на момент, дифферентующий на 1 см (или на 1 дюйм);

— руководствуясь полученным дифферентующим моментом, намечают плечо переноса груза, а затем и количество перемещаемого груза.

Способ кренования Для определения количества груза, которое необходимо переместить, чтобы получить требуемый крен, поступают следующим образом:

— определяют изменение угла крена до и после посадки на мель;

— определяют кренящий момент умножением крена на момент, кренящий на 1°;

— руководствуясь кренящим моментом, намечают количество и место перемещения груза.

Самым удобным средством для дифферентования и кренования является перекачка балласта и жидкого груза из района посадки в противоположную оконечность или с борта на борт. Для дифферентования наиболее эффективными являются перекачки из форпика в ахтерпик или наоборот.

Способ разгрузки судна Разгрузка судна сама по себе уменьшает давление на банку, так как она уменьшает вес судна. Однако это справедливо только для такого случая разгрузки, когда после снятия груза судно на свободной воде всплывает параллельно самому себе или всплывает так, что дифферентуется на оконечность, противоположную месту посадки на банку. При несоблюдении этих условий будет увеличиваться давление судна на банку, а не уменьшаться.

Расчеты уменьшения давления на банку рассматриваемым способом ведут в следующем порядке:

— определяют дифферент и среднюю осадку до и после посадки на мель;

— по разности средних осадок определяют потерю водоизмещения;

— по изменению дифферента определяют дифферентующий момент;

— намечают количество груза для выгрузки и место, откуда этот груз следует брать;

— если в качестве отгруженного груза будет вода или топливо, хранящееся в танках двойного дна, то необходимо проверить поперечную остойчивость.

В первую очередь откачивают балластную и пресную воду, затем топливо и, если этих грузов оказывается недостаточно, начинают выгружать груз.

Так как при использовании этого метода в большинстве случаев приходится жертвовать грузом или топливом, то количество отгружаемого груза или топлива должно быть минимальным, т. е. таким, чтобы только довести силу давления на банку до такого значения, при котором судно будет снято с мели тягой винтов и якорей. Очевидно, наибольший эффект дает выгрузка груза из того района, который находится на месте касания груза.

Снятие судна с мели с помощью якорей и гиней.

Принимая решение о завозе якорей, нужно тщательно выбрать места их отдачи, имея в виду, что перекладка якорей судовыми средствами чрезвычайно затруднительна, а чаще всего невозможна.

С учетом соотношения масс судовых якорей на направлениях стягивания применяют становые и запасной якоря, а верпы и стопанкер используют в основном для удержания судна от нежелательных разворотов. Один из становых якорей рекомендуется оставлять на штатном месте, так как после снятия с мели завезенные якоря обычно нельзя быстро поднять на судно, а отсутствие якоря, готового к немедленной отдаче, может стать причиной новой аварии.

Наибольшей держащей силой якорь обладает при условии, что усилия, приложенные к нему, направлены горизонтально.

Это достигается применением цепных якорных канатов, имеющих большую массу на единицу длины. Однако длина якорных цепей ограничена, и заводить их очень трудно. Поэтому на практике в качестве якорного применяют стальные канаты.

Диаметр стального троса зависит от прикладываемого к нему усилия с учетом запаса прочности 1,3—1,5. Длина должна быть такой, чтобы при приложении тягового усилия не возникала вертикальная составляющая в месте крепления троса к якорю, стремящаяся вывернуть якорь из грунта.

Если держащая сила одного якоря недостаточна, на одном якорном канате завозят 2 якоря. Разные по массе или по типу якоря кладут «гуськом». Ближайшим к судну должен быть якорь большей массы. Держащую силу «гуська» принято считать равной сумме держащих сил обоих якорей. Якоря одного типа и одинаковой массы лучше положить «веером».

Выборка якорей на борт после снятия судна с мели в общем случае может быть выполнена так. Якорный канат вспомогательного якоря полностью травят за борт. Судно подтягивают сначала к одному тяжелому якорю и выбирают его, а затем к другому. Вспомогательный якорь с помощью хватталей выбирают после этого со шлюпки. В зависимости от обстановки иногда этим якорем приходится жертвовать.

Максимальная держащая сила якорей равна максимальному усилию, получаемому при снятии с мели данным способом, а усилия, прилагаемые к якорным канатам, должны быть не менее максимальной держащей силы якорей РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ

1. Выбор безопасной скорости на мелководье

Величину безопасной скорости определим из условия приращения осадки и расчета динамического запаса воды под килем

3

T — осадка, м, ?T — приращение осадки на мелководье для судов Д<5000 т.

;

;

уз.

2. Расчет потери скорости на волнении

Оценим потери скорости по способу Аэртсена.

; Источник 3

?V — потеря скорости.

V0 — скорость на тихой воде.

m, nэмпирические коэффициенты.

L — длина судна.

Таблица коэффициентов

При встречном волнении:

=4,76 уз.

При волнении «в скулу»:

=3,3 уз.

При волнении в борт:

1,87 уз.

При попутном волнении:

=0,88 уз.

Результат:

3. Расчет скорости хода судна при ограниченном запасе топлива Максимально допустимую скорость хода рассчитывают по формуле

; Источник 3.

V — скорость хода, при которой запаса топлива будет достаточно для прихода в порт.

V0 — Скорость полного хода, уз.

Q — количество топлива на судне

qп — расход топлива т/ч.

S — Расстояние до порта перехода, миль.

Найдем наибольшую скорость при которой запаса топлива будет достаточно для прихода в порт для вашего варианта.

== 18,36 уз.;

4. Плавание в штормовых условиях Исходные данные:

Произведем расчет кажущегося периода волн.

; Источники 1, 2

с.

Определим период бортовой качки

; Источники 1, 2

kЭмпирический коэффициент, равен 0,8

B — Ширина судна, м.

h — Поперечная метацентрическая высота, м.

=16,4 с Определим период килевой качки.

;

Tсредняя осадка судна.

= с.

Найдем соотношения периода волн к периодам качки, выполнение условий резонанса.

0.7

=1,49 -судно в пострезонансной зоне.

=0,62 — судно в дорезонансной зоне.

5. Изменение осадки от крена судна Рассчитывают по формуле:

?T = tg?; Источник 3

B=30 м. (Ширина)

?=0,5о

6. Предварительный расчет снятия судна с мели Исходные данные

=7,55;

=7,5;

=18+20+35=73;

S м 2, площадь грузовой ватерлинии.

— потерянное водоизмещение.

Тср, Тн, Тк — осадки до аварии.

Тн1, Тк1, Тср1 — осадки после аварии.

Y — удельный вес заборной воды.

q — количество тонн на сантиметр осадки.

— Сумма объемов воды в затопленных отсеках.

;

т.

Определим величину усилия, необходимого для снятия судна с мели, зная величину .

;

f — зависит от характера грунта, в пределах (0,18; 0,8)

Для гальки f=0.4 (От 0.38 до 0,42)

штормовой буксировка винт мореплавание БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Е. Г. Фрид, Устройство судна, Издание «Судостроение» — 1989 г, 340 стр.

2. Н. Н. Гордеев, «Вахтенный матрос». Издание «РКонсульт» — 2003 г. — 252 стр.

3. А В. Лихачев «Управление судном «Издание ГМА им. Макарова — 2004 г. 504 стр.

4. Управление судном — учебник для ВМИУ под ред. В. И. Снопкова. — Л. Транспорт, 1991 г. 415 с.

5. Сборник задач по управлению судном. — Учебное пособие для высших морских учебных заведений. Н. А. Кубачев и др. М. Транспорт, 1984 г. 139 с.

.ur