Контроль и регулирование движения судна

Реферат на тему:

Контроль и регулирование движения судна

Качкойназывают сложное колебательное движение, которое судно может совершать как твердое тело при плавании на спокойной или взволнованной поверхности воды. Возможность колебательного проВнцесса определяется наличием сил или моментов, оказывающих сопроВнтивление перемещениям и стремящихся возвратить судно в исходное положение.

Под действием возмущающей силы судно может иметь шесть возВнможных видов перемещений: три поступательных в направлении осей х, у, zи три колебательных вокруг этих осей. Однако только три из них могут иметь колебательный характер. Вертикальные колебания (сила действует в направлении оси z), приводящие к периодическим поВнгружениям и всплытиям, называют вертикальной качкой. Колебания вокруг оси у, вызывающие наклонения с борта на борт, называют борВнтовой качкой (переменный крен). Колебания вокруг оси х, вызываюВнщие продольные наклонения, называют килевой качкой (переменный дифферент).

Сила в направлении оси х вызывает ускорение или торможение двиВнжения, а сила в направлении оси утАФ боковое смещение (дрейф). МоВнмент вокруг оси zвызывает лишь отклонение от курса.

Колебания судна обычно происходят одновременно, но их раздельВнное изучение облегчает задачу, а результирующее перемещение, опВнределяющее положение судна относительно воды, может быть полуВнчено суммированием результатов.

Характеристиками колебательного процесса являются:

амплитуда качки тАФ наибольшее отклонение судна от положения равновесия;

размах качки тАФ полное перемещение от одного крайнего положеВнния до другого (сумма двух амплитуд следующих друг за другом колеВнбаний);

частота качки w тАФ число полных колебаний судна за время 2nt

период качки tтАФ интервал времени между двумя последовательВнными колебаниями отклонений судна в одном и том же направлении (два размаха), t= 2p/w;

коэффициент динамичности качки тАФ отношение амплитуды качВнки к амплитуде волны, отражающее реакцию судна на воздействие реВнгулярных волн.

Если возмущающая сила приложена однократно, то колебательный процесс под действием сопротивления быстро затухает. Амплитуда максимального отклонения зависит от значения приложенной силы и характеристик судна, а частота или период качки тАФ только от хаВнрактеристик судна. Поэтому такие колебания называют собственными, или свободными.

Наиболее важным параметром качки является частота, которая при совпадении с частотами действующих сил может привести к резоВннансным

колебаниям и значительному, иногда многократному, увеличеВннию амплитуды. Обеспечение плавания без попадания в условия резоВннансных колебаний возлагается на судоводителя. При отсутствии расВнчетных данных с достаточной точностью период свободной бортовой качки может быть определен по формулe

t_q = K_k (B/h^1/2_m) (1)

где K_kтАФ размерный коэффициент (принимают K_k = 0,83-:-0,86 с/м для пассажирских судов, 0,75-:-0,85 с/м для грузовых судов и 0,62-:-0,72 с/м для буксиров; большие значения коэффициента относятся к порожнему судну, меньшие тАФ к груженому);

В тАФ ширина судна, м;

h_m тАФ малая метацентрическая высота, м.

Из формулы (1) видно, что чем меньше метацентрическая высота, тем больше период качки, а следовательно, плавнее качка. Поэтому в процессе проектирования и эксплуатации судна стремятся к тому, чтоВнбы его метацентрическая высота имела минимальное значение, обеВнспечивающее безопасность мореплавания.

Периоды свободной килевой и вертикальной качки одинаковы и приближенно могут быть определены:

ty = t_верт тАУ (2,7-:-3)Т

где Т тАФ осадка судна, м.

Связь между периодом бортовой качки и метацентрической высотой позволяет заметить, что при увеличении остойчивости (h_mвозрастает) снижается плавность качки (t_q убывает), т. е. возрастает частота колеВнбаний w.

На волнении повторяемость возмущающих сил (встреча с волной) оказывается регулярной, что может привести к резонансным колебаВнниям. Частота встречи с волной зависит от скорости судна и волны, угла их встречи. Если считать, что судно идет к направлению распроВнстранения волн под углом j, то относительная скорость встречи

c' = vcos j В± c_B, (2)

где vтАФ скорость судна, м/с;

с_B тАФ скорость распространения волны, м/с (знак плюс соответствует встречной волне, минус тАФ попутной).

Частота встречи (частота возмущающей силы) соответствует отноВншению длины волны к относительной скорости встречи, т. е.

t_B= l_B/ c'

Длина волны l_Bопределяется расстоянием между двумя соседними вершинами или подошвами волн. Высота волны определяется по вертиВнкали от нижней точки ее впадины (подошвы) до высшей точки вершины (гребня). Период волны t_Bопределяется временем, в течение которого две соседние волны проходят через одну неподвижную точку пространВнства. Приближенно скорость распространения волны

с_в=1,25 l^1/2_B.

Тогда кажущийся период волны

t_B = l_B / (vcos j В± 1,25 l^1/2_B). (3)

Судоводитель должен сопоставить период собственных колебаний судна [формулы (1) и (2)] с вынужденными колебаниями тАФ(3). Для обеспечения безопасности движения различие между ними должВнно быть не менее 20 %. Как видно из выражения (3), частоту возмуВнщающей силы можно изменить изменением скорости судна и угла встречи с волной.

На практике безопасную скорость судна и курсоВнвой угол часто выбирают с помощью специальных диаграмм Ремеза, Власова и других.

Влияние качки учитывают главным образом при нормировании мореходных качеств. В нормировании остойчивости качка учитывается при определении допускаемых моментов, а для судов класса М-СП и при нормировании отноВнсительного ускорения при бортоВнвой качке, которое соответствует удовлетворительной обитаемости. Сводится это к тому, чтобы ускоВнрение, испытываемое человеком, не превышало значения, равного одВнной десятой части ускорения своВнбодного падения (0,lg). Если это требование не удовлетворяется, то на судне следует выполнить мероВнприятия, снижающие амплитуду бортовой качки.

Рис. 1. Возникновение сил на скуВнловых килях при качке

Наиболее простым средством являются скуловые кили тАФ пластиВнны, установленные на скуловом поясе перпендикулярно обшивке (рис. 1). Протяженность их соотВнветствует длине цилиндрической вставки, ширина тАФ габаритам шпангоута. При действии возмуВнщающего момента М_вскуловые киВнли создают момент сопротивления силам Р. Применяют также активВнные скуловые кили (бортовые руВнли, стабилизирующие качку).

Рис. 2. Цистерны для успокоения качки:

/ тАФ свободное пространство цистерн; 2, 4 тАФ соответственно воздушный и водяной соединительные каналы; 3 тАФ система клаВнпанов

Существуют и другие виды гасителей колебаний, к которым отноВнсятся пассивные успокоительные цистерны, представляющие собой борВнтовые цистерны, соединенные воздушным каналом сверху и водяным снизу (рис. 2). Каналы снабжены системой клапанов, обеспечивающих перетекание жидкости при крене. Сопротивление воздуха, силы инерции и трения тормозят перетекание жидкости в такой мере, что период перетекания оказывается равным периоду качки судВнна и отстает по фазе от колебаний судна на 90В° и колебаний волВнны на 180В°. Таким образом, жидкость перетекает в сторону подниВнмающегося борта и ее масса создает момент, успокаивающий качку судна. При режимах качки, близких к резонансу, цистерны уменьшают амплитуды качки примерно вдвое. Если жидкость перемещается насосами, то такие успокоительные цистерны счиВнтаются активными.

Наиболее сложным и дорогостоящим является применение гироВнскопических успокоителей. Тяжелый диск (гироскоп) успокоителя враВнщается с большой скоростью вокруг оси, соединенной с рамой. Ось качания рамы расположена горизонтально в поперечной плоскости судна и специальными цапфами соединена с его корпусом. При качВнке судна и вращении гироскопа возникает сложное движение рамы тАФ прецессия, приводящая к появлению в цапфах реакций, создающих стабилизирующий момент.

Особенности плавания в штормовую погоду.

Конструкция современных морских судов обеспечивает большую прочВнность, надежную работу судовых меВнханизмов и хорошие мореходные каВнчества. Однако плавание и управлеВнние судном в шторм остаются сложВнной задачей. Обеспечение безаваВнрийного плавания в этот период треВнбует большого напряжения в работе всего экипажа, особенно судоводитеВнлей, четких знаний, умения и сознаВнтельной дисциплины.

Основные факторы, действующие на судно во время шторма тАФ ветер и волнение. Ветер оказывает влияние на судно в зависимости от конструк-тивных особенностей. При развитых надстройках, избыточном надводном борте, небольшой осадке увеличиВнваются крен и дрейф судна. Ветер встречных направлений увеличивает сопротивление движению судна, ухудшает его управляемость. Если курс проходит вблизи берега, отмеВнлей, рифов, то дрейф в их сторону во время плавания становится опасВнным.

Главную опасность для судна во время шторма представляют волнение, вызывающее качку, напряжение в корпусе и удары волн. Сильная бортовая качка создает большие динамические нагрузки на корпус и судовые механизмы. В результате этого могут появиться деформации и треВнщины в наружной обшивке корпуса и в палубах. Возникающие инерционные силы могут явиться причиной сдвига с фундаментов механизмов и устройств, смещения груза; удары волн и качка ухудшают управляемость, снижают скорость судна; рулевая машина работает с большой нагрузкой из-за частных перекладок руля.

Неправильная загрузка судна повлекшая смещение груза, или отВнсутствие опыта в управлении судна, в шторм приводят к аварийным ситуациям с тяжелыми последствиями, связанными с опрокидыванием на. Плавание с большой скоростью навстречу волне (особенно при неправильной загрузке) может вызывать напряжение корпуса, которое превысит допустимый предел, и судно может переломиться. На волне корма небольших судов и судов в балласте периодически поднимается, оголяя гребной винт, что приводит к переВннапряжению в работе главного двиВнгателя.

На судне в балласте качка значиВнтельно сильнее, особенно опасна для него встречная волна, которая, удаВнряясь в поднятое волной днище носоВнвой части корпуса, вызывает сильную вибрацию.

В сильный шторм волны могут повредить или смыть палубные груВнзы, разрушить люковые закрытия, вентиляторы, судовые устройства и системы. Это создает опасность проВнникновения воды в трюмы, влечет за собой подмочку груза, а иногда и гибель судна.

Судоводитель должен всегда помВннить, что ошибки в управлении судВнном в

шторм могут привести даже самое современное судно к аварийВнному состоянию или его гибели. БезВнаварийное плавание в шторм зависит от высоких профессиональных знаВнний и опыта экипажа, подготовленВнности судна, заблаговременного поВнлучения прогнозов погоды и умелого управления.

Составная часть повседневной орВнганизации службы независимо от предстоящего плавания, продолжиВнтельности рейса, прогнозируемой поВнгоды является подготовкой судна к штормовым условиям плавания. СудВнно должно быть приведено в такое состояние, которое обеспечит безоВнпасность плавания в любых погодных условиях. Подготовка судна к плаваВннию начинается при стоянке в порту. Особое внимание уделяется погрузке. При составлении грузового плана неВнобходимо предусмотреть обеспечение остойчивости, местной и общей прочВнности корпуса, мореходных качеств на момент выхода судна из порта, на период рейса и приход в порт наВнзначения с учетом расходования суВндовых запасов в рейсе и качественВнную доставку груза получателю. Во время погрузки необходимо контВнролировать остойчивость, при необВнходимости производить перерасчеты;

тщательно следить за укладкой, наВнливом, штивкой и сепарацией, крепВнлением груза. Особый контроль неВнобходимо осуществить за погрузкой и креплением тяжеловесных и палубВнных грузов. Доступ к палубным меВнханизмам и пробкам воздушных трубок балласта, льял или льяльных колодцев должен быть свободВнным.

При подготовке судна к рейсу слеВндует руководствоваться РекомендаВнциями по обеспечению безопасности плавания судов в осенне-зимний пеВнриод и в штормовых условиях (РОБПС-84).

Штормование. Если плавание судВнна в нужном направлении или в наВнправлении ближайшего порта-убеВнжища невозможно из-за очень сложВнных штормовых условий, то выполВнняется штормование тАФ особый вид плавания, при котором судно удерВнживается на месте или идет курсом и скоростью, наиболее благоприятВнными относительно направления ветВнра и ветровых волн. Практикой устаВнновлено, что при штормовании проВнтив волны наиболее безопасной явВнляется минимальная скорость, при которой судно еще слушается руля.

Способ штормования определяВнется судоводителями с учетом конВнструктивных особенностей судна, его загрузки, остойчивости и района плаВнвания:

на носовых курсовых углах тАФ наВниболее распространенный вид, рекоВнмендуется для судов, имеющих полВнные обводы в носовой части (корВнпус конструктивно укреплен и расВнсчитан на большие волновые нагрузВнки с дифферентом на корму). На курсах носом на волну судно легче управляется, более устойчиво на курВнсе. Остойчивость судна сохраняется. Размахи бортовой качки уменьшаютВнся. Скорость минимальная;

на кормовых курсовых углах выВнполняется только в том случае, когВнда длина

волны значительно отлиВнчается от длины судна, имеющего нормальную или повышенную остойВнчивость; в этом случае возрастает рыскливость, снижается устойчиВнвость на курсе;

в дрейфе тАФ штормование с застоВнпоренными главными двигателями. Опасно для судна при сильном шквальном ветре.

Судно с большой метоцентрической высотой тАФ остойчиво, но будет иметь сильную и резкую бортовую качку, при которой возможны поВнвреждения корпуса, сдвиг механизВнмов, нарушения креплений и смеВнщение груза.

Судно с большой парусностью моВнжет быть положено на борт. СпоВнсоб требует большого водного простВнранства, свободного от навигационВнных опасностей с подветренной стоВнроны.

Штормование лагом к волне. В этом случае судно в наибольшей стеВнпени подвержено воздействию волны и ветру. Штормовать данным споВнсобом могут суда с повышенной остойчивостью. Качка у таких судов плавная, оно легко восходит на волВнну, не принимая много воды на палубу.

В штормовых условиях о повороте судна на новый курс экипаж преВндупреждается заблаговременно. При очень сильном шторме наиболее опасным является положение судна лагом к волне. Чтобы повернуть судВнно на новый курс, устанавливается закономерность изменения размеров ветровых волн и только после проВнхождения очередной наиболее развиВнтой волны выполняется поворот.

Поворот при плавании судна проВнтив волны совершают как вправо, так и влево, позволив судну увалиВнваться под ветер и уменьшив ход до минимального. Поворот судна начиВннают перекладкой руля на борт (30тАФ35В°) и дают полный ход, когда корма окажется на обратном склоне крутой волны. Во время поворота, при подходе высоких волн с кормоВнвых углов руль следует отводить к ДП заблаговременно. По окончании поворота изменением скорости хода вывести судно из зоны усиленной качки.

Поворот при плавании судна по волне начинают, когда на обратном склоне последней из серии крупных волн окажется носовая часть судна с таким расчетом, чтобы вторая полоВнвина поворота выполнялась в период относительно спокойного волнения. Если у судна перед поворотом период бортовой качки больше периода волн, то первую половину поворота выполняют на малом ходу, а втоВнруютАФ как можно быстрее, не набиВнрая большой инерции хода.

В другом случае, когда перед повоВнротом период бортовой качки меньше периода волн, тогда первую половиВнну нужно выполнять на большом ходу, а вторую как можно быстрее, но не набирая большой инерции хода.

Прочность корпусаопределяет способность судна восприниВнмать действующие в процессе эксплуатации нагрузки, не разрушаясь. Для оценки прочности судна определяют внешние нагрузки, дейстВнвующие на корпус, напряжения в различных наиболее нагруженных его элементах и сопоставляют их с нормативными допускаемыми знаВнчениями. Если полученные расчетом напряжения не превышают доВнпустимое, то прочность корпуса считается обеспеченной. При этом очень важно, чтобы прочность корпуса была достаточной при миниВнмальной массе. Корпусы речных судов рассчитывают в соответствии с Правилами Регистра Судоходства Украины.

На корпус движущегося судна могут действовать постоянные и случайные нагрузки. Постоянные нагрузки, действующие в течение всего периода эксплуатации, тАФ это вес корпуса, надстроек, судовых механизмов и принятого груза, силы поддержания и силы сопротивлеВнния воды движению судна. Случайные нагрузки воздействуют на корВнпус в течение какого-либо промежутка времени и возникают при удаВнрах волн, посадке судна на мель, столкновении судов. Для упрощения расчетов действующие нагрузки условно делят на две категории: вызывающие общий изгиб корпуса или местный изВнгиб отдельных его элементов.

При плавании на тихой воде изгиб корпуса вызывается неравноВнмерностью распределения по длине судна сил тяжести и сил поддерВнжания. Для построения эпюры весовой нагрузки q_B(рис. 3, а) приВннимают, что силы тяжести, действующие в пределах каждой теоретиВнческой шпации, распределены равномерно. Значение этих сил рассчиВнтывают для каждой шпации отдельно с учетом всех составляющих. Силы поддержания распределяются по длине судна пропорционально погруженным площадям шпангоутов, что и отражает эпюра этих сил

Полученную ступенчатую нагрузку, равную разности сил тяжести и сил поддержания, называют эпюрой нагрузки судна q(рис. 3, б).

По нагрузке судна вычисляют срезывающие силы F_ТВи изгибающие моменты М_ТВ, действующие на корпус при плавании на тихой воде. Их определяют соответственно как сумму сил или сумму моментов, взятых слева или справа от рассматриваемого сечения. Значение и знак изгибающего момента в каждом сечении корпуса зависят от характера распределения нагрузок по длине судна. Очевидно, что чем больше неВнравномерность нагрузки, тем больше и изгибающий момент.

Рис. 3. Эпюры нагрузок, вызывающих общий изгиб корпуса

При выходе судна на волну силы поддержания перераспределяютВнся по длине корпуса благодаря_изменению формы погруженного объеВнма. При этом судно

может попасть миделем на вершину (рис. 4, а) или на впадину волны (рис. 4, б). В первом случае в палубе возниВнкают дополнительные напряжения растяжения (+Ds), а в днище тАФ сжатия (- Ds), что соответствует перегибу корпуса; во втором, наВноборот, палуба подвергается дополнительному сжатию, а днище тАФ растяжению, что соответствует прогибу корпуса.

Вместе с этим смотрят:

Автоматизированная система оперативного управления перевозками

Автоматика и автоматизация на железнодорожном транспорте

Автомобильные дизельные топлива

Автомобильные эксплуатационные материалы

Автомобильный кран