Управление судами при маневрировании - Генри Х. Хойер [1992, PDF/DOC]

ВВЕДЕНИЕ

"Данные, которые мореплаватель берет за основу, редко поддаются точному измерению, но должны получить немедленную оценку при управлении судном".
Пьер Селерье "Маневрирование судов"
Сравнивая танкеры дедвейтом 250 и 25 тыс. т, заметим, что мощность судовой энергетической установки (СЭУ) большего судна не будет десятикратно превышать мощность СЭУ меньшего судна. Фактически она может превышать, последнюю менее чем в 3 раза, и все же такая относительно малая мощность может дать танкеру дедвейтом 150—300 тыс. т Very Large Crude Carrier (VLCC) ту же скорость в море, которую имеет танкер меньшего дедвейта.
При нормальном состоянии моря VLCC управляются почти так же, как и танкеры дедвейтом 25 тыс. т. Удержание на курсе не представляет особенных сложностей в море, и только тогда, когда необходимо по-гасить скорость, мы обнаруживаем, что для этого нужно большее пространство.
Для остановки танкера дедвейтом 250 тыс, >т в грузу может потребоваться дистанция более 3 миль и свыше 20 мин времени.
Управлению судном надо учиться
Для познания возможностей и ограничений в управлении крупнотоннажными танкерами судоводитель должен иметь условия для их практического изучения без риска. Такие условия есть в центре обучения управлению судами в Порт-Ревель вблизи Гренобля (Франция). Здесь на озере действует флот, состоящий из моделей танкеров, выполненных в масштабе 1:25.
Модели судов дают не только уникальную возможность управлять уменьшенными копиями крупнотоннажных танкеров в различных условиях, но и сокращать время маневров по сравнению с обычными условиями, поскольку время маневрирования для моделей масштаба 1:25 проходит в 5 раз быстрее, чем в реальных условиях.
Когда я наблюдал и анализировал маневры на озере, мне стало ясно, что положение центра вращения (ЦВ) играет решающую роль в объяснении поведения судов. Если считать фактом существование ЦВ, то каждое перемещение судна можно рассматривать как логический результат действующих на него сил. Модель, выполненная в определенном масштабе, и ее прототип одинаково реагируют на силы, посредством которых управляется судно, а также на воздействие водной среды и ветра. Конечно, существует разница в размерах объектов управления и масштабе времени, но результат маневра одинаков как по выполнению, так и по восприятию.
В ливанском порту Сайде мне вновь представилась возможность вернуться на обычные суда. И я снова убедился в сходстве между судном и моделью, как ранее убедился в сходстве модели и судна, когда прибыл из оживленного нефтеперевалочного порта Аруба в центр обучения управлению судами. Хотя мне прежде не приходилось ставить судно на морской причал (СВМ1), эта операция была мне знакома по опыту, полученному на озере в Порт-Ревеле.
1 Conventional buoy mooring (СВМ) — швартовный буй, буи.
Некоторые соображения
Постановка танкеров дедвейтом до 150 тыс. т на СВМ в Сайде осуществляется без буксиров; управление судном в этих случаях в большой степени зависит от использования якорей и швартовых. Для полного использования управляемости судна в расчет должно приниматься положение ЦВ судна. Я надеюсь, что объяснение процедуры швартовки и отшвартовки, приведенное в гл. 6, даст капитанам и их помощникам лучшее понимание производимых маневров.
Временное назначение в Рас Таннуру (Саудовская Аравия) в 1970 г. было продлено до восьмимесячного пребывания в порту, который знаменателен тем, что является самым крупным нефтяным портом в мире. Это дало мне возможность изучить влияние течения на все типы судов, начиная от самого маленького грузового, зашедшего за бункером, до самого большого из существующих танкеров.
В 1974 г., когда я возвратился в Рас Таннуру в качестве старшего портового лоцмана, начал функционировать порт Джуяма. Работа там дала мне возможность ставить на СВМ суда дедвейтом до 477 тыс. т. Мой опыт работы в порту Рас Таннура изложен в гл. 8 "Применение опыта управления моделями судов на практике". В этой главе придается значение хорошему знанию положения ЦВ судна во время швартовки и отшвартовки. Постановка на один швартовный буй и снятие с него описаны в гл. 3.
В Арубе могли швартоваться самые большие танкеры. Здесь я имел возможность лично швартовать суда дедвейтом более 500 тыс. т.
Рассматриваемые мною случаи управления судном являются примерами маневрирования, которые я неоднократно наблюдал на моделях танкеров или на обычных судах или в большинстве случаев на тех и других вместе. Для управления судами в каналах и реках не найти лучшего руководства, чем книга Кэрлайла Дж. Пламмера "Управление судном в узкостях".. Эта книга была моим путеводителем при проводке судов с ограниченным запасом воды под килем (проводка на "брюхе"), и я ссылаюсь на нее в гл. 7.
Численные значения, использованные в примерах и представляющие силу течения или ветра, не являются точными, а положение ЦВ является предположительным. При управлении судном трудно точно измерить все силы, которые на него действуют, и рассчитать их воздействие на маневр. Ветер и течение при различных ситуациях играют свою роль постольку, Поскольку они дают нам представление об их силе по отношению к другим силам, действующим на судно одновременно, что поможет при объяснении поведения судна.
Все суда считаются имеющими один гребной винт правого вращения. В случаях когда используется носовое подруливающее устройство (НПУ), мы можем рассматривать его воздействие так же, как работу буксира в носовой части судна. Когда эти условия рассматриваются иначе, в тексте даются соответ-ствующие пояснения:
Многообразие факторов в управлении судном
Говорят, что нет двух лоцманов, которые поставили бы судно к причалу совершенно одинаково. Можно даже сказать, что один и тот же лоцман никогда не поставит к причалу одно и то же судно дважды совер-шенно одинаково, поскольку в управление судном вовлечено слишком много переменных факторов.
Человеческий фактор. Между отдачей приказа и исполнением существует задержка. Например, помощник капитана должен находиться вблизи машинного телеграфа, но по какой-либо причине отошел или отвечает по телефону. Если отсутствует управление двигателем с мостика, можем иметь еще одну временную задержку, вызванную реакцией (или отсутствием ее) механика в машинном отделении. На руле стоит человек, исполняющий отдаваемые ему приказы, в то время как отдающий приказы находится снаружи на крыле мостика. Помощники капитана и члены экипажа на баке и корме имеют различную реак-цию, зависящую от квалификации, тренировки и т. д. Кроме того, капитаны помогающих буксиров являются людьми с различной реакцией, способностями и квалификацией.
Связь. Связь между мостиком, баком и кормой судна может быть неудовлетворительной, телефоны могут находиться в стороне, портативные радиотелефоны плохо работать, система обратной связи не совсем понятной, лебедки создавать много шума и т. д. У членов экипажа различных национальностей могут возникнуть языковые проблемы, ведущие к неправильному пониманию приказов. Даже если люди говорят на одном языке, они могут не понять друг друга из-за их неспособности четко выражать свои мысли.
Механические ошибки и неисправности. Случаются неисправности или отказы рулевого устройства, главного двигателя, подруливающего устройства или вспомогательных буксиров. Кроме того, могут не отдаваться якоря, ломаться лебедки, лопаться паровые трубы, бросательные концы не достигать причала или запутываться, рваться швартовные концы или буксирные тросы и т. д.
Неконтролируемые силы. Ветер и течение изменяются по направлению и силе. Влияние мелководья не всегда предсказуемо. При постановке к причалу судна другого типа будут иные мощности главного двигателя и время его реверсирования, иные осадка и дифферент, инерция, надстройка, другие буксиры или их капитаны и т. д. Полное подобие двух постановок к причалу может быть только случайным.
Однако все суда, включая масштабные модели, имеют общее в управлении то, что они движутся в воде. Чтобы лучше понять поведение судна, рассмотрим результаты движения судна в воде.
При развороте следует учесть положение ЦВ, чтобы оценить плечо силы, вызывающей разворот. Момент силы относительно ЦВ — это произведение силы на ее плечо — длину перпендикуляра, опущенного из ЦВ на линию действия силы.
Следовательно, есть большое различие между тем, когда точка приложения силы к судну находится вблизи ЦВ или далеко от него.
На большом судне расстояние от точки приложения силы до ЦВ может быть сотни футов. Смещение положения ЦВ на 200 футов значительно изменяет плечо вращающей силы. Чем дальше точка приложения силы, действующей на судно, от ЦВ, тем больше плечо этой силы, тем больше ее эффективное действие. Поскольку ЦВ может перемещаться при маневрировании, очень важно иметь представление о вероятных положениях ЦВ под воздействием различных обстоятельств, чтобы предвидеть изменения во вращательном движении.
Инерция судна важна, когда мы хотим уменьшить скорость или расстояние перемещения. Инерция есть количество движения, измеряемое произведением массы и скорости. Обычно мы рассматриваем инерцию .как движение судна тогда, когда нам это движение не нужно, особенно когда предпринимаем действие для получения противоположного эффекта. При следовании одной и той же скоростью судно в грузу имеет большую инерцию, чем то же судно в балласте, а большое судно имеет большую инерцию, чем малое.
Лобовое сопротивление корпуса оказывает значительно меньшее влияние на большое судно. Большому судну с относительно малой мощностью СЭУ, не имеющему хода относительно воды, требуется очень длительное время для преодоления инерции покоя и достижения полного хода. Когда судно на ходу, то относительно малая мощность СЭУ может поддерживать скорость при сравнительно низком расходе топлива, потому что смоченная поверхность относительно мала и вследствие этого мало сопротивление трения корпуса.
Однако когда дело дойдет до остановки VLCC, инерция движения сохраняется значительно дольше.
Инерцию следует предвидеть. Когда необходимо остановить идущее вперед судно, мы имеем дело с инерцией продольного движения, а когда нужно предотвратить боковое смещение судна, имеем дело с инерцией поперечного движения. Если инерция движения судна действует как сила, то мы должны рассматривать центр тяжести (ЦТ) судна как точку приложения этой силы. Результат деист-. вия инерции движения как силы должен рассматриваться по отношению к ЦВ. Инерция движения может начать или под-держать вращательное движение. Когда необходимо остановить вращательное движение, мы должны преодолеть инерцию вращательного движения.
Вязкость и малая сжимаемость воды создают сопротивление движению судна. В направлении движения судна возникает подъем уровня воды, сопровождаемый понижением уровня на противоположной стороне. На малой скорости сопротивление трения составляет большую часть сопротивления воды, испытываемого судном. Сопротивление трения зависит от смоченной поверхности и состояния корпуса (обрастания); оно увеличивается со скоростью судна и одновременно появляется дополнительное сопротивление.
Лобовое гидродинамическое сопротивление корпуса возникает при нарастании давления в носу судна; энергия абсорбируется и рассеивается, образуя волновую систему скорости. Хотя бульбообразный нос уменьшает сопротивление корпуса, лобовое гидродинамическое сопротивление нарастает при увеличении скорости судна примерно пропорционально пропульсивной силе движителя.
Поперечное гидродинамическое сопротивление воды возникает при боковом перемещении. Величина продольного и поперечного сопротивления зависит от формы корпуса и скорости относительно воды и прямо пропорциональна пропульсивной силе движителя судна, следующего с постоянной скоростью.
Продольное и поперечное сопротивления действуют как силы и влияют на расположение ЦВ.
Судоводитель должен представлять, в какой степени каждая из сил действует на судно. Важно не только оценить величину силы, нужно иметь также представление о плече этой силы. По этой причине судоводи-тель должен иметь понятие о каждом этапе перемещения судна относительно воды. Он постоянно оценивает силы, воздействующие на судно, и обдумывает, как он может противостоять им, для того, чтобы сохранить их равновесие.
Движение и силы сопротивления среды
Сила, приложенная к судну для преодоления инерции покоя, вызывает его перемещение. Передвигаясь в воде, судно встречает ее сопротивление. Та часть сопротивления воды, которая играет важную роль в уп-равлении судном, действует с противоположной стороны корпуса судна по отношению к приложенной силе и в обратном для нее направлении.
Сила НПУ вызывает вращательное движение; возникающее при этом сопротивление воды прилагается к борту судна в основном в его носовой части. Боковой ветер вызывает поперечное смещение судна. Сопротивление воды в этом случае будет поперечным и действующим в направлении, обратном силе ветра. С другой стороны, бортовое течение вызывает поперечное перемещение судна, не встречающее сопротивление воды. Поперечное смещение в этом случае происходит относительно грунта. После изменения курса или когда судно выйдет из полосы течения, оно продолжает сохранять полученную инерцию движения.
При управлении судном мы можем иметь дело одновременно со всеми четырьмя видами движений.
Оценка перемещений судна
При швартовке больших танкеров цель управления судном заключается в большинстве случаев в том, чтобы использовать поперечное движение , и предотвратить развитие вращательного движения в момент соприкосновения с причалом.
Интересно сравнивать результирующее вращательное движение, вызываемое действием руля и гребного винта на переднем ходу, с действием НПУ и работой винта на задний ход (рис. 3). С места управления на мостике (на корме, в средней или в носовой части судна) мы должны оценить, в какой степе-ни движение судна является продольным, поперечным или вращательным. Необходимо установить величину требуемого перемещения судна в каждом направлении и быть готовыми вовремя замедлить или остановить любое из трех движений.
Направление продольного движения судна в очень большой степени определяет положение ЦВ. Центр вращательного движения должен приниматься в расчет при выборе нами момента начала поворота;
хорошая оценка положения ЦВ — это ключ к успешному маневру.
Роль приборов в оценке движения судна
Скорость подхода судна к причалу может быть легко оценена визуально на судах среднего дедвейта. 'Однако безопасная скорость подхода VLCC и судов большего размера настолько низка, что инструмен-тальные измерения весьма полезны и даже необходимы, особенно ночью как для постановки к причалу, так и при постановке на якорь.
Многие большие танкеры оборудованы доплеровскими лагами. На некоторых из доплеровских лагов указано, какая скорость индицируется: относительно воды или относительно грунта. Если эта индикация отсутствует, то не всегда ясно, какая скорость индицируется.
Когда индикатор доплеровского лага указывает только поперечную скорость в носовой части судна, то, кроме продольной скорости, нам необходима информация индикатора о скорости поворота для того, чтобы
знать поперечную скорость в корме.
Некоторые портовые терминалы имеют приборы для измерения скорости подхода швартующегося судна, информация, от которых может передаваться на судно, показываться цветными огнями или посредством табло.
Береговой доплеровский прибор полезнее всего тогда; когда винт работает назад и показания. судового индикатора доплеровского лага при скорости 1 уз или меньше становятся ненадежными.
Для оценки угла подхода судна к причалу очень полезен репитер гирокомпаса на крыле мостика.
Отсчеты индикатора доплеровского лага, показания репитера гирокомпаса, указателя угла перекладки руля и индикатора частоты вращения гребного винта должны быть хорошо видимы с дальнего конца крыла мостика. Крыло мостика должно простираться до борта судна, что позволяет нам видеть подход судна на всем пути до момента касания швартовных палов.
Отметим, что немногие суда имеют индикаторы скорости и направления ветра, информация от которых очень полезна, особенно ночью.
Информация о течении, измеренном береговыми приборами, редка. Если судно имеет доплеровский лаг, дающий скорости относительно воды и грунта, то их разность покажет скорость встречного течения. Отсчет скорости поперечного движения относительно грунта даст скорость бортового течения, если можно пренебречь другими силами — ветром и поперечной силой инерции от поворота.
Приближенное определение значений действующих сил
Назовем силы, действующие на судно, и определим их эффект при различных условиях. Принимая в расчет положение ЦВ, каждое движение судна можно рассматривать как результат воздействия на него различных сил, а отсюда можно объяснить, предугадать или предупредить кажущуюся ирра-циональность в поведении судна.
Пример: Каждые 100 л. с. эффективной мощности создают тягу в швартовном режиме 1 те. Лобовое сопротивление судна при движении с постоянной скоростью составляет 25 % общего сопротивления движению судна,
Поперечная сила на гребном винте, работающем назад, составляет от 5 до 10 % буксировочной мощности.
Эти цифры приблизительны. Они будут использоваться, чтобы получить представление об их величине по сравнению с другими' силами, одновременно действующими на судно. Величина других сил будет рассматриваться в соответствующих главах.
При маневрировании нет времени для расчетов. Более того, трудно измерить силы при меняющихся условиях. Судоводитель постоянно наблюдает и оценивает движение судна, так же как и силы, действующие на него, и в меру своего опыта может предвидеть последующее его перемещение без вычислений.

Содержание

Об авторе .......................................……………………………………………………………………………….. 5
От Переводчиков .............................………………………………………………………………………………6
Введение ...........................…………………………………………………………………………………………7
Управлению судном надо учиться .………………………………………………………………………………7
Некоторые соображения...............……………………………………………………………………………….. 8
Многообразие факторов в управлении судном ..................................…………………………………………. 9
Принципы управления судном ....……………………………………………………………………………….10
Движение и силы сопротивления среды ................................................ ////……………………………………12
Оценка перемещений судна ............……………………………………………………………………………… 13
Роль приборов в оценке движения судна ………………………………………………………………………...13
Приближенное определение значений действующих сил ....................... ………………………………………14
Глава 1. Центр вращения и его перемещение ...................... 15
Положение центра вращения ............ 15
Продольное движение и центр вращения ............................................... 16
Влияние ветра на положение центра вращения .......................................... 17
Влияние руля на положение центра вращения .......................................... 18
Инерция вращения и положение центра вращения ............................... 20
Инерция вращательного движения
и положение центра вращения ......... 21
Влияние гребного винта на положение центра вращения ........................ 21
Задний ход и положение центра вращения ............................................... 22
Глава 2. Руль и гребной винт .............................................. 23
Сила от действия руля, угол дрейфа на циркуляции и поперечное сопротивление корпуса .............................. 23
Инерция поперечного движения ....... 24
Влияние продольной инерции
на управляемость судна .................... 25
Влияние дифферента на управляемость ................................................. 26
Уменьшение скорости судна с помощью руля и гребного винта ........... 27
Циркуляция судна ............................ 28
Сила на пере руля и поперечный
упор гребного винта .......................... 29
Угол перекладки руля ....................... 30
Г л а в а Ветер 3.
Сила ветра .....................................
Ветер по носу .................................
Ветер в скулу .................................
Ветер в борт ...................................
Попутный ветер .............................
Постановка судна на СВМ
при ветре ........................................
Действие бортового ветра на VLCC
в грузу .............................................. 36
Постановка судна на один швартовный буй при ветре ............................ 37
Г. л а в а 4. Носовое подруливающее устройство. Буксиры ...... 39
Действие носового подруливающего устройства ................................. <......<
Сравнение действия руля и носового подруливающего устройства ..........
Влияние носового подруливающего устройства при движении судна назад ..............................................
Руль или носовое подруливающее устройство (буксир) .......................
Сравнение использования буксира и носового подруливающего устройства ......................................
Буксиры и центр вращения ...........
Буксиры, ветер и центр вращения ... Использование буксиров .......
Глава 5. Течение
Влияние ветра и течения ......
Влияние течения на отдельные части корпуса судна ...................................
Влияние течения на весь корпус судна .................................................
Сила бортового течения ....................
Ветер и течение при постановке судна на СВМ ........................................
Действие зыби ..................................
Течение и инерция движения Влияние инерции движения при входе в укрытый порт
Глава 6. Якорь .................
Дрейф судна на якоре и протаскива-ние якоря ..........................................
Постановка судна на СВМ
Подход к СВМ .......................……………………………………………………………..58
Якорь и разворот судна .........…………………………………………………………….60
Якорь и положение центра вращения ……………………………………………………60
Съемка с СВМ .......................………………………………………………………………61.
Кормовой якорь ..……….....……………………………………………………………….65
Аварийная ситуация ..............………………………………………………………………66
Г л а в а 7. Узкости…………………………………………………………………………67
Береговой эффект ..........................……………………………………………………67
Присасывание кормы и центр вращения .............................................………………….. б8
Носовая подушка и центр вращения …………………………………………………….. 68
Преодоление рыскания ...................……………………………………………………… 70
Использование берегового эффекта ……………………………………………………... 70
Явление присасывания при входе в порт ………………………………………………… 71
Расхождение с судами ....................………………………………………………………. 71
Обгон ………………………………………………………………………………………. 73
Глава 8. Применение опыта управления моделями судов на практике ...................... 75
Случай 1. Отшвартовка танкера дедвейтом 25 тыс. т .................………………………. 75
Случай 2. Постановка танкера дедвейтом 36 тыс. т к причалу .. ……………………….76
С л у ч а й 3. Постановка танкера дедвейтом 50 тыс. т к причалу .. …………………...77
Случай 4. Отшвартовка танкера дедвейтом 70 тыс. т .................………………………. 79
Случай 5. Отшвартовка танкера дедвейтом 100 тыс. т ...............………………………. 80
Случай 6. Постановка к причалу гаккера дедвейтом 140 тыс. т ..................................... 81
Случай 7. Постановка к причалу танкера дедвейтом 190 тыс. т ..................................... 82
Случай 8. Отшвартовка танкера дедвейтом 250 тыс. т ........…………………………… 84
Приложение А. Поперечное движение .............……………………………………… 89
1. Поперечое сопротивление .........……………………………………………………….. 89
2. Эффект продольного движения ... ……………………………………………………...89
3. Длинные плечи .........................………………………………………………………… 90
4. Длинные плечи при продольном движении ......................................………………… 90
5. Короткие плечи .......................…………………………………………………………. 90
6. Короткие плечи при продольном движении ......................................………………… 91
7. Воздействие буксиров на переднем ходу ......................................……………………. 91
8. Воздействие буксиров на заднем ходу ..............................................…………………. 91
Приложение В. Вращательное движение .……………………………………………...92
1. Поперечное сопротивление .......……………………………………………………….. 92
2. Плечо управления и плечо поперечного сопротивления .................………………. …94
3. Циркуляция .............................……………………………………………………….…..94
4. Поворот на месте в пределах длины судна ................................... …………………. .. 95
5. Поворот при наличии поперечной силы в носовой части судна ...………………… ..96
6. Поворот с помощью носового подруливающего устройства ........... ………………...97
7. Поворот на якоре (судно в грузу) ........................................... ……………………… . .98
8. Поворот на якоре (судно порожнем) ....................................………………………….. 99
Приложение С. Размерения судна, диаметры циркуляции, дистанции остановки .. 100
Список литературы ……………………………………………………………………. 102