Основные сведения и история развития учения о динамике движения судов
Движение судна, происходящее с изменением направления или скорости под действием рулевых средств или движителей, называют маневром[1]. Мореходное качество судна, характеризующее его способность выполнять маневры, называют маневренностью.
[1] Произошло от латинских слов «manus» — рука и «operar» — действую.
Аналитическое изучение движения судов впервые было начато действительным членом Петербургской академии наук Леонардом Эйлером. В 1776 г. закончилось издание его книги «Полное умозрение строения и вождения кораблей», в которой были составлены уравнения для определений ветрового дрейфа и уравнения движения судна, описывающего циркуляцию. Согласно имевшейся уже в то время теории сопротивления движению тел Ньютона использовалась квадратичная зависимость сил от скорости движения. Поперечная сила при этом принималась пропорциональной второй степени угла дрейфа.
Начиная с 1870 г. начали выполнять модельные исследования для изучения свойств маневренности судов, целью которых было определение способности судна совершать повороты. В 1912 г. Ховгорд на основе эмпирических данных циркуляционных испытаний ряда кораблей американского и датского военно-морских флотов разработал формулы для оценки диаметра установившейся циркуляции судна в предположении, что результирующая гидродинамическая сила определяется суммой давлений на элементы диаметральной плоскости, пропорциональных квадрату скорости и синусу местного угла дрейфа.
На развитие учения о маневренности судов большое влияние оказывали работы Н. Е. Жуковского и его последователей в области теории крыла, а также работы Г. Кирхгофа и Ж. Л. Лагранжа.
В 1920—1930 гг. проводились исследования взаимного влияния руля и корпуса судна. Первой попыткой количественной оценки маневренности судна при маневре зигзаг явилась работа И. Ф. Кемпфа, который проанализировал результаты выполненных им натурных испытаний при движении по зигзагообразной траектории.
В 1932 г. была опубликована работа А. Кухарского, явившаяся первой попыткой применения результатов аэродинамической теории обтекания крыльев для определения гидродинамического воздействия жидкости на корпус и руль.
Существенный вклад в развитие теории маневренности сделал проф. И. Г. Ханович. В 1944 г. в СССР вышло его первое учебное пособие по управляемости «Поворотливость корабля», в предисловии к которому акад. А. Н. Крылов отметил: «Профессор И. Г. Ханович заполнил существовавшие до этого «чистые листы» обоснованной научно разработанной дисциплиной, вполне соответствующей практической важности предмета, сделав его доступным всякому морскому инженеру, а также штурману и плавающему составу в тех отделах, которые до этого состава непосредственно относятся».
Благодаря работам А. М. Басина, Г. А. Фирсова, К. К. Федявского, Р. Я. Першица в СССР к 1952 г. была создана первая практическая методика расчета радиуса установившейся циркуляции кораблей, и учение о поворотливости судов получило широкое распространение.
В настоящее время применяются два метода составления уравнений, характеризующих динамику движения судна.
Первый метод, получивший наибольшее применение в нашей стране в работах А. М. Басина, Я. И. Войткунского, В. Г. Павленко, Р. И. Першица, Г. В. Соболева, И. А. Титова и др., состоит в аналитическом и экспериментальном определении коэффициентов гидродинамических составляющих сил и моментов, действующих на корпус судна.
Второй метод, нашедший отражение в работах Н. X. Норрбина, К. Номото, X. Эди, К. Л. Крэйн и других авторов, заключается в разложении составляющих сил и моментов в ряд Тейлора и определении его коэффициентов на основе испытаний модели судна.
В существующей литературе по управляемости судов при выводе уравнений криволинейного движения авторами обычно не указывается, для какого вида криволинейного движения приняты силы и моменты инерции (ускоренного или замедленного), поэтому знаки у инерционных сил и моментов у ряда авторов не совпадают.
За последние годы как в нашей стране, так и за рубежом, значительно повысился интерес к маневренности крупнотоннажных судов. Из работ, посвященных этому вопросу, следует отметить работы М. М. Лескова, А. М. Оганова, С. И. Демина, А. И. Цурбана и др.; из зарубежных — работы Ж. П. Хофта, Г. Ф. Ремари, Я. Фудзи, Ё. Огава, К. Тадзима и др.
Источник: www.shipspotting.com
Знание динамики, особенно крупнотоннажных судов, позволяет на научной основе подходить к решению задач по управлению движением судов и конструированию автоматических систем удержания судна на заданной траектории, что способствует:
- повышению экономической эффективности морских судов путем реализации наилучшей траектории движения с учетом навигационных и гидрометеорологических условий плавания;
- решению задачи реализации оптимальной траектории движения судна при расхождении с другими судами;
- повышению безопасности мореплавания вблизи навигационных опасностей в результате более точного управления движением судна.
Предлагается к прочтению:
Социально-психологические аспекты управления судовым экипажем
Задачи управления судовыми производственными процессами
