Управляемость буксирного судна, устойчивость на курсе

Управляемость судов буксирного типа, как и иных, объединяет два противоположных по своей природе качества судна — устойчивость на курсе и поворотливость. Для разных типов буксирных судов значение этих качеств различно. Так, для линейных буксиров важ­нее устойчивость на курсе, а для толкачей, следующих за соста­вом, высокая поворотливость вместе с составом. Объясняется это тем, что толкаемые составы, имея очень высокие значения L/B, обладают и высокой устойчивостью на курсе. Высокая поворотли­вость необходима и для портовых буксиров.

Рассмотрению сил и моментов, действующих на рулевой орган и судно при его движении, а также активных параметров криво­линейного движения и элементов циркуляции судна посвящен ряд трудов, которыми рекомендуется пользоваться при расчете управляемости буксиров и толкачей с составами.

Устойчивость судна на курсе обычно оценивается средним чис­лом перекладок рулевого органа (направо — налево) в минуту. Опыт приемо-сдаточных испытаний ряда буксиров и толкачей по­казал, что при тихой погоде эти значения у них следующие:

 
Величина перекладки рулевого органа, как правило, не пре­вышает ± 1—3°. На взволнованной поверхности частота и вели­чина перекладки возрастают.

Поворотливость буксиров и толкачейВлияние различных факторов на поворотливость судна с составами судов и по­рожнем характеризуется угловой скоростью поворота (ω, град/мин) и относительным диаметром циркуляции (D_ц/L).

У морских буксиров диаметр установившейся циркуляции на полном ходу равен увеличенной в 3—4 раза длине корпуса; на малом ходу он несколько меньше. Угловая скорость поворота на полном ходу составляет от 140 до 200° в минуту.

К портовым буксирам и особенно к кантовщикам предъявля­ются более высокие требования. Диаметр циркуляции этих судов должен быть не более чем 1,5—2,0 длины судна на скорости бук­сировки. На полном переднем ходу он может быть больше. Угло­вая скорость поворота – 200—300° в минуту.

Поворотливость буксира с составом в значительлой степени зависит от величины-натяжения буксирного каната и точки приложения его относительно миделя. Размещение точки приложения буксирного каната вблизи миделя улучшает поворотливость, од­нако в этом случае снижается устойчивость на курсе, а при боко­вом рывке каната возникает опасность опрокидывания буксира. Необходимость к тому же обеспечения свободной рабочей палубы от места закрепления каната до кормовой оконечности заставляет при проектировании искать такое положение указанной точки, которое в соответствии с назначением буксира, типом применен­ного движителя и рулевого органа дает наилучшее компромиссное решение.

Для буксиров большое значение имеет управляемость судов на заднем ходу. Одновинтовые буксиры с рулем и особенно те, у кото­рых винт работает в неподвижной насадке, на заднем ходу прак­тически не управляемы, так как влияние руля на отклонение кор­мовой части весьма слабое.

Двухвинтовые буксиры на заднем ходу могут управляться и выводиться из циркуляции реверсом одного из двигателей.

Предлагается к прочтению: Подготовка судна к швартовым операциям

У буксиров, оборудованных поворотными насадками, управляемость судов на заднем ходу — в пределах отклонения от курса (до ± 10—12°). При больших углах отклонения входят в циркуляцию, вывести из которой их можно только с помощью реверса одного из двигателей. Улучшению управляемости при движении задним ходом способствует дифферент буксирного суднаМорские буксирные суда, классификация и виды на нос. Порто­вые буксиры и тем более кантовщики целесообразно проектиро­вать двухвинтовыми.

С целью обеспечения минимальных значений диаметра цир­куляции применяются крыльчатые движители и движительно-рулевые колонки.

Буксиры, оборудованные крыльчатыми движителями (КД), имеют возможность двигаться в любом направлении. В 1930 г. на буксире Уху был впервые применен КД. Его установили, как обычно, в кормовой части. Затем с таким расположением КД было построено еще около 60 портовых буксиров. Все они обладали отличной маневренностью, но в то же время корпус в носовой части часто повреждался. Исследование в 1950 г. причин появле­ния повреждений показало, что установку КД следует производить в носовой части под днищем. В 1952 г. был построен первый «водный трактор» мощностью 120 л. с. с носовым расположением КД.

Успешная работа этого судна сделала его прототипом для проектирования и строительства высокоманевренных портовых буксиров. Все основные морские порты мира имеют буксиры с КД. Ввиду особенности расположения и действия КД требуются осо­бые навыки управления буксиром. Соответствующие рекомендации должны даваться в инструкции, разрабатываемой для судоводи­телей.

Движительно-рулевые колонки, мощность двигателей которых достигает 1000 л. с., могут служить как самостоятельным движи­телем, так и средством активного управления, например на одно­винтовых буксирных судах. Хорошие показатели обеспечивают по­воротные насадки; диаметр циркуляции двухвинтовых буксиров, оборудованных раздельно управляемыми поворотными насадками, практически равен длине судна. Поворотная насадка эффективна, и на одновинтовых судах, имеющих достаточно пологие кормовые батоксы, появляется возможность управления судном на заднем ходу и снижения диаметра циркуляции на переднем.

Высокие параметры поворотливости (табл. 1) обеспечивают водометные движители, широко применяемые на малых толкачах и буксирах.

 
Поворотливость толкаемых составов зависит не только от мощ­ности и типа рулевого органа толкача, но и от характеристик (длины, ширины, типа и осадки) составов, которые должны водить толкачи. Эти характеристики выражаются через относительные ве­личины: нагрузки на единицу мощности толкача (т/л. с.), длину состава на единицу мощности толкача (м/л. с.) и нагрузки на единицу длины состава (т/м), характеризующей ширину и осадку состава, и, наконец, энерговооруженность (л. с./т).

Зарубежные толкачи оборудуются, как правило, рулями перед­него и заднего хода, отечественные — поворотными насадками.

Значения основных параметров поворотливости буксиров и толкачей порожнем и с расчетными для них составами приведены в табл. 1. Под расчетным составом понимается толкаемый киль­ватерный состав, нагрузка которого по грузоподъемности состав­ляет 5—7 т на 1 л. с. толкача.

На рис. 1 приведен график, наглядно показывающий зависи­мость угловой скорости поворота ω от водоизмещения D и длины составов L_c для толкачей различной мощности. Нижние кривые (3, 4, 5) относятся к толкачам, имеющим рули, верхние (1 и 2) — поворотные насадки.

Зависимость относительного диаметра циркуляции от длины состава для различных типов движительно-рулевого комплекса видна из графика на рис. 2, составленного по данным испытаний в открытом водоеме большой самоходной модели толкача мощно­стью 1 200 л. с. с различными составами. Модели составов с толка­чом, оборудованным поворотными насадками, на переднем ходу совершают циркуляцию на меньшей акватории, чем с рулями. На заднем ходу существенной разницы нет.

Читайте также: Предупреждение столкновений судов

Синхронно и раздельно управляемые насадки гребных винтов являются наиболее перспективным рулевым комплексом для бук­сиров и толкачей. Рассмотрим возможные варианты их действия. В табл. 2 приведены схемы положения насадок и основные ха­рактеристики поворотливости толкача Братислава (типа Зеленодольск) мощностью 1 200 л. с., на котором были впервые испытаны раздельно управляемые насадки. Толкач испытывался порожнем и с нефтеналивной баржей Чулым грузоподъемностью 11 700 т. Из таблицы следует, что при разном положении насадок и направле­нии потока от винтов получаются различные параметры поворотливости. Наиболее высокая угловая скорость (схема 1) достигается в случае синхронного поворота насадок на полном переднем ходу. Однако относительный диаметр циркуляции находится в пределах значений, характерных для судов, оборудованных рулями.

При работе винтами враздрай и в насадках, переложенных на один борт (схема 2) или установленных параллельно ДП (схе­ма 3), поворотливость толкача с составом значительно ниже.

Табл. 2 Характеристики поворотливости толкача-буксира Братислава при работе машин полным ходом
№ п/п	Рабочая схема	Угловая скорость поворота, град/мин		Относительный диаметр циркуляции с баржей
		порожнем	с баржей грузоподъемностью 11 700 т
Совместное управление насадками
1		280	22,0	3,0-3,5
2		257	12,9	–
3		76	2,1	–
Раздельное управление насадками
4		206	15,5	–
5		176	12,3	–
6		280	18,0	1,1-1,2

 
Применение указанных маневров не имеет смысла, хотя для поворота одиночных судов ими пользуются часто.

При раздельном управлении насадками, кроме получения ми­нимального диаметра циркуляции, можно:

• управлять составом с помощью одной насадки (схемы 4 и 5);
• осуществлять циркуляцию состава с минимальным относитель­ным диаметром циркуляции (схема 6);
• быстро выводить состав из циркуляции как на переднем, так и заднем ходу (схема 6);
• совершая циркуляцию отходить с составом в ту или иную сто­рону (схема 6).

Испытания толкача Братислава (типа Зеленодольск) и опыт работы многочисленных толкачей, оборудованных раздельно управляемыми насадками, показал, что управление одной на­садкой (схемы 4 и 5) возможно и целесообразно на участках пути с небольшой кривизной, однако углы перекладки этой насадки должны быть примерно в два раза больше, чем при управлении двумя насадками. Угловые скорости поворота состава при перекладке насадки на разные борта не одинаковы. Если состав сле­дует прямым курсом и его нужно повернуть влево, целесообразнее пользоваться правой насадкой, а если вправо — то левой. Объяс­няется это тем, что насадка создает большую боковую силу при подтекании воды со стороны борта (схема 4), а не из-под кор­пуса толкача (схема 5).

Лучшие характеристики поворотливости толкача-буксира по­рожнем и с составом достигаются тогда, когда насадки перело­жены кормовыми отверстиями к ДП, а винты работают враздрай (схема 6). При данном маневре угловая скорость поворота мень­ше, чем в схеме 1 только на 18%, но относительный диаметр цир­куляции снижается в три раза и становится почти равным длине состава. Объясняется это тем, что суммарная боковая составляющая сил, приложенных к насадкам, ниже, чем в схеме 1 табл. 2, а работа одной машиной назад уменьшает или исключает движе­ние состава вперед. Манипулируя машинами, судоводитель имеет возможность разворачивать состав с одновременным продвиже­нием вперед или назад в зависимости от навигационной обста­новки. Маневр удобен и при подходе толкача или толкача с баржей для сцепки с другой баржей, а также при швартовках и от­ходах от других судов, в шлюзах и т. д.

Испытания показали также, что рулевая силаВлияние винто-рулевой группы на маневренные характеристики судна во время ра­боты на задний ход возрастает только при перекладке насадок на угол до 20°. Дальнейшая перекладка существенного эффекта не дает. Поэтому и управляемость судов на заднем ходу от внедрения раздельного управления насадками не изменилась. Если же со­став вошел в циркуляцию, то для вывода его из циркуляции при­меняют маневр по схеме 6 табл. 2. Циркуляция даже тяжелого состава в этом случае прекращается за несколько секунд. Если возникает необходимость, то состав может быть быстро введен в обратную циркуляцию.

Серьезной технической задачей при проектировании толкачей яв­ляется обеспечение управляемости толкаемых порожних составов, которые в отличие от морских и речных самоходных судов не балластируются и во время движения в ветреную погоду имеют большой дрейф. Поскольку речные фарватеры ограничены по ширине, требуется, чтобы состав шел с дрейфом, не превышаю­щим 0,6—0,7 ширины судового хода и управлялся на поворотах. Это требование толкачи выполняют на полном ходу с порожними кильватерными расчетными для них составами, только если сила ветра не превышает 5—6 баллов.

При ветрах большей силы со­став приобретает недопустимый дрейф. Поэтому опыт вождения порожних составов показал, что в ряде случаев необходимо перестраивать кильватерные составы в двухпыжевые. Однако уже
по­явились двухпыжевые составы с мощными толкачами, полностью использующие акватории шлюзов. Эти составы в порожнем со­стоянии перестроить в четырехпыжевой состав нельзя, так как он не будет проходить через шлюзы (там, где они есть) или не будет соответствовать габаритам пути.

Следовательно, проблема созда­ния движительно-рулевого комплекса, более эффективного, чем современные, не решена окончательно. За рубежом делаются по­пытки устанавливать впереди состава ведущие приставки с мощным подруливающим устройством. Однако в широкую практику работы толкаемых составов такие приставки не вошли, и не во всех случаях их можно использовать.

В отечественной практике успешно применяются составы с из­гибающим устройством. Однако и это устройство обеспечивает из­гиб только кильватерных составов. Изгибающее устройство не мо­жет решить проблемы управления двух-четырехпыжевыми по­рожними составами при ветрах значительной силы.

На толкачах США нашли широкое применение фланкирующие рули, которые в сочетании с рулями переднего хода позволяют удерживать составы на курсе с меньшим дрейфом. Применение многорулевых комплексов на отечественных судах, как показал опыт оборудования шестью рулями толкача-буксира Люблин мощ­ностью 1 200 л. с., не давая существенных преимуществ, увеличивает сопротивление движению, повышает возможность повреждения рулевого комплекса при касании грунта и значительно затрудняет работу в ледовых условиях. В то же время для буксиров и тол­качей имеет большое значение поворотливость и проходимость при проводке судов в ледовых условиях. Практика работы толкачей мощностью 800—4 000 л. с., оборудованных поворотными насадками, показала, что они могут работать и управляться во льду толщиной до 25—40 см. В отличие от судов с неповоротными на­садками и рулями они имеют более высокую проходимость, так как их насадки благодаря подвижности реже забиваются льдом и проще освобождаются от него.