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. Безопасность буксирный операций во многом зависит достоверности этих показателей.

Источник: fleetphoto.ru
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, когда рассчитывается управляемость буксиров и толкачей с составами, при этом не забывать по нормативные требования к самим буксирам.
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:
Приемо-стадочные испытания | ||
---|---|---|
Прикладка руля | Рули | Поворотные насадки |
Свободный ход | 3-4 | 5-7 |
Ход с составом на буксире | 2-4 | 3-5 |
Ход с толкаемым составом | 0-2 | 0-2 |
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 (Dц/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.
Предъявляются более высокие требования к Морские буксирные суда, классификация и видыбуксирам-кантовщикам, также как и к обычным буксирам.
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.

Источник: fleetphoto.ru
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 Основные понятия об управляемости суднауправляемость 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.

Источник: fleetphoto.ru
С целью обеспечения минимальных значений диаметра циркуляции применяются крыльчатые движители и движительно-рулевые колонки. Какие особенности управления буксирами с крыльчатыми движителями следует учитывать?
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 1 000 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.

Источник: fleetphoto.ru
Эффективность водометных движителей на буксирах обеспечивают высокие параметры поворотливости (табл. 1).
Таблица 1. Значение относительного диаметра циркуляции буксирных судов с различными движительно-рулевыми комплексами | ||
---|---|---|
Тип движительно-рулевого комплекса | Dц/Lс | |
без состава | с расчетным составом | |
Неподвижные насадки с рулями | 3,0-2,5 | 3,5-3,0 |
Поворотные, синхронно управляемые насадки: толкачи мощностью 800-2 000 л. с. толкачи мощностью 150-300 л. с. | 2,5-2,0 2,5-1,5 | 3,0-2,5 2,5-2,0 |
Поворотные раздельно управляемые насадки (и работа винтами враздрай) | 1,2-1,1 | 1,2-1,1 |
Водометный движитель | 1,1-1,0 | 1,1-1,0 |
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 Lc для толкачей различной мощности. Нижние кривые (3, 4, 5) относятся к толкачам, имеющим рули, верхние (1 и 2) – поворотные насадки.

1 – Зеленодольск; 2 – ОТ-800; 3 – Георгий Седов; 4 – Красное Сормово; 5 – БОР-540 с кильватерными составами из барж грузоподъемностью 1 800 т (проект № 567), 2 800 т (проект № 416Б) и (проект № 425)
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.
Таблица 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).

Источник: fleetphoto.ru
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.

Источник: fleetphoto.ru
Влияние ветра на управляемость буксиров тяжело переоценить. 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, у которых мощные подруливающие устройства на буксирах. Однако в широкую практику работы толкаемых составов такие приставки не вошли, и не во всех случаях их можно использовать.

Источник: fleetphoto.ru
В рососийской 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.