Влияние поворотных насадок на маневренность судна

Принцип действия поворотной насадки. Суда, оборудованные пово­ротными насадками, имеют хорошую поворотливость на переднем и заднем ходу. Диаметр циркуляции на перед­нем ходу уменьшается на 40% и более по сравнению с диаметром циркуляции однотипных судов, обо­рудованных рулями. Устойчивость на курсе судов с поворотными насадка­ми при движении с работающими винтами хорошая. Однако при дви­жении по инерции с выключенными винтами эти суда практически теряют управляемость. Конусность насадки увеличивает силу упора на переднем ходу и уменьшает на заднем ходу.

Действие поворотной насадки в зависимости от угла ее перекладки и режима работы винта, когда судно движется с углом дрейфа рк, а насад­ка переложена к правому борту относительно ДП судна на угол а (рис. 32), объясняется следующим образом. Поток воды, направленный к насадке, имеет скорость подтекания Vs. Под действием работающего винта скорость потока, проходящего через насадку, увеличивается и струя воды выбрасывается из нее со скоростью v» Геометрическая раз­ность Ди скорости подтекания и скорости выходящей струи опреде­ляет силу упора насадки Р, которая направлена противоположно скоро­сти ао и, как вектор, равна ей по размеру. Сила упора насадки Р может быть разложена на две составля­ющие: Рх— движущую силу, направ­ленную вдоль ДП судна, и Ру— рулевую силу, направленную перпен­дикулярно ДП судна.

Рис. 32. Принципиальная схема действия по­воротной насадки

В случае движения судна с нера­ботающим винтом, т. е. по инерции, скорость подтекания воды ие к. насад­ке приблизительно равна скорости вытекания v» и, следовательно, геометрическая разность скоростей До равна нулю. Сила упора насадки и рулевая сила равны нулю, вслед­ствие чего управляемость судна резко ухудшается. Поэтому при движении судна по инерции поворотная насад­ка как средство управления практи­чески перестает действовать и судно становится неуправляемым.

Значение рулевой силы при работающем винте в большей степени зависит от угла перекладки насадки а, возрастая от нуля (когда насадка находится в ДП судна) до максиму­ма (когда насадка отклонена на предельно возможный угол). Вслед­ствие этого при маневрировании рекомендуется внимательно следить по аксиометру за положением наса­док относительно ДП и умело сочетать их перекладку с режимом работы гребных винтов.

Силы и моменты сил, возникаю­щие на спаренных (синхронно управляемых) поворотных насадках. Рассмотрим наиболее характерные варианты работы винтов и различные положения насадок относительно ДП судна.

Первый вариант: насадки на правом борту и оба винта работают на передний ход (рис. 33, а). При перекладке насадок на борт струи, выбрасываемые винтом, изменяют направление относительно ДП судна, в связи с чем сила упора Р каждой насадки направлена под некоторым углом к ДП. Вследствие этого на насадках возникают следующие си­лы: Ру (рулевые силы), направленные перпендикулярно ДП, и Рх (движу­щие силы), направленные параллель­но ДП. Эти силы с соответствующими плечами Ь и LI2 образуют поворачи­вающие моменты. В данном случае общий поворачивающий момент складывается из суммы моментов левой и правой насадок: Mos=

=М, +М2.

Поворачивающий момент левой насадки Mi==Py(LI2) +Px&, повора­чивающий момент правой насадки M2=Py(LI2)—PJ), где L—длина корпуса судна; b — плечо, равное половине расстояния между винтами.

Общий поворачивающий момент

A4oe=M, +Al2=Py(LI2)+Py(LI2)+ Р Ь-—P b=PyL.

Моменты, вызываемые силами Рх, при указанных варианте работы винтов и положении насадок направ­лены в противоположные стороны и уравновешиваются, не оказывая влияния на поворот судна. Поэто­му рассмотренный вариант маневри­рования не является оптимальным.

Рис. 33. Схемы сил и моментов сил, возни­кающие под действием поворотных насадок при работе винтов на передний ход

 

Второй вариант: насадки на правом борту, работает только один левый винт на передний ход (рис. 33, б). Рулевая сила Ру и движущая сила Рх на левой насадке создают поворачивающие моменты М\ одного направления, обеспечивая эффектив­ное отклонение кормы в левую сторону с минимальной затратой энергии движителя. При этом Mi=Py(LI2)+P. Поэтому в прак­тике маневрирования для выполне­ния циркуляции и других маневров работа одного винта предпочтитель­нее работы двух винтов.

Третий вариант: насадки на правом борту, оба винта работают на задний ход (рис. 34, а). Насадки экранируются корпусом, т. е. килевая часть судна препятствует свободному протеканию под корпусом потока воды от правого винта, работающе­го на задний ход. От работы ле­вого винта на насадке возникают сила упора Р, рулевая сила Ру и дви­жущая сила Рх. При этом поворачи­вающий момент левой насадки Ali=Py(LI2)+P«b. Ha правой насад­ке образуется поворачивающий мо­мент M2= Py(LI2) -РЛ.

Рис. 34. Силы и моменты сил, возникаю­щие под действием поворотных насадок при работе винтов на задний ход

 

От работы правого, винта на корпус судна действует сила давле­ния воды F с составляющими Fy и F„ вследствие экранирующего влияния корпуса. Боковая сила Fy создает момент сил Мз, препятствующий отклонению кормы в правую сторону. Ma=Fya, где а — расстояние от точки приложения силы F до центра тяжести судна. Таким образом общий поворачивающий момент Моб=М, +Мг-Мз.

Учитывая, что движущая сила правой насадки Рх и боковая составляющая Fy, возникающая на корпусе судна от работы правого винта, образуют поворачивающие моменты противоположного направ­ления, данный вариант маневрирова­ния для насадок, экранируемых корпусом, не является оптимальным.

Четвертый вариант: насадки на правом борту, работает только один левый винт на задний ход (рис. 34, б). Наиболее эффективной является работа на задний ход только одним винтом с борта, противоположного необходимой стороне поворота. В этом случае силы Ру и Рх создают поворачивающий момент М\ одного направления, обеспечивая судну бо­льшую поворотливость. При этом Afi==Py(LI2)+Pxb.

Пятый вариант: насадки, экрани­руемые корпусом, в положении прямо, винты работают враздрай — левый вперед, правый назад (рис. 35, а).

 

Рис. 35. Схема сил, возникающих под действием поворотных насадок при работе винтов враздрай

Шестой вариант: насадки на правом борту, винты работают враздрай — левый вперед, правый назад (рис. 35, б).

Седьмой вариант: насадки на левом борту, винты работают вразд­рай — левый назад, правый вперед (рис. 35, е).

Анализируя схемы сил и мо­ментов, образуемых винтами, работа­ющими враздрай, можно сделать вы­вод, что каждый из этих вариантов маневрирования (пятый—седьмой) малоэффективен, так как общий поворачивающий момент Л1об очень небольшой (в пятом варианте из-за малого плеча (26) между силами упора винтов Р, в шестом и седьмом вариантах из-за того, что рулевые силы Ру от левой и правой насадок направлены в противоположные сторо­ны). Поэтому на судах со спаренны­ми поворотными насадками приме­нять работу винтов враздрай при маневрировании нецелесообразно. Если необходимо придать судну вращательное движение с большой угловой скоростью или развернуться на стесненной акватории, рекоменду­ется поочередная работа левого и правого винтов, предварительно насадки следует переложить на соответствующий борт.

Силы и моменты сил, возникаю­щие на раздельно управляемых поворотных насадках. Преимущество раздельно управляемых насадок пе­ред спаренными заключается в том, что возможность их автономной пере­кладки относительно ДП судна при соответствующей работе винтов обес­печивает судну большую маневрен­ность. В нормальных путевых услови­ях насадки обычно работают в спа­ренном режиме, а на маневрах, связанных с выполнением оборота, подходом к причалу, шлюзованием, и других используют раздельное управление. Последнее в сочетании с работой винтов в различных вариантах существенно повышает маневренность судна.

Рассмотрим наиболее характерам ные варианты применения разделъного управления насадками.

Рис. 36. Схема сил, возникающих под дейст­вием поворотных насадок при раздельном управлении ими:

а — в случае циркуляции судна на месте; б — в слу­чае движения лагом

Первый вариант: левая насадка на правом борту — левый винт работает вперед, правая насадка на левом борту — правый винт работает назад (рис. 36, а). Рулевые силы Ру и движущие силы Р„ обеих насадок создают поворачивающие моменты одного направления:

Моб=Ру (LI2) +P, 6+Py(LI2) +P, b=P, L+ +2Р, Ь.

В этом случае общий пово­рачивающий момент большой и обес­печивает судну необходимое вра­щательное движение во время его маневрирования.

Второй вариант: левая насадка на левом борту — левый винт работает вперед, правая насадка на пра­вом борту — правый винт работает назад (рис. 36, б). "Для определения результатов действия насадок в данном варианте продлим линии сил упора левой р[ и правой Рг на­садок до пересечения с ДП судна. Эти силы условно пересекутся в цент­ре тяжести судна, образуя две состав­ляющие I?i и I?2 с равнодействующей R. Сила R при определенных режи­мах работы винтов и положениях насадок перпендикулярна ДП судна и обеспечивает его перемещение ла­гом, в данном случае в правую сто­рону. Это качество особенно необхо­димо толкачам при их сцеплении с составами. На судах с раздельным управлением насадками возможны, и друуйе арианты маневрирования по­средством, винтов и насадок.