Теория и практика управления судном

Содержание

Пояснительная записка

Образец титульного листа

Контрольная работа №1

Расчет пройденного расстояния и времени при пассивном и активном торможении

Расчет безопасной якорной стоянки

Учет инерции судна при швартовных операциях и определение положения мгновенного центра вращения неподвижного судна

Расчет увеличения осадки судна от крена, изменения плотности воды, проседания на мелководье и расчет безопасной ширины фарватера

Контрольная работа №2

Определение положения судна относительно резонансных зон, длины волны и построение резонансных зон

Буксировка судов

1 Расчет однородной буксирной линии

2 Расчет неоднородной симметричной буксирной линии

3 Расчет неоднородной несимметричной буксирной линии

4 Определение высоты волн для безопасной буксировки

5 Определение весовой игры буксирной линии

Снятие

1 Снятие судов с мели стягиванием

2 Снятие судов с мели способом отгрузки

3 Снятие судна с мели при наличии крена, когда внешняя

кромка банки лежит позади миделя

4 Снятие судна с мели дифферентованием в случае, когда лишь носовая часть киля лежит на грунте, а под остальной частью

киля имеется достаточный запас глубины

5 Снятие судна с мели с помощью выгрузки после предварительного перемещения груза с носа в корму, когда лишь носовая часть киля лежит на грунте, а под остальной частью киля имеется достаточный запас глубин

6 Снятие судна с мели дифферентованием, если часть груза снята, и когда лишь носовая часть киля лежит на грунте, а под остальной частью киля имеется достаточный запас глубин

7 Снятие судна с мели при отсутствии запаса глубины под килем с учетом работы машины на задний ход

8 Определение начальной скорости буксировщика при снятии с мели способом рывка

Пояснительная записка к выполнению контрольных работ

Студенты 5-го и 6-го курса заочной формы обучения по дисциплине «Теория и практика управления судном» согласно учебному плану должны выполнить 2 контрольные работы: №1 - на 5-м курсе и №2 - на 6-м .

Номер первой задачи выбирается по последней цифре шифра, а все последующие номера задач определяются путем прибавления к номеру первой задачи числа 10. Например: номер первой задачи 8, второй – 18, третьей - 28 и т.д.

Для всех видов задач приведены примеры их решения.

При выборе примера для решения задач, связанных с пассивным и активным торможением, следует обратить внимание на конструкцию винта (ВФШ, ВРШ) и на начальную скорость торможения.

При вычислениях записи делаются по форме: формула - числовое значение величин (без промежуточных вычислений) - результат.

При графическом решении задач на диаграммах и номограммах, последние должны быть приложены к контрольной работе.

На чистом поле листов диаграмм и номограмм надлежит указать фамилию студента и номер задачи.

Листы контрольной работы должны быть пронумерованы и подшиты.

Образец титульного листа прилагается.

Контрольная работа должна быть зарегистрирована на кафедре и передана для проверки преподавателю до начала экзаменационной сессии.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КИЇВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТУ

імені гетьмана Петра Конашевича-Сагайдачного

Зразок

Контрольна робота № 1

з дисципліни:

“Теорія і практика управління судном”

Студента 5 курсу

заочної форми навчання

факультету судноводіння

Разгуліна В.В.

шифр 057040

Київ-2007

№ 1

Тема: “Расчет пройденного расстояния и времени при пассивном и активном торможении судна”

Примеры решения

Пример 1

Определить время падения скорости до V = 0,2 · V_o судна с ВФШ и ДВС после команды СТОП и пройденное за это время расстояние (время свободного торможения и выбег судна).

Масса судна m = 10000т, скорость полного хода V_o = 7,5 м/с, сопротивление воды при скорости V_o R_o = 350 кН, начальная скорость V_н = 7,2 м/с.

Решение.

1. Масса судна с учетом присоединенных масс воды

m₁ = 1,1 m = 1,1 10000 = 11000 т

2. Инерционная характеристика судна

S_о =

3. Продолжительность первого периода (до остановки винта)

t₁ = 2,25

4. Скорость в конце первого периода V₁ = 0,6V_o , когда останавливается винт

V₁ = 0,6 V_o = 0,6 7,5 = 4,5 м/с

5. Расстояние, пройденное в первом периоде, принимая =0,2

S₁ = 0,5 S_o ℓn = 0,5·1768·ℓn

6. Во время второго периода (от скорости V₁ = 4,5 м/с до скорости

V = 0,2 V_о = 0,2 · 7,5 = 1,5 м/с)

где =0,5 - коэффициент сопротивления для ВФШ

7. Расстояние, пройденное во втором периоде

8. Время свободного торможения

t_в = t₁ + t₂ = 115 + 524 = 639 ≈ 640 с

9. Выбег судна

S_в = S₁ + S₂ = 614 + 1295 = 1909 ≈ 1910 м.

- в радианах

Пример 2

Определить время падения скорости до V = 0,2 V_о судна с ВФШ и ДВС после команды СТОП и пройденное за это время расстояние (время свободного торможения и выбег судна), если свободное торможение осуществляется на скорости V_н ≤ 0,6 V_o

m = 10000 т, V_o = 7,5 м/с, R_o = 350 кН, V_н = 4,0 м/с

Решение

1. m₁ = 1,1 m = 1,1 10000 = 11000 т

2. S_о =

3. Определим скорость в конце первого периода, когда останавливается винт

V₁ = 0,6 V_o = 0,6 7,5 = 4,5 м/с

4. Т.к. V_н < V₁ , то винт останавливается мгновенно.

5. V = 0,2 · V_o = 0,2 · 7,5 = 1,5 м/с

6. Время падения скорости от V_н = 4,0 м/с до V = 1,5 м/с

где ε_вт = 0,5 – коэффициент сопротивления для ВФШ

V_н = V₁

7.Расстояние, пройденное при падении скорости от V_н = 4,0 м/с до V = 1,5 м/с

Пример 3

Определить время падения скорости до V = 0,2 · V_о для судна с ВРШ и ГТЗА после команды СТОП и пройденное за это время расстояние (время свободного торможения и выбег судна).

m = 10000 т, V_o = 7,5 м/с, R_o = 350 кН, V_н = 7,2 м/с

Решение.

1. m₁ = 1,1 m = 1,1 10000 = 11000 т

2. S_о =

3. V = 0,2 V_o = 0,2 7,5 = 1,5 м/с

4. Время падения скорости до V = 1,5 м/с

где V₁ = V_н = 7,2 м/с ,

ε_вт ≈ 0,7 – коэффициент сопротивления для ВРШ

5.

Пример 4

Определить время активного торможения и тормозной путь (нормальное реверсирование) судна с ВФШ и ДВС, если максимальный упор заднего хода Р_з.х. = 320 кН.

m = 10000 т, V_o = 7,5 м/с, R_o = 350 кН, V_н = 7,2 м/с

Решение

1. Масса судна с учетом присоединенных масс

m₁ = 1,1 m = 1,1 10000 = 11000 т

2. Инерционная характеристика судна

S_о =

3. Продолжительность первого периода (до остановки винта)

t₁ = 2,25

4. Скорость в конце первого периода V₁ = 0,6 V_o , когда останавливается винт

V₁ = 0,6 V_o = 0,6 7,5 = 4,5 м/с

5. Расстояние, пройденное в первом периоде

S₁ = 0,5 S_o ℓn ,

где Р_е – тормозящая сила винта, работающего в режиме гидротурбины и составляющая примерно 0,2 R_o , т.е. = 0,2

S₁ = 0,5 1768 ℓn

6. Продолжительность второго периода

t₂ = , где V₁ = 4,5 м/с

Р_е = 0,8 Р_з.х. = 0,8 320 = 256 кН

t₂ =

7. Расстояние, пройденное во втором периоде

S₂ = 0,5 S_o ℓn т.к. к концу второго периода V = 0, то

S₂ = 0,5 S_o ℓn = 0,5 1768 ℓn

8. Время активного торможения

t_ι = t₁ – t₂ = 115 + 168 = 283 с

9. Тормозной путь

S_ι = S₁ + S₂ = 614 + 354 = 968 ≈ 970 м.

Пример 5

Определить время активного торможения и тормозной путь (нормальное реверсирование) судна с ВФШ и ДВС после команды ЗПХ, если упор заднего хода Р_з.х. = 320 кН и торможение осуществляется со скорости V_н ≤ 0,6 V_o .

Масса судна m=10000т, скорость полного хода V_o =7,5 м/с, сопротивление воды на скорости V_o R_o =350 кН, начальная скорость V_н =4,0 м/с.

Решение

1. Масса судна с учетом присоединенных масс

m₁ = 1,1 m = 1,1 10000 = 11000 т

2. Инерционная характеристика судна

S_о =

3. Скорость в конце первого периода, когда останавливается винт

V₁ = 0,6 V_o = 0,6 7,5 = 4,5 м/с

4. В случае, если V_н ≤ V₁ = 0,6 V_o (V_н = 4,0 м/с, V₁ = 4,5 м/с), винт останавливается мгновенно и t₁ = 0; S₁ = 0.

5. Тормозящая сила винта

Р_е = 0,8 Р_з.х. = 0,8 320 = 256 кН

6. Время активного торможения

t = ,

где V₁ = V_н = 4,0 м/с

t = = 154 с

7. Тормозной путь

S = 0,5 S_o ℓn ,

где V₁ = V_н = 4 м/с

S = 0,5 1768 ℓn

Пример 6

Определить время активного торможения и тормозной путь судна с ВРШ и ГТЗА, если максимальный упор заднего хода Р_з.х. = 320 кН.

m = 10000 т, V_o = 7,5 м/с, R_o = 350 кН, V_н = 7,2 м/с

Решение

1. Масса судна с учетом присоединенных масс

m₁ = 1,1 m = 1,1 10000 = 11000 т

2. Инерционная характеристика судна

S_о =

3. Продолжительность активного торможения

,

т.к. к концу периода торможения V = 0, то

, где для ВРШ Р_е = Р_з.х. = 320 кН

4. Т.к. к концу периода торможения V = 0, то тормозной путь судна

S = 0,5 S_o ℓn , где V₁ = V_н = 7,2 м/с

S = 0,5 1768 ℓn

5.

Задачи

Определить время падения скорости до V = 0,2 V_о после команды СТОП и пройденное за это время расстояние (время свободного торможения и выбег судна)

Определить время активного торможения и тормозной путь после команды ЗПХ

Рекомендованная литература:

1. Сборник задач по управлению судами; Учебное пособие для морских высших учебных заведений / Н.А. Кубачев, С.С. Кургузов, М.М. Данилюк, В.П. Махин. – М. Транспорт, 1984, стр. 37 - 43.

2. Управление судном и его техническая эксплуатация; Учебник для учащихся судоводительских специальностей высших инженерных морских училищ. Под редакцией А.И. Щетининой. 3-е издание. – М. Транспорт, 1983, стр. 191 – 196.

3. Управление судном и его техническая эксплуатация. Под редакцией А.И. Щетининой 2-е издание. – М. Транспорт, 1975, стр. 305 – 311.

4. С.И. Демин. Торможение судна. – М. Транспорт, 1975, стр. 5 – 18.

5. Управление судном. Под общей редакцией В.И. Снопкова. – М. Транспорт, 1975, стр. 5 – 12, 25-37.

Тема: “Расчет безопасной якорной стоянки”

Пример

Танкер водоизмещением ∆ = 84500 тонн, длина L = 228 м, средняя осадка d_ср = 13,6 м, высота борта Н_б = 17,4 м, масса якоря G = 11000 кг, калибр якорной цепи d_ц = 82 мм, глубина места постановки на якорь Н_гл = 30 м, грунт – ил, наибольшая скорость течения V_т = 4 уз., угол между направлением течения и ДП θ_т = 20º, усиление ветра по прогнозу до u = 10-12м/с, угол между ДП и направлением ветра q_u = 30º. По судовым документам площадь проекции надводной части корпуса судна на мидель

А_u = 570 м² , то же на ДП В_u = 1568 м² .

Определить:

- длину якорной цепи необходимую для удержания судна на якоре;

- радиус окружности, которую будет описывать корма судна;

- силу наибольшего натяжения якорной цепи у клюза.

Решение

1.Вес погонного метра якорной цепи в воздухе

q_о = 0,021 d_ц ² = 0,021 82² = 141,2 кг/м

2.Вес погонного метра якорной цепи в воде

q_w = 0,87 q_о = 0,87 141,2 = 122,84 кг/м

3. Высота якорного клюза над грунтом

Н_кл = Н_гл + (Н_б - d_ср ) = 30 + (17,4 – 13,6) = 33,8 м

4. Удельная держащая сила якоря дана в условии задачи: К =1,3

5. Необходимая длина якорной цепи из расчета полного использования держащей силы якоря и отрезка цепи, лежащего на грунте

, где:

а – длина части якорной цепи, лежащей на грунте; принимаем, а = 50 м;

ƒ - коэффициент трения цепи о грунт дан в условии задачи: ƒ=0,15

6. Определим силу ветра, действующую на надводную часть судна

R_A = 0, 61 Сх_а u² (А_u cos q_u + B_u sin q_u ), где

Сх_а – аэродинамический коэффициент задачи дан в условии Сх_а= 1,46

R_A = 0,61 1,46 12² (570 cos 30º + 1568 sin 30º) =163,850 кН = 16,7 m

7.Определим силу действия течения на подводную часть судна

R_т = 58, 8 В_т V_т ² sin θ_т , где:

В_т – проекция подводной части корпуса на ДП судна,

В_т ≈ 0,9 L d_cp = 0,9 · 228 · 13,6 = 2790,7 ≈ 2791 м²

V_т – скорость течения в м/с

V_т = 4 уз. ≈ 2 м/с

R_т = 58,8 2791 2² sin 20º = 224,517 кН = 22,9 m

8.Определим силу рыскания судна при усилении ветра

R_ин = 0,87 G = 0,87 11000 = 9,57 m = 93,882 кН

9.Сумма действующих на судно внешних сил

∑ R = R_А + R_т + R_ин = 163,850 + 224,517 + 93,882 = 482,249 кН = 49,2 m

10.Определим минимальную длину якорной цепи, необходимую для удержания судна на якоре, при условии F_г = F_х = ∑ R (н) = 10 · G · К и коэффициенте динамичности К_д = 1,4

, где:

К = 1,3 – удельная держащая сила грунта,

q_w = 122,84 кг/м – вес погонного метра якорной цепи в воде

С целью обеспечения безопасности якорной стоянки надлежит вытравить

9 смычек = 225 м якорной цепи.

11. Определим горизонтальное расстояние от клюза до точки начала подъема якорной цепи с грунта

x=

= 214,21 м ≈ 214 м.

Следовательно, длина цепи, лежащая на грунте составляет

а = 225 – 214=11м

12. Радиус окружности, которую будет описывать корма танкера

R_я = а + х + L = 11 + 214 + 228 = 453 м

13. Определим силу наибольшего натяжения якорной цепи у клюза

F₂ = 9,81 q_w

Задачи

Определить:

- длину якорной цепи, необходимую для удержания судна на якоре;

- радиус окружности, которую будет описывать корма судна;

- силу наибольшего натяжения якорной цепи у клюза.

Рекомендованная литература:

1. Управление судном и его техническая эксплуатация. Учебник для учащихся судоводительских специальностей высших инженерных, морских училищ. Под редакцией А.И. Щетининой. 3-е издание.- Транспорт, 1983, стр.241-249.

2. Управление судном и его техническая эксплуатация. Учебник для учащихся судоводительских специальностей высших инженерных, морских училищ. Под редакцией А.И. Щетининой. 2-е издание.- М.Транспорт, 1975, стр.336-349.

3. Сборник задач по управлению судами. Учебное пособие для морских высших учебных заведений. Н.А. Кубачев, С.С. Кургузов, М.М. Данилюк, В, П. Махин. – М. Транспорт, 1984, стр.17-20.

4. Управление судном. Под общей редакцией В.И. Снопкова.-

М. Транспорт, 1991, стр. 206-221.

Тема: “Учет инерции судна при швартовных операциях и определение положения мгновенного центра вращения неподвижного судна”

Примеры решения

Пример 1

Определить инерционную характеристику судна t_{v 1} на скорости V_{H 1} = 7,2 м/с (14 уз.), если V_o = 7,5 м/с (14,6 уз.), а S_o = 2500 м.

Примечание: характеристика t_v численно равна времени падения скорости от V_H до 0,5 V_H при свободном торможении.

Решение

t_{v 1} = с = 4 м 42 с

Задачи

Определить инерционную характеристику t_v на скорости V_H .

Пример 2

Судно, следуя против течения, подходит к причалу со скоростью V_H ' = 3 уз. Относительно грунта. Скорость течения V_т = 2 уз.

Определить на каком расстоянии от причала дать СТОП, чтобы:

а) остановиться у причала без реверса двигателя на задний ход;

б) иметь скорость относительно причала не более V= 0,5 уз.

Инерционная характеристика t_v = 7 мин.

Решение

а) V_H = V_H ' + V_т = 3 + 2 = 5 уз.

Скорость относительно воды у причала:

V = V_т = 2 уз. ; ∆V = V_H – V = 5 – 2 = 3 уз.

S = кб

б) V_H = 5 уз.

Скорость относительно воды у причала

V = V_т + 0,5 = 2 + 0,5 = 2,5 уз.; ∆V = V_H – V = 5 – 2,5 = 2,5 уз.

S = кб

Задачи

Судно следует против течения к причалу со скоростью V_н относительно грунта. Определить на каком расстоянии от причала дать СТОП чтобы:

а) остановиться у причала без реверса двигателя на задний ход;

б) иметь скорость относительно причала не более V_уз.

Пример 3

Определить расстояние, на котором будет остановлено судно работой винта на задний ход ω_з.х. = 60 об/мин., если скорость судна перед дачей заднего хода V_H = 2 уз. Скорость полного хода V_о = 16 уз. Частота вращения винта при работе на полный задний ход ω_з.хо. = 105 об/мин. Инерционная характеристика S_о = 2500 м, тормозная характеристика = 0,9.

Решение

S_т = 1,3 α (1 + α) S_о

где α =

S_т = 1,3 0,025 (1 + 0,025) 2500 = 83 м

Задачи

Определить расстояние, на котором будет остановлено судно работой винта на задний ход с частотой вращения ω_з.х. , если скорость перед дачей заднего хода V_н . Известна тормозная характеристика судна Р_з.х. /R_о , соответствующая частота вращения винта на полный задний ход ω_з.хо., инерционная характеристика S_{о ,} скорость полного хода V_о.

Пример 4

Определить кинетическую энергию навала судна Д = 250000 тонн на докфиндер причала при скорости подхода V = 0,1 м/с, коэффициент энергии навала К_н = 0,9, коэффициент присоединенной массы μ = 0,35, g = 9,81 м/с² .

Решение.

W = κ_н тонн

Задачи

Определить кинетическую энергию навала судна

Пример 5

Под углом 90º к ДП судна подан буксир на расстоянии d = от центра тяжести судна (G) в корму. Длина судна L = 300 м. Определить расстояние (К) мгновенного центра вращения (О) от центра тяжести судна (G) и радиус, которым оконечность кормы судна опишет дугу вокруг мгновенного центра вращения.

Решение:

d = = = 100 м ; м ;

а = - d = - 100 = 50 м ; R = К + d + а = 56,25+100+50 = 206,25 м

Задачи

Определить положение центра вращения неподвижного судна и радиус, которым оконечность кормы опишет дугу вокруг мгновенного центра вращения