Учет дрейфа

Отклонение движущегося судна от избранного курса под влия­нием ветра и ПУ_α=ИК+αволнения называется ветровым дрейфом.

При этом рассматривается влияние на судно наблюдаемого или кажущегося ветра, представляющего собой геометрическую сумму векторов истинного ветра и ветра от движения судна (рис. 39):

 W=U+V

где W — вектор скорости кажущегося ветра;

 U — вектор скорости истинного ветра;

 V — вектор скорости ветра от движения судна.

В результате действия кажущегося ветра на судно возникает пол­ная сила давления, ветра A, риложенная к центру парусности надвод­ной части судна (рис. 40). Направление этой силы не совпадает с направлением кажущегося ветра.

Разложим силу A на две составляющие:

X — силу, направленную по диаметральной плоскости судна и

Y — силу, направленную по нормали к диаметральной плоскости.

Сила X в зависимости от курсового угла кажущегося ветра будет увеличивать или уменьшать скорость судна на величину ΔV. Это изменение скорости зафиксирует лаг. Так как волнение моря, сопровождающее действие ветра, приводит к потере в скорости, то увеличение ее наблюдается крайне редко.

Составляющая Y, действуя по нормали к диаметральной плоскости, вызовет смещение судна с линии истинного курса со скоростью V_др.

В итоге судно будет двигаться по направлению суммарного вектора скорости относительно воды V₀, равного сумме векторов скорости по лагу V_л и скорости дрейфа V_др:

V₀₌ V_л+V_др

сохраняя диаметральную плоскость параллельной направлению ис­тинного курса.

При учете влияния ветра необходимо иметь в виду, что его направ­ление определяется по той точке горизонта, откуда он дует «ветер дует в компас».

Рис. 39. Построение вектора кажущегося ветра	Рис. 40. Действие кажущегося ветра на корпус судна

Рис. 41. Ветровой дрейф судна	Рис. 42. К определению угла дрейфа по обсервациям

Влияние волнения на движущееся судно проявляется в увеличении рыскливости и в ухудшении условий работы гребных винтов, что сказывается на снижении его скорости.

Кроме этого, наблюдается явление зарыскивания, физический смысл которого заключается в том, что при ударах волн в носовую скулу или кормовой подзор корпуса судно резко отклоняется от за­данного курса, а возвращается обратно на курс под действием руля медленно. Следствием зарыскивания является уход судна с линии намеченного курса.

Линия, по которой перемещается центр массы судна относительно дна моря, обусловленная влиянием ветра, называется линией пути при дрейфе.

Угол, заключенный между северной частью истинного меридиана и линией пути при дрейфе, отсчитываемый по часовой стрелке от 0° до 360°, называется путевым углом при дрейфе ПУ_α (рис. 41).

Угол между линией истинного курса и линией пути судна, обусловленной влиянием ветра, называется углом дрейфа (α).

Если судно следует левым галсом (ветер дует в левый борт) и ли­ния пути располагается правее линии истинного курса, то угол дрей­фа имеет знак плюс.

Дрейф судна зависит от его конструктивных особенностей, осадки. а также от силы и курсового угла кажущегося ветра.

Истинные курс судна и путевой угол при дрейфе связаны между со­бой следующими алгебраическими формулами

(62) ПУ_α=ИК+α

(63) ИК=ПУ_α-α

(64) α=ПУ_α-ИК

Учет дрейфа судна является одной из наиболее трудных задач судовождения, так как все навигационные способы определения угла дрейфа несовершенны.

Определение угла дрейфа по обсервациям. Этот способ может быть применен только в том случае, когда имеется возможность, получить несколько точных обсерваций. Кроме того, в районе плавания отсутствует течение или же оно известно с высокой точностью, и его влияние может быть исключено.

Рис. 43. К определению угла дрейфа по кильватерной струе

Например, следуя заданным курсом с постоянной скоростью, определяют наиболее точными спо­собами места судна в точках K₁, K₂, К₃ и К₄ и наносят их на карту наиболее крупного масштаба (рис. 42). Через полученные точки прово­дят осредненную прямую линию, которую принимают за линию пути при дрейфе. Сняв с карты значение ПУ_α, определяют величину и знак угла дрейфа по формуле (64).

Линия пути при дрейфе и значение угла дрейфа могут быть оп­ределены всего лишь по двум об­сервациям, но в этом случае на точность результата окажут боль­шое влияние ошибки определения места судна.

Определение угла дрейфа по кильватерной струе. Для определения угла дрейфа берут компасный пеленг на отдаленную точку кильватер­ной струи, лежащую на ее оси симметрии (рис. 43). Повторив наблю­дения несколько раз и осреднив их, рассчитывают угол дрейфа по формуле

α=(КП±180^°) - КК=ОКП-КК

На рисунке буквами К и П_α обозначены линии курса и пути при дрейфе.

Данный способ дает удовлетворительные результаты при значительных величинах угла дрейфа. Достоинство его в том, что он свободен от влияния течения, так как кильватерная струя подвержена сносу тем же течением, что и судно.

Определение угла дрейфа по створу. При плавании по створу, на­правление которого известно, можно практическим путем подобрать такой курс, при котором судно будет следовать точно по линии створа. В этом случае линия пути судна при дрейфе будет совпадать с направлением створа, и угол дрейфа определится как разность направления створа и истинного курса, удерживаемого рулевым. Способ при­меним только при отсутствии течения.

Помимо определения углов дрейфа из наблюдений в навигации, используются способы, позволяющие вычислить их значения по формулам.

Способ Н. Н. Матусевича. Базируется на формуле, выражающей зависимость угла дрейфа от скорости судна, направления и скорости кажущегося ветра:

α=K(W/V)²sinq_w (65)

где а — угол дрейфа, град;

W — скорость кажущегося ветра, м/с;

V — скорость судна, м/с;

q _w  — курсовой угол кажущегося ветра, град;

 К — коэффициент дрейфа, град.

Значения W, V и q_w на судне определяются без особого труда. Сложность использования данной формулы состоит в том, что необходимо знать коэффициент дрейфа, который может быть получен из на­блюдений. Для этого в ходе плавания определяют с высокой точно­стью значения углов дрейфа для различных соотношений V, W и q,_r. Далее по формуле

применяя способ наименьших квадратов, рассчитывают коэффициент дрейфа. Исследования показали, что коэффициент дрейфа в значитель­ной степени зависит от отношения проекций на диаметральную плоскость площадей надводной и подводной частей судна.

Способ Н. Н. Матусевича дает удовлетворительный результат при расчетах дрейфа судов со слаборазвитыми надстройками, незначительно изменяющими свою осадку и при отношении V/W', не превышающем 3 — 3,5.

У большинства транспортных судов осадка меняется в значительных пределах, поэтому для них необходимо определять коэффициент дрейфа как минимум для двух вариантов загрузки: в грузу и в балласте.

Способ С. И. Демина. Для расчета углов дрейфа С. И.Деминым была предложена формула, не требующая предварительных трудоемких наблюдений:

где X — относительное удлинение подводной части корпуса: X - 2Г² S₀;

Т — осадка судна, м;

S — боковая площадь парусности, м²;

 S₀ — проекция подводной части корпуса на диаметральную плоскость, м²,

W — скорость кажущегося ветра, м/с;

V_л — скорость судна, м/с;

q_w — курсовой угол кажущегося ветра, град;

δ — угол отклонения руля для удержания судна на курсе, град.

Значения площади парусности S и площади проекции подводной части на диаметральную плоскость S₀ для различных осадок Т определяются по чертежу бокового вида судна.

Для обоих способов нахождения угла дрейфа могут быть составлены таблицы, облегчающие расчеты. На судне необходимо постоянно сопоставлять соответствие рассчитанных и определенных из наблюдений углов дрейфа.

При ведении графического счисления с учетом дрейфа от исходной точки на карте прокладывается линия П_α, над которой указывается значение КК, ΔК и угла дрейфа α со своим знаком (рис. 44). Иногда, для наглядности, проводят отрезок линии К длиной 3 — 4 см, который позволяет судить о положении диаметральной плоскости судна. Все расчеты времени и расстояния выполняются так же, как изложено в § 22, но только по линии П_α. Если необходимо рассчитать время и показание лага прихода судна на траверз какого-либо ориентира, то

Рис. 44. Определение траверза ориентира при учете дрейфа

положение точки траверза определяется пересечением линии П_α с линией траверзного истинного пеленга, рассчитываемого по формуле

(67)

При больших углах дрейфа (α> 10°) днищевые (штевневые) относительные лаги измеряют только составляющую V₀, направленную по диаметральной плоскости судна. В этих случаях пройденное по лагу расстояние рассчитывается по формуле

При учете дрейфа различают прямую и обратную задачу. Решение прямой задачи заключается в расчетах ПУ_α по формуле (62), если известны значения ИК и а. В случае решения обратной задачи направление П_α снимается с карты и по формуле (63) рассчитывают значение ИК.