Измерение скорости и пройденного судном расстояния

Постоянное знание судоводителем достоверной скорости своего судна является одним из важнейших условий безаварийного плавания.

Движение судна относительно дна со скоростью, называемой абсолютной, рассматривается в навигации как результат сложения вектора скорости судна относительно воды и вектора течения, действующего в районе плавания.

В свою очередь вектор скорости судна относительно воды (относительная скорость) является результатом работы судовых движителей и действия на судно ветра и волнения.

В условиях отсутствия ветра и волнения она наиболее просто определяется по частоте вращения винтов.

Знание скорости дает возможность определить пройденное судном расстояние S_об в милях:

S_об = V_обt, (38)

где V_об — скорость судна, определенная по частоте вращения винтов, уз; t — время плавания судна, ч.

Однако этот способ неточен, так как не учитывает изменение состояния судна (обрастание корпуса, изменение осадки), влияние ветра и волнения. На скорость судна относительно воды оказывают влияние следующие факторы.

1. Степень загрузки, крен и дифферент судна. Скорость судна изменяется с изменением осадки. Обычно в условиях хорошей погоды судно в балласте имеет несколько большую скорость, чем в полном грузу. Однако с усилением ветра и волнения потери в скорости судна в балласте становятся намного больше, чем судна в полном грузу.

Значительное влияние на изменение скорости оказывает дифферент. Как правило, дифферент на нос снижает скорость. К таким же результатам приводит значительный дифферент на корму. Оптимальный вариант дифферента выбирается на основании опытных данных.

Наличие крена судна вызывает его систематический уход с заданного курса в сторону повышенного борта, что является следствием нарушения симметрии обводов погруженной в воду части корпуса. По этой причине приходится чаще прибегать к перекладке руля для удержания судна на курсе, а это в свою очередь ведет к уменьшению скорости судна.

2. Ветер и волнение обычно действуют на судно одновременно и, как правило, вызывают потери в скорости. Встречные ветер и волнение создают значительное по силе сопротивление движению судна и ухудшают его управляемость. Потери в скорости в этом случае могут быть значительны.

Ветры и волнение попутного направления снижают скорость судна в основном за счет резкого ухудшения его управляемости. Лишь при слабом попутном ветре и незначительном волнении у отдельных типов судов наблюдается небольшое увеличение скорости.

3. Обрастание корпуса наблюдается при плавании судов в любых условиях как в пресной, так и в соленой воде. Наиболее интенсивно обрастание происходит в теплых морях. Следствием обрастания является увеличение сопротивления воды движению судна, т.е. снижение скорости. В средних широтах через шесть месяцев уменьшение скорости может достигать 5 — 10%. Борьба с обрастанием ведется путем систематической очистки корпуса судна и его окраски специальными не
обрастающими красками.

4. Мелководье. Влияние мелководья на уменьшение скорости судна
начинает сказываться при глубинах в районе плавания

H≤4T_cp + 3V²/g,

где Н — глубина, м.

Т_cp, — средняя осадка судна, м;

V — скорость судна, м/с;

g — ускорение силы тяжести, м/с².

Таким образом, определенная для конкретных условий плавания зависимость скорости судна от частоты вращения винтов под влиянием перечисленных факторов будет нарушена. В этом случае расчеты пройденного судном расстояния, выполненные по формуле (38), будут содержать значительные ошибки.

В практике судовождения скорость судна иногда рассчитывают, используя известную зависимость

V=S/t,

где V — скорость судна относительно грунта, уз;

S — расстояние, пройденное с постоянной скоростью, мили; t — время, ч.

Учет скорости и пройденного судном расстояния осуществляется наиболее точно с использованием специального прибора — лага.

Для определения скорости судна оборудуются мерные линии, к районам расположения которых предъявляются следующие требования:

отсутствие влияния мелководья, что обеспечивается при минимальной глубине, определяемой из соотношения

Н/Т ≥ 6,

где Н — глубина района мерной линии, м; Т — осадка судна, м;

защищенность от господствующих ветров и волнения;

отсутствие течений или наличие слабых постоянных течений совпадающих с направлениями пробегов;

возможность свободного маневра судов.

Рис. 23. Мерная линия

Оборудование мерной линии (рис. 23), как правило, состоит из нескольких параллельных секущих створов и одного ведущего, перпендикулярного к ним. Расстояния между секущими створами вычисляются с высокой точностью. В большинстве же случаев линия пробега судов обозначается не ведущим створом, а выставленными вдоль нее буями или вехами.

Обычно замеры делаются при полной загрузке и в балласте для основных режимов работы двигателей. В период выполнения замеров на мерной линии ветер не должен превышать 3 баллов, а волнение — 2 баллов. Судно не должно иметь крена, а дифферент должен быть в оптимальных пределах.

Для определения скорости судну необходимо лечь по компасу на курс, перпендикулярный линиям секущих створов, и развить заданную частоту вращения движителей. Измерение продолжительности пробега обычно производится по показаниям трех секундомеров. В момент пересечения первого секущего створа пускают секундомеры и через каждую минуту замечают показания тахометров. Секундомеры останавливаются с пересечением второго секущего створа.

Рассчитав среднее время продолжительности пробега по показаниям секундомеров, определяют скорость по формуле

V = 3600S/t, (39)

где S — длина пробега между секущими створами, мили;

t — средняя продолжительность пробега между секущими створами, с; V — скорость судна относительно грунта, уз.

Частота вращения движителей определяется как среднее арифметическое значение из показаний тахометров за время пробега.

Если в районе мерной линии отсутствует течение, то скорости относительно грунта и воды равны. В этом случае достаточно сделать всего один пробег. При наличии в районе маневрирования постоянного по направлению и скорости течения необходимо делать два пробега в противоположные стороны. Относительная скорость судна V₀ и частота вращения движителей п в этом случае будут определяться по формулам:

Vo=(V₁+V₂)/2, (40)

n=(n₁ + n₂)/2, (41)

Рис. 24. График зависимости скорости от частоты вращения движителей

где V₁, V₂ — скорости судна относительно дна на первом и втором пробегах; n₁ и n₂ — частота вращения движителей на первом и втором пробегах.

При действии в районе мерной линии равномерно меняющегося течения рекомендуется делать третий пробег в том же направлении, что и первый, а скорость, свободная от влияния течения, рассчитывается но приближенной формуле

V₀ = (V₁ + 2V₂ + V₃)/4. (42)

Если же характер изменения течения неизвестен или желают получить более точный результат, то делают четыре пробега и скорость рассчитывают по формуле

V₀ = (V₁ + 3V₂ + 3V₃+V₄)/8. (43)

Средняя частота вращения движителей в этих случаях рассчитывается для трех и четырех пробегов соответственно:

n = (n₁ + 2n₂ + n₃)/4; (44)

n = (n₁ + 3n₂ + 3n₃+n₄)/8. (45)

Таким образом определяют скорость и частоту вращения движителей для нескольких режимов работы главных двигателей в грузу и в балласте. По полученным данным строят графики зависимости скорости от частоты вращения движителей при различной загрузке судна (рис. 24).

На основании данных графиков составляется таблица соответствия скорости хода частоте вращения гребных винтов или таблица соответствия частоты вращения винтов скорости судна.

Если по результатам прохождения мерной линии известна какая-либо скорость и соответствующая ей частота вращения винтов, то можно рассчитать значение скорости для любого промежуточного значения частоты вращения винтов по формуле Афанасьева

V_И=V₀(n₁/n₀)^{0, 9}, (46)

где V₀ — известная скорость при частоте вращения движителя п₀; V_И, — искомая скорость для частоты вращения движителя n₁.

Таким образом, определив скорость своего судна по графику зависимости ее от частоты вращения винтов, можно рассчитать пройденное расстояние в морских милях по формуле

S=V_ot/60,

где V₀ — скорость судна, уз; t — время плавания, мин.

Если же известно пройденное расстояние, то расчет времени плавания выполняется:v

t=60/V₀.

По этим формулам составлены таблицы «Расстояние по времени и скорости» и «Время по расстоянию и скорости» в МТ — 75 приложения 2 и 3 соответственно.

Расчеты пройденного расстояния с использованием скорости, определенной по частоте вращения винтов V_o6, выполняются лишь при отсутствии лага или для контроля его работы.