Поворотливость судна — способность изменять направление движения под воздействием руля (средств управления) и двигаться по траектории данной кривизны. Движение судна с переложенным рулём по криволинейной траектории называют циркуляцией.
Циркуляция судна разделяется на три периода:
— маневренный, равный времени перекладки руля;
— эволюционный — с момента окончания перекладки руля до момента когда линейная и угловая скорость судна приобретают установившиеся значения;
— установившийся – от окончания эволюционного периода и до тех пор, пока руль остаётся в переложенном положении.
Чёткую границу между эволюционным периодом и установившейся циркуляцией обозначить невозможно, так как изменение элементов движения затухает постепенно. Условно можно считать, что после поворота на 160–180° движение приобретает характер, близкий к установившемуся. Таким образом, практическое маневрирование судна происходит всегда при неустановившемся режиме.
Траектория криволинейного движения центра тяжести судна, то есть его циркуляция характеризуется следующими элементами (рис.1):
1. Диаметр циркуляции — основная характеристика поворотливости корабля (судна). Различают диаметр тактической циркуляции и диаметр установившейся циркуляции. Величина диаметра циркуляции находится в зависимости от отношения длины к ширине, площади руля и угла его перекладки, а также скорости корабля и отсутствия влияния внешних сил, таких как ветер, волнение и течение. Диаметр циркуляции измеряется в метрах, кабельтовых или длинах корпуса корабля (в среднем он составляет от 4 до 8 длин корпуса).
Тактический диаметр циркуляции (Dт) — расстояние по нормали между линиями обратных курсов после поворота корабля на первые 180°. Определяется при углах перекладки руля 15° и 25°.
Диаметр установившейся циркуляции (Dуст) — диаметр окружности, по которой движется центр массы корабля после того, как угловая скорость и крен на циркуляции станут постоянными, обычно после поворота корабля на 180°.
2. Выдвиг (l1) — расстояние, на которое смещается центр тяжести судна в направлении первоначального курса от точки начала циркуляции до точки, соответствующей изменению курса судна на 90°.
3. Прямое смещение (l2) — расстояние от первоначального курса судна до точки положения центра тяжести в момент поворота судна на 90°;
4. Обратное cмещение (l3) — наибольшее расстояние, на которое смещается центр тяжести судна от линии первоначального курса в сторону противоположную повороту.
Значение элементов циркуляции, выражаемых в долях диаметра циркуляции Dуст, лежат в относительно узких пределах и для судов различных типов изменяются следующим образом:
Дт = (0,9 ± 1,2) × Dуст;
l1 = (0,6 ± 1,3) × Dуст;
l2 = (0,25 ± 0,5) × Dуст;
l3 = (0 ± 0,1) × Dуст.
Для морских транспортных судов Dуст составляет 4-6 длин судна. Кроме указанных элементов к характеристикам циркуляции относят:
— период установившейся циркуляции:
Т — время поворота судна на 360°;
— угловую скорость вращения судна на установившейся циркуляции:
ω = 2π / Т.
С погрешностью 5 % можно считать, что скорость транспортных судов на циркуляции с рулём на борту при повороте на 60° составляет 80%, на 90° — 73%, на 180°- 58% первоначальной.
Элементы циркуляции при маневрировании удобнее выражать в безразмерном виде – в длинах корпуса: в таком виде легче сравнивать между собой поворотливость различных судов. Чем меньше безразмерная величина, тем лучше поворотливость. Элементы циркуляции обычного транспортного судна для данного угла перекладки руля практически не зависят от начальной скорости при установившемся режиме работы двигателя. Если при перекладке руля увеличить обороты винта, то судно совершит поворот более крутой, чем при неизменяемом режиме главного двигателя.
При выполнении циркуляции можно определить её элементы, если произвести последовательные определения места судна по каким — либо ориентирам через небольшие интервалы времени (15-30 с.). В момент каждой обсервации записывают измеряемые навигационные параметры и курс судна. Нанеся точки на планшет и соединив, их плавной кривой, получают траекторию судна, с которой в принятом масштабе снимают элементы циркуляции. Определения места судна можно получить по пеленгу и дистанциям свободноплавающего ориентира, например плотика. При таком способе автоматически исключается влияние неизвестного течения, а также не требуется специального полигона.
Рис. 1. Элементы циркуляции.