Средства активного управления судном

К средствам активного управления (САУ) относятся устройства, которые одни либо в сочетании способны создавать на корпусе судна поперечные силы на минимальных скоростях или при отсутствий хода. Наибольший эффект от использования САУ проявляется в швартовном режиме. С ростом скорости движения судна эффективность САУ падает. Главным достоинством САУ яв-ляет обеспечение самостоятельного маневрирования судна в стесненных условиях.
Применяющиеся в настоящее время на судах САУ включают:
• поворотные винтовые колонки (ПВК);
• раздельные поворотные насадки (РПН);
• активные рули (АР);
• подруливающие устройства (ПУ’);
• крыльчатые движители (КД).
Поворотные винтовые колония (ПВК) представляют собой устройство, состоящее из винта или винта с насадкой, установленного на подвижном бал-лере (рис. 9.2). Двигатели, обеспечивающие вращение винта и поворот баллера, расположены внутри корпуса судна. В результате поворота ПВК, она действует как средство управления за счет изменения направления тяги. Обычно угол поворота ПВК составляет 360º, что позволяет менять направление тяги на обратное без реверсирования приводного двигателя.
ПВК могут применяться как главные движители на судах, к маневренным качествам которых предъявляются повышенные требования, например: порто-вые буксиры, паромы, краны, плавучие буровые и т.д. В этом случае ПВК выполняются стационарными.
72
В тех случаях, когда ПВК применяют в качестве вспомогательного дви-жительно-рулевого устройства, на судах, которым по роду деятельности необходимо длительное время со-хранять направление ДП на: предельно малых скоростях или без хода, а также для удержания судна в заданной точке открытого моря, ПВК выполняются откидывающимися или выдвижными. Например на океанографических и научно-исследовательских. судах, или как движители малого хода на судах на воздушной подушке и на подводных крыльях и т.п. Это позволяет использовать ПВК как подруливающие устройства, а в случае отсутствия надобности убирать их внутрь кор-пуса с тем, чтобы предотвратить увеличение лобового сопротивления воды при движении судна генеральным

Рис.9.2. курсом.
На судне могут быть установлена две ПВК, каждая из которых может по-ворачиваться независимо одна от другой. Это повышает эффективность действия ПВК. Некоторые зарубежные фирмы выпускают устройства, состоя-щие из двух ПВК, управление которыми осуществляется через автоматизированный блок. Для изменения направления движения судна руле-вому достаточно установить рукоятку управления в определенное положение, а автоматизированная система разворачивает обе ПВК в такое положение, чтобы обеспечить заданное перемещение судна.
Раздельные поворотные насадки (РПН), представляют собой (рис..9.3) кольцевое крыло, окружающее гребной винт и закрепленное на баллере. Назна-чение любой насадки — повышение КПД и тяговых характеристик движительного комплекса. При этом на поворотной насадке, как на кольцевом крыле, создается подъемная сила, превышающая боковую силу руля располо-женного в струе винта и по форме равного проекции насадки на ДП. Это обусловлено тем, что кроме гидродинамических сил, возникающих на самой насадке, при перекладке она значительно отклоняет поток от винта и тем са-мым увеличивает отклонение вектора тяги. Такое отклонение тем больше, чем меньше скорость движения судна и больше нагрузка винта по упору.
Рис.9.3 73
РПН устанавливаются на двухвинтовых судах и оснащаются приводом, позволяющим осуществлять как совместную (синхронную) перекладку, так и раздельную (автономную) перекладку насадок. Обычно при движении судна со скоростями более 3-4-х узлов используют синхронную перекладку, а насадками управляют как обычным рулем. При этом можно управлять и одной насадкой.
Если судно оборудовано поворотными насадками, то поведение судна при маневрирования будет отличаться от управления рулем. Причина заключа-ется в том, что при синхронном отклонении насадок и работе винтов «враздрай» поперечные составляющие сил, возникающих на насадках, всегда направлены в сторону ДП и компенсируют друг друга. В результате — суммар-ный момент, вызывающий разворот судна будет мал по величине. В связи с этим работа винтов враздрай при синхронной перекладке насадок рекомендует-ся только при маневрировании на стесненной акватории.
При раздельном управлении насадками, независимо от направления вра-щения винтов, поперечные составляющие сил, возникающих на насадках, суммируются (рас. 9.3), а момент поперечных сил будет значителен. В резуль-тате судно может развернуться практически на месте, и с большой по величине угловой скоростью. Продольное перемещение судна исключается благодаря соответствующему подбору частоты вращения винтов.
Рассмотрим, как влияет направление перекладки насадок на маневриро-вание судна, оборудованного РПН (рис. 9.3). Если насадки переложены кормовыми кромками в сторону ДП, то говорят, что они переложены «внутрь», если насадки переложены задними кромка к бортам — переложены «наружу».
Когда РПН переложены «внутрь» (рас. 9.3), равнодействующая сил тяги всегда направлена в сторону винта, работающего на передний ход, и точка приложения равнодействующей находится на значительном расстоянии за кормой судна. Момент, разворачивающий судно, весьма велик и разворот тем интенсивнее, чем больше угол перекладки насадок.
Когда РПН переложены «наружу», равнодействующая сил тяги направ-лена в сторону винта работающего на задний ход, а точка приложения равнодействующей находится впереди насадок — в пределах длины корпуса судна. Изменяя угол перекладки насадок, можно перемещать точку приложения равнодействующей по длине судна и тем самым добиваться изменения направ-ления вращения судна без реверсирования движителей. Однако момент, разворачивающий судно, будет мал, и ухудшаются условия обтекания корпуса струёй от винта.
Учитывая вышеизложенное, рекомендуется при маневрировании судна, использовать РПН раздельно, и перекладывать насадки «внутрь».
Активный руль (АР) можно рассматривать как разновидность ПВК. АР представляет собой сочетание обычного руля с винтом, установленным на зад-ней кромке руля. Для увеличения тяги, винт располагается в насадке, жестко связанной с пером руля. Ось винта располагается на продолжении оси основно-го движителя. В качестве двигателя используется погружной электродвигатель, расположенный в пере руля и закрытый грушевидным обтекателем. Хотя суще-
74
ствуют конструкции, в которых вращение на винт передается через полый бал-лер от двигателя, расположенного в корпусе судна.
Поперечная сила АР складывается из гидроди-намической подъемной силы, возникающей на отклоненном пере руля и силы тяги развиваемой вин-том, установленным на пере. Эффективность составляющей тяги винта тем больше, чем меньше скорость судна. Обычно винт АР включают, когда скорость судна не превышает 3—4 узла. При больших скоростях хода двигатель выключают, а винт работает в режиме турбины. АР можно использовать для обес-печения судну предельно малых скоростей движения,
Рис.9.4. недостижимых при использовании главных двигате-лей. Это качество АР особенно ценно при маневрировании на ограниченной акватории. Используя АР, судно может разворачиваться без хода практически на месте. Поскольку на малых скоростях и при отсутствии хода эффективность обычного руля падает, то для увеличения эффективности АР его привод конст-руируется с таким расчетом, чтобы обеспечить перекладку в пределах 70÷90º. Однако, когда судно движется со скоростью более 5-ти узлов – винт АР не работает, и перекладка осуществляется в обычных пределах.
Подруливающее устройство (ПУ) является дополнительным средством управления и, чаще всего, состоит из движителя, расположенного в поперечном канале круглой или прямоугольной формы, в подводной чести корпуса, сооб-щающемся с забортной водой. В качестве движителя могут использоваться и ВФШ и ВРШ, либо крыльчатый движитель или насос. Канал ПУ может быть прямым или изогнутым, отверстия могут располагаться как на одном, так и на разных уровнях, однако эти конструктивные различия не оказывают сущест-венного влияния на управляемость судна.
Упор ПУ создается за счёт реакции отбрасываемой струи и может быть определен по формуле:
Рпу = ρFV2ж
где ρ — плотность жидкости;
F — площадь сечения канала;
Vж — скорость истечения жидкости.
В большинстве случаев сила, развиваемая ПУ, направлена по нормали к ДП и вызывает вращение судна, не имеющего хода при отсутствии ветра. Од-нако такое вращение всегда сопровождается движением судна в направлении оконечности, на которой расположено ПУ (при работе одного ПУ, расположен-ного в точке, не совпадающей с ЦТ судна). Продольное перемещение судна обусловлено появлением центробежной силы при вращении судна. Поскольку сила приложена в оконечности судна, центр вращения судна (ЦВС) должен располагаться на ДП между центром тяжести (ЦТ) и противоположной оконеч-ностью судна. Все точки судна, не совпадающие с ЦВС будут иметь окружную скорость, а следовательно, на них будет действовать центробежная сила, на-правленная в сторону ПУ. В результате этого эпюра скоростей отдельных точек 75
судна будет такой, как на рис. 9.5. При этом судно, вращаясь, заметно смещает-ся в сторону оконечности, на которой расположено ПУ. Эту особенность судов, оборудованных ПУ, необходимо знать судоводителям и учитывать в практической деятельности.
Для разворота судна на месте без хода, только под действием ПУ судно должно быть оборудовано, как минимум двумя ПУ — одним в носу, другим в корме. При этом возможно движение судна лагом или удержание на курсе при боковом ветре.
Исключить продельное перемещение (при одном ПУ) можно работой главных движителей и на одновин-товом судне, а движение судна лагом возможно только на двухвинтовых (и более) судах при работе движителей «враздрай».
Сила, развиваемая ПУ, имеет наибольшее значе-ние при отсутствии движения судна. С увеличением
Рис.9.5 скорости движения судна эффективность ПУ резко уменьшается.
Крыльчатые движители (КД) объединяют функции движителя и руля, поскольку их конструктивные особенности позволяют без реверсирования двигателя создавать силу упора в любом направлении.
Конструктивно КД представляет ряд поворотных вертикальных лопастей (от 4 до 8), распложенных на равных расстояниях по окружности вращающего-ся диска-ротора. Ротор устанавливается заподлицо с днищевой обшивкой судна. При вращении ротора лопасти устанавливаются в различные положения относительно набегающего потока, обеспечивая создание необходимой гидро-динамической силы. Для того, чтобы движитель не развивал упора, необходимо установить все лопасти под углом атаки равным нулю, то есть по касательным к направлению набегающего потока. Для обеспечения движения каждая ло-пасть КД должна быть отклонена на определенный угол атаки по отношению к набе-гающему потоку. Пре этом поворот лопастей должен быть таким, чтобы возникающая на них гидродинамическая сила имела составляющую, направленную в сторону движения судна. Такое условие обеспечивает закон движения лопастей,
Рис.9.6. при котором нормали ко всем лопастям пересека-ются практически в одной точке. Точка N, в которой пересекаются нормали к профилям лопастей, называется точкой управления. Она всегда находится на диаметре, перпендикулярном направлению поступательного движения.
На рис. 9.7. показаны примеры управления судном при различных поло-жениях центра управления КД.
76
Перемещение центра управления внутри диска ротора позволяет не толь-ко изменять направление, но и силу тяги движителя. Отношение наибольшего возможного расстояния центра управления от центра ротора к его радиусу называется максимальный относительный эксцентриситет. Максимальный относительный эксцентриситет соответствует наибольшему упору, развивае-мому КД, при этом достигается более высокое значение КПД движителя. Поскольку эксцентриситет определяет значение углов атаки лопастей, возмож-ность изменения эксцентриситета позволяет изменять силу упора КД и осуществлять режи-мы движения судна от “Полного хода вперед” через “Стоп” до “Полного хода назад” без реверси-рования двигателя.
Рис.9.7
Это свойство КД, аналогичное ВРШ определило целесообразность при-менения КД на буксирах, траулерах, плавучих кранах и других судах технического флота.
При наличии двух КД судно может двигаться лагом. Тормозной путь судна, оборудованного КД, как правило, не превышает длины корпуса, поскольку выступающие части движителя увеличивают общее сопротивление корпуса судна, сокращая и время торможения. Сочетание функций движителя и руля,

Рассказать друзьям

Опубликовать в Google Buzz
Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Одноклассники

Добавить комментарий

Найти готовую работу