Диссертация (Управление и контроль безопасного причаливания речных судов), страница 4

Когда корма пройдет носовую часть стоящего у нижнегопричала судна (положение II), руль перекладывают в стрежневую сторону.После этого корма получает раскатку в сторону причала.Рис. 1.8 - Схемы привала в стесненных условиях без использования и сиспользованием подруливающих устройствВ этот момент частоту вращения винта, работающего назад, увеличивают с таким расчетом, чтобы судно погасило инерцию, не доходя до судов,стоящих у верхнего причала.

Скорость раската кормы регулируют изменениемугла перекладки руля. Когда носовая часть судна подойдет достаточно близкок причалу (положение III), подают и крепят носовой швартов. Затемподжимают корму и подают кормовой швартов (положение IV).Суда с подруливающими устройствами подходят к причалу лагом (рис.1.8б). На подходе к причалу (положение I) судно выводят на траверз месташвартовки (положение II), гасят инерцию, при этом движители работаютвраздрай, рули перекладывают в стрежневую сторону и включают носовоеподруливающее устройство в сторону причала. Регулируя режим работы20винтов (силы упора T 1 и T 2 ) и перекладывая рули, перемещают судно в нужномнаправлении (положение III). Когда судно плавно коснется причала бортом,подают швартовы (положение IV).1.1.3. Привально-швартовные маневры толкачейПри подходе толкача к составу обращают внимание на занятостьдругими судами акватории в районе стоянки последнего, способ удержаниясостава на стоянке (на якорях, на бочке, ошвартован к берегу или причалу),силу и направление ветра и течения, готовность членов команды к швартовке.При отсутствии ветра и течения подход толкача к составу особыхзатруднений не представляет и может осуществляться сразу к транцу кормыпоследней баржи (секции).Если состав учаливают посредством автосцепа, толкач должен подойтик барже строго по линии ДП своей и баржи.Гораздо сложнее осуществлять маневр подхода толкача и сцепку ссоставом при сильном ветре и течении (рис.

1.9). Прямой подход возможентолько в том случае, если состав стоит неподвижно, в уравновешенномположении (по отношению к ветру и течению) и имеется свободный доступдля подхода к корме баржи. В этом случае судоводитель должен при подходек составу учесть дрейф толкача под действием ветра, силу течения, режимработы движителей.Рис.

1.9 - Схема привала и учаливания толкача с составом при сильном ветреи течении21В остальных случаях толкач сначала подходит к барже, (секции) состава(рис. 1.9, положения I и II), после подачи швартова развернуть состав внаправлении ветра и течения (или с их учетом), затем подогнать автосцепныеустройства при работе движителей враздрай или посредством подачипоперечного троса, выбираемого шпилем либо брашпилем (положения III иIV).1.1.4. Привально-швартовные маневры буксировщиковБуксировщик может подходить к составу двумя способами. Первыйзаключается в швартовке бортом к барже первого счала, ближе к носовой еечасти, подаче с буксировщика буксирного троса, выбирании его на баржу икреплении за кнехты.

Второй способ - это постановка буксировщика на якорьвыше первого счала состава, протравливание якорной цепи, всплытие кормойназад к носовой части баржи первого счала, подача кормового швартова набаржу, а затем - буксирного троса на кнехты баржи. Если первый счал баржучален в два пыжа, то корму буксировщика ставят в середину между баржами,после чего на них подают тросы, крепят их за кнехты и пропускают через уши.После выравнивания тросы соединяют замком с коренным буксирным тросом.Если состав стоит ошвартованным у причала или берега, буксировщикподходит бортом к первой (головной) барже, а при пыжевом счале становитсянесколько выше барж, затем корму буксировщика устанавливают междубаржами первого счала и учаливают их.22Рис.

1.10 - Схемы подведения состава к причалу на коротком буксирномтросе и под бортомБуксируемый состав подводят к причалу обычно на коротком буксирномтросе (рис. 1.10а), чем достигается лучшая управляемость. Очень важно приэтом не допустить удара барж о причал. Для этого при безветренной погодесостав подводят к причалу против течения под углом 10-15° (положения I и II).Когда до места швартовки остается 30-50 м (в зависимости от массы состава и.скорости течения), ход убавляют, и состав идет по инерции.

Буксировщикуклоняется в противоположную причалу сторону. При приближении головнойбаржи к причалу на короткое время набивают буксирный трос, отводятносовую часть баржи от причала и одновременно подают носовой швартов напричал (положение III).

После полной остановки состава с баржи подают икрепят остальные швартовы (положение IV).Отдельные баржи состава могут быть подведены к причалу под бортомбуксировщика (рис. 1.10б).Для этого буксировщик выводит баржу с рейда (положение I) и следуетк причалу средним ходом (положение II). Не доходя 30-50 м до причала, баржувыравнивают параллельно причалу, переключают движители на режим работы23враздрай (положение III).

Далее стремятся держать носовую часть баржи наветер, чтобы плавно наваливать ее на причал кормовой частью (положение IV).После этого баржа прижимается ветром к причалу и с нее подают швартовы(положение V).1.2.Обзор известных САУ движением судовВ последнее время всё большее внимание уделяется вопросамавтоматического управления движением транспортных средств, в том числеречных судов [20-24].

При этом преследуется цель повышения безопасностидвижения путем исключения влияния человеческого фактора [17-19]. Так в [89] одновременно решаются две задачи – синтеза оптимального регулированиябокового движения судна при встрече с препятствием, и контролябезопасности при вычислении функции риска опасного сближения. Обе задачирешены в [8-9] методом динамического программирования.1.2.1. Силы и моменты, обусловленные воздействием на судно ветра иморских волн1.2.1.1. Аэродинамические силы и моментыПод аэродинамическими силами и моментами понимаются усилия,обусловленные перемещением судна относительно воздуха и приложенные кнадводной части судна. Эти усилия достигают значительных величин приналичии ветра [54-55].Ветер представляет собой турбулентный воздушный ноток, скорость  aкоторого имеет пульсационный характер н является случайной функциейвремени.

Для количественного описания скорости ветра применяется аппараттеории случайных функции.В общем случае скорость ветра складывается из двух составляющих средней скорости [математического ожидания a (t ) ], постоянной в течениеопределенного промежутка времени  , колеблющегося от 10 мин до 3-5ч, ипеременнойсоставляющей,центрированнойфункциейявляющейсявремен,24случайнойудовлетворяющейстационарнойтребованиюэргодичности. Переменная составляющая, в свою очередь, состоит изтурбулентной v a T иволновой v a B составляющих.Турбулентныепульсациискорости ветра наблюдаются во всех направлениях, однако для оценки управляемости и условий удержания судна на месте важны пульсации внаправлений средней скорости ветра. Волновая составляющая скорости ветраопределяется морским волнением. При развитом ветроволновом процессе,когда характеристики его являются стационарными функциями, средняяскорость ветра, волновая и турбулентная составляющие скорости ветрасовпадают с генеральным направлением бета волн.Для определения спектральных плотностей турбулентной ST и волновойS B , составляющих скорости ветра можно рекомендовать следующие формулы:ST ( a ) D 1a(1.1)2a   12гдеa – круговая частота; D – дисперсия, вычисляемая по формуле:aDa a10 ln ( z)z R 2(1.2)1  23(по средним статистическим данным) – коэффициент затухания;zR  0.65.105a210 –аэродинамическаяшероховатостьподстилающийповерхности; a10 – средняя скорость ветра на высоте z 10м.Спектральная плотность волновой составляющей скорости ветравычисляется по той же формуле, что и спектральная плотность ординатморского волнения, если в ней изменить только величину дисперсии:D  1.49  12 D e 2 z / (1.3)0Bгде D –дисперсияординатволнения; 1  0.82 1 ;  1 –волнения; 0 – расчетная длина морской волны.25средняячастотаНаряду с приведенными формулами для вычисления суммарнойспектральной плотности переменной составляющей скорости ветра можнотакже пользовать формулой Давенпорта:S a ( a ) 9 .5 1 0 5 k  1 9 41   aa(1.4)a2   4 /3где k = 0.005 – коэффициент сопротивления подстилающей поверхности.Средняя скорость ветра при развитом ветроволновом процессеизменяется в зависимости от высоты z над уровнем моря по закону:a   a0ln  z / z R ln  z a / z R (1.5)где a – средняя скорость ветра на заданной высоте, например на высоте0za 10м, т.е.

a a (10) a10 .0Средняя скорость ветра на высоте 6м над уровнем моря в зависимости отбалльности определяется шкалой Бофорта (таб. I.1).Таблица показывает, что скорость шквалистого ветра может примерновдвое превышать среднюю скорость, поэтому мгновенная сила от ветра можетпримерно в четыре раза превосходить среднюю силу.

В связи с этим сила ответра может считаться постоянной лишь с учетом кратковременности действияшквала и так следствие относительно слабого его влияния на движение судна.Сила от ветра, действующая на судно, зависит от скорость ветра,скорости судна, площади и конфигурации надстроек, расположения игабаритов палубного груза, а также от угла между ветровым потоком идиаметральной плоскостью судна.26Таблица I.1. Шкала БофортаБаллыХарактер ветраСкорость ветра на высоте 6м надповерхностью моря, м/ссредняяпри шквале0Штиль0-0.51.01Тихий ветер0.6-1.73.22Легкий ветер1.8-3.36.23Слабый ветер3.4-5.29.64Умеренный ветер5.3-7.413.65Свежий ветер7.5-9.817.86Сильный ветер9.9-12.422.27Крепкий ветер12.5-16.226.88Очень крепкий ветер16.3-18.231.69Шторм18.3-21.536.710Сильный шторм21.6-25.142.011Жестокий шторм25.2-29.047.512Ураган>29.053.0При произвольном маневрировании судна в поле постоянного ветранеизменным остается только расположение надстроек и палубного груза, авеличина и направление скорости судна относительно воздуха непрерывноменяются.Для удобства расчетов скорость ветра часто представляется неслучайной, а детерминированной функцией времени.

Существует нескольковидов этой функции, среди которых можно рекомендовать вид, показанный нарис. 1.11. С возрастанием скорости ветра в порыве aп её направление остаетсянеизменным, а при уменьшении скорости до aс направление ветра  a27изменяется 45o по отношению к генеральному шкалы Бофорта, а дляпромежутка времени, при котором падает ac  0.65a .0Рис. 1.11. Зависимости скорости и направления ветра от времени.t2  t1  t4  t3  t6  t5  t8  t7  10c ; t3 t2 t7 t6 60c; t4  t5  300cСилы ветрового воздействии в связанной с судном системе координатвычисляют по формулам:гдеаэродинамическиеX A  1 C AX  AR2 AVB2(1.6)YA  1 C AY  AR2 AVL2(1.7)Z A  1 C AM  AR2 AVL L2(1.8)коэффициентыCAX ,CAY и CAM зависит отуглакажущегося ветра R .При решении большинства задач для математического описания сил ответра мгновенное положение и скорость судна связывают с полем постоянноговетра, для чего используют понятия истинного и кажущегося ветра. Подистинны понимается ветер в координатах, связанных с Землей.

Кажущийся28ветер – это ветер в координатах, связанных с судном; и только от него зависитаэродинамические силы и моменты.Если судно неподвижно, скорости истинного и кажущегося ветрасовпадают. Если судно движется, скорость истинного ветра геометрическискладывается со скоростью потока, обусловленного движением судна, так чтоскорость кажущегося ветра отличается от скорости истинного ветра тембольше, чем больше скорость судна.Истинный и кажущийся ветры характеризуются скоростями a и R иуглами  a и R соответственно. Угол истинного ветра  a отсчитывает от той женеподвижной оси, от которой отсчитывается курс судна  (рис. 1.12).