Определение и учет дрейфа судна с застопоренными машинами
Ручное графическое счисление с учетом дрейфа. Влияние ветра на движение корабля
Дрейф — перемещение корабля относительно водной поверхности под воздействием ветра. На надстройку корабля действует аэродинамическая сипа ветра — Р. Рх; Ру — составляющие силы Р. Рх — проекция силы Р на диамаметральную плоскость корабля, изменяет относительную скорость на величину ∆V и учитывается относительным лагом. Знак ∆V определяется курсовым углом ветра qw: ветер попутный — скорость увеличивается, прогивный — скорость уменьшается.
Составляющая Pу — проекция силы Р на плоскость шпангоутов, вызывает смещение корабля с линии ИК со скоростью Vдр. Таким образом, корабль перемещается со скоростью V = Vo + Vдр по линии пути, где Vо =Vл — Kл
Угол между северной частью истинного меридиана и линией пути — путевой угол при дрейфе — ПУ α. Угол между линией истинного курса и линией пути, обусловленный влиянием ветра на корабль,— угол дрейфа — α.
Знак угла дрейфа определяется по курсовому углу ветра:
— ветер в левый борт — корабль сносит вправо: α — знак «плюс»;
— ветер в правый борт — корабль сносит влево: α — знак «минус».
Углы дрейфа определяются опытным путем и заносятся в «Справочные таблицы штурмана» для дальнейшего учета в процессе плавания.
Таблица углов дрейфа
Аргументами для выбора угла дрейфа являются отношения скоростей ветра (W в м/с) и корабля (V в узлах) и курсовой угол ветра qw — угол между диаметральной плоскостью корабля и направлением линии действующего ветра. Для определения направления ветра используется мнемоническое правило: «ветер дует в компас» — это значит, что направление ветра указывает, от куда он «дует». Например: северный ветер — с Севера, ветер 230° с направления 230°, т е. ветер 315° с направления 315° — и т. д.
Например: ПЛ следует истинным курсом ИК=70,0° со скоростью 6 узлов, направление ветра 130°, скорость W= 12м/с. Отношение W/V=12/6=2. Курсовой угол ветра 60° правого борта. Из таблицы углов дрейфа α =4,0°. Ветер в правый борт — знак угла дрейфа минус. Т.о., угол дрейфа a=-4,0°
Путевая скорость корабля V = Vo / cosα = Vo • secα, следовательно при углах дрейфа α ≤ 5°, sec α 5°).
Методика учета дрейфа при ручном графическом счислении
Расчет пути корабля:
Расчет компасного курса для следования по заданному пути:
Расчет счислимого места на заданный момент времени:
Предвычисление времени Т и отсчета лага ОЛ прихода в назначенную точку:
Точка на линии пути может назначаться либо по координатам, либо относительно объекта (навигационного ориентира) по заданному пеленгу, расстоянию от ориентира, курсовому углу на ориентир, например траверз. Для предвычисления времени и отсчета лага необходимо:
Учет дрейфа от ветра при графическом счислении пути судна
Рис. 5.9. Знак угла дрейфа от ветра
Рис.5.7. Определение направления ветра на судне
Рис. 5.6. Дрейф судна от ветра
Ветер и его влияние на путь судна
Одним из внешних факторов, влияющих на перемещение судна, является ветер, который, воздействуя на надводную часть судна, вызывает его отклонение (рис.5.6) от линии истинного курса (ИК).
Дрейф – отклонение судна от линии истинного курса под воздействием ветра.
Величина дрейфа зависит:
Различают истинный и наблюденный (кажущийся) ветер.
Истинный ветер – ветер, который наблюдается относительно водной поверхности и характеризуется: направлением (КU) и скоростью (U).
Наблюденный (кажущийся) ветер – ветер, который наблюдается непосредственно на движущемся судне, т.е. это суммарный ветер, складывающийся из вектора истинного ветра (
) и вектора скорости хода судна (
) – рис. 5.7 (характеризуется: направлением (КW) и скоростью (W)).
 |
Направление ветра (КU или КW) определяется в градусах в круговой системе счета направлений от 0° до 360° и той точкой горизонта «откуда дует ветер».
Направление ветра на судне определяется следующим образом (рис.5.7):
Если судно без хода → это КU. Если судно на ходу → это КW.
Для определения элементов истинного ветра (КU и U) на ходу судна по значениям элементов наблюденного (кажущегося) ветра (КW и W) и элементам движения судна (ИК и VЛ) используется ветрочет (круг СМО), по методике на нем приведенной.
Для определения направления ветра есть «мнемоническое» правило: → «ветер дует в компас» (рис. 5.8).
Рис. 5.8. «Ветер дует в компас»
Скорость ветра измеряется анемометром в м/с (обычно «АРИ-49»). В СЖ данные (Кυ, V) записываются, как: «Ветер 315° – 5 м/с», т.е. элементы истинного ветра.
При следовании судна постоянным курсом и скоростью, когда на него воздействует ветер, дующий с постоянного направления (КU) и постоянной скоростью (U), судно будет следовать фактически относительно дна (течения нет) по линии пути при дрейфе (рис.5.6).
Продольная ось судна при перемещении его по линии пути при дрейфе остается параллельной линии истинного курса, так как рулевой постоянно удерживает заданный курс, а само судно перемещается по линии пути, т.е. «скулой».
Путь судна при дрейфе → ПУДР (ПУα) → направление перемещения центра массы судна, измеряемое горизонтальным углом между северной частью истинного меридиана и линией пути при дрейфе по часовой стрелке от 0° до 360°.
Угол дрейфа (α) → угол между линией истинного курса и линией пути судна, обусловленный влиянием ветра.
 |  |  |
| а) | б) |
Угол дрейфа (α), измеряется от 0° до 180°, причем (рис.5.9):
Определение и учет дрейфа судна с застопоренными машинами
Счисление пути судна
Отклонение движущегося судна от избранного курса под влиянием ветра и ПУα=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):
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 Vдр.
В итоге судно будет двигаться по направлению суммарного вектора скорости относительно воды V0, равного сумме векторов скорости по лагу Vл и скорости дрейфа Vдр:
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».
 |  |
 |  |
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 ПУα (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
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 ПУα, 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
На рисунке буквами К и Пα 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:
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 qw 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:
S — боковая площадь парусности, м 2 ;
W — скорость кажущегося ветра, м/с;
qw — 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 Пα, 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 Пα. 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 Пα с линией траверзного истинного пеленга, рассчитываемого по формуле
 |
, (1.68)
[Vдр W] = Vдр1 W1 + Vдр2 W2 + Vдр3 W3 + …+ Vдрn Wn;
м/с
6,057
Отсюда КДР = 
= 0,63°; КДР = 0,63 °
) и географическими j и l.