Измерение скорости судна, частоты вращения гребных валов и углов крена на циркуляции

При движении судна на циркуляции его скорость существенно меньше, чем при движении на прямом курсе. Это обстоятельство связано с дополнительным сопротивлением переложенных рулей, наличием угла дрейфа и изменением режима работы гребных винтов. Скорость в процессе выхода судна на циркуляцию, как правило, не измеряют, так как последняя изменяется во времени. Обычно речь идет об измерении скорости на установившемся режиме движения судна с переложенными рулями.

В тех случаях, когда фиксируется траектория движения судна по ряду . точек, характеризующих положение его в различные моменты времени, а интервал  времени между этими точками известен, определение скорости не составляет труда. Погрешность при вычислении скорости, очевидно, определяется степенью точности регистрации координат точек и интервала времени между ними.

Если траекторию движения судна не строят, а измеряют лишь суммарные показатели, например диаметр установившейся циркуляции, то скорость измеряют с помощью лага.

Более надежные результаты можно получить, если регистрировать не значение скорости по показаниям лага, а рассчитывать ее среднее значение по проходимому пути. Для этой цели снимают показания счетчика пройденного пути после выхода, судна на установившуюся циркуляцию. Второй раз фиксируются показания счетчика после поворота судна на 180 или 360° из того положения, в котором был сделан первый отсчет. Одновременно фиксируется время, необходимое для разворота судна на этот угол. Скорость судна определяют как частное от деления пройденного пути на время разворота.

Наибольший интерес представляют не абсолютные скорости судна на циркуляции, а относительное снижение скорости по сравнению со скоростью судна на прямом курсе. Однако скорость судна на прямом курсе в процессе испытаний на поворотливость обычно не измеряют. Для оценки величины этой скорости, как правило, используют результаты скоростных испытаний, а именно: связь между скоростью и частотой вращения гребных валов. Последняя фиксируется перед началом перекладки рулей.

Если необходимо оценить изменение скорости судна на неустановившемся режиме, то пользуются следующим методом. На стекло секундомера наклеивают бумажный кружок, диаметр которого выбирают с таким расчетом, чтобы кончик стрелки и шкала секундомера были хорошо видны. В процессе испытаний наблюдатель включает секундомер в момент начала перекладки руля и непрерывно совмещает грифель карандаша с концом стрелки. По сигналам второго наблюдателя, снимающего показания со счетчика пройденного пути, на бумажном кружке делаются соответствующие отметки. Если время эксперимента превышает одну минуту, то отметки на второй минуте наносят несколько дальше от края кружка. После окончания эксперимента с секундомера снимают показания, соответствующие каждой отметке, и заносят в таблицу, в которой записан путь, пройденный судном к моменту подачи сигнала. Но данным таблицы строят зависимость пройденного пути во времени. Графическое дифференцирование этой зависимости позволяет судить о характере изменения скорости судна.

Частоту вращения гребных валов измеряют с помощью тех же методов и той же аппаратуры, что и при скоростных испытаниях судна. Если используемая аппаратура предназначена для регистрации установившихся значений частоты вращения валов, то измерения производят лишь на прямом курсе и после выхода судна на установившуюся циркуляцию. С помощью самопишущих приборов можно исследовать динамику изменения частоты вращения валов в течение маневренного и эволюционного периодов циркуляции. Однако эти измерения при испытаниях управляемости производят очень редко.

При проведении реверсивных испытаний частоту вращения гребных валов всегда регистрируют с помощью самопишущей аппаратуры.

При регистрации частоты вращения на циркуляции необходимо обратить внимание на следующее обстоятельство. Перекладка руля и выход судна на циркуляцию приводят к изменению нагрузки гребных винтов. На одновинтовом судне нагрузка возрастает, на многозинтовом судне нагрузка на внешнем по отношению к траектории движения судна борту несколько снижается, на внутреннем — увеличивается. Соответственно изменяется и частота вращения гребных валов. При этом положение регуляторов подачи топлива и маневровых клапанов механической установки должно сохраняться неизменным. Если циркуляция с большими углами перекладки рулей при максимальных скоростях дизельных судов приводит к чрезмерной перегрузке двигателей, то испытания должны проводиться при несколько пониженных частотах вращения гребного вала на прямом курсе, с тем чтобы не изменять положения регуляторов подачи топлива на циркуляции.

Крен судна в процессе циркуляции обычно характеризуется двумя значениями — максимальным углом, возникающим при выходе судна на циркуляцию, и углом крена на установившейся циркуляции. В число параметров, регламентируемых для строящегося судна, как правило, входит лишь значение установившегося крена, поэтому измерению этой величины уделяется основное внимание. Измерение максимального угла крена существенно сложнее, так как требует применения безынерционных приборов с самописцами либо непрерывной регистрации угла крена через малые промежутки времени.

При измерении угла крена судна на циркуляции следует учитывать влияние центробежных сил на показания приборов. Эти силы вносят погрешность в показания маятниковых и гидравлических кренометров (статических и динамических). Исключение этой погрешности связано с определенными трудностями. Измерительные приборы этих типов фиксируют завышенное значение угла, значение же действительного крена приближенно может быть вычислено по следующей формуле:

где θизм — показания прибора, град.; vs — скорость судна, уз; R — радиус установившейся циркуляции, м.

Для определения угла крена по этой формуле необходимо измерить также диаметр циркуляции и скорость судна. Результирующая погрешность при этом определяется погрешностями измерения углов и параметров движения судна. Поэтому подобные приборы можно применять только для грубых оценок угла крена с обязательным введением указанной поправки. Использовать для анализа результатов испытаний непосредственные данные измерений совершенно недопустимо.

Гироскопические приборы с маятниковой коррекцией также не дают правильных показаний при движении судна на циркуляции. Для измерения крена можно использовать лишь гироскопические приборы специальной конструкции. Однако эти приборы относительно сложны и дороги, поэтому при испытаниях они применяются редко.

Наиболее широко применяют оптические методы измерения угла крена с помощью специальных приборов и подручных средств. Точность оптических методов измерения вполне удовлетворительна. Недостаток оптических методов измерения углов крена — необходимость наблюдения за видимым горизонтом, что ограничивает применение этих методов только дневным временем и условиями хорошей видимости. Наиболее совершенные из оптических методов основаны на использовании визиров, которые снабжены шкалами, позволяющими регистрировать углы поворота визира в вертикальной плоскости. В этом случае для проведения измерений визир разворачивается перпендикулярно диаметральной плоскости судна. При движении судна на прямом курсе перед выходом на циркуляцию визируется направление видимого горизонта и регистрируется соответствующий этому направлению угол снижения визира. Аналогичная операция производится на циркуляции, причем снимается серия отсчетов, ориентировочно через каждые 30° разворота судна. Разность между углами снижения визира на прямом курсе и на циркуляции характеризует угол крена в данный момент времени. Как правило, вычисляется средний за циркуляцию угол снижения визира, из которого и вычитается угол снижения визира, измеренный на прямом курсе.

Требование измерения угла крена через каждые 20—30° угла разворота судна связано с необходимостью исключения влияния ветра и волнения. Поэтому рекомендуется проводить многократные измерения крена в течение циркуляции, независимо от типа измерительной аппаратуры.

При отсутствии визиров угол крена можно измерить с помощью подручных средств. Один из таких способов основан на использовании двух вертикальных реек, установленных в плоскости шпангоута на расстоянии 1,5—2,0 м друг от друга. Одна из реек имеет отверстие, а на другой наносят шкалу. Среднее деление шкалы наносят в точке, совпадающей с линией горизонта при визировании через отверстие в первой рейке. Цену делений шкалы рассчитывают по формуле

где l1 — расстояние от средней линии до деления, соответствующего углу крена θ; b1 — расстояние между рейками.

Угол крена определяется положением линии горизонта относительно шкалы рейки.

Если в лобовой стенке одной из рубок есть прямоугольные окна, то измерение угла крена не требует практически  никаких устройств [11]. На боковую рамку окна наклеивают полоску бумаги, на которую наносят деления, соответствующие различным углам крена. Среднее деление, соответствующее прямому положению судна, наносят приблизительно на уровне глаз наблюдателя. Градуировку шкалы рассчитывают по формуле (2.7). На противоположной стороне рамки окна наносят хорошо видимую риску, находящуюся на том же уровне, что и среднее деление шкалы. Для измерения угла крена наблюдателю необходимо выбрать точку зрения таким образом, чтобы линия горизонта проходила через риску. Тогда пересечение этой линии со шкалой даст искомый угол крена. Для удобства измерения на шкале должны быть нанесены хорошо видимые цифры, соответствующие градусам угла крена. Указанный метод очень прост, но позволяет производить измерения с вполне удовлетворительной точностью.