О количестве пробегов при скоростных испытаниях судов на мерной линии

Чтобы уменьшить влияние течения и ветра на результаты скоростных испытаний судов, а также исключить случайные ошибки, обычно проводят пробеги судна во взаимно-обратных направлениях при одной и той же частоте вращения гребных винтов. Количество пробегов выбирают в зависимости от характера течения в районе испытаний.

В конце прошлого столетия французские кораблестроители Дуаер и Бонвалэ предложили формулу для определения средней скорости судна

где v1..... vn — скорость судна на очередном пробеге; λ2..... λn — коэффициенты бинома Ньютона.

Если число пробегов n=2, то λ2=1 и

что представляет собой среднее арифметическое значение скоростей обоих пробегов. Эта формула справедлива для случая, когда скорость течения постоянна во времени.

Если n=3, то λ2=2, λ3 =1 и

В этом случае скорость течения принимается изменяющейся во времени по линейному закону (например, при ветровом течении).

Если n=4, то λ2=3, λ3=3, λ4=1 и

По этой формуле среднюю скорость судна следует определять тогда, когда кривая изменения скорости течения имеет характер параболы второй степени.

При n=5, λ2 = 4, λ3=6, λ4=4, λ5=1 и

Кривая изменения скорости течения в данном случае приближается к параболе третьей степени и т. д. Поскольку изменение скорости течения по времени представляет собой произвольную функцию времени, применение метода встречных галсов, строго говоря, не может обеспечить полное исключение влияния течения на величину скорости судна и определение ее с надлежащей точностью. Природа возникающих при этом погрешностей была выявлена А. Н. Крыловым [25]. Ниже будут изложены специальные методы учета влияния течения и ветра, рекомендованные действующими в настоящее время нормативными документами.

Некоторые иностранные специалисты (Тейлор, Ван-Ламмерен, Троост, Конинг) д целях повышения точности испытаний и исключения влияния течения на скорость судна считают необходимым проводить пятикратные и даже шести- и восьмикратные пробеги на мерной линии при одной и той же постоянной частоте вращения гребных валов [102]. В частности, авторы книги [8] рекомендуют определять действительную скорость судна относительно воды так называемым методом вычисления средней из средних скоростей относительно берега, доказывая, что в этом случае можно получить более точный результат, чем результат, полученный с помощью Метода среднего арифметического из скоростей, измеренных на мерной линии в противоположных направлениях.

Согласно их подсчетам, для приведенного в книге [8] примера действительная скорость, полученная по методу «средняя из средних», была равна 15,05 уз, а скорость, определенная по методу среднего арифметического, составляла  14,69 уз.

Подходя к рассмотрению вопроса формально, авторы показывают в общем виде, что точность результата, т. е. получение истинного значения скорости судна относительно воды, есть функция числа пробегов. Они считают, что для получения одного значения скорости следует сделать минимум четыре пробега (а лучше шесть), если скорость течения изменяется по закону параболы третьей степени или по синусоидальному закону.

Практическое применение этого метода ведет к значительному росту продолжительности испытаний. Приближенные оценки показывают, что полный цикл скоростных испытаний судна со скоростью 20 уз совершается за 15—20 ч. За это время дважды меняется направление скорости приливно-отливного течения; кроме того, весьма вероятно изменение состояния поверхности моря, направления и силы ветра. Может также ухудшаться видимость створных знаков и измениться режим  работы главных двигателей, а также за счет расхода топлива уменьшится водоизмещение судна, что особенно существенно для быстроходных судов. Так, при испытании по этой методике фирмой Ансальдо (Италия) одного из заказанных Советским Союзом быстроходных судов было израсходовано 300 т мазута, что составило около 10% водоизмещения судна.

Таким образом, стремление получить высокую точность за счет большего количества пробегов судна в реальных условиях испытаний может привести к понижению точности результатов вследствие изменения условий испытаний независимо от метода обработки результатов испытаний.

В настоящее время большинство стандартных методик предусматривает проведение троекратных пробегов, причем некоторые из них, например методика Общества кораблестроителей и морских инженеров SNAME [101], допускает проведение двукратных пробегов во взаимно-обратных направлениях в том случае, если течение благоприятно, т. е. его скорость не изменяется во времени или изменяется весьма незначительно.

Методикой, разработанной Британской судостроительной ассоциацией BSRA [98], рекомендуется проводить на каждом скоростном режиме по два пробега в противоположных направлениях и только для уточнения зависимости «скорость—мощность» для точки, соответствующей максимальной мощности главного двигателя,— три пробега.

Японская научно-исследовательская судостроительная ассоциация [104] допускает проведение двукратных и троекратных пробегов судов на мерной линии.

Для быстроходных судов и Катеров (суда на подводных крыльях, глиссеры с мощными главными двигателями и т. п.) можно проводить двукратные пробеги, поскольку их скорость значительно превышает скорость течения.

В практике отечественного судостроения принято совершать троекратные пробеги судов на мерной линии; первый пробег — в одном направлении, второй — в противоположном ему, третий — в направлении, совпадающем с первым пробегом. Средняя скорость судна v и средняя частота вращения гребного вала n на режиме определяется по формуле

где vi и ni — замеренные на каждом пробеге скорость и частота вращения гребных валов (i=1, 2, 3).

В табл. 3 отмечено, что при прохождении судном со скоростью около 20 уз участка между вторым и третьим створами мерной линии относительная погрешность определения скорости составляла около 0,35%, или 0,07 уз. К ней следует добавить относительную ошибку определения скорости судна, являющуюся следствием погрешности измерения его водоизмещения. Эта погрешность была нами оценена или около ±0,4% от указанной выше скорости, или до 0,1 уз.

Таким образом, если допустить, что принятая система проведения троекратных пробегов действительно исключает влияние течения на результаты испытаний, то абсолютная погрешность определения скорости судна в данных условиях составит ±0,17—0,20 уз, или ±0,45—0,5%. При этом не было учтено влияние таких факторов, как возможность изменения режима работы механической установки, воздействие на скорость судна ветра и волнения, а также влияние перекладок руля и рыскания.

Учет влияния этих факторов представляет собой весьма сложную и еще не решенную задачу. Однако несомненно, что они понижают точность определения скорости судна, поэтому погрешность, равную 1%, при оценке скорости следует считать наиболее близкой к действительности.