Основные сведения и история развития учения о динамике движения судов
Движение корабля, происходящее с изменением направления или скорости под действием рулевых средств или движителя, называется маневром [1]. Мореходные качества корабля, характеризующие его способность совершать маневры, называют маневренностью.
[1] Образовано от латинских слов «manus» — рука и «operar» — действую.
Аналитическое изучение движения кораблей было впервые начато Леонардом Эйлером, действительным членом Петербургской Академии наук. В 1776 г было завершено издание его книги «Полное размышление о строении и вождении кораблей», в которой были разработаны уравнения для определения ветрового сноса и уравнение движения корабля, описывающее циркуляцию. Согласно уже имевшейся в то время теории сопротивления движению тел Ньютона использовалась квадратичная зависимость сил от скорости движения. Поперечная сила считалась пропорциональной второй степени угла сноса.
Академик Санкт-Петербургской академии наук Леонард Эйлер
С 1870 г начались модельные исследования по изучению маневренных характеристик кораблей, целью которых было определение способности корабля к повороту. В 1912 г. Ховгард на основании эмпирических данных циркуляционных испытаний ряда кораблей американских и датских военно-морских сил разработал формулы для оценки диаметра равномерной циркуляции корабля в предположении, что результирующая гидродинамическая сила определяется суммой давлений на элементы в диаметральной плоскости пропорциональна квадрату скорости и синусу местного углового дрейфа.
На развитие учения о маневренности корабля большое влияние оказали работы Н. Е. Жуковского и его последователей по теории крыла, а также работы Г. Кирхгофа и Ж. Л. Лагранжа.
В 1920-1930 годах проводились исследования взаимного влияния руля и корпуса корабля. Первой попыткой количественной оценки маневренности судна при зигзагообразном маневре была работа И. Ф. Кемпфа, проанализировавшего результаты своих натурных испытаний при движении по зигзагообразной траектории.
В 1932 г была опубликована работа А. Кухарского, которая явилась первой попыткой применить результаты аэродинамической теории обтекания крыльев для определения гидродинамического воздействия жидкости на корпус и руль направления.
Значительный вклад в развитие теории маневренности внес профессор И. Г. Ханович. В 1944 г в СССР издан его первый учебник по управляемости «Ловкость корабля», в предисловии акад. А. Н. Крылов отмечал: «Профессор И. Г. Ханович заполнил существовавшие до него «белые листы» обоснованной научно разработанной дисциплиной, вполне соответствующей практической значимости предмета, и сделал ее доступной для каждого морского инженера, а также для штурманского и плавсостава в подразделениях, непосредственно связанных с этим составом».
Профессор И.Г. Ханович
Благодаря работам А.М. Басина, Г.А. Фирсова, К.К. Федявского, Р.Я. Першиц, в 1952 г в СССР была создана первая практическая методика расчета радиуса равномерной циркуляции судов, широкое распространение получило учение о маневренности корабля.
В настоящее время для составления уравнений, характеризующих динамику движения корабля, используются два метода.
Первый способ, получивший наибольшее применение в нашей стране в работах А.М. Басина, Я. И. Войткунского, В. Г. Павленко, Р. И. Першица, Г. В. Соболева, И. А. Титова и др., заключается в аналитическом и экспериментальном определении коэффициентов гидродинамических составляющих сил и моментов, действующих на корпус корабля.
Второй метод, отраженный в работах Н. X. Норрбина, К. Номото, X. Эди, К. Л. Крейна и других авторов, заключается в разложении составляющих сил и моментов в ряд Тейлора и определении коэффициентов на основе испытаний модели корабля.
В существующей литературе по управляемости кораблей при выводе уравнений криволинейного движения авторы обычно не указывают, для какого вида криволинейного движения принимаются силы и моменты инерции (ускоренные или тормозящиеся), поэтому знаки сил инерции и моменты не согласованы у ряда авторов.
В последние годы как в нашей стране, так и за рубежом значительно возрос интерес к маневренности судов большой грузоподъемности. Из работ, посвященных этой проблеме, следует отметить работы М. М. Лескова, А. М. Оганова, С. И. Демина, А. И. Цурбана и др.; из зарубежных — работы Дж. П. Хоофта, Г. Ф. Ремари, Ю. Фудзи, Ю. Огавы, К. Таджима и др.
Контейнеровоз Корсар
Источник: www.shipspotting.com
Знание динамики, особенно для судов большой вместимости, позволяет научно подойти к решению задач управления движением судов и проектирования автоматических систем удержания судна на заданной траектории, что способствует:
- повысить экономическую эффективность морских судов за счет реализации наилучшего курса движения с учетом навигационных и гидрометеорологических навигационных условий;
- решение задачи реализации оптимальной траектории движения корабля при переходе от других кораблей;
- повышение безопасности судоходства вблизи навигационных опасностей за счет более точного управления движением судна.
Рекомендуемое чтение:
Социально-психологические аспекты управления судовым экипажем
Задачи с управлением судовыми производственными процессами
