Определение угла дрейфа и потерь скорости судна по карте морского волнения.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛА ДРЕЙФА И ПОТЕРЬ СКОРОСТИ

СУДНА ПО КАРТЕ МОРСКОГО ВОЛНЕНИЯ

1. Цель работы – выработать навыки использования карт морско­го волнения для принятия оперативных решений выбора наивыгодней­ших путей и контроля за изменением угла дрейфа.

2. Принадлежности и пособия

1. Пособия [5] , [7], [9], [27].

2. Комплект факсимильных карт.

3. Транспортир, циркуль.

3. Краткие теоретические сведения

Ветер – важнейший метеорологический элемент, оказывающий наи­большее воздействие на воды океана и судно. Волнение, вызванное ветром, называется ветровым. Волны, возбужденные ветром на поверх­ности моря, подразделяются на два основных типа: ветровые и зыбь. Ветровые волны – это волнение, которое находится под непосредст­венным воздействием ветра; зыбь – это волнение, оставшееся после ветра, его вызвавшего, т.е. существующее за счет накопленной энер­гии ветровой волны. Наблюдаемое на поверхности океанов и морей значительное волнение в подавляющем большинстве случаев связано с полями ветров в циклонах.

Под влиянием ветра происходят снос судна с линии курса (дрейф) и потери скорости на волнении. Определение этих величин – наиболее важная задача судовождения.

Отклонение судна от избранного курса под влиянием ветра и вол­нения называется ветровым дрейфом, при этом рассматривается влия­ние на судно кажущегося (наблюденного) ветра, представляющего собой геометрическую сумму векторов истинного ветра и курсового ветра (ветра» вызванного движением судна):

 где  – вектор скорости кажущегося ветра;  – вектор скорости истинного ветра;  – вектор курсового ветра.

В результате действия на судно кажущегося ветра возникает сила давления ветра, которая вызывает смещение судна с линии истинного курса со скоростью V_др. В итоге судно будет двигать­ся по этому пути, сохраняя направление истинного курса.

Влияние волнения на движущееся судно проявляется в увеличения рыскания и ухудшении работы гребных винтов, что снижает скорость судна. Линия, по которой перемещается судно относительно дна моря под влиянием ветра, называется линией пути при дрейфе. Угол, за­ключенный между северной частью истинного меридиана и направлени­ем движения судна относительно воды и отсчитываемой по часовой стрелке от 0 до 360°, называется путевым углом ПУ_α. Угол между линиями истинного курса и пути судна, возникаемый под влиянием ветра, называется углом дрейфа α (рис. 6.1).

Рис. 6.1. Отсчет истинного курса (ИК), путевого угла при дрейфе (ПУ_α) и угла дрейфа (α).

Если судно следует левым галсом (ветер дует в левый борт) и линия пути располагается правев линии истинного курса, то угол имеет знак “+”, если ветер дует в правый борт – знак “-“. Истин­ный курс судна и путевой угол при дрейфе связаны между собой за­висимостью

ПУ_α=ИК±α; а=ПУ_α-ИК.

Учет угла дрейфа – одна из наиболее трудных задач судовождения. В процессе плавания угол дрейфа может быть определен различными способами:

– по обсервациям места;

– по кильватерной струе;

– по створу;

– с помощью Теоретических (расчетных) методов и построенных по ним номограмм (рис. 6.2).

Для обеспечения безопасности и экономической эффективности плавания знание, распределения элементов волнения по курсу суд­на очень важно. Это можно сделать с помощью карты волнения, ко­торая позволяет с учетом сложившихся гидрометеоусловий в районе перехода судна и прогноза состояния моря рассчитать так называ­емый наивыгоднейший путь. В настоящее время в СССР разработана и успешно внедряется в Дальневосточном морском пароходстве авто­матизированная система расчетов оптимальных курсов (АСРОК). В этой системе производится расчет скорости судна на волнении по каждо­му возможному отрезку пути плавания. Поиск оптимального маршрута осуществляется методом динамического программирования по различ­ным критериям оптимальности. Однако в настоящее время получение надежных прогнозов полей ветра и волнения – довольно трудная за­дача. В море у судоводителя имеется возможность расчета потерь, скорости судна на волнении.

Зависимость потерь скорости судна на волнении от различных параметров можно представить формулой

V_uh=V_c-(0,74h-0,25gh)(1-1,35*10^-6Д_вV_с),

где V_uh – скорость судна при ветре и волнении, уз; V_с   -скорость на тихой воде, уз; h- высота волн, м; gh- кур­совой угол волны ; Д_в– Весовое водоизмещение, тыс.т.

Для быстрого расчета потерь скорости судна следует применять номограмму B.C. Красюка (рис. 6.3).

4. Задание

1. Изучить краткие теоретические сведения.

2. В 3-5 точках двух маршрутов движения (маршруты задаются преподавателем) с карты морского волнения снять следующие параметры: направление и скорость истинного ветра, направление и высоту волны, истинный курс судна.

3. По полученным данным (направлению и скорости ветра, ИК судна) рассчитать направление и скорость кажущегося ветра (курсо­вой угол кажущегося ветра). Скорость судна задается самостоятель­но. Используя номограмму (рис 6.2), определить угол дрейфа в каждой точке. Данные занести в табл. 6.1. Зависимость угла дрейфа от скорости и курсового угла наблюдаемого ветра подвергнуть ана­лизу.

Рис.6.2. Номограмма для определения угла дрейфа.

Рис.6.3. Номограмма для определения потерь скорости судна на волнении.

4. Используя данные направления и высоты волны по номограмме (рис. 6.3), определить потери скорости судна наводнении и за­нести в табл. 6.2. Скорость и водоизмещение судна задаются само­стоятельно.

5. По данным потерь скорости в каждой точке маршрута и протя­женности маршрута рассчитать продолжительность перехода. Данные занести в табл. 6.3 и проанализировать с точки зрения требова­ния выбора наивыгоднейшего пути.

6. Ответить на контрольные вопросы.

5. Порядок выполнения работы

Выполнение п. 2 задания

На карте морского волнения, находящейся в комплекте гидроси­ноптических карт, в 3-5 точках на каждом из маршрутов снять ис­тинные значения параметров ветра и волнения. Данные занести в табл. 6.1, 6.2.

Выполнение п. 3 задания

По данным табл. 6.1 с помощью ветрочета пересчитать парамет­ры истинного ветра в элементы кажущегося ветра, а затем с по­мощью номограммы по определению угла дрейфа рассчитать углы дрейфа в каждой точке двух маршрутов (рис. 6.2). Данные занес­ти в табл. 6.1.

Таблица 6.1

Расчет угла дрейфа (α) по параметрам истинного и курсового ветра.

Порядок пользования номограммой следующий: отложив на оси орди­нат величину наблюдаемой скорости ветра, необходимо сместиться по дуге до пересечения с радиальной прямой, соответствующей курсово­му углу ветра. Из точки пересечения дуги и радиальной прямой, соответствующей курсовому углу ветра, проводится линия, параллель­ная оси абсцисс, до пересечения с, радиальной линией скорости судна. Из полученной точки опускаем перпендикуляр на ось абсцисс, на ко­торой определяем искомое значение угла дрейфа.

Выполнение п. 4 задания

По снятым параметрам волнения, используя номограмму (рис. 6.3), вычислить потери скорости в каждой точке двух маршрутов. Данные занести а табл. 6.2.

Таблица 6.2 Расчет потери скорости судна на волнении

Для определения фактической скорости по номограмме необходимо выполнить следующие действия. В нижней части номограммы на систе­ме горизонтальных прямых, относящихся к определенному курсовому углу, находим точку, соответствующую снятой с карты высоте волны. Затем из нее восстанавливаем перпендикуляр до пересечения с осью абсцисс. По дуге смещаемся до радиальной прямой, соответствующей заданному водоизмещению. Затем из полученной точки по прямой, па­раллельной оси ординат, поднимемся до пересечения с верхней кривой, отмеченной цифрой 0. Из точки пересечения на кривой 0 проводим горизонтальную прямую до пересечения с кривой, соответствующей технической скорости судна. Далее из этой точки по прямой, парал­лельной оси ординат, спускаемся до кривой, соответствующей техни­ческой скорости судна на спокойной воде. Из точки пересечения с этой кривой проводим горизонтальную линию до оси ординат, на ко­торой и получаем фактическую скорость судна.

Выполнение п. 5 задания

Получив значения пути и фактической скорости судна на различ­ных участках двух маршрутов, рассчитать время перехода в район следования судна и проанализировать преимущества и недостатки каждого пути. Для удобства анализа данные занести в табл. 6.3.

Таблица 6.3

Анализ данных расчета потерь скорости по выбору наивыгоднейшего пути судна

6. Контрольные вопросы

1.  Дайте определение угла дрейфа.

2.   Перечислите способы определения угла дрейфа.

3.   При каком курсовом угле кажущегося ветра углы дрейфа минимальные? максимальные?

4.   Перечислите параметры, от которых зависит фактическая скорость судна на волнении.

5.   Что называется курсовым углом “бега” волны?

6.   Каковы критерии наивыгоднейшего пути судна?

7.  Какими дополнительными картами следует пользоваться в море при выборе наивыгоднейшего пути судна?

7. Форма отчетности

Для получения зачета по лабораторной работе предъявляются карта морского волнения и учебная тетрадь с анализом полученных результатов.