Судно может обеспечить свою безопасность путем быстрой смены направления движения на противоположное, что приводит к возможности реверса. Случаи столкновений и потери судов происходят из-за неэффективности установленных реверсивных механизмов. Качественное функционирование этих механизмов играет огромную роль в предотвращении аварий.
В свете увеличения грузоподъемности судов и интенсификации судоходства, требования к быстрому изменению направления движения судна становятся все более строгими. Реверс судна является сложным нестационарным процессом, который зависит от характеристик корпуса, привода и режима работы главного двигателя. Поэтому методы расчета, используемые для оценки маневренных характеристик, являются приближенными, и наиболее объективным способом оценки реверсивных качеств судна является натурный эксперимент. Исследования характеристик реверса включаются в программу испытаний для всех новых судов.
Программирование режимов обратных испытаний зависит от конкретного типа корабля и его главного двигателя, а также от поставленных целей. Например, согласно американским правилам выпуска маневренных испытаний 1950 года, предусмотрены только два режима обратного хода: от полной скорости в переднем направлении к полной скорости в заднем направлении и от полной скорости в заднем направлении к полной скорости в переднем направлении. Обычно в процессе этих испытаний проводят обратную скорость с несколькими промежуточными значениями переднего хода.
Для судов с дизельными механическими установками целесообразно провести испытания с целью определения наилучших режимов работы на обратном ходу, а точнее, определить частоту вращения гребного вала, при которой следует запускать дизель в обратном направлении.
Для кораблей с управляемыми шаговыми винтами, программа испытаний существенно зависит от схемы управления такими винтами. Если установлена система совместного управления винтами и двигателем, то испытания могут быть ограничены проверкой режимов работы, которые предусмотрены в проекте системы управления.
Если же использовано отдельное управление для винтов и двигателя, то программа испытаний должна включать измерения при различных значениях шага, скорости и синхропоследовательности при настройке лопастей, а также при разных значениях частоты вращения привода вала.
В процессе испытаний кораблей в реверсных режимах, изучаются параметры движения судна и выполняется проверка работы главного двигателя и особенностей движения в реверсном режиме.
Для того чтобы судеть о параметрах движения корабля в процессе движения назад, мы смотрим на выбег — это расстояние, которое проходит корабль от момента команды «вперед» до полной остановки его, а также время, затраченное на это — т. е. оттолкнуться командой «назад» из стоячего состояния судна до полной остановки скорости. А также мы смотрим на закон изменения скорости движения в процессе движения назад.
Кроме того, при маневрировании мы часто проверяем инерционные характеристики корабля — то есть расстояние и время, необходимые для того, чтобы полностью остановить корабль с остановленными двигателями.
Для больших судов мы иногда также изучаем маневр торможения с упреждением штурвала (производят «полный назад» при выполнении полного оборота).
Для определения режима работы основного двигателя во время реверса необходимо отслеживать изменение скорости вращения валов и изменение крутящего момента или мощности на валах.
Если реверс судна достигается изменением направления вращения винта, нужно отметить время, прошедшее с момента команды до остановки вала. Также важно учесть время, необходимое для достижения требуемой частоты вращения винта в обратном направлении. Для судов со встроенной системой реверса гребных винтов необходимо также учесть изменение шага лопастей.
Закон изменения усилия гребных винтов играет важную роль при анализе результатов реверсивных испытаний, поэтому, если на судне есть упоромеры, зарегистрировать эту величину было бы очень полезно.
Чтобы получить все данные о параметрах движения судна, необходимо записывать время, которое судно проходит. Для этой задачи мы можем использовать методы, описанные в § 19, для регистрации траектории движения судна. Однако при тестировании реверса необходима гораздо более точная регистрация траектории движения судна по сравнению с исследованием управляемости судна. Это связано с тем, что реверс является динамическим процессом и занимает гораздо меньше времени, чем циркуляция судна.
Среди множества способов регистрации траектории судна для изучения реверса можно рекомендовать использовать измерительные методы с помощью фототеодолитов и радиометрические методы, поскольку они единственные позволяют достичь достаточной точности определения координат судна в краткие промежутки времени. После проведения измерения координат на специальном планшете можно построить траекторию движения судна (см. рисунок 75). Остальные методы лишь могут определить лишь суммарный выбег судна в лучшем случае, но они не предоставляют достаточных данных для расчета мгновенных значений его скорости.
Фигура 75 — Траектория перемещения судна при обратном ходе.
Я — n= 105 об/мин; II — n=0; III — n=40 об/мин; IV — n=73 об/мин; V — n=71 об/мину (n — скорость вращения винта).
Судовое положение фиксируется через 30-секундный интервал времени.
Измерение пути с помощью радиолокации и особенно с применением старинного метода «чурка» при исследовании обратного хода не рекомендуется.
Анализ результатов точного измерения траектории движения судна позволяет построить зависимость пройденного пути при обратном ходе в зависимости от времени. Когда данные измерений не достаточно для построения такого графика, время остановки судна измеряется напрямую: с использованием секундомера фиксируется промежуток времени с момента задания команды до остановки судна; момент остановки определяется «визуально».
Кривая изменения скорости в процессе реверса судна может быть получена путем графического дифференцирования зависимости пройденного пути от времени.
В некоторых случаях скорость судна во время реверса измеряется посредством лага, а затем путем интегрирования графика изменения скорости определяется величина выбега судна.
Для фиксации скорости вращения гребных валов в режиме реверса рекомендуется использовать самопишущие счетчики оборотов (см. § 8).
Если на судне установлен торсиометр, регистрирующий мгновенные моменты на гребном валу, то такие моменты должны запоминаться с помощью осциллографа. В этом случае осциллограф применяется так же, как при измерении частоты вращения гребных валов, а в качестве источника сигнала рекомендуется использовать индуктивный преобразователь.
Для правильной регистрации мгновенных значений упора на судне, необходимо использовать упоромер. Однако, помимо этого, можно также фиксировать эти значения при помощи осциллографа.
Альтернативным способом определения изменения загрузки двигателей в процессе реверса являются косвенные методы. Например, можно приближенно вычислить изменение мощности дизелей, записывая перемещения топливной рейки. Для этой цели на дизеле устанавливают измерительный преобразователь, который может измерить перемещения топливной рейки. Кроме того, необходимо установить зависимость мощности двигателя от положения рейки при различных частотах вращения двигателя. Тем не менее, в данном случае необходимо учитывать, что погрешность косвенных методов дополняется ошибкой, связанной с тем, что расход топлива на нестабильных режимах принимается таким же, как и на стабильных.
Для судов с использованием электродвижения можно оценить изменение мощности электродвигателя, измеряя временные электрические параметры.
У судов с регулируемыми винтами изменение шага происходит без изменения направления вращения гребного вала при выполнении реверса, что означает, что частота вращения гребного вала изменяется в более узком диапазоне. Для регистрации изменения шага лопастей гребного винта на судах с переменной регулируемой шагом требуются специальные самописцы и измерительные преобразователи. Изменение шага фиксируется на осциллографе вместе с другими параметрами, такими как частота вращения гребного вала, момент на валу и т. д.
Для измерения шага винта обычно используют реохорды. Перемещение ползуна реохорда связано с передвижением штанги, которая перемещает лопасти винта. В случае винта с регулируемым шагом с гидравлическим приводом ползун связан с обратной связью, которая повторяет движение штанги. Реохорд может иметь различные конструкции, о которых подробнее можно прочитать в разделе 22.
Также возможно использование другой системы для регистрации шага, например, путем измерения частоты вращения вала дифференциального редуктора.
Во время проведения обратных экспериментов с судами, оснащенными переменно-распределительными шестернями, осуществляется измерение крутящих моментов относительно оси вращения лопастей винта. Главная цель этих измерений заключается в сборе естественных данных о нагрузках, действующих на механизмы переменно-распределительных шестернях. Прямые измерения моментов обычно невозможны, поэтому для оценки их величины необходимо использовать косвенные методы.
Если регулирование положения лопастей гребного винта осуществляется при помощи гидравлического привода, то можно определить крутящие моменты путем расчета по значениям давления масла в гидравлическом цилиндре. Для этого известным образом по перепаду давлений и площади поршня находится сила, действующая на штангу, а затем с использованием данных кинематического расчета устанавливается величина момента на лопасти. Итоговое значение момента получается как сумма гидродинамического, инерционного и моментов трения.
Для оценки гидродинамических моментов необходимо определить моменты трения. Это делается путем производства перекладок лопастей при неподвижном вале и записи величин моментов, необходимых для перекладки. Точное значение моментов трения практически невозможно получить, поэтому обычно принимается, что они определяются только конструкцией винта и не зависят от нагрузок на лопасти. Таким образом, значение потерь на трение, полученное таким методом, используется при обработке всех режимов перекладки лопастей гребного винта. Хотя этот метод неточен, ошибка его не слишком велика, особенно если заделка лопастей выполнена на подшипниках качения.
Установка датчиков давления прямо на полостях гидравлического цилиндра невозможна, поэтому их обычно устанавливают на трубопроводах, ведущих к маслобуксам. Из-за этого зарегистрированный датчиками перепад давления немного превышает перепад в полостях цилиндра из-за гидравлических потерь в трубопроводах. Эти потери учитываются в виде некоторого добавочного значения в общих потерях из-за трения и автоматически исключаются из общей суммы моментов при вычислении трения.
Датчики для измерения давлений в гидравлическом цилиндре имеют различную конструкцию (см. § 23). Один из типов датчиков (рис. 76) позволяет более точно измерять давление. В этом датчике тензометры установлены не на мембрану, а на кольцевой упругий элемент, напрямую связанный с мембраной через жесткий шток.
На рисунке 76 изображен преобразователь давления с использованием кольцевого элемента. Ключевые компоненты этого преобразователя включают в себя тензометр (1), мембрану (2), кольцевой элемент (3) и корпус преобразователя (4).
На рисунке 78 изображена характеристика обратного хода судна, оснащенного переменно-регулируемым шагом. В данной диаграмме обозначены следующие элементы: 1 — точка упора, 2 — шаг, 3 — скорость судна, 4 — временной интервал, в течение которого судно имеет заданное значение скорости при обратном ходе, 5 — частота вращения винта, 6 — мощность, необходимая для обеспечения обратного хода.
В результате комплекса измерений, осуществленных в ходе испытаний, строятся общие графики, отображающие зависимость основных измеряемых характеристик обратного хода судна от времени (рис. 77). Сходный график, отражающий характеристики судна с переменно-регулируемым шагом винта, воспроизводится на рисунке 78.
<р tabindex = "0">Рис. 77. Описание режима движения судна назад.
1 — Момент вращения к винту; 2 — Скорость вращения винта; 3 — Вперёд; 4 — Скорость судна; 5 — Запас хода судна.
Мыслители, оспариванные в либерале, пределах стесняют выяснить динамически aspects. measures При выполнении реверсированного это нечёткая облачность Сострадание суда, давайте исследуем достаточно гибк про многогранность).
Реально, используя данные о напряжении и крутящем моменте на данный момент времени, скорость судна и частоту вращения гребных винтов можно определить универсальные коэффициенты K1 и K2 в зависимости от относительной поступи. При таком сопоставлении, из-за отсутствия достоверных данных, не учитывается изменение коэффициентов взаимодействия во время реверса. В связи с этим, в процессе анализа часто принимается, что натурные безразмерные гидродинамические показатели гребного винта совпадают с расчетными, а разница между ними объясняется погрешностями определения коэффициентов взаимодействия. При таком методе анализа конечный результат будет содержать уточненные значения коэффициентов взаимодействия гребного винта с корпусом.
