Hamowanie swobodne i wymuszone.

Zatrzymanie statku jest jednym z najważniejszych i jednocześnie najtrudniejszym elementem manewrowania, często decydującym o bezpieczeństwie ludzi, statku i innych obiektów, w które statek może uderzać. Dlatego naukowcy poświęcają temu zagadnieniu bardzo wiele badań. Zatrzymanie statku w odpowiednim momencie jest wynikiem podjęcia właściwej decyzji we właściwym czasie w funkcji możliwości manewrowych danego statku. Dlatego też każdy kapitan (czy inny manewrujący statkiem) winien znać bardzo dobrze właściwości swojego statku pod tym względem.

Wyróżniamy w zasadzie dwa podstawowe typy zatrzymań statku: zatrzymanie swobodne i wymuszone. Jak każdy poruszający się obiekt tak i statek cechuje bezwładność odpowiadająca jego energii kinetycznej, która możemy wyrazić wzorem:

Ek = mv²/2

• Eĸ - energia kinetyczna [kgm²/s²], [Nm]

• m - masa statku [kg]

• v - prędkość statku [m/s]

Masę statku określić możemy wg wzoru:

ms = ρδLBT

• ms - masa statku [kg]

• ρ - gestośc wody [kg.m³]

• δ - współczynnik pełnotliwości kadłuba

• L,B,T - wymiary główne statku [m]

Podczas przyspieszania czy hamowania następuje pozorny wzrost masy statku spowodowany lepkością wody - wzrost ten nazywamy masą wody towarzyszącej.

• dla akwenu głębokiego - mx = 0,08 ms

• dla płytkowodzia - mx = /4LT²

W praktyce wielkości przyrostu masy są nieznaczne i nie uwzględniając ich w kalkulacji nie popełniamy dużego błędu. Zatrzymanie statku to proces likwidacji jego energii kinetycznej. Ponieważ wielkość energii kinetycznej jest wprost proporcjonalna do jego wielkości i kwadratu jego szybkości ta najdłuższe czasy a zatem i odległości zatrzymania będą większe dla statków dużych i szybkich. Likwidacja energii kinetycznej statku odbywa się zawsze pod wpływem działania hydrodynamicznych sił oporu kadłuba.

Miarą zdolności do zatrzymywania się tak swobodnego jak i wymuszonego jest czas i przebyta odległość do momentu całkowitego zatrzymania. Dla celów porównawczych drogę zatrzymania wyrażamy w bezwymiarowych jednostkach w stosunku do długości statku.

Czynniki, które determinują drogę i czas zatrzymania statku o tej samej wyporności niezależnie od rodzaju manewru (swobodny - wymuszony) to:

• Współczynnik pełnotliwości kadłuba

• Gładkość powierzchni podwodzia

• Zanurzenie

• Przegłębienie

• Stały przechył poprzeczny

• Rodzaj napędu (w szczególności przy hamowaniu wymuszonym)

• Rodzaj śruby

• Sterowność

• Sprawność wykonywania manewru przez maszynę (szybkość i czas reakcji)

• Masa statku

• Szybkość początkowa

Biorąc powyższe pod uwagę należy przede wszystkim pamiętać, że:

• Masa statku, wprost proporcjonalna do wielkości energii kinetycznej, wzrasta wraz z sześcianem długości statku

• Natomiast opór zanurzonej części kadłuba rośnie tylko proporcjonalnie z kwadratem długości statku.

Zatrzymanie swobodne - zatrzymanie statku w wyniku zatrzymania napędu głównego - „Stop ME”. Siłami powodujacymi zatrzymanie się statku są tutaj:

• Siła oporu kadłuba.

• Siła oporu zatrzymanej śruby.

Dla zwiększenia efektu hamującego można tu wykorzystać hamujące działanie wychylanego steru na obie burty.

Próby zatrzymania swobodnego wykonuje się dla następujących manewrów:

• „CN - Stop”

• „PN - Stop”

• “WN - Stop”

• “BWN - Stop”

Przy powyższych manewrach notuje się całkowity czas i przebytą drogę do momentu całkowitego zatrzymania. Dodatkowo notuje się szybkość w określonych odstępach czasu (np. co minutę). Drogę określamy w Mm, kablach, metrach lub stopach, prędkość w węzłach, a czas w minutach. Wyniki prób przedstawiane są najczęściej w postaci wykresu liniowego prędkości i drogi w funkcji czasu. Graficzna forma umożliwia w dość klarowny sposób przedstawienia wszystkich manewrów na jednym wykresie

Oczywistym jest, że wyniki prób są jedynie prawdziwe dla warunków, w jakich próbę wykonano. Każda zmiana warunków: kierunku i siły wiatru, lokalnego prądu, falowania, czasem zmieniają te próbne wyniki dość znacznie. Np. wykonanie próby z wiatrem spowoduje wydłużenie drogi i czasu zatrzymania i odwrotnie.

Im więcej prób wykonano dla różnych warunków tym uśrednione wyniki są bliższe rzeczywistym możliwościom statku do zatrzymania.

Początkowo podczas manewru zatrzymania swobodnego szybkość maleje znacznie a następnie szybkość spadku prędkości maleje aż do momentu zatrzymania. Jest to wynikiem tego, że opór kadłuba maleje z kwadratem prędkości. Podobny wniosek dotyczy i drogi statku.

Na bazie bardzo wielu prób wyciągnięto określone, generalne wnioski, które pozwalają w przybliżeniu skalkulować zachowanie swojego statku przy takim manewrze, jeżeli pod argumenty stosownych tabel podłączymy znane dane naszego statku i sytuacji.

• Po upływie jeden czwartej całkowitego czasu zatrzymywania: prędkość maleje do połowy szybkości początkowej a droga jest połową drogi całkowitej.

• Po upływie połowy czasu zatrzymania, prędkość maleje do jednej czwartej szybkości początkowej a statek przebędzie trzy czwarte całkowitej drogi.

• Po upływie trzech czwartych czasu zatrzymania prędkość maleje do jednej ósmej szybkości początkowej a droga osiąga siedem ósmych drogi całkowitej.

Zatrzymanie wymuszone - zatrzymanie statku w wyniku działania napędu głównego wstecz - „FA ME” [full astern] Siłami likwidującymi energie kinetyczna w tym wypadku są:

• Siła oporu kadłuba

• Siła naporu wytwarzanego na pracującej wstecz śrubie napędowej.

• Ewentualne wykorzystanie innych, dodatkowych urządzeń niż napęd główny przystosowanych do takiej operacji jeżeli statek takie posiada.

• - specjalne płaty hamujące

• - dziobowy ster aktywny pracujący na wstecz

Podczas prób wymuszonego zatrzymania wykonuje się najczęściej manewry:

• „CN - CW”

• „PN - CW”

• „WN - CW”

• „BWN - CW”

Dla pełnego obrazu, jeśli jest takie zapotrzebowanie, wykonuje się próby dla wszystkich możliwych manewrów zatrzymania wymuszonego przy udziale maszyny pracującej wstecz, - czyli 16 manewrów.

Pomiarami objęte są parametry prędkości i przyrostu drogi w funkcji czasu. Tak jak przy zatrzymywaniu swobodnym opracowywane są tabele i wykresy ilustrujące wyniki prób i cechy manewrowe określonego statku. Wyniki takich prób zawsze powinny znajdować się w dokumentacji statku i winny być znane kapitanowi i oficerom.

Dokładność tabel i wykresów przyjmuje się na ok. +/- 5%. Przy czym, jak zwykle w nawigacji, przyjmujemy do kalkulacji określonej sytuacji, bardziej niekorzystny ze względów bezpieczeństwa wynik.

Efektywność różnych napędów przy manewrze zatrzymywania wymuszonego przedstawia się następująco:

• Śruby w dyszy Korta zwiększają zdolność zatrzymywania się o około 20%

• Dwuśrubowy napęd nazewnątrzskrętny zwiększa również efektywność zatrzymywania wymuszonego o 20%

• Najlepsze efekty zatrzymania wymuszonego uzyskuje się przy śrubach nastawnych (o zmiennym skoku). Wyniki badań i analiz wykazały, że możliwe w takich wypadkach jest uzyskanie nawet 40% skrócenia drogi i czasu.

• Najgorsze efekty zatrzymania swobodnego dają klasyczne śruby o dużych wymiarach przy względnie małych mocach napędu.

Czynnikami, które wspomagają zatrzymanie tak wymuszone jak i swobodne są czynniki zwiększające opór kadłuba:

• Stały przechył poprzeczny

• Obniżona na skutek korozji lub porastania gładkość kadłuba

• Zejście z kursu

• Zwrot wywołany działaniem bocznym śruby pracującej wstecz

• Skrócenie drogi zatrzymania jest proporcjonalne do wielkości zmiany kursu

• Wiatr przeciwny do ruchu statku

• Falowanie przeciwne do ruchu statku

• Prąd przeciwny do ruchu statku

Ponieważ zatrzymanie swobodne i wymuszone w efekcie powodują w pewnym momencie utratę sterowności to stosowanie tych manewrów w rejonach ograniczonych (kanały, przesmyki, małe akweny) jest niebezpieczne i wymaga dużej ostrożności. I między innymi z tego powodu w takich miejscach dobra praktyka morska nakazuje ograniczenie szybkości, do co najmniej rozsądnej lub niezbędnie koniecznej.

Szkoła Morska - 81-340 Gdynia, Hryniewickiego 10 *szkoł[e-mail]

MANEWROWANIE STATKIEM MORSKIM

Kpt.Ż.W. Tomasz Sobieszczański *[e-mail]

KONSPEKT 15/16

LOBO Strona 15 2005-02-08

MSM 015 - HAMOWANIE SWOBODNE I WYMUSZONE

---