WPŁYW CZYNNIKÓW EKSPLOATACYJNYCH, WIATRU I PRĄDU NA MANEWROWOŚĆ STATKU.
Zawietrzność i nawietrzność statku.
Wszyscy zdajemy sobie sprawę, że statek pływa w pewnym środowisku tak wodnym jak i powietrznym. Podwodna część kadłuba podlega działaniu środowiska wodnego, a więc jest podatna na prądy występujące w rejonie
Prądy stałe (najczęściej opisane w locjach jak również często na mapach)
Prądy pływowe zależne od fazy pływu w czasie manewrów
Prądy rzeczne, jeśli manewry odbywają się na rzece lub w przyległych akwenach.
Prądy wywołane sztucznie przez różne instalacje brzegowe (ujście dużego kolektora czy wód przemysłowych z usytuowanej blisko brzegu fabryki).
W wyniku działania prądów statek nie płynie sterowanym kursem a jest znoszony, popychany lub hamowany przez wodę i względem dna przesuwa się inaczej.
Drugim elementem istotnym dla manewrowości statku jest jego środowisko nadwodne, stan pogody. Silny wiatr boczny znacznie utrudnia utrzymanie kierunku, szczególnie wówczas, kiedy statek jest wysoko wynurzony (opcja balastowa) lub jego nadbudówka razem z kadłubem tworzą znaczną powierzchnię nawiewu.
Wiatr boczny
Wiatr zgodny z ruchem statku
Wiatr przeciwny do kierunku ruchu statku
Należy tutaj zdać sobie sprawę, że wiatr na otwartym morzu ma z zasady przewidywalny charakter (kierunek i siłę). W rejonach portów i wzdłuż wybrzeża parametry wiatru (ruchów mas powietrza) są zmienne, zależne od wielu czynników.
Odbicia od wysokich wybrzeży
Zmiana kierunku wiatru w zależności od pory dnia (bryza dzienna, bryza nocna)
Uderzenia wiatru, często gwałtowne, w czasie wyjścia z zasłony, jaką dawał ląd czy wyspa.
Podobne zjawisko wpływa na statek przy wejściu statku za zasłonę (ląd, wyspę).
Koryto rzeki, którą płyniemy, tworzące specyficzny dukt przy zróżnicowanych pod względem wysokości brzegach, stwarza też warunki do występowania nieprzewidywalnych uderzeń wiatru i zmian jego kierunku
Każda powierzchnia, nadwodna czy podwodna ma swój kształt i określony środek swojej powierzchni, na którą działa woda czy wiatr. Położenie wzajemne tych środków decyduje o zawietrzności lub nawietrzności statku.
Ponieważ powierzchnie boczne podwodnej i nadwodnej części kadłuba ulegają zmianie w funkcji załadowania i przegłębienia tak też środki tych powierzchni wzajemnie się przemieszczają.
Jeżeli środek bocznego oporu podwodzia znajduje się za środkiem powierzchni nawiewu (holownik, statki z nadbudówkami na dziobie czy przed owrężem) to statek będzie miał tendencje odpadania od lini wiatru i taki statek będziemy nazywali „s t a t k i e m z a w i e t r z n y m”.
Jeżeli środek bocznego oporu podwodzia będzie znajdował się przed środkiem powierzchni nawiewu (statki z nadbudówką na rufie lub za owrężem - tankowce, masowce), to statek taki będzie miał tendencję do „pójścia na wiatr” - ustawiania się pod wiatr. Statek kręcący dziobem w kierunku lini wiatru będziemy nazywali „s t a t k i e m n a w i e t r z n y m”.
Oczywiście, że może zaistnieć sytuacja, kiedy położenie obu środków będzie zbliżone i wówczas mamy doczynienia ze statkiem (układem) obojętnym.
Omówione wyżej wypadki są wypadkami skrajnymi. W rzeczywistość sytuacje są bardziej skomplikowane. Dzieje się tak z powodu, że statek obracający się swobodnie pod wpływem naporu wiatru i oporu podwodzia w wodzie zmienia swoje powierzchnie nawiewu i oporu. A co za tym idzie przesuwają się punkty zaczepienia sił powodujące jego obrót - zbliżają się do siebie, a więc dążą do układu równowagi i statek przestaje się obracać. Im startowa odległość obu punktów (SBO i SPN) jest większa (większe ramię obracające) tym szybciej i więcej obróci się statek. Największe siły bocznego oporu wody i bocznego naporu wiatru występują, kiedy wiatr wieje prostopadle do burty. W miarę obracania się statku obie siły powodujące jego obrót maleją. Wiatr ma coraz mniejszą powierzchnię do bezpośredniego działania - „ześlizguje się” po burcie i nadbudówkach ustawiających się do niego pod kątem, jak i statek, który się obraca pod wpływem wiatru, nabiera szybkości i opór jego maleje wraz ze zmniejszającym się kątem natarcia jego podwodnej części na wodę go opływającą.
Czynniki wpływające na zmianę prędkości statku.
Prędkość statku zależna jest od współczynnika pełnotliwości kadłuba, a więc oporu jego zanurzonej części w ośrodku, w jakim żegluje (woda morska), od kształtu i wielkości nadwodnej części, która stawia, podczas ruchu statku, określony opór w środowisku nadwodnym (powietrzu), a przede wszystkim od wielkości siły przyłożonej na śrubie. Wszystkie te zależności są wzajemnie zależne i zmienne.
Zmiana prędkości statku następuje na skutek:
Zmiany przyłożonej mocy na śrubę
- redukcja lub wzrost obrotów przy śrubie stałej
- zwiększenie lub zmniejszenie kąta ustawienia śruby nastawnej.
- zmiany ustawienia sił w innych typach pędników.
zmiany powodujące zmniejszenie lub zwiększenie oporu podwodnej części kadłuba
- wynurzenie lub zanurzenie się statku na skutek balastowania
- zmiany przegłębienia w wyniku zmian balastowych lub przesunięcia ładunku
zmiany całkowitego oporu kadłuba w wyniku zmian warunków hydrometeorologicznych i hydrologicznych na akwenie żeglugi.
- zmiana siły i kierunku wiatru
Wzrost oporu kadłuba w wyniku uderzeń fali o kadłub statku
Wzrost naporu wiatru na nadwodną część kadłuba
Straty prędkości statku są proporcjonalne do siły wiatru
Największe starty szybkości pod wpływem wiatru mają miejsce, gdy wiatr wieje z kątów kursowych 0˚ do 30˚ (fordewind - bejdewind)
Przy wiatrach 080˚ - 110˚ (halwind) następuje zmniejszenie oporów na kadłubie ale jednocześnie zwiększenie oporów powodowanych koniecznością większego wychylania steru dla utrzymania się na kursie.
W miarę przechodzenia wiatru do rufy następuje zwiększanie się szybkości statku.
Zmniejszenie szybkości statku w wyniku działania samego wiatru (na akwenach gdzie fala się jeszcze nie wykształciła) jest stosunkowo niewielki - z doświadczeń wynika, że wynosi ona zaledwie ok. 2% pierwotnej szybkości
Wpływ wiatru na statek wzrasta wraz ze spadkiem szybkości.
Straty na szybkości spowodowane wiatrem są odwrotnie proporcjonalne do wielkości statku - na małych statkach opór wiatrowy stanowi znaczną część oporu całkowitego.
Statki załadowane lub mocno zabalastowane ponoszą mniejsze straty na żegludze na wiatr.
Statki o dużym współczynniku pełnotliwości mają większe starty szybkości na skutek wiatru od statków smukłych
- zmiany wielkości falowania
Wzrost oporu kadłuba na skutek kołysania bocznego statku - pogorszenie sprawności śruby
Wzrost oporu kadłuba na skutek kołysania wzdłużnego statku - pogorszenie sprawności śruby
Utrudnienie sterowania powodujące większe wychylenia steru dla utrzymania statku na kursie, a co za tym idzie dodatkowe zwiększenie oporu w części podwodnej układu statek-ster.
Straty prędkości statku są wprost proporcjonalne do wysokości i długości fali.
Największe straty prędkości statku maja miejsce przy długości fali zbliżonej do długości statku
Najmniejsze straty w wyniku falowania maja miejsce gdy długość fali jest znacznie mniejsza od długości statku (fala krótka, na płytkich lub ograniczonych akwenach).
W miarę przechodzenia fali do rufy następuje zwiększenie prędkości statku
Straty prędkości w wyniku średniego falowania mogą osiągać 5-20%.
Z regóły statki dla uniknięcia negatywnych skutków uderzeń fali i wchodzenia jej na pokład redukują moc i dostosowują swoja prędkość do warunków hydrometeorologicznych
Zalewanie pokładu i ewentualnego ładunku pokładowego
Silne, dynamiczne uderzenia powodujące zniszczenia wyposażenia pokładowego lub nawet odkształcenia w konstrukcji kadłuba i nadbudówek.
Niepożądane wstrząsy i szarpania negatywnie wpływające na pracę wielu urządzeń tak w maszynie jak i na mostku - możliwość poważnych awarii.
Znaczne utrudnienie jakichkolwiek prac związanych z normalna eksploatacja statku.
- zmiana siły i kierunku prądu.
Zmiany prędkości względem dna niezależne od żadnych innych czynników, od jakich zależna jest szybkość statku względem wody (ośrodka).
- zmiana gęstości ośrodka.
Opór całkowity podwodzia jest wprost proporcjonalny do gęstości wody
Prędkość statku na wodach wysłodzonych (1,001 - 1,008) jest większa niż na wodach mocno zasolonych. (1,015 - 1,028) - Strata na szybkości może wynosić około 0,2 - 0,3 węzła.
Na wodach cieplejszych, gdzie lepkość wody jest mniejsza, statek osiąga nieco większe szybkości
Zmiana temperatury wody o 5˚C - 6˚C powoduje zmianę oporu tarcia rzędu 1-2%, co daje zmianę szybkości statku o 0,5-1 węzła przy zmianie temperatury o 15˚.
- zmiana głębokości akwenu do takiej, która powoduje efekt przyssania i zmniejszenie szybkości lub odwrotnie - płytkowodzie.
Zwiększenie oporów
Zmniejszenie obrotów
Pogorszenie efektywności pracy śruby w wyniku zaburzeń opływu kadłuba.
- zmiany prędkości wraz ze zmiana wyporności.
Wzrost wyporności powoduje spadek szybkości przy zastosowaniu tej samej mocy zainstalowanej na statku.
Statek pod balastem, o ile śruba nie wystaje ponad lustro wody, z zasady jest szybszy od tego statku pod ładunkiem o 1 do 2 węzłów.
Na statkach wyposażonych w gruszkowy kształt dziobu różnica ta jest mniejsza.
Zmiany szybkości w wyniku zmian przegłębienia i przechyłów stałych
Teoretycznie statek na równej stępce osiąga najlepsze szybkości
W praktyce stosuje się przegłębienie 1-3 stóp na rufę
Osiadanie dziobu powoduje wyrównanie przegłębienia i w praktyce statek żegluje na równej stępce.
Każde przegłębienie na dziób powoduje utratę szybkości.
Statek przegłębiony na dziób gorzej steruje, zwiększa się wychylenie steru dla utrzymania statku na kursie, a co za tym idzie i opór podwodzia. Utrata prędkości 3-4%, a więc siła dla utrzymania prędkości winna być o około 13% większa.
Wpływ stanu powierzchni kadłuba na szybkość
Niski standard wykonania podwodnej części kadłuba ma znaczny wpływ na straty szybkości - do 10%
Gładkość powierzchni malarskich podwodnej części kadłuba (zależną od jakości stosowanych farb) odgrywa znaczącą rolę w kosztach eksploatacji statku - zmniejszenie lub zwiększenie oporów podwodzia.
Bardzo niekorzystnym zjawiskiem jest porastanie podwodzia przez mikroorganizmy, które w znacznym stopniu zwiększają opory podwodzia.
Porastanie kadłuba ma miejsce w szczególności podczas bezruchu statków - redy, porty, kotwicowiska.
W ruchu statki z zasady nie porastają - już przy szybkości ponad 1 węzeł przyczepność mikroorganizmów jest znikoma.
Porastanie zależne jest od klimatu, pory roku
Najwieksze porastanie w tropikach
Znikome porastanie w strefach chłodnych
Najbardziej podatne na porastanie są miejsca krzywizn i zakamarków kadłubowych, zaobleń i nawisów.
Statki zaniedbane, mocno obrośnięte (z dużą „brodą) trącą na szybkości nawet 20%.
Wszystkie omówione czynniki wpływają na szybkość jak i na sterowność statku, która jest bezpośrednio związana z szybkością. Pośrednio też na manewrowość statku, którym żeglujemy i należy zdawać sobie sprawę, w jakich warunkach i w jakiej kondycji statku podejmujemy decyzje związane z manewrami.
Szkoła Morska - 81-340 Gdynia, Hryniewickiego 10 *szkoła@morska.edu.pl
MANEWROWANIE STATKIEM MORSKIM
Kpt.Ż.W. Tomasz Sobieszczański *kptlobo@wp.pl
KONSPEKT 1/8
LOBO Strona 1 04-12-07
MSM 003 - WPŁYW CZYNNIKÓW EKSPLOATACYJNYCH NA CECHY MANEWROWE STATKU