Навигационные особенности плавания в узкостях и стесненных водах

Реферат на тему:

Навигационные особенности плавания в узкостях и стесненных водах

Введение

Международные экономические отношения и взаимное сотрудничество государств развивались во многом благодаря Мировому океану. Еще в глубокой древности люди пришли к выводу, что перевозки грузов по воде гораздо эффективнее, чем другими способами. Реки и озера, прибрежные морские воды и позднее океанские просторы стали использоваться в качестве естественных транспортных магистралей, соединяющих народы, страны и материки. Несмотря на появление новых видов коммуникаций и в наше время водные пути остаются основным средством осуществления мировой торговли: по ним перевозится около 80 % внешнеторговых грузов и осуществляется значительная часть внутринациональных перевозок. До последнего времени объем мировой торговли и объем грузоперевозок морем увеличивались в среднем на 8 % в год. И в дальнейшем значение морских перевозок будет только возрастать. Кроме того, миллионы людей ежегодно совершают морские путешествия на океанских лайнерах и малых судах, на моторных катерах и парусных яхтах. Сотни тысяч рыболовных судов круглый год находятся на промысле. С континентального шельфа с помощью плавучих и стационарных установок и платформ добывается более трети всей нефти, газ и другие полезные ископаемые, в перевозках которых заняты несколько десятков тысяч разнообразных специализированных судов. На морских просторах становится все теснее, и все большее значение приобретает проблема обеспечения безопасности мореплавания.

Безопасность мореплавания - это комплексная многоаспектная проблема, которая решается с использованием многих и разнообразных способов и методов. Однако с позиций теории управления и принятия решений все эти способы и методы можно подразделить на два уровня: микроскопический и макроскопический. Микроскопический уровень обеспечения безопасности мореплавания подразумевает принятие решений на каждом конкретном судне в отдельности. Они направлены на решение главной задачи судоводителя - переход судна из порта отхода в порт назначения в кратчайшие сроки при условии соблюдения безопасности людей (экипажа и пассажиров), судна и груза. Выполнение этой задачи основано на использовании, главным образом, традиционных методов управления судном, навигации, лоции и мореходной астрономии. В то же время в последние десятилетия сформировался макроскопический подход к решению проблемы обеспечения безопасности мореплавания, когда на международном уровне на основе реализации ряда организационно-нормативных, технологических и технических мер были созданы несколько систем, помогающих судоводителю в решении его главной задачи. Для идентификации таких систем в одном из последних изданий знаменитого учебника Н. Боудитча по навигации был введен специальный термин "система безопасности мореплавания" (maritime safety system). Этот термин иногда трактуется расширительно, включая и организационные структуры (например, Международная морская организация - ИМО), и нормативные документы (резолюции ИМО), и технологические решения (конструкция корпуса судна с двойным дном) и др.

Общая характеристика условий плавания в стесненных водах и узкостях

Под термином "стесненные воды" понимают плавание вблизи побережья на расстояниях менее 3?5 миль от берегов и навигационных опасностей, в судоходных проливах и узкостях, в районах с установленными путями, фарватерами, СРД - всюду, где маневрирование судна "стеснено" навигационными условиями и (или) интенсивным судоходством.

Стесненность условий зависит от внешних факторов, размеров и маневренности судна, а также от скорости судна.

Хотя океанское судно проводит в стесненных водах в среднем до 5?10% ходового времени, на эти районы приходится более 80% всех навигационных аварий. Это свидетельствует, с одной стороны, об объективной сложности условий плавания, а с другой - о несовершенстве методов судовождения в таких условиях.

Основными особенностями условий плавания в стесненных водах являются:

1) малый (часто минимальный) запас воды под килем, в результате чего многие суда становятся "стесненными своей осадкой" и возникает необходимость учета колебаний уровня моря, постоянного контроля глубин;

2) ограниченность безопасного судоходного пространства, близость навигационных опасностей, резкое ограничение свободы маневрирования;

3) резкое ограничение возможных отклонений судна от линии заданного пути (ЛЗП), что требует максимально точной навигации и обусловливает расхождение судов на встречных курсах на минимальных траверзных расстояниях;

4) большая упорядоченность судопотока (по установленному пути, створу и т.д.);

5) пестрый судопоток - от крупнотоннажных судов до яхт и катеров с разными маневренными возможностями и различным уровнем подготовки судоводителей;

6) сочетание "транзитного" движения судов вдоль узкости с пересекающими его местными судами и частое следование малых судов курсами, отличными от рекомендованных;

7) частые смены курсов, усложняющие и навигацию и наблюдение за целями, так как цели также часто маневрируют;

8) ограниченность зоны визуального и радиолокационного обзора, относительно малые дальности обнаружения (DОБН) целей, скоротечность ситуаций, острый дефицит времени на решение;

9) большое количество навигационных ориентиров (включая и плавучие СНО), постоянная их смена, необходимость постоянного опознавания ориентиров и оценки нахождения буев (вех) на штатном месте;

10) чрезвычайно малый запас времени и пространства для реакции на неожиданный или неверный маневр цели, для коррекции своего "неудачного" маневра, для действий при отказе судовых технических средств.

В силу этих особенностей требуется особенно высокая точность, четкость, безошибочность, быстродействие всей системы управления движением судна.

Основные задачи - наблюдение, навигация, предупреждение столкновений - должны решаться одновременно и взаимосвязано (пренебрежение любой из них влечет повышение риска либо столкновения, либо посадки на мель при расхождении). Резко возрастает напряженность работы судоводителей и, как следствие, - вероятность навигационной ошибки.

Стесненные воды - это сложнейший по своим условиям район плавания, где в полной мере проверяются опыт и искусство судоводителя.

При выборе курсов в первую очередь надо учитывать международные и местные правила плавания; наставления, указания и рекомендации для плавания в данном районе и любое отклонение от их требований должно быть обосновано.

Глубоководные пути, в пределах которых произведено тщательное гидрографическое обследование до обозначенной на МНК наименьшей глубины, предназначены для судов с большой осадкой; остальные суда должны, по возможности, избегать их использование.

Если район плавания подпадает под понятие "узкость", то судно должно держаться внешней границы прохода или фарватера (с пр./борта) настолько близко, насколько это безопасно и практически возможно (правило 9 "МППСС-72"). Судно не должно пересекать узкий проход или фарватер, если такое пересечение затруднит движение другого судна, которое может безопасно следовать только в пределах такого прохода или фарватера. В узкости с установленным односторонним движением курсы судна рекомендуется прокладывать по ее середине.

При отсутствии рекомендаций, правил и ограничений курс судна должен проходить по безопасным глубинам за пределами ограждающей изобаты и на достаточном удалении от навигационных опасностей (если створа нет, желательно иметь ориентир на КУ = 0°(180°)).

При выборе курсов следует иметь в виду, что не всякий кратчайший маршрут является лучшим. При поворотах, переходе с одного рекомендованного курса на другой, огибании мысов и банок следует строго придерживаться фарватера, не прижимаясь к берегу и не срезая углы на поворотах, так как это резко снижает безопасность плавания.

Повороты лучше выполнять заблаговременно, до подхода к навигационным опасностям и:

- не следует выполнять резких поворотов вблизи опасностей или входить в узкий канал на циркуляции;

- входить в подходной канал порта надо заблаговременно, мористее приемного буя и под острым углом;

- если после приема лоцмана или съемки с якоря вход в подходной канал возможен только на крутой циркуляции, то лучше отойти мористее или выполнить циркуляцию в сторону моря.

При подходе к месту якорной стоянки надлежит придерживаться общепринятых курсов и лишь перед подходом к точке отдачи якоря проложить курс против ветра, течения или их равнодействующей.

При проходе на малом расстоянии мимо судов, стоящих на якоре, лучше проходить у них по корме, в противном случае повышается опасность навала. При подходе к точке встречи лоцманов, перед подходом лоцманского бота изменить курс таким образом, чтобы прикрыть бот бортом судна от ветра и волнения. Судоводитель обязан знать опасные участки плавания, что позволяет спланировать дополнительные меры по обеспечению навигационной безопасности.

Безопасная скорость судна

Скорость судна в стесненных водах должна быть такой, чтобы судно надежно управлялось и могло бы в случае необходимости вовремя погасить инерцию. Не следует развивать скорость больше, чем позволяют обстоятельства.

(1)

Следует иметь в виду, что управляемость судна под воздействием ветра резко ухудшается при уменьшении скорости, при плавании в балласте с малой осадкой, высоким надводным бортом и когда часть гребного винта и пера руля оказываются над водой.

Управляемость ухудшается и при плавании на попутном течении и минимальная скорость судна (V_min) должна быть

(2)

С точки зрения предупреждения столкновений судов безопасная скорость устанавливается на основе Правила 6 "МППСС-72" с учетом конкретных обстоятельств плавания, включая:

1) метеорологическую видимость (ее минимальное значение);

2) проблемы визуального обнаружения встречного судна (фон моря и фон от береговых огней, возможность встречи с малыми судами без огней и др.);

3) надежную дальность радиолокационного обнаружения целей (в том числе судов, выходящих из-за поворота, мыса, острова, из узкого прохода между островами);

4) ограничения, связанные с применяемыми методами обработки радиолокационной информации, квалификацией и опытностью оператора РЛС, темпом и сложностью обработки информации;

5) наличие, характер, плотность и интенсивность движения судов;

6) осадку и маневренные характеристики судна.

Для обеспечения навигационной безопасности при выборе V_БЕЗ учитывается еще более широкий спектр факторов и в том числе:

> применяемые методы контроля за местом и курсом судна, их точность, дискретность, длительность;

> степень стесненности и извилистости фарватера, характер и близость навигационных опасностей;

> степень совокупного воздействия внешних факторов на точность стабилизации судна на ЛЗП;

> надежность имеющейся информации о глубинах и точность учета колебаний уровня моря;

> дальность надежного обнаружения (ДОБН) навигационных опасностей (или ограждающих их СНО) с учетом организации наблюдения и гидрометеорологических факторов.

 (3)

где S_V- максимально допустимое значение тормозного пути, на основе которого по графикам активного торможения судна выбирается значение V_БЕЗ;

L_? - расстояние от точки наблюдения (мостика) до носовой оконечности судна;

S_P - путь, проходимый судном за время реакции судоводителя.

При уклонении от опасности не торможением, а отворотом:

(4)

где S_ОТВ - запас пространства для отворота (из диаграммы циркуляции);

Д_ОБН - дальность надежного обнаружения навигационных опасностей.

Выбранная V_БЕЗ является основой для расчетов плавания судна в стесненных водах. Однако V_БЕЗ не является постоянной величиной и зависит от обстоятельств плавания (встречное судно не на своей стороне фарватера - уменьши V_БЕЗ).

При высокой динамике развития ситуации снижение скорости увеличивает резерв времени на оценку ситуации, уменьшает нагрузку на наблюдателей и судоводителей.

Подготовка к плаванию в стесненных условиях

Навигационными особенностями плавания в стесненных условиях являются:

· плавание происходит в непосредственной близости от навигационных опасностей;

· ширина фарватера находится в предельном соотношении с шириной полосы, очерчиваемой судном;

· частые изменения направления фарватера;

· резкие перепады глубин на фарватере и около него, а также значительные приливные колебания уровня моря и приливные течения, направление и скорость которых не всегда достоверно известны;

· плавание происходит при пониженных скоростях, когда силы и моменты внешних воздействий на судно (особенно в шторм) соизмеримы с силами и моментами управляющих воздействий, то есть оно часто работает на грани потери управляемости;

· используют МНК М 1:50.000 и крупнее, которые позволяют учитывать маневренные и инерционно-тормозные характеристики судна и обеспечивать требуемую точность определения места судна и счисления его пути;

· непрерывно контролируют место судна для своевременного обнаружения отклонений от ЛЗП;

· обеспечивают специально-организованную повышенную надежность работы СЭУ, судовых устройств и систем за счет дополнительного вахтенного обслуживания, введение в действие резервных механизмов и повышенной готовности к работе всех лиц вахтенной службы в случае возникновения аварийных ситуаций.

Специальные меры обеспечения навигационной безопасности в стесненных водах

Специальными мерами, обеспечивающими навигационную безопасность в стесненных водах, являются:

> тщательное предварительное планирование пути с выполнением необходимых расчетов;

> заблаговременная подготовка штурманской службы, четкая организация ее работы и распределение обязанностей в соответствие с опытом судоводителей;

> более частое определение места судна и учет неодновременности измерений навигационных параметров (НП);

> повышенная точность счисления пути судна;

> надежный контроль за достоверностью опознания ориентиров;

> непрерывный контроль за движением судна;

> учет ветрового дрейфа и сноса от течения с максимальной точностью;

> тщательная подготовка всех судовых служб.

При плавании в стесненных водах быстро изменяется окружающая обстановка из-за близости берега, что ограничивает возможности определения места судна, усложняет управление и создает напряженность в работе судоводителей.

Информация о месте судна зачастую запаздывает ко времени принятия решения по управлению. В связи с этим управление судном приходится производить на основе обзорно-глазомерной оценки обстановки визуально или на экране РЛС, руководствуясь личным опытом и интуицией капитана и лоцмана.

Главной предпосылкой безаварийного плавания является тщательная и заблаговременная подготовка к плаванию.

Опыт показывает, что именно на этой стадии судоводители допускают чаще всего ошибки, а дефицит времени при плавании не позволяет выполнять необходимые расчеты, что и приводит к осложнениям.

Предварительную подготовку к плаванию можно разделить на следующие этапы:

> Навигационную подготовку к плаванию;

> Планирование организации работы вахт судоводителей и судомехаников, дополнительных вахт и их взаимодействие;

> Подготовка главной машины, судовых устройств и систем.

Особенности навигационной подготовки к плаванию в стесненных условиях.

- Планирование пути и предварительную прокладку должен проводить только капитан судна и выполнять ее на МНК М 1:50000 и крупнее.

- При выполнении предварительной прокладки особое внимание уделяется плаванию на опасных участках, планированию поворотов, учету дрейфа и течения.

Опасными являются участки:

1) где суда проходят вблизи навигационных опасностей (малые глубины, затонувшие суда, скалы и пр.);

2) где ширина полосы, занимаемая судном, близка к ширине фарватера и имеются крутые повороты;

3) где можно ожидать появления судов, следующих пересекающимися курсами (места паромных переправ, входа и выхода из зоны разделения, рыбной ловли и др.).

Ширину полосы ВП, занимаемой судном при дрейфе и течении, в зависимости от длины L и ширины В судна, определяют по формуле:

(5)

где С° - суммарный угол сноса от дрейфа, течения, рыскания и погрешности их определения.

Ширина полосы ВП при повороте больше на величину ?В, которая оценивается по приближенной формуле:

(6)

Опасные участки в стесненных водах нужно выявлять заблаговременно, при подготовке к переходу. Если плавание через такие участки неизбежно, то следует принять все меры предосторожности, как при планировании перехода, так и во время плавания.

К таким мерам предосторожности относятся:

Выбор времени прохождения опасных участков в зависимости от естественной освещенности, прогнозов погоды и предвычисленных уровней воды в приливных районах.

Подготовка сеток изолиний для ускоренного определения места.

Подготовка маршрутных графиков точности и графиков течений.

Усиление вахты на мостике с четким распределением обязанностей между судоводителями.

Поворот судна - один из наиболее ответственных моментов при плавании в стесненных водах. Применявшиеся ранее методы, когда циркуляция принималась дугой окружности и учитывалась через диаметр (ДЦ) или радиус (RЦ) циркуляции, не обеспечивают необходимой точности планирования поворота крупнотоннажных судов вблизи опасностей.

Более строгое планирование поворота достигается методом, рассмотренным ниже.

За начало поворота следует принимать момент подачи команды на руль, благодаря чему учитывается неизбежный "мертвый промежуток". Для облегчения расчетов и построения следует использовать маневренный планшет и построить на нем траектории циркуляций для положения руля П-15° и Л-15°. Угол перекладки руля 15° позволит ускорить поворот, когда обнаружится, что под влиянием неучтенных факторов фактическая траектория судна отклоняется от спланированной.

При заданных углах поворота ?К и кладке руля (П, Л-15°) планирование поворота состоит в определении точек его начала Н, конца К, траектории между ними (промежуточная т. С), момента времени (Т) и отсчета лага (ОЛ) для т. Н, иногда и продолжительности поворота.

Для решения этой задачи следует (рис. 1):



Рис. 1.

1) на кривой циркуляции для ?° = 15°, изображенной на планшете нанести точку окончания поворота К, в которой курс судна изменится на заданный угол ?К;

2) радиус поворота, соответствующий ?К (60° - при повороте вправо или 120° - при повороте влево) по оцифровке на внешней окружности, перенести параллельно до пересечения с начальным радиусом планшета НМ (т. М);

3) с планшета, в его масштабе, снять отрезок (М'Н или М''Н) и (М'КП или М''КЛ), которые отложить от т. М' или М'' на МНК в ее масштабе, что дает точку начала Н и точку окончания К траектории судна при повороте, как показано на рис. 1 для поворота судна вправо на ?К = 60° и влево на ?К = 120°;

4) на планшете провести биссектрису угла НМК (?НМ'КП или ?НМ''КЛ), снять в масштабе отрезок (или ) и перенести его на МНК в ее масштабе;

5) через точки Н, С и К провести плавную кривую, изображающую траекторию судна при повороте;

6) продолжительность поворота определить в зависимости от угла ?К.

Подготовка к плаванию в стесненных водах

При подготовке к плаванию в стесненных водах особого внимания требует заблаговременная организация и отработка действий вахты на мостике и всех судовых служб.

Подготовка к плаванию в стесненных водах должна быть заблаговременной и плановой.

Обеспечение навигационной безопасности при плавании в стесненных водах

Допустимое расстояние до навигационных опасностей, расположенных по одному борту

При плавании вдоль берега, опасной изобаты, границы закрытого района, границы полигона или вблизи навигационных опасностей, расположенных по одному борту судна, минимальное расстояние от линии пути до указанных ненаблюдаемых опасностей (D_min) определяется по табл. 4.22 "МТ-2000", рассчитанной по формуле:

(7)

где D - минимальное расстояние от линии пути до навигационных опасностей, в пределах которого распределяются случайные погрешности места судна с заданной вероятностью;

М - радиальная СКП места судна;

Ф-1(2Рзад-1)- обратная функция Лапласа, соответствующая вероятности P=2Pзад-1;

Р_зад - заданная вероятность безопасного плавания.



Рис. 2. Допустимое расстояние до навигационных опасностей

Чтобы определить минимальное расстояние от судна до ближайшей навигационной опасности значение D ксладывается с величиной l, учитывающей выдвиг габаритов судна за линию пути в сторону опасности (с учетом угла сноса, дрейфа или рыскания).

(8)

Допустимое расстояние до навигационных опасностей, расположенных по одному борту (из табл. 4.22 "МТ-2000")

Таблица 1

Обязанности судоводителя при плавании в стесненных условиях

Мореплавание всегда сопряжено с риском, который в той или иной степени сопровождает судно. Наименьший риск, который можно принять за исходный для относительной оценки, будет у судна, находящегося в открытом море вдали от навигационных опасностей, имеющего требуемую Регистром мореходность, укомплектованного полностью вахтой, совершающего плавание в условиях, когда в пределах видимости нет других судов или иных объектов.

Всякое изменение обстановки по отношению к исходной позиции повышает степень риска и требует от судоводителя активных действий, направленных на обеспечение безопасности мореплавания.

Чем сложнее создается ситуация, тем больше требуется действий, которые бы компенсировали возникающую угрозу.

В сложной, порой критической обстановке, успех ликвидации причин и последствий угрожаемой ситуации в большей мере зависит от первоначальных действий лиц, имеющих полномочия принимать решения (капитан, вахтенный помощник капитана - ВПК, вахтенный механик - ВМ). Зачастую бремя принятия такого решения ложится не на капитана судна, а на его вахтенного помощника.

Хорошо, если в этот момент на вахте окажется СПК или 2-й ПК, но им может быть и малоопытный 3-й или 4-й ПК. И порой, из-за неправильных первоначальных действий, еще до прибытия на мостик капитана, выход из экстремальной ситуации уже обречен на неудачу.

Каждый ВПК должен хорошо знать, что ему необходимо предпринять, начиная от объявления тревоги и кончая полным и грамотным выходом из экстремальной ситуации, включая четкий доклад капитану при его прибытии на мостик.

Экстремальные ситуации, особенно при плавании в стесненных условиях, чреваты неожиданным, непредсказуемым ходом развития событий, и любой стереотип действий здесь неприемлем и все-таки.

При плавании судна в стесненных водах ВПК обязан:

1) проверить на путевой навигационной карте отметку о ее корректуре по последним ИМ и НАВИП;

2) убедиться в том, что путь судна проложен в достаточном удалении от опасности и соответствует заданному курсу;

3) при плавании учитывать следующие факторы:

а) рекомендованное направление движения;

б) достаточность глубин в полосе движения судна;

в) приливо-отливные и постоянные течения;

г) прогноз погоды на период плавания;

д) скопление рыболовных и других судов;

е) дальность видимости и поправки навигационных приборов.

4) регулярно определять место судна, особенно вблизи навигационных опасностей и в СРДС;

5) ставить под сомнение местоположение буев и проверять его (их место) по береговым ориентирам;

6) при каждой возможности определять (уточнять) поправку гирокомпаса (?ГК), постоянно сличать его (гирокомпаса) показания с показаниями магнитного компаса (МК);

7) учитывать возможность встречи с малыми судами, идущими ночью на авторулевых с уменьшенным составом вахты, у которых могут быть слабые, или вообще отсутствовать, навигационные огни;

8) приготовить все навигационные пособия, лоции, справочные и вспомогательные карты по данному району;

9) учитывать посадку судна и его проседание при плавании на мелководье;

10) знать ширину режимных вод государств, вблизи берегов которых проходит путь судна, и учитывать ограничения, налагаемые на суда в режимных водах этими государствами;

11) при плавании в СРДС выполнять требования Правила 10 "МППСС-72".

При плавании в стесненных водах приходится учитывать соотношение между глубиной и осадкой, так как при маневрировании на мелководье, а также вблизи стенок канала возникают силы гидродинамического взаимодействия, существенно влияющие на поведение судна.

Особенностью плавания в стесненных водах, где ширина фарватера ограничена, состоит в том, что возникает необходимость повышенной точности счисления пути и более частого определения места судна с высокой точностью. Поэтому в таких районах устанавливается дополнительное навигационное оборудование, издаются карты крупного масштаба, а условия плавания подробно описываются в навигационных пособиях.

В стесненных районах предварительное изучение района плавания с использованием всех источников и предварительная прокладка обязательны. Особое внимание должно быть уделено глубинам, колебаниям уровня воды, знанию течений и рекомендациям по выбору пути.

Ошибки от неодновременности наблюдений при определении места судна могут быть значительными. В связи с этим при плавании в стесненных водах необходимо пользоваться теми методами судовождения, которые дают дополнительные возможности контроля места судна относительно линии пути.

Особое внимание должно быть уделено элементам движения судна относительно дна. При плавании по фарватерам ограниченной ширины обычные методы контроля за движением судна оказываются не всегда эффективными из-за запаздывания информации о местоположении. В таких местах устанавливаются специальные средства навигационного оборудования, дающие возможность непрерывно визуально или по экрану радиолокационной станции (РЛС) контролировать движение судна (створы, плавучее ограждение, параллельные индексы на экране РЛС и т. д.). Однако во всех случаях периодически местоположение судна наносится на карту. Следует иметь в виду, что всегда для определения места судна и глазомерного ориентирования

лучше пользоваться береговыми знаками, т. к. плавучее ограждение может быть снесено со своих штатных мест.

При плавании в стесненных районах по прямолинейным участкам пути при наличии современного навигационного оборудования контроль за местом судна можно обеспечить с достаточно высокой точностью. Однако при смене курса расчет движения и момент начала перекладки руля определяются глазомерно. На больших судах в процессе циркуляции даже при нахождении точки (места, с которого производилось определение) за пределами запретного района другая часть судна уже может находиться в запретном районе с гибельным для него результатом. В связи с этим расчет циркуляции на стадии планирования приобретает статус обязательного. К тому же, предположение о перемещении судна по окружности при движении судов на циркуляции оказывается недостаточно точным. Особо это относится к первой четверти циркуляции.

На мелководье из-за возникновения гидродинамического взаимодействия по сравнению с глубокой водой резко ухудшается эксплуатационная устойчивость судна на курсе, повышается рыскливость, заметно ухудшается его маневренность, увеличивается радиус установившейся циркуляции при одинаковых углах перекладки руля.

Как правило, почти на всех судах имеются таблицы циркуляции на глубокой воде, которые проведены при натурных испытаниях, а для мелководья приводится расчетная циркуляция только для одной глубины. В стесненных районах на одном и том же фарватере возможно наличие различных глубин, отличных от той, для которой рассчитана циркуляция. Следовательно, для каждой глубины будет свой радиус циркуляции и своя точка начала перекладки руля.

Гидромеханическое взаимодействие между судами во время расхождения вблизи друг друга

При расхождении двух судов или обгоне одного судна другим на небольшом траверзном расстоянии из-за ускорения потока поды между их корпусами возникает сила притяжения, под влиянием которой может произойти столкновение. На мелководье, а тем более в узкости, когда начинается процесс образования одиночной поперечной волны и поле давлений судна приобретает вид, изображенный на рис. 3.3, в силу взаимодействия гидромеханических полей сближающихся судов предпосылки столкновения возрастают. Взаимодействие гидромеханических полей сводится к следующему (рис. 2). В первый момент, во время сближения на контркурсах, под влиянием областей повышенного давления носовые оконечности судов будут отталкиваться. Когда форштевни разойдутся, массы воды начнут устремляться в области пониженного давления, расположенные в средней части судов, увлекая за собой носовые оконечности. Это наиболее опасный момент, и для предотвращения столкновения суда должны быть одержаны. Когда суда выйдут на траверз друг друга, скорость течения между ними увеличится, давление между внутренними бортами станет меньше, чем со стороны внешних бортов, и суда будут притягиваться. В дальнейшем все повторится в обратном порядке: кормовые оконечности судов покатятся в области пониженного давления, а после расхождения оттолкнутся. Такие же явления отталкивания и притягивания будут наблюдаться и при обгоне. Однако ввиду более длительного взаимодействия гидродинамических полей опасность столкновения судов при обгоне выше.

Для уменьшения явлений притягивания и отталкивания при расхождении или обгоне скорость судов не должна превышать величины , а расстояние между ними должно быть не менее тройной ширины меньшего из судов (d_KP>3S). Это, однако, не означает, что при таких условиях гидромеханическое взаимодействие между судами исключается полностью. Кроме того, в узкости суда могут оказаться вынужденными расходиться на расстояниях меньше 3 В Поэтому при сближении судов на противоположных курсах скорость следует уменьшить до минимально возможной, а непосредственно перед расхождением увеличить обороты с целью повышения эффективности руля.

Рис. 2. Гидромеханическое взаимодействие между судами на мелководье

Особенности управления судами в каналах

Движение судна в мелководном канале сопровождается теми же явлениями, что и на мелководье, но выраженными в более резкой форме. Из-за дополнительного стеснения фарватера интенсивность волнообразования, проседание и сопротивление движению нарастают быстрее, чем на неограниченном фарватере, причем в каналах с трапецеидальным сечением волнообразование сильнее, чем в каналах с прямоугольным сечением той же площади и глубины. Особенности движения судна в канале при докритических и околокритических скоростях различны. При движении судна с докритической скоростью в сечении канала, стесненном корпусом, скорость истечения жидкости между бортом судна и стенкой канала увеличивается и уровень поверхности понижается. При смещении судна с оси канала обтекание корпуса перестает быть симметричным.

Рис. 3. Притягивание судна к стенке канала придвижении с докритической скоростью

Скорость потока между бортом и ближайшей стенкой возрастает еще больше, и возникает поперечная сила, которая притягивает судно к ближайшей стенке. Явление притягивания особенно заметно при отходе судна от стенки канала. В начале движения винт, работая вперед, интенсивно засасывает воду со стороны носовой части судна. Поскольку приток воды со стороны борта, обращенного к ближайшей стенке, затруднен, уровень воды между ними понижается и со стороны противоположного борта возникает сила давления Р (рис. 3).

Более сложным является взаимодействие корпуса и стенок канала при движении судна с околокритическими скоростями. С началом образования одиночной волны профиль поверхности воды, обтекающей корпус, приобретает вид, изображенный на рис. 4. Если при этом судно смещается с оси канала, со стороны ближайшей стенки в носовой части судна уровень воды повышается и возникает избыточное давление Р₁, отталкивающее скулу к противоположной стенке. Одновременно ускоряется поток воды между бортом и ближайшей стенкой, что приводит к еще большему снижению воды в кормовой части судна. Корма под влиянием силы Р₂ притягивается к ближайшей стенке. В такой ситуации, если судно своевременно не одержать, произойдет навал. То же самое происходит во время прохода судов мимо расширений или ответвлений канала. На pиc. 5 представлены схема влияния расширения канала на траекторию движения судна и положение пера руля, перекладываемого с целью предотвращения навала.

Описанные явления могут наблюдаться и в прямом канале, так как полное его сечение редко бывает симметричным. Если, например, глубина у одного берега больше, чем у другого, то судно будет иметь тенденцию уклоняться в сторону приглубого берега. Об изменении глубин судят по характеру волнообразования. Мель обнаруживается с той стороны, где появляется крутая опрокидывающая волна. Хорошо заметная кормовая волна свидетельствует о малом запасе воды под килем. Об уменьшении глубины свидетельствуют также падение оборотов, вибрация кормы и появление за кормой взмученного песка или ила.

Управление судном зависит от очертания канала. В общем случае надлежит держаться действительной оси, добиваясь, чтобы судно управлялось небольшими и симметричными перекладками руля.

Рис. 4. Явление отталкивания при движении судна с околокрнтической скоростью в канале

Явление отталкивания необходимо учитывать, когда судно проходит изгибы канала. Проходя изгиб, следует держаться внешнего берега. Тогда отталкивание носовой части будет способствовать повороту и не придется значительно перекладывать руль. Если же судно будет держаться внутреннего берега, то может возникнуть опасность отталкивания носа в сторону, обратную повороту.

При движении в канале во время сильного ветра необходимо учитывать реакцию судна на ветер. Если судно самоприводящееся, то лучше держаться ближе к наветренному берегу. Тогда отталкивание наветренной скулы будет в какой-то мере компенсировать стремление судна привестись к ветру. Если судно уваливающееся, то лучше следовать по оси канала.

Рис. 5. Влияние расширения канала на траекторию движения судна

Одной из причин потери управляемости в канале является несоответствие скорости движения площади сечения канала. Если обороты будут увеличиваться или при неизменных оборотах неожиданно уменьшится площадь сечения канала, усилится волнообразование. Волны у носа и кормы станут круче, возрастет сопротивление, и судно резко потеряет скорость. Тогда кормовая волна нагонит судно и вызовет уклонение его к одному или другому берегу. При чрезмерной скорости усиливаются эффекты отталкивания и притягивания, что также приводит к резким отклонениям от курса. Если не принять своевременные меры к уменьшению отклонения, то может произойти навал на стенку канала. Для предотвращения таких отклонений используются следующие приемы управления. Если отклонение не стремительное, то на одновинтовом судне его исправляют перекладкой руля на противоположный борт. Для усиления эффективности руля обороты надлежит кратковременно увеличить. Стремительные отклонения от курса следует исправлять, используя влияние винта на поворотливость. При уклонении влево необходимо дать задний ход. По мере приближения носовой части к берегу возникнет и будет увеличиваться сила отталкивания, под действием которой судно получит вращение в противоположную сторону и корма покатится влево. Это движение нужно предупредить, своевременно остановив машину. Если движение вправо все же начнется, следует переложить руль лево на борт и дать толчок вперед. При первоначальном отклонении вправо немедленно перекладывают руль лево на борт. А если нос оттолкнется от правого берега, следует дать машине полный назад.

Отклонения кормы к берегу особенно опасны для двухвинтовых судов, так как велика вероятность повреждения винтов. Предупреждать навалы кормой следует переменной работой машин, в том числе и враздрай.

В крайних случаях для предупреждения стремительных отклонений судна от курса следует отдать якорь и одновременно уменьшить ход.

Корабельные волны оказывают вредное влияние на ложе канала, канальные сооружения и могут привести к обрыву швартовов и навалам стоящих у причалов судов. Воздействие

Рис. 6. Влияние колебательных волн на суда, стоящие в закрытых ответвлениях канала

корабельных волн на ошвартованное судно заключается в следующем.

Если стоящее у причала судно ошвартовано навстречу движению судна, следующего по каналу, то сначала к ошвартованному судну подойдет носовая волна и оттолкнет его нос к берегу и несколько назад. Затем ошвартованное судно двинется вперед к подошве волны, а к берегу оттолкнется его корма. Когда к носу подойдет кормовая волна, движение вперед прекратится и корма под влиянием подошвы волны получит движение от берега. На заключительной стадии, когда кормовая волна будет проходить мимо кормы ошвартованного судна, оно под влиянием попутного потока двинется назад,

Учитывая вредное влияние корабельных волн, скорость движения судов в каналах обычно ограничивают величиной и лимитируют запас воды под килем. На проходящих по каналу судах необходимо вести наблюдение за процессом волнообразования и своевременно снижать скорость. Уменьшать скорость необходимо постепенно, иначе кормовая волна догонит судно и оно станет неуправляемым.

При прохождении мимо ошвартованных судов надлежит держаться оси канала. Уклоняться к противоположному берегу не следует, так как отталкивание от него может вызвать резкий поворот в сторону ошвартованного судна.

Неожиданным бывает воздействие корабельных волн на суда, находящиеся в закрытых ответвлениях канала (рис. 6) . Такое закрытое ответвление является своеобразным резонатором. Если момент отражения от стенки ответвления носовой волны совпадает с моментом прохождения мимо ответвления области пониженного давления за кормой судна, то даже при незначительной корабельной волне вдоль ответвления возникает интенсивное течение и швартовы судов могут быть оборваны.

На стоящих у причалов судах должны приниматься меры, предотвращающие обрыв швартовов и навал. С этой целью рекомендуется кратковременно работать машиной и рулем, сдерживая тенденцию судна двигаться так, как это описано выше. В некоторых каналах для пропуска встречного каравана суда приваливают к палам с отдачей якоря. В таких случаях для нейтрализации воздействия корабельных волн дают самый малый передний ход и попеременно перекладывают руль, предотвращая отход от палов носа или кормы судна.

Обеспечение безопасности плавания в узкостях

Плавание в узкостях и на подходах к ним сопряжено с высокой степенью риска навигационных аварий. Когда судно следует в узкость со стороны моря, обстановка быстро осложняется: уменьшаются глубины, изменяется характер действия гидрометеорологических факторов, увеличивается плотность движения судов. Из-за быстрой смены обстановки, частых изменений курса, стесненности судоводители становятся перед фактом острого дефицита времени, необходимого для принятия хорошо продуманных решений. В таких условиях обычные методы судовождения становятся малопригодными. Приходится прибегать к методам лоцманской проводки, что требует соблюдения. определенных правил плавания.

При подходе к узкости прежде всего надлежит сориентироваться в обстановке, которая может оказаться несоответствующей той, которую ожидает судоводитель. Для сокращения дефицита времени ход судна должен быть уменьшен заблаговременно. Уменьшение хода имеет и другую цель: улучшить управляемость судна, так как при увеличений оборотов двигателя эффективность действия руля за счет силы винтовой отработки повышается.

Выходить на ось (створ) узкости необходимо на достаточном расстоянии от предостерегательной изобаты. Обычно движение на вход начинают на дальности видимости створа, от приемного буя или из точки, рекомендуемой лоцией. Такая мера позволяет еще до подхода к опасным глубинам определить снос от поперечного течения или ветра, опознать створ (огни створа), а если проход закрыт берегами, выяснить навигационную обстановку в нем.Необходимо учитывать и другие особенности района. Например, при подходе к приемному бую или светящему знаку в ночное время под большим углом к береговой черте огонь знака сливается с береговыми огнями и легко потерять ориентировку. В такой ситуации курс подхода лучше располагать вдоль береговой черты, но за пределами предостерегательной изобаты. Иногда по объективным причинам судоводитель вынужден начинать движение в узкость в непосредственной близости от входа в нее. В данном случае совершенно неправильной, часто заканчивающейся посадкой на мель является попытка лечь на створ кратчайшим путем. Прежде чем входить в проход, следует пересечь его ось под прямым углом, уточнить обстановку и только затем, описав циркуляцию в сторону, противоположную берегу, входить в него.

Риск посадки на мель особенно возрастает при пересечении границы, разделяющей открытую и закрытую части канала. Если снос от поперечного течения исправляется простой перекладкой руля, то в случае сильного ветра эта мера может оказаться не только бесполезной, но и способствующей сносу судна в сторону мели. Особенно легко допустить ошибку при переходе из закрытой в открытую часть канала, если судно самоприводящееся. Действительно, при переходе в открытую часть канала давление ветра возрастет, дрейф увеличится и у судоводителя может появиться соблазн привестись к ветру, переложив руль на борт. В результате судно потеряет ход, а дрейф увеличится еще больше. Очевидно, что в данной ситуации правильным решением будет в первую очередь увеличить ход и только затем перекладывать руль.

При плавании в узкостях или по фарватерам в общем случае наиболее безопасным является движение судна по их естественной оси, которую обозначают створом, буями или вехами.

Рис. 7. Определение момента начала поворота с помощью кальки с нанесенной на нее траекторией циркуляции судна (?=15°)

Уклонение от оси повышает потенциальную опасность посадки на мель. Поэтому, следуя в узкости, нужно стремиться вести судно точно в створе или по проложенной заранее линии пути. Боковое уклонение судна от намеченной линии пути свидетельствует о наличии сноса или неправильном учете поправки компаса. Величину сноса надлежит определять навигационными способами. Если такая возможность отсутствует, снос оценивают глазомерно. Направление течения для этой цели можно определить по завихрениям воды у буев, вех или оснований знаков на воде. При этом следует учитывать, что при направлении течений с носовых курсовых углов снос больше, чем при направлении течений с кормовых курсовых углов. При значительном сносе и неизвестной точно его величине следует избегать постепенного наращивания поправки для исправления курса. Коррекцию курса необходимо производить в один-два приема. Для этого первую поправку рекомендуется вводить с полуторным запасом. Например, если снос судна оценен в 3--4°, то первая поправка должна быть 5°. Очевидно, что после введения полуторной поправки легче оценить остаточный снос, а боковое уклонение от линии пути будет минимальным.

Одним из наиболее ответственных моментов при движении по фарватеру является определение времени начала поворота на новый курс. Многие посадки на мель и касания грунта происходят из-за потери ориентировки вследствие путаницы в буях и характеристиках огней, чему способствует неточное счисление пути по пройденному расстоянию. Поэтому определению путевой скорости судна должно уделяться особое внимание. Скорость надлежит систематически перепроверять при прохождении траверзов навигационных буев, знаков и других точно известных ориентиров или с помощью РЛС путем измерения расстояний до неподвижных объектов на линии курса судна. Если при этом окажется, что скорость судна систематически возрастает или уменьшается, то для дальнейшего счисления принимают результат последнего из измерений. Если результаты измерений колеблются относительно некоторого среднего значения скорости, то для дальнейшего счисления принимают эту среднюю скорость.

Рис. 8. Схема перевала (V -места, где поперечная составляющая достигает наибольшей интенсивности)

Задача определения момента начала поворота еще в большей степени осложняется при плавании в канале с малыми габаритами. Для судоводителя важно не только не потерять место перед поворотом, но и начать поворот с таким расчетом, чтобы полоса движения, захватываемая оконечностями судна на циркуляции, вписалась в колено фарватера. Для судов малого тоннажа эта задача решается путем изменения угла кладки руля и режима работы главного двигателя. На крупнотоннажных судах для безопасного прохода колена фарватера необходимо учесть элементы циркуляции. Наиболее точно определить момент начала поворота можно, если на колено фарватера наложить кальку с нанесенной на нее циркуляцией, выполненной в масштабе карты (плана) (рис. 8).Из рисунка видно, что если поворот начнется раньше (из положения 1') или позже (из положения 1"), то судно коснется бровки канала (положение 4' или 4").

Особенности управления судами при плавании на реках

Судоходные для морских судов реки имеют достаточное для безопасности плавания гидрографическое обеспечение. И все же извилистый фарватер, наличие сильных течений, стесненная обстановка значительно усложняют судовождение. При плавании на реках наиболее сильным фактором, воздействующим на судно, являются течения. Главная струя течения, лежащая в области наибольших глубин, называется стрежнем. На прямолинейных участках реки стрежень располагается примерно у середины русла, а на криволинейных участках -- у вогнутых берегов, переходя от одного берега к другому (рис. 9). Переход стрежня от одного берега к другому называется перевалом и характеризуется постепенным уменьшением, а затем увеличением глубин по стрежню. Направление течения на стрежне совпадает с осью фарватера только на прямолинейных участках и на середине перевалов. На криволинейных участках под влиянием центробежной силы струи потока уклоняются от оси в сторону вогнутых берегов, в результате чего появляется поперечная составляющая течения. Наибольшая интенсивность поперечного течения наблюдается несколько ниже точки, где береговая черта имеет наибольшую кривизну.

Рис. 9. Схема движения судов по реке: 1-- вниз по течению; 2 -- вверх по течению

Данный характер течений в русле реки является обычным для меженного периода (как правило, наиболее продолжительного). В половодье местные изменения течений могут быть весьма существенными. При некоторых формах, рельефа русла в определенных гидрологических условиях в речном потоке образуются местные опасные для судоходства течения: прижимные, затяжные, свальные. Действие прижимных течений выражается в сильном сносе судна в сторону берега или какого-либо, объекта. Они возникают под действием центробежной силы у вдающихся в русло реки сооружений -- дамб, молов, мостовых опор и т.п.. Затяжные течения -- это сильные поперечные течения, направленные из главного русла в протоки в период половодья. Они объясняются тем, что в таких местах уклоны поверхности воды больше, чем в главном русле. Свальными называются течения, вызываемые уклоном водной поверхности и пересекающие ось фарватера под углом. Свальные течения всегда направлены через мелководья. Под их влиянием суда смещаются с оси фарватера и могут быть посажены на мель. Имеется существенная разница в управлении судном при плавании против течения и по течению. При движении против течения суда лучше слушаются руля, чем при движении по течению, так как в последнем случае ухудшается обтекание руля.

Рис. 10. Движение судна на крутых изгибах реки:1 -- вниз по течению; 2 -- вверх по течению

Зона навигационной безопасности

Выбор критерия безопасности плавания является важнейшим фактором при разработке методологических и практических проблем управления движением судов. Однако эта проблема носит более широкий характер: плавание в составе судопотока, маневрирование при расхождении в условиях пониженной видимости, переходы в стесненных районах при ограниченных глубинах, проводка судов в зонах СУДС - вот далеко не полный перечень ситуаций, когда судоводитель вынужден решать проблему выбора критерия безопасности. Иногда это делается неявно, нецеленаправленно, скажем, на уровне некоторого психологического барьера (например, насколько близко судоводитель "позволит себе" подойти к корме впереди идущего судна в ситуации начала обгона), а в некоторых случаях этот вопрос решается на основе жестко детерминированных количественных зависимостей (алгоритмы, оценивающие опасные ситуации в зонах обслуживания автоматизированных СУДС). О том, что эта проблема не всегда решается успешно, свидетельствует статистика аварийности морского и рыбного флота. Например, в 90 % посадок на мель первопричина аварии заключается в необоснованной прокладке курса в непосредственной близости от опасности, что прямо связано с неверным выбором расстояния до опасности, в данном случае играющего роль своеобразного критерия безопасности плавания.

В процессе развития теории судопотоков применительно к проблеме управления движением судов (в частности, оценка ситуации столкновения в автоматизированных СУДС) была разработана концепция специального критерия безопасности плавания, который был назван "зоной навигационной безопасности" (ЗНБ), под которой имеется в виду "водное пространство вокруг судна, свободное от объектов, сооружений и прочих препятствий и обеспечивающее безопасное плавание собственного судна". Позднее было предложено более формализованное определение ЗНБ как "водное пространство вокруг собственного судна, ограниченное линией, представляющей собой геометрическое место точек, находясь в которых другое судно или другой объект представляет для собственного судно одну и ту же опасность". В работах, относящихся к начальному этапу развития теории судопотоков, в отношении этого понятия использовались различные термины: "зона опасности", "зона безопасности", "эффективная площадь", "судовой домен". Однако к концу 1970-х годов термин ЗНБ становится общепринятым. В англоязычной литературе эквивалентом ЗНБ является термин "ship's domain". В специальной литературе встречаются созвучные понятия - "область уклонения" и "район столкновения", однако они имеют принципиально иную основу.

В середине 1960-х годов была предложена ЗНБ в виде круга, центр которого совпадает с геометрическим центром площади ватерлинии судна, а радиус рассчитывается по формуле R = 2Sт + ?₁, где Sт - длина тормозного пути, ?₁ - расстояние, проходимое судном за время обнаружения судоводителем опасности до подачи реверса (рис. 11б). Как видно, в этом варианте уже учитываются динамические характеристики судна.

Дальнейший вклад в развитие концепции ЗНБ был внесен группой японских ученых, которые разработали оригинальную теорию ЗНБ, подтвержденную натурными исследованиями. Для объяснения факта существования ЗНБ авторы использовали модель взаимодействия одинаково заряженных электрически частиц, при сближении которых возникают силы отталкивания. Они предположили, что по аналогии вокруг каждого судна существует поле потенциала опасности, которое вызывает воображаемые силы отталкивания по отношению к приближающимся судам. Предложено ЗНБ определять границей минимально возможного безопасного сближения, которая рассчитывается на основании статистических данных о распределении точек кратчайшего сближения вокруг собственного судна, которые были получены на основе анализа нескольких сотен тысяч фотографий экрана судовой РЛС.