Авторулевой на судне

Содержание:

1. Типы авторулевых систем на судах
2. Из чего состоит система авторулевого
3. Принцип работы авторулевого
4. Проверка и диагностика авторулевого
5. Обслуживание и эксплуатация
6. Требования к персоналу и допуски
7. Практические рекомендации судовладельцам и инженерам
8. Перспективы развития и инновации

Авторулевой — это комплекс оборудования для удержания судна на заданном курсе. Датчики системы реагируют на отклонения судна, затем блок управления корректирует угол руля для возврата к нужному направлению управляя рулевым приводом. Благодаря минимизации сопротивления движению, экономится 3–4% топлива и снижаются потери ходового времени примерно на 3%.

История авторулевых начинается в 1892 году. В Германии был выдан патент на автоматическое рулевое устройство, работающее от магнитного компаса. Первый практически применимый электромеханический авторулевой был разработан и запатентован немецкой фирмой «Аншютц» в 1921 году, после изобретения морского гироскопического компаса. Конструкция этого прибора оказалась настолько удачной, что используется на судах практически без изменений до сих пор.

Авторулевые системы начали производить и в других странах — AEG (Германия), Sperry (США), Braun (Англия), а также в СССР на предприятии «Электроприбор». В 1960-х годах в СССР началась массовая установка авторулевых на морские суда типа «Казбек», «Ленинград», «Донбасс» и другие крупнотоннажные суда. Конструкции включали электромашинные усилители и электрогидравлические рулевые машины с насосами переменной производительности.

Типы авторулевых систем на судах

1. Адаптивные авторулевые системы

В 1980-х годах появились адаптивные авторулевые, которые способны автоматически настраивать параметры в зависимости от внешних условий — скорости судна, волнения, ветра и других факторов. Адаптивные системы важны для крупнотоннажных судов при маневрировании в узких местах и на мелководье. Системы делят на самонастраивающиеся и самоорганизующиеся. Самонастраивающиеся — меняют коэффициенты регулятора, сохраняя структуру алгоритма. Самоорганизующиеся — изменяют коэффициенты и структуру управляющего закона, что позволяет более гибко реагировать на изменения условий.

После 2000-х годов технологии авторулевых эволюционировали, что заметно повысило точность, надежность и адаптивность этих систем на коммерческих судах.

2. Аналоговые и цифровые авторулевые

Ранние авторулевые представляли собой аналоговые системы, которые выполняли базовые функции поддержания курса. Затем, с развитием электроники на смену им пришли цифровые системы с большими возможностями. Цифровые авторулевые оснащены цветными дисплеями высокого разрешения, поддерживают сложные алгоритмы управления, интегрируются с различными рулевыми машинами и системами безопасности.

Существуют контактные и бесконтактные авторулевые. Бесконтактные (например, автоматические бесконтактные рулевые, АБР) применяют на средних и крупных судах, для более надежного и точного управления без механического износа контактов.

3. Авторулевые для судов с несколькими рулевыми устройствами

Коммерческие суда (например, танкеры и буксиры) часто оснащают двумя и более независимыми рулями или рулевыми колонками. Для таких судов разработаны специализированные авторулевые, например NAVIS NavAP и AP5000, которые способны координировать работу нескольких рулевых устройств.


Авторулевой AP5000
4. Универсальность и интеграция

Авторулевые обладают гибкой архитектурой, их можно установить на суда различных типов — от яхт и небольших транспортных судов до атомных ледоколов и крупнотоннажных танкеров. Современные протоколы связи позволяют интегрироваться в комплексные системы управления ходовым мостиком. Подключение подруливающих устройств повышает безопасность маневрирования. Поддержка нескольких режимов работы — автоматический, следящий и ручной — позволяет гибко адаптироваться к различным ситуациям.

Из чего состоит система авторулевого

Система авторулевого включает в себя несколько ключевых компонентов, работающих в слаженной взаимосвязи:

1. Датчики курса. Гирокомпасы, определяют текущий курс судна и передают данные в систему.
2. Блок управления. Обрабатывает информацию от датчиков курса и заданным курсом, который устанавливает судоводитель. Он вычисляет отклонение и формирует управляющие сигналы. Устанавливают до трех блоков, отображающих всю необходимую информацию: от режима работы до скорости судна.
3. Рулевой привод. Исполнительный механизм, получающий управляющие сигналы от блока управления и перекладывающий руль на необходимый угол. Углы перекладки руля при автоматическом управлении на 20-30 % меньше, чем при ручном.

4. Система обратной связи. Датчик положения руля передает информацию о текущем положении руля обратно в блок управления. Это позволяет системе контролировать выполнение команд и вносить корректировки.
5. Блок коррекции. Формирует сигнал, задающий положение руля.
6. Автоматический регулятор. В системе авторулевого судна включает автоматический регулятор, устройство управления рулевой машиной, блок идентификации.

Особенности работы системы авторулевого:

• Автоматическая стабилизация курса. Авторулевой постоянно сравнивает заданный курс с фактическим и автоматически корректирует положение руля для минимизации отклонений.
• Адаптация к условиям плавания. Адаптивные авторулевые способны автоматически настраивать параметры управления в зависимости от внешних условий.
• Фильтрация помех. Для уменьшения числа перекладок руля из-за рысканья на волнении, система фильтрует управляющие сигналы.
• Безопасность. Авторулевой обеспечивает быстрый переход с автоматического управления на ручное в случае неисправностей или необходимости.

Принцип работы

Сравнение курса
В основе работы лежит постоянное измерение текущего курса судна с помощью гирокомпаса, жестко связанного с корпусом судна. Гироскоп внутри гирокомпаса ориентирован относительно меридиана Земли и сохраняет свое положение, что позволяет фиксировать отклонение судна от курса.

Выработка управляющего сигнала
При отклонении судна от заданного курса авторулевой получает сигнал, пропорциональный углу ухода с курса. Этот сигнал преобразуется в команду для рулевого привода, который перекладывает руль в сторону, противоположную отклонению.

Схема авторулевого на судне

Отрицательная обратная связь
Система использует внутреннюю отрицательную обратную связь, которая останавливает перекладку руля и возвращает его в среднее положение после достижения нужного курса. Это предотвращает чрезмерные колебания и обеспечивает плавное управление.

Учет скорости поворота судна
Для повышения чувствительности и точности, авторулевой учитывает скорость поворота судна. При быстром уходе с курса система увеличивает угол перекладки руля и скорость реакции, что позволяет эффективнее корректировать курс.

Фильтрация шумов и рысканья
В условиях волнения и штормов судно может совершать колебательные движения (рысканье). Авторулевой оснащается фильтрами сигналов, которые уменьшают излишние перекладки руля, сохраняя стабильность курса и снижая износ рулевого механизма.

При правильной настройке авторулевой снижает потери ходового времени до 3% за счет более точного удержания курса и уменьшения сопротивления корпуса и руля. Углы перекладки руля при автоматическом управлении оказываются на 20–30% меньше, чем при ручном, что повышает экономичность и безопасность плавания.

Проверка и диагностика авторулевого

Проверка и диагностика авторулевого — это комплекс мероприятий, направленных на обеспечение надежной и точной работы системы автоматического управления курсом судна.

Обязательность регулярной проверки
В соответствии с международными требованиями Конвенцией SOLAS-74, проверка работы авторулевого и аварийных систем управления рулем должна проводиться не позднее чем за 12 часов до выхода судна в рейс. Это включает тестирование основного и вспомогательного рулевых приводов, системы дистанционного управления, постов управления на мостике, аварийного энергопитания и сигнализации.

Проверка функциональности рулевого привода и датчиков
Диагностику начинают с проверки исправности рулевого привода и датчиков угла закладки руля, гирокомпаса и других сенсоров, участвующих в формировании управляющих сигналов.

Тестирование перехода режимов управления
Авторулевой должен обеспечивать плавный и быстрый переход между ручным и автоматическим режимами — не более 3 секунд при любом положении руля. Проверяют корректность переключения, включая аварийные ситуации.

Диагностика алгоритмов и фильтрации сигналов
Современные авторулевые оснащены сложными алгоритмами, которые фильтруют шумы и уменьшают излишние перекладки руля при волнении. Проверка их работы включает анализ реакции системы на курсовые отклонения и колебания, а также оценку эффективности фильтрации рысканья.

Идентификация и оптимизация параметров регулятора
Инновационные системы авторулевых используют математические модели для оптимизации параметров управления в реальном времени. Диагностика включает проверку работы блока идентификации и блока оптимизации, которые подстраивают регулятор под текущие условия (скорость, волны, обрастание корпуса). Это снижает рысканье, уменьшает нагрузку на рулевой механизм и экономит топливо.

Учения по аварийному управлению рулем
Не реже одного раза в три месяца проводят практическое обучение экипажа по аварийному управлению рулем, включая управление из румпельного отделения по командам с мостика.

Параметры контроля
Средняя амплитуда рыскания при оптимальной настройке авторулевого не должна превышать ±1° при волнении до 3 баллов и ±3° при волнении до 5 баллов. Максимальный угол перекладки руля ограничен примерно 35°, что предотвращает излишнюю нагрузку на рулевой привод.

Настройка чувствительности
В настройках авторулевого часто присутствует параметр, регулирующий активность перекладок руля (например, «Economy rudder»), позволяющий балансировать между точностью удержания курса и износом рулевого механизма.

Требования к персоналу и допуски

Квалификация и образование
Эксплуатация авторулевого требуют от персонала профильного образования. Согласно профессиональному стандарту "Судоводитель-механик", необходимым является наличие высшего или среднего профессионального образования по специальности "Судовождение" с правом эксплуатации судовой двигательной установки. Обязательны регулярные курсы повышения квалификации не реже одного раза в пять лет. Практический опыт работы подтверждается положениями о дипломировании членов экипажей судов, а также прохождением стажировок и сдачей экзаменов.

Знания и умения
Члены экипажа должны владеть основами автоматизации управления движением судна, знать устройство и принцип действия рулевого привода, процедуры перехода с ручного на автоматическое управление и обратно, а также уметь эксплуатировать главные и вспомогательные механизмы, контролировать их работу в различных условиях плавания. Особое внимание уделяют знанию алгоритмов действий при переходе на аварийное управление, а также умению быстро реагировать на нештатные ситуации.

Переход между режимами
Каждый вахтенный помощник капитана обязан знать и уметь реализовать процедуры перехода с автоматического управления рулем на ручное и обратно. Вся последовательность действий должна быть наглядно отражена на ходовом мостике. Переход между режимами должен осуществляться либо самим ответственным лицом, либо под его непосредственным контролем.

Регулярные тренировки и учения
Учения по аварийному управлению рулем — обязательная часть судовой практики. Согласно требованиям SOLAS-74, такие тренировки должны проводиться не реже одного раза в три месяца и включать непосредственное управление рулем из румпельного отделения с отработкой связи между мостиком и машинным отделением. В судовом журнале фиксируют все проверки, переходы между режимами управления и проведенные учения.

Ответственность командного состава
Капитан несет персональную ответственность за подготовку экипажа, организацию учений и поддержание судна в мореходном состоянии. Он обязан обеспечить эффективную эксплуатацию всех систем, включая авторулевой, и готовность к действиям в любых условиях.

На судах, оборудованных адаптивными авторулевыми, члены экипажа проходят дополнительное обучение по эксплуатации интеллектуальных систем управления, включая работу с электронными блоками идентификации и оптимизации параметров.

Практические рекомендации судовладельцам и инженерам

1. Регулярный внешний и функциональный осмотр
   Перед каждым выходом в море инженеру необходимо провести внешний осмотр авторулевого: отсутствие пыли, следов коррозии, механических повреждений, целостность сигнальных ламп и надежность контактных соединений. Незначительное загрязнение или ослабление контактов способно привести к ложным срабатываниям или отказу системы. После подачи питания убедитесь, что разность между показаниями рулевых указателей не превышает 1°, иначе — настройка обязательна.
2. Проверка работы всех режимов
   Авторулевые, такие как «Аист» или Anschutz Nautopilot, имеют несколько режимов: ручной, следящий, автоматический. При маневрах в стесненных условиях, швартовке или выходе из порта используйте «следящий» режим — он экономичнее и точнее, чем автоматический. Если система оснащена несколькими насосами или пультами управления, тестируйте работу каждого элемента отдельно, включая оба насоса при сложных маневрах для увеличения скорости перекладки руля.
3. Настройка и оптимизация параметров
   Не оставляйте авторулевой в заводских настройках — адаптируйте параметры под конкретные условия плавания, загрузку и погодные факторы. Например, при волнении до 3 баллов средняя амплитуда рыскания не должна превышать ±1°, а при 5 баллах — ±3°. При превышении этих значений корректируйте настройки чувствительности и фильтрации сигналов. Адаптивные авторулевые способны сами подстраиваться, но ручная оптимизация все равно необходима для сложных условий.
4. Интеграция с судовыми навигационными системами
   Не игнорируйте возможности интеграции авторулевого с электронными навигационными комплексами. Это позволяет автоматически корректировать курс с учетом ветра и течения, минимизируя ручные вмешательства и повышая точность удержания курса.
5. Контроль и анализ эксплуатационных показателей
   Фиксируйте все переходы между режимами, случаи отклонения курса и срабатывания сигнализации в судовом журнале. Анализируйте статистику: если количество неэффективных перекладок руля превышает 20–30% по сравнению с ручным управлением, требуется дополнительная диагностика и настройка.
6. Своевременное обслуживание и устранение неисправностей
   Система сигнализации о неисправностях должна быть всегда включена и отрегулирована по погодным условиям. Световая и звуковая сигнализация — обязательный минимум. При выявлении отклонений (например, внезапный разворот судна, как это произошло на лайнере «Norwegian Sky» в 2001 году) незамедлительно переходите на ручное управление и проводите внеплановую диагностику.
7. Обучение экипажа и инженерного персонала
   Регулярно проводите тренировки по переходу между режимами управления, включая аварийные сценарии. Каждый инженер и вахтенный должен знать порядок действий при отказе авторулевого, а также уметь вручную перекладывать руль на заданные углы.
8. Использование оригинальных комплектующих и ПО
   Экономия на неоригинальных деталях или программном обеспечении может привести к сбоям и авариям. Используйте только рекомендованные производителем компоненты и своевременно обновляйте программное обеспечение авторулевого.

Перспективы развития и инновации

Адаптивные алгоритмы и автоналадка
Авторулевые, например, система NavAP от компании «НАВИС», используют алгоритмы автоматической настройки (Auto Tune), которые подстраивают параметры управления под гидродинамические характеристики конкретного судна в реальном времени. Это позволяет добиться оптимального режима работы без постоянного вмешательства человека, снижая рысканье и износ рулевого механизма.

Интеграция с навигационными комплексами и ЭКНИС
Перспективные системы, такие как российский авторулевой «Румб» от Sitronics KT, интегрируют с электронными картографическими навигационно-информационными системами (ЭКНИС) и комплексами управления судном. Это открывает новые возможности: управление по заданной траектории, учет ветро-волновых воздействий и выполнение сложных маневров, например, спасение человека за бортом с точной стабилизацией скорости и курса.

Универсальность и модульность
Системы проектируют с модульной архитектурой, что позволяет легко интегрировать авторулевой в любую навигационную консоль и адаптировать под различные типы рулевых машин и винторулевых колонок.

Отечественные разработки и сертификация
В России развивается собственное производство авторулевых, что снижает зависимость от импортных решений и повышает технологическую независимость флота. Системы проходят сертификацию Российского морского регистра судоходства, что подтверждает их соответствие международным стандартам и требованиям безопасности.

Расширение функционала и интеллектуализация
Будущее за расширением функций авторулевых: от простого удержания курса к управлению по сложным траекториям с учетом внешних факторов, интеграции с системами динамического позиционирования и автоматического маневрирования. Это позволит повысить безопасность и эффективность судоходства, минимизировать человеческий фактор.

Использование глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) и систем автоматической идентификации судов (AIS) становится стандартом, что открывает новые горизонты для авторулевых в части автоматизации и повышения безопасности.

https://b24-oiffn3.bitrix24.site/zayavka-avtomatica/