Методические указания для подготовки к госэкзаменам по дисциплине "Теория и устройство судна", страница 10

              Руль судна в течение трех периодов у судна с ВФШ и двух пе­риодов у судна с ВРШ находится в потоке винта, однако скорость его обтекания уменьшается по мере перехода к активному торможе­нию, что снижает эффективность руля по сравнению с нормальным движением передним ходом. После достижения периода активного торможения поток винта меняет свое направление, изолируя руль от набегающего потока за счет движения судна,

делая его практи­чески неэффективным. При этом после достижения   кормовой

оконеч­ности струя винта воздействует на корпус судна, образуя вслед­ствие неравномерности его обтекания помимо повышения давления еще и поперечную нагрузку на кормовой оконечности (см. рис.).

        Нужно запомнить следующее правило. Судно с ВФШ ( исходного пра­вого направления вращения) будет отклоняться вправо вследствие того, что нагрузка от винтовой струи будет отклонять корму вле­во. Судно с ВРШ правого вращения будет отклоняться влево вслед­ствие того, что нагрузка от винтовой струи стремится отклонить корму вправо

               Траектория движения может быть определена из следующей системы дифференциальных уравнений:

           

             

                  ,

где lii—     присоединенные      массы,    m - масса   судна,

Х,Y,M- проекции продольных и поперечных аэрогидродинамичес­ких сил и моментов, а также сил и моментов от дейст­вия ДРК и дополнительных нагрузок на корпусе судна.

         Упрощенно  дифференциальные  уравнения  выглядят   следующим

образом.

          Первого периода у судов с ВФШ и BPШ:

                  

второго и третьего периода судов с ВФШ и второго периода судов с ВРШ:

                   

                  

Четвертого периода судов с ВФШ и третьего периода судов с ВРШ

                   

                  

                   k₁(1- t) r n² D⁴ ;    M_c= k₂(1-t) ) r n² D⁵

k₁=f₁ (l_r ) ;       k₂=f₂(l_r );     l_r=  ,

где     - коэффициент попутного потока; t   - коэффициент засасываний;

R(V) - сопротивление корпуса;  n  - частота вращения винта; D- диаметр винта; r   - плотность воды; k₁, k₂ -  коэффициент упора, коэффициент момента;                       l_r   -   относительная   поступь    винта.     

m₁   =    m + l₁₁ .

18. Ходкость и управляемость судна в условиях мелководья  и                               при   движении   в   каналах

В результате влияния дна или стенок канала возрастают ско­рости обтекания поверхности судна (уравнение неразрывности, согласно которому в узкостях  скорости  выше). Увеличивается вяз­костное сопротивление судна. При относительной глубине H/T > 4 это влияние незаметно, а при Н/T = 2,0 вязкостное сопротивле­ние может увеличится на 10-15% по сравнению с его значением на глубокой воде.

Более существенно влияние мелководья  на волновое сопротивление. Это связано с изменением картины волнообразования, которая зависит от скорости распространения волн на мелководье V_в = (gH)^1/2   (Н - глубина, м). При скорости судна V< (0,3-0,4) V_вхарактер волнообразования на мелководье почти такой же, как на глубокой воде.

При увеличении скорости и приближении ее к критической (V_кр= (gH)^1/2)  носовая  и  кормовая системы волн разворачиваются перпендикулярно движению судна, образуя две поперечные волны значительной амплитуды. Возрастает дифферент судна на корму и его средняя осадка. При увеличении скорос­ти свыше критической, судно отрывается от поперечных волн, скорость которых не превосхо­дит (gH)^1/2.

Волновое сопро­тивление судна резко падает. За судном остаются только веерообразные волны, обращен­ные выпуклостью по ходу суд­на. При движении в канале (см. пунктир на рисунке) все перечисленные особенности волнообразования выражены более ярко. При малых сечениях канала судно работает как поршень, тол­кая воду перед собой, при этом резко растет сопротивление судна и увеличивается дифферент. Поэтому скорость движения судов в каналах ограничена V £ 0,5 – 0,6 (gH)^1/2.

При дви­жении вблизи стенки канала появляется поперечная сила Y_к  , из-за работы  винта сдвинутая к корме, и создает момент    М_к , разво­рачивающий нос судна от стенки. Этот момент обычно парируется перекладкой руля. При увеличе­нии скорости движения судна      сила   Y_кначинает резко расти            (  Y_к@V²  ).

         

       Руль приходится перекладывать на большие углы, что может привести к аварийным ситуациям, когда угла перекладки руля не хватит для удержания судна на прямом курсе. Для избежания этого явления необходимо ограничивать скорость движения судна в каналах.

Управляемость на мелководье хуже, чем на глубокой воде. Про­исходит это из-за увеличения скоростей обтекания судна на мел­ководье, что приводит к возрастанию всех сил на корпусе судна, в том числе боковых, зависящих от угла дрейфа и квадрата скорос­ти. Боковая сила корпуса уравновешивает центробежную,   возникаю­щую при циркуляции судна.  Последняя слабо зависит от глубины. Это приводит к тому,  что при циркуляции на мелководье угол дрейфа судна становится меньше,  чем на глубокой воде;  только в этом случае боковая сила уравновесит центробежную.

Для большин­ства судов увеличение радиуса циркуляции судна на мелководье зависит только от относительной глубины Т/Н и может быть определе­но по приближенной формуле:

где Т    - осадка; H- глубина;  R_н=µ      - радиус циркуляции на глубокой воде.

19. Диаграмма  управляемости.  Гидродинамический  люфт.  Построение диаграммы  в натурных  условиях.  Влияние мелководья  и  посадки  на диаграмму

Диаграммой управляемости судна называется график изменения безразмерной угловой скорости судна  W = L/R_ц=wL/ Vв зависимости от угла перекладки руля a( L-дли­на судна; R_ц - радиус цир­куляции; V -  скорость суд­на; w- угловая скорость).  На рисунке 1 кривая 1 соответствует устой­чивому на прямом курсе судну, кривая 2 - неустойчивому, поскольку при нулевом угле перекладки руля a= 0, суд­но уваливается в циркуляцию, соответствующую точкам A и B . Чтобы выйти из циркуляции, необходимо переложить руль на угол a  > a_кр.  При этом судно переходит на циркуляцию про­тивоположного борта. Диапазон +a_кр ¸- -a_крхарактеризует "ги­дродинамический" люфт руля, когда судно продолжает совершать циркуляцию на один борт, хотя руль переложен на малый угол a½ a_кр ½ противоположного борта.