Физические свойства и параметры жидкостей. Основные элементы потоков и виды течений. Кавитация. Уравнение Бернулли. Связь скорости и давления в потоке. Структура формулы для силы в гидродинамике. Геометрические и гидродинамические характеристики крыльев. Составляющие сопротивления судна, страница 9

Учитывая, что большинство судов оборудовано дистанционным ав­томатическим управлением двигателя с мостика (ДАУ), судоводитель должен принимать во внимание эти обстоятельства, так как при тяжелом" гребном винте в деталях двигателя возникают повышен­ные тепловые напряжения, которые приводят к большому износу и даже выходу из строя важных деталей цилиндропоршневой группы двигателей. ДАУ позволяет судоводителю с мостика изменять режимы работы двигателя для обеспечения различных скоростей судна и из­менения направления движения судна.

При ВФШ изменение направления хода судна (вперед, назад) обеспечивается реверсированием двигателя и соответственно измене­нием направления вращения ВФШ. Экономические режимы движения судна могут быть реализованы в этом случае только путем снижения частоты вращения двигателя, но при этом гребной винт, выбранный из условия обеспечения полного хода судна, становится неоптимальным.

15.  Взаимодействие гребного винта и корпуса судна. Тяга и упор гребного винта. Попутный поток и засасывание.

Возмущеия в районе расположения гребного винта, вызываемые корпусом, могут существенно изменить условия обтекания его элемен­тов, однако гребной винт также изменяет окружающий его поток, а следовательно, и условия обтекания корпуса. Следовательно, гидро­динамические характеристики одного и того же гребного винта, работающего в свободной воде и за корпусом судна, будут различны­ми, а сопротивление воды движению судна в присутствии работающего гребного винта будет отличаться от его буксировочного сопротив­ления.

Гребной винт условно рассматривают как изолированный, но работающий в потоке, измененном корпусом, а корпус судна рас­сматривают соответственно как буксируемый в потоке, измененном работой гребного винта.

Попутный поток. При движении судно увлекает за собой близ­лежащие частицы воды, формируя так называемый попутный поток, направленный в сторону движения судна (рис. 6.14). Попутный поток, создаваемый корпусом судна и работающим за ним гребным винтом, называют эффективным попутным потоком. Его экспериментальное и тем более теоретическое определения сопряжены с большими труд­ностями. Поэтому обычно оценивают номинальный попутный поток, возникающий в месте расположения гребного винта у судна, букси­руемого без винта. Номинальный попутный поток несколько отличает­ся от эффективного, но в инженерных расчетах этим отличием, как правило, пренебрегают.

Попутный поток за корпусом судна неравномерен по величине и направлению, его скорости изменяются по радиусу и по окружности. Например, интенсивность попутного потока достигает максимума за ахтерштевнем, кронштейном гребного вала или кромкой руля, а мини­мума - по линиям, расположенным примерно по нормали к ахтерштевню.

Неравномерность попутного потока в месте расположения гребно­го винта объясняется главным образом неоднородностью его структу­ры, т. е. тем, что он состоит из нескольких относительно независимых составляющих, каждая из которых обладает своим характерным распределением скоростей.

Одной из таких составляющих является потенциальный попутный поток9 обусловленный полем скоростей вокруг изолированного корпу­са, движущегося в идеальной жидкости при отсутствии трения и вол­нообразования. В этом случае судно при своем движении вытесняет частицы воды, которые в носу движутся вперед и в стороны, а в кор­ме - вперед и внутрь, заполняя пустоту, непрерывно образующуюся за кормой.

Вторая составляющая попутного потока за кормой судна имеет вязкостную природу и обусловлена силами трения. Поэтому она называется попутным потоком трения.

Величина потенциального попутного потока зависит также от волнообразования в корме судна.

Засасывание. Как правило, гребные винты располагаются в кормо­вой оконечности судна (исключением являются некоторые морские паромы и ледоколы). Работая за корпусом судна, гребной винт подса­сывает воду и увеличивает скорость обтекания кормовой оконечности судна. При этом в соответствии с законом Бернулли понижается дав­ление во всей зоне, охваченной подсасывающим действием винта что увеличивает сопротивление формы:

Кроме того, повышение скорости обтекания кормовой оконечности приводит к возрастанию сопротивления трения. Заштрихованная на рис.  область соответ­ствует уменьшению давления в корме от работы гребного винта. В результате этих явлений появляется дополнительная сила ∆P действующая на корпус и увеличивающая сопротивление воды движе­нию судна. Эту силу принято называть силой засасывания. Таким образом, часть упора гребного винта, именуемая обычно полезной тягой Ре, затрачивается на преодоление сопротивления R, а остальная часть упора идет на преодоление силы засасывания, т. е.    P=Ре+∆P.

18.  Паспортная диаграмма судна, ее использование при буксировке и в штормовых условиях.

При решении многих судоводительских задач используют так на­зываемую паспортную диаграмму судна:

В верхней части паспортной диаграммы наносят кривые зависи­мости полезной тяги гребного винта при постоянной частоте вращения и кривую 2 буксировочного сопротивления чистого корпуса. Кроме того, здесь же могут наноситься кривые 3 полного сопротивления судна с учетом обрастания и старения корпуса, при движении в условиях ветра и волнения, при пере­мене осадки или с учетом сопро­тивления какого-либо буксируе­мого объекта.

В нижней части диаграммы строят кривые 4 мощности, по­требляемой гребным винтом при постоянных значениях частоты его вращения, кривая 5 потреб­ной мощности двигателя и огра­ничительная характеристика двигателя 6, называемая кривой рас­полагаемой мощности.

Кривая 5 получается простым графическим построением - переносом из верхней части диаграм­мы точек пересечения кривых 1 с одной из кривых 3, соответ­ствующей данным условиям, в нижнюю часть диаграммы на од­ну из кривых 4 в соответствии с частотой вращения винта (при постоянной скорости судна).

Кривая 6 с достаточной для судоводительских задач точностью может быть построена из условия постоянства вращающего момента двигателя при различных оборотах, т. е. из пропорции вида: