Проектирование и расчет рулевых устройств. Определение расчетных нагрузок, действующих на перо руля на передном ходу

Практическая работа № 1

Тема: Проектирование и расчет рулевых устройств.

Исходные данные

L = 160 M    6.63   1.76   0.65

Скорость хода судна u = 16.5

Коэффициент компенсауии балансирного руля : _δ =0.24

Коэффициент общей полноты корпуса судна:  δ=C_β = 0.71

1. Определение главных размерений корпуса судна

    Ширина судна B =              24.13 M

    Высота борта  D =

    Осадка судна d = 0.7D = 9.59 M

2. Определение площади руля и его размеров

      A_k = Ld/A

  Длина судна между перпедикулярами L

 Эмпирический коэффициент, определенный по правилам Норвежского Бюро Веритас A

  A = 100/[1+ (5B/L)²] = 57

 A_k = 160. 13.7/57 = 38.46 M ²

2.1. Высота и ширина пера руля в первом приближении

    h_p  = (d- 2h₁) / 1,2 ; b_p  = A_k / h_p

      где h_p - высота пера руля , М;

             h₁ = 0,4 - возвышение нижней кромки пера руля над основной плоскостю судна, определенное условиеми защиты руля от поврежденнийпри касании кормой о грунт.

            b_p - ширина пера руля, М ;

      h_p = (9,59 – 2*0.4):1.2 =7.325 м; b_p­  = 38,46: 7,325 = 5,25 M

 Ширина балансирной части балансирного руля

   b_δ = _δ.b_p= 0,24*5.25 = 1,26 M

Относительное удлинение пера руля

  Λ_p = h_p/b_p = 7,325/5.25 =1,4

Толщина профиля руля

    t = t_p*b_p = 0.2*5.25 = 1.05 M

2.2. Высота и ширина пера руля во втором приближении.

    h_p = (d-h₁-t):1,2 ; h_p = (9.59 -0.4 – 1.05):1,2 = 6.78 M;

    b_p = 38.46 : 6.87 = 5.67 M;

    λ_p = h_p/b_p = 6.78: 5.67 = 1.2;

   t = t_p*b_p = 0.2*5.67 =1.134 M;

   b_δ = _δ.b_p= 0.24*5.67 = 1.42 M;

3. Определение расчетных нагрузок, действующих на перо руля на передном ходу.

Условная расчетная нагрузка, действующая на перо руля на предном ходу судна.

                          F = F₁  +  F₂

    F₁ = 5.59*10^-3k₁k₂(6.5 +  λ_k)(b₁ - C_β)A_pu_s²;

     F₂ = 0.177k₁(6.5 +  λ_k)TA_B/D_B²;

 k₁ =1   -коэффициент, для прямоугольных рулей

 k₂ =1  - коэффициент, для рулей работающих непосредственно за гребным винтом;

  λ_p =h_p²/A_p - относительное удлинение пера руля; 

  λ_k =h_p²/A_k- относительное удлинение комплекса:

  A_k - площадь пера руля,м²;

  A_p - площадь пера руля ибоковой площади рудерпоста,м²;

  A_B  = D_Bb_p- часть площади пера руля, попадающая в непереложенном положении пера руля в струю гребного винта, м²:

   D_B = 0.675d = 6.47 M- диаметр гребного винта, м :

   b₁ = 2.2  - для рулей, расположенных в ДП судна:
   Δ - весевое водоизмешение судна, т:

   ρ - плотность морской воды,т/м³ :

   T- упор гребного винта при заданной скорости:

                          T = 0.0441[30.6N_e: nH₁(zѳ)^1/3 – n²D_B⁴];

   N_e  - номинальная сумарная мощность силовой установки судна, разделенная на число гребных винтов:

                                      N_e = Ru/η_пр η_вр

   R = R_T  - общее сопротивление движению судна:

   η_пр  = 0,8 - пропульсивный коэффициент:

   η_вр = 0,97 - КПД валопровода с редуктором для прямой передачи,

   n - частота вращение гребного винта:

    Ш

                          R_T = ( C_тр+ C_Ш  + C_в.ч)ρu²Ω/2;

   C_тр = 0.4555(lgR_e)^-2.58 - коэффициент трения эквиваленной гладкой пластины;

   R_e  = uL/γ- число Рейнольдса;

   γ = 1.57*10^-6 - кинематический коэффициент вязкости, м²/с;

   C_Ш - коэффициент шерохаватности ;

   C_в.ч - коэффициент выступающего сопротивления;

   Ω  = L[2d+1.37(δ – 0.274)B]-  площадь смоченной поверхности судна;

   H₁ = H +0.055D_B/(ѳ+0.3)

   ѳ - дисковое отношение гребного винта; ѳ = 0.55

   z- число лопастей гребного винта;

   H- конструктивный шаг винта,м;

   F₁ = 5.59*10^-31*1(6.5 +  1.4)(2.2 – 0.71)38.46*16.5² = 691.5l

   H= 0.75D_B ; H= 0.75*6.47 = 4.85 M;

   H₁ = H +0.055D_B/(ѳ+0.3) ;   H₁ = 4.85 +0.055*6.47/(0.55+0.3) = 5.27 M;

  Ω  = L[2d+1.37(δ – 0.274)B]; Ω  = 160[2*9.59+1.37(0.71 – 0.274)24.3] =5.39*10³ M²;

  R_e  = uL/γ; R_e  = 16.5*160/1.57*10⁶=1681.5*10⁶;

  C_тр = 0.4555(lgR_e)^-2.58; C_тр = 0.4555(lg1681.5*10⁶)^-2.58 =1.5 *10^-3;

  C_Ш = 0.55*10^-3;