ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

КАЧКИ

При модельных испытаниях качки корабля применяются два метода – метод свободных колебаний и метод вынужденных колебаний.

Метод свободных колебанийиспользуется при изучении качки на спокой-ной воде с целью определения периода свободных затухающих бортовых колебаний, коэффициента демпфирования бортовой качки и присоединенного момента инерции. Для обеспечения подобия модели и натуры, модель предварительно подвергается тарировке.

Тарировка – это определение параметров модели (вес, положение центра тяжести и т.д.) и приведение их к значениям, обеспечивающим подобие мо-дели и натуры. Тарировка бывает двух видов - статическая и динамическая.

Статическая тарировка модели состоит в установлении веса и положения центра ее тяжести. Вес модели определяется взвешиванием. Положение центра тяжести может быть определено на плаву с помощью «опыта кренования» или в процессе динамической тарировки.

Динамическую тарировку проводят для определения момента инерции. Модель раскачивают в воздухе на специальных ножах и измеряют период свободных колебаний. Затем, используя известную формулу для периода маятника и соотношение между центральным и нецентральным моментами инерции масс, находят:

(6.10)

где

- момент инерции массы модели относительно продольной оси Gx;

D - весовое водоизмещение;

d = z_H - z_g;

z_H - отстояние оси качания от основной плоскости;

z_g – отстояние центра тяжести модели от основной плоскости.

После тарировки приступают непосредственно к испытаниям по методу свободных колебаний. Для определения периода качки, коэффициента демпфирования и присоединенного момента инерции спущенная на воду модель наклоняется экспериментатором на 15-25⁰, затем отпускается и начи-нает совершать свободные затухающие колебания, которые записываются с помощью гирокренографа. Типичная запись для модели транспортного судна изображена на рис. 6.10. При дальнейшей обработке осциллограммы опреде-ляются все необходимые величины.

При большом демпфировании свободные колебания быстро затухают и их обработка сопровождается большими погрешностями. Поэтому при моделировании вертикальной и килевой качки, а также бортовой качки моделей, имеющих развитые выступающие части единственно возможным экспериментальным методом является метод вынужденных колебаний. Суть данного метода заключается в следующем: на модели устанавливают раскачивающее устройство, создающее момент, изменяющийся по гармо-ническому закону

. (6.11)

Здесь - частота возмущения.

Во время испытаний синхронно регистрируются возмущающий момент и качка модели, что позволяет при любой частоте определить коэффициенты сопротивления и присоединенной массы. Типичный вид осциллограммы вынужденной качки модели на тихой воде с раскачивающим устройством изображен на рис. 6.4.

Рис. 6.4. Осциллограмма вынужденной качки модели на тихой воде с раскачивающим устройством

В настоящее время применяются следующие типы раскачивающих устройств: гироскопические и вращающиеся твердые грузы.

Прецессионное вращение гирораскачивателя приводит к возникновению гироскопического момента. Возмущающий момент, равный гироско-пическому кренящему моменту, определяется следующей приближенной зависимостью:

, (6.12)

где

J - аксиальный момент инерции ротора;

b - установочный угол;

-собственная частота качки модели.

Гирораскачиватели требуют стабилизации напряжения подаваемого тока, так как даже незначительные его колебания приводят к заметным изменениям амплитуды кренящего момента. В последнее время эти раскачиватели не применяются.

Механическая качалка с вращающимися грузами(рис. 6.5) на режимах больших частот работает неустойчиво, что значительно ограничивает сферу применения этого способа раскачивания.

Рис. 6.5. Механическая качалка с вращающимися грузами

Метод вынужденных колебаний применяется не только при испытаниях на тихой воде, но и на волнении. В этом случае раскачивающим устройством служит само регулярное волнение, создаваемое волнопродуктором. Основной целью таких испытаний является определение амплитудно - частотных характеристик различных видов качки.

Построение амплитудного графика является сравнительно простым, но трудоемким экспериментом. Модель многократно испытывается при различных параметрах волнения. Частоты волнения следует изменять с таким расчетом, чтобы охватить во время испытания зону резонансной качки модели.

Во время испытаний регистрируются параметры изучаемых видов качки и создаваемых волнопродуктором волн заданной частоты. Образец записи качки модели на волнении представлен на рис. 6.6. В результате дальнейшей ее обработки строят соответствующую амплитудно - частотную характеристику (рис. 6.7).

Рис. 6.6. Осциллограмма качки модели и характеристик волнения

Рис. 6.7. Амплитудно-частотная характеристика модели судна на регулярном волнении