Расчетное определение коэффициента сопротивления и силы упора винта.

Формула (1.16), полученная в результате решения дифференциального уравнения движения для их практического применения требует знание коэффициента сопротивления k и силы упора винта P_max (последняя величина нужна для получения коэффициента активного торможения a).

На основе анализа результатов натурных наблюдений на судах, выполненными сотрудниками ОГМА в последние годы, получено выражение для определения коэффициента к:

(1.76)

позволяющее рассчитывать коэффициент сопротивления со стандартной относительной ошибкой около ±3,4%.

Площадь смоченной поверхности с достаточной для практических целей точностью рассчитывается по эмпирической формуле:

(1.77)

Сила упора винта P_max, которую развивает винт к моменту остановки судна относительно воды, т.е. когда скорость судна равна 0, является силой упора при нулевой поступи. Для изолированного, т.е., не связанного с корпусом винта, эта сила рассчитывается с учетом (19.6) по формуле:

(1.78)

где k_p – коэффициент упора винта на заднем ходу при нулевой поступи (V=0)

Коэффициент упора k_р выбирается из специальных диаграмм для расчета реверсирования винтов, либо рассчитывается по формуле:

(1.79)

Если гребной винт имеет направляющую насадку, то полученный по формуле (1.79) коэффициент k_p нужно уменьшить на 15%, т.е. умножить на 0,85.

В реальных условиях на величину силы упора при торможении оказывает влияние взаимодействие винта с корпусом судна. Как показал анализ натурных экспериментов, чем больше площадь погруженной части мидель-шпангоута по отношению с площадью диска винта, тем большую силу упора развивает винт при торможении. Влияние корпуса учитывается коэффициентом усиления упора С_у.у., который рассчитывается по формуле:

(1.80)

где ‑ площадь погруженной части мидель-шпангоута (рассчитывается по формуле

=В·Т_ср ).

Ad – площадь диска винта (рассчитывается по формуле по формуле А_d =pD_в²/4).

Сила упора винта с учетом взаимодействия с корпусом рассчитывается по формуле:

P_max=P_шв C_у.у. (1.81)

Полученная таким путем сила упора позволяет определить коэффициент активности торможения а, необходимый при решении дифференциальных уравнений, по которым рассчитывается время и путь второго и третьего периодов торможения.

В первом периоде торможения (период прохождения команды) скорость судна остается равной походной скорости V₀, поэтому для расчета первого периода достаточно задаться временем прохождения команды t^I. Величину t^I рекомендуется принимать равной 5 секундам. Полное время и полный путь торможения определяют как сумму соответствующих значений по двум или трем периодам, в зависимости от используемого вида маневра.

Как показывает анализ точности расчетного метода тормозной путь второго периода (пассивное торможение) определяется со стандартной ошибкой , а третьего периода .

Точность расчета полного тормозного пути S зависит от соотношения между вторым и третьим участками тормозного пути. Стандартная ошибка расчетного значения полного тормозного пути определяется по формуле:

(1.82)

Для реальных судов соотношение между участками пассивного и активного торможения в зависимости от типа двигателя и начальных условий колеблется в пределах от до . Для этих условий стандартная относительная ошибка расчетного значения полного тормозного пути лежит в пределах М_отн≈6,9-6,5%.