ЦЕЛИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ КАЧКИ. ВИДЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

Основными целями экспериментального изучения качки являются следующие:

1) подтверждение новых качественных закономерностей процесса качки корабля на волнении, полученных теоретическим путем;

2) определение характеристик качки корабля (периода качки, коэффициентов демпфирования, присоединенных масс);

3) полноценная оценка мореходности вновь построенного или находящегося в эксплуатации корабля в штормовых условиях плавания на реальном морском волнении разной балльности при различных вариантах нагрузки;

4) исследование действия различных устройств для успокоения качки;

5) серийные испытания моделей для исследования влияния главных разме-рений и обводов корабля на его мореходность и характеристики качки.

Для решения перечисленных проблем мореходности судов проводятся натурные, модельные и полунатурные испытания качки.

Достоинства натурных испытаний очевидны: они дают возможность исследовать качку в естественных внешних условиях на реальном объекте с учетом всех особенностей формы корпуса, надстроек и выступающих частей. Однако трудности организации и проведения натурных испытаний столь же очевидны: вывод корабля полностью или частично из эксплуатации, что связано с экономическими затратами, известный риск при маневрировании во время эксперимента в штормовую погоду, трудность, а иногда и невозможность попадания, в необходимые погодные условия. В процессе натурных испытаний практически невозможно решать задачи улучшения мореходных качеств и умерения качки путем изменения таких элементов судна, как форма шпангоутов и ватерлиний, коэффициентов полноты, соотношений главных размерений. Поэтому, несмотря на большую ценность материалов, полученных в результате натурных испытаний, основным средством экспериментального изучения качки являются модельные испытания.

Полунатурные испытания отличаются тем, что довольно большие модели кораблей испытываются на полигонах в реальных морских условиях. Модели с размещенной на них аппаратурой управляются по радио или оператором. Однако организация таких испытаний весьма сложная, да и необходимые погодные условия также можно ожидать неделями и месяцами.

Модельные эксперименты обычно проводятся в опытовых бассейнах, предназначенных для исследования вопросов мореходности. Для проведения испытаний с моделями на волнении такие бассейны должны быть оборудованы волнопродукторами и волногасителями. Для создания волн в бассейне применяются три типа волнопродукторов: плунжерный, пластинчатый и пневматический.

Наибольшее распространение получили волнопродукторы плунжерного типа (рис. 6.1), у которых частично погруженное тело (плунжер), совершая возвратно-поступательные вертикальные перемещения, вызывает волно-образование в бассейне. Регулируя амплитуду и частоту колебаний плунжера, можно получить систему волн различной длины, высоты и частоты. Основным недостатком плунжерных волнопродукторов является большая масса плунжера.

Рис. 6.1. Плунжерный волнопродуктор

Пластинчатые волнопродукторы (рис. 6.2) представляют установленную вертикально пластину, колеблющуюся относительно горизонтальной оси. Недостатком пластинчатых волнопродукторов является то, что он не обеспечивает достаточно правильный профиль волны вблизи пластин.

Рис. 6.2. Пластинчатый волнопродуктор

Принцип действия пневматических волнопродукторов (рис. 6.3) заклю-чается в генерации волн за счет периодически меняющегося давления воздуха в куполе волнопродуктора. Источником воздуха служит центробежный вентилятор.

Пневматические волнопродукторы по сравнению с другими имеют следующие преимущества:

1) высокую точность и регулярность воспроизводимых волн;

2) отсутствие движущихся деталей, работающих в воде.

Рис. 6.3. Пневматический волнопродуктор

В качестве волногасителей в опытовых бассейнах используются сетки и пластины с рейками, установленные на противоположных к волнопродук-торам сторонах бассейна.

Модельные испытания качки в бассейне позволяют оценивать ее характеристики при различных осадках, водоизмещениях, положениях центра тяжести по высоте и длине корабля в достаточно широком диапазоне высот и длин волн. Кроме того, по результатам модельных испытаний за короткое время можно изменить форму корпуса модели, например, развал шпангоутов в надводной части или полноту носовой оконечности, влияющих на характеристики качки. Существенные ограничения на модельный эксперимент накладывают размеры моделей, которые тем меньше, чем меньше бассейн. Обычно длина моделей при испытаниях на качку колеблется от полутора до пяти метров. Однако даже при испытаниях достаточно больших моделей (длина 4-5 м), результаты экспериментов, связанных с влиянием вязкостных и отрывных эффектов могут получиться некорректными. Этим обусловлено существование масштабного эффекта.