Требуется определить экспериментально-расчетные значения Лэ р и для

судна в полном грузу:d_cр—9,8 м; Д«25000 т; л₃.х=90 об/мин (характеристики кор­пуса и гребного винта даны в п. 5.2).

Решение.

Обработка натурных экспериментов.

1. Первый эксперимент:

1) V/yJ¹ = =0,438; V^¹ / '¹ = 16,0-400 = 6400 уэс, а=0;

А 22 850

2) из УД---------- (A/fc)_s«2,3, откуда к_э — ——------------ = -——=== 9935 кг/м;

Л/й)э 2,3

3) Й =Д^2/3 ^4,854 -I- 0,492-у) = 22 850*/³ ^4,854 + 0,492-2^-j = 5008 м*;

4) *---5 880 + 0,654U —■ =5880 + 0,654 =11 337 кг/м;

*„ 9 935

⁵>v*=-f=

II Второй эксперимент:

I) -9.4.129» 1213; У/У"¹ =-«, <Д/Лг)_а— 1.3;

2) из УД— а. я» 7,5, откуда /*,*=--«» к._л (0.514^^м )* - ~7.5-9935 (0,514.9.4)» = 1 742 454 Н;

3) к,, —У0г( 0,225sin* — 0,098 sin ^

\ ^11 ‘ /

--- уО,бб9-4 (0.225 sin* 1,0164-0,098 sin 1,016)^0,341;

4) Pm*” *Р Р (-jjj-y D* = 0,341 • 1020 6,0« = 1 082 986 H:

5 |954.915-0 98

Ъ) C_yy -0,508 I-0,106-j— «=.-0,5084 0,106—^'^оГ/4 ’

⁶⁾ /"max * Cyy Р_шн = 1,362-1 082 986 ^ 1 475 027 H;

/»„ 1742453

^7)V,’^'^7 1475027 " ' '

Определение экспериментально-расчетных значений коэффициента сопротивле­ния и силы упора для судна в полном грузу.

1) И-= 25000²14,854 0,492 ) =5240 м*;

/ 25,4

2) к 5880 _; 0,<»54*5 240 |/ -11 397 кг/м;

3) —Yk Л —0,876* 11 397 -9 984 кг/м;

Х)

4) (Д/^.р-^-2.5;

5). /ши -0,341 • 1020(У 6,О⁴ - 1 014 243Н;

25,4*9,8*0,98

<i) С_У¥ =0,508 ; 0,100 -—^!— - 1,423;

' ^{у> 1} я-6,02/4

⁷⁾ Р_так -» 1,423-1 014 243-- 1 443 268 Н;

#> ^max^Yp^ir»ax-=iJ8l*l 443 268-1 704 500 Н.

Полученные экспериментально-расчетные значения коэффициента юпротивления и силы упора винта позволяют определить время и путь торможения при заданной осадке и частоте вращения для любой начальной скорости судна по такой же схеме, какая применялась для Расчетного метода в предыдущем примере (см. п. 5.4).

Точность экспериментально-расчетного метода. Точность определе­ния тормозных путей экспериментально-расчетным методом в сред­нем на 1—2% выше, чем расчетным, благодаря привязке к экспери­ментальным данным с помощью переходных коэффициентов. Стан­дартная относительная погрешность экспериментально-расчетного оп­ределения полных тормозных путей по статистическим оценкам состав­ляет около 5—6 %. Таким образом, выигрыш в точности не очень ве­лик, тем не менее применение экспериментально-расчетного метода существенно повышает надежность результатов, особенно для судов, обладающих необычными тормозными свойствами. В этих случаях вы­игрыш в точности гораздо выше.

Особо следует подчеркнуть, что экспериментально-расчетный ме- к)д применим для всех судов, включая многовинтовые, в то время как расчетный метод можно использовать только для определения ИТХ одновинтовых судов.

Контрольныевопросы. 1. Каковы требования ИМО к форме и содержанию судо­вой информации о маневренных характеристиках? 2. Каковы достоинства и недостат­ки различных способов определения маневренных элементов из натурных наблюдений? :t. Каковы принципы и порядок определения элементов поворотливости расчетно-экспе­риментальным методом?4. Каковы обоснования определения коэффициента сопро­тивления расчетно-экспериментальным методом? 5. Каковы обоснования определения максимальной силы упора винта при торможении расчетно-экспериментальным мето­лом? в. Что представляют собой переходные коэффициенты и какова их роль в рас­четно-экспериментальных методах определения маневренных характеристик судов?

Глава 6. СРЕДСТВА И СПОСОБЫ УЛУЧШЕНИЯ МАНЕВРЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СУДНА

6.1. Средства активного управлении (САУ)

САУ создаются, как правило, на основе использования: крыльча- i ых движителей (КД), поворотных винтовых колонок (ПВК) и раз­дельных поворотных насадок (РПН).

Рассмотрим кратко принцип действия перечисленных устройств.

Крыльчатый движитель представляет несколько (4—8) одинаковых поворотных вертикальных лопастей, расположенных на равных рассто­яниях по окружности вращающегося диска, установленного заподлицо

< наружной обшивкой днищевой части судна. При вращении лопастей имеете с диском каждая лопасть посредством специального привода и !яг совершает еще и колебательные движения вокруг собственной оси,

благодаря чему углы атаки изменяются в зависимости от угла пово­рота диска.

Принцип действия КД поясняется на рис. 6.1. В процессе враще­ния диска каждая лопасть разворачивается перпендикулярно к линии, соединяющей середину хорды лопасти с точкой N. Эта точка называет- ся центром управления. Угол атаки каждой лопасти за время оборота диска непрерывно меняется, достигая максимального значения, когда лопасть находится на радиусе, перпендикулярном ON. Поэтому суммар­ная сила упора лопастей Р направлена по этому радиусу.

Абсолютное значение углов атаки, а значит и сила упора увеличи­ваются с увеличением расстояния центра управления от центра дис­ка О, т. е. с увеличением эксцентриситета.

Система управления лопастями КД позволяет устанавливать центр управления N в любое фиксированное относительно судовых осей поло­жение, т. е. без реверсирования создавать упор в любом направлении и изменять его величину.

КД применяется как в качестве ГДРУ (буксиры, паромы, плавкра­ны и т. п.), так и в качестве вспомогательного средства управления — ПУ на морских судах. В последнем случае КД располагается обычно в поперечном канале, расположенном ниже ватерлинии, в корпусе судна.

На рис. 6.2 показан пример использования КД в качестве ГДРУ на портовом буксире.

Поворотные винтовые колонки представляют собой гребной винт (иногда в комплексе с насадкой), направление тяги которого может изменяться на 360° за счет поворота относительно вертикальной оси.

ПВК могут быть главными движителями или вспомогательными. В первом случае они относятся к ГДРУ, во втором — к ВДРУ.

Как ГДРУ, поворотные винтовые колонки применяются на судах, к управляемости которых предъявляются особенно высокие требования, но скорость которых невелика (плавкраны, портовые буксиры, пожар­ные суда и т. д.).

Рис. 6.2. Пример использова­ния КД в качестве ГДРУ на портовом буксире

6.2. Принципы управления судном с использованием САУ

Общим признаком, характеризующим рассмотренные в п. 6.1 САУ, является способность создавать поперечную силу даже при полном от­сутствии скорости судна по курсу.

Точка приложения поперечной силы по длине судна зависит от мес­та установки данного САУ. Исключением является РПН, позволяющие в зависимости от угла перекладки насадок приложить поперечную сипу к диаметральной плоскости в любой точке корпуса судна, а также за его пределами.

Если же на судне установлены, например, две поворотные винто­вые колонки или два подруливающих устройства —- носовое и кормовое, то совместное использование таких САУ тоже позволяет произвольно выбирать точку приложения поперечной силы, как и при использова­нии РПН.

Характер поведения судна под воздействием САУ определяется рас­стоянием точки приложения поперечной силы Р„ от ЦТ судна, т. е. пле­чом .v„. Под влиянием момента поперечной силы М_р=Р_у судно полу- чает вращательное движение. При этом тангенциальная скорость каж-| дой точки по длине судна определяется расстоянием этой точки от ПП и угловой скоростью судна.

Распределение местных скоростей по длине судна при вращении вокруг ПП, расположенного на некотором расстоянии от ЦТ, показано на рис. 6.4. В одном случае (рис. 6.4,‘а) ПП расположен за корпусом судна на продолжении его ДП, а в другом (рис. 6.4, б) —в пределах корпуса судна.

Напомним, что ПП называется точка на ДГ1, в которой угол дрей­фа равен нулю. Когда вращение судна происходит относительно непод­вижной точки ПП, лежащего на ДП, уравнения установившегося дви­жения судна (по оси Y и вокруг оси Z) могут быть записаны в виде: !

R_y -Ри ; |

Мщ'иР,Х,~Р_Ш1Л_рЧ ^(Ь "

где R_y — поперечная гидродинамическая сила на корпусе (равнодействующая сил);

Р_у — поперечная сила САУ (или буксира);

Мп — момент поперечной гидродинамической силы относительно ЦТ (оси Z);

х_р —- плечо поперечной силы САУ (или буксира) относительно ЦТ;

—длина судна;

х_Р — относительное плечо силы P_w

Если принять для простоты, что корпус судна симметричен отно­сительно миделя (ЦТ), а осадка на всем протяжении корпуса постоян­на (судно — на ровном киле), то элементарную гидродинамическую си­лу dR_Vt действующую на элемент корпуса по длине dd\\ и ее момент dM можно записать в виде системы:

d v* dx;

dM_R- с ~-dv*xdx,