Расчет элементов циркуляции и инерционных характеристик судна

Расчет элементов циркуляции и инерционных характеристик судна

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

? - объемное водоизмещение, м3

D - весовое водоизмещение судна, т

L - длина судна между перпендикулярами, м

В - ширина судна, м

d - осадка, м

V0 - скорость полного хода, м/с

Vн - начальная скорость для конкретного маневра, м/с

Св - к-т общей полноты

См - к-т полноты мидельшпангоута

Сд - к-т полноты ДП

Су - к-т подъемной силы пера руля

? - пропульсивный коэффициент

?11 - коэффициент присоединенной массы

? - угол поворота судна, град

? - угол дрейфа судна на циркуляции, град

?р - угол перекладки руля, град

? - угол крена, град

? - угол дифферента, град

lр - длина пера руля, м

hр - высота пера руля, м

?р - относительное удлинение пера руля

Ар - площадь пера руля, м2

Ад - площадь погруженной части ДП судна, м2

Ам - площадь погруженной части мидельшпангоута, м2

Dв - диаметр гребного винта, м

Hв - шаг винта, м

n0 - частота вращения винта, 1/с

Ni - индикаторная мощность главного двигателя, л.с.

Nе - эффективная мощность, л.с.

Мш - момент на швартовых

Рзх - упор винта на швартовых на заднем ходу, тс

Т1 - время первого периода, с

Т2 - время второго периода, с

Тр - время реакции судна на перекладку руля, с

Тц - период циркуляции, с

Д0 - диаметр установившейся циркуляции, м

Дт - тактический диаметр циркуляции, м

Дк - диаметр циркуляции кормовой оконечности судна, м

l1 - выдвиг, м

l2 - прямое смещение, м

?S - ширина полосы движения на циркуляции, м

S0 - инерционная постоянная, м

Sт - тормозной путь при активном торможении, м

tт - время активного торможения, с

Sп - тормозной путь при пассивном торможении, м

tп - время пассивного торможения, с

Sр - путь разгона судна, м

tр - время разгона судна, мин

g - ускорение свободного падения, м/с2

3. Задание по разделу «Определение элементов циркуляции судна»

Все элементы циркуляции определяются для двух водоизмещений судна (в грузу и в балласте) с полного переднего хода с положением руля «на борт» (35°) и «полборта» (15°).

Результаты расчета сводятся в таблицу и по ним строится кривая циркуляции для двух водоизмещений и двух перекладок руля.

3.1 Методика расчета элементов циркуляции

Диаметр установившейся циркуляции с некоторыми допущениями рассчитывается по эмпирической формуле Шенхера [3].

,

где К1 - эмпирический коэффициент, зависящий от отношения ;

.

Таблица значений коэффициента К1

Площадь пера руля определяется по формуле:

,

где А - эмпирический коэффициент, определяемый по формуле:

.

Коэффициент подъемной силы пера руля Су может быть найден по формуле:

,

где ;

(в расчете принимать ).

Тактический диаметр циркуляции можно определить по формулам:

- в грузу: ;

- в балласте: ,

где Дт - тактический диаметр циркуляции при перекладке руля «на борт».

Зависимость тактического диаметра циркуляции от угла перекладки руля выражается формулой:

.

Выдвиг и прямое смещение рассчитываются по формулам:

,

,

где К2 - эмпирический коэффициент, определяемый по формуле:

,

где - относительная площадь пера руля, выраженная в процентах от площади погруженной части ДП:

.

Угол дифферента определяется по формуле:

.

Диаметр циркуляции кормовой оконечности судна можно определить по формуле:

,

где .

Поступательная скорость на установившейся циркуляции определяется по приближенным формулам:

при перекладке руля «на борт» ;

при перекладке руля «пол борта»

Период установившейся циркуляции определяется по формуле:

.

Ширина полосы движения судна на циркуляции определяется по формуле:

.

3.2 Методика построения циркуляции судна

Кривую эволюционного периода циркуляции можно построить из дуг окружностей переменных радиусов. После поворота судна на угол 180° радиус циркуляции считается постоянной величиной.

Величина радиуса циркуляции постоянно уменьшается от наибольшего значения в начале поворота до значения поворота радиуса установившейся циркуляции.

Относительные значения радиусов неустановившейся циркуляции в зависимости от угла поворота судна и угла перекладки руля показаны в таблице:

Таблица значений Rн/Rц

где Rн - радиус неустановившейся циркуляции;

R0 - радиус установившейся циркуляции.

Порядок построения циркуляции:

1. Проводим линию первоначального курса и откладываем на ней в выбранном масштабе отрезок пути судна, пройденного за маневренный период:

.

2. Рассчитываем средний радиус поворота судна на угол 10° по данным таблицы. Для этого, например, выбираем из таблицы от ношение радиусов Rн/Rц при углах поворота на 5° и 10° при р = 35. Эти значения будут равны 4,4 и 3,2.

Отсюда: .

Затем рассчитываем средние радиусы поворота судна в интервалах от 10° до 30° и т.д.

3. Кривую циркуляции судна строим (аппроксимируем) из ряда дуг окружностей различных радиусов до угла поворота на 180°.

4. Построив кривую циркуляции в эволюционном периоде завершаем построение, описав окружность радиусом установившейся циркуляции до угла поворота на 360° (рис. 1)

Рис. 1. Схема построения циркуляции судна

4. Задание по разделу «Определение инерционных характеристик судна»

Инерционные характеристики должны быть рассчитаны при маневрах ППХ-ПЗХ, СПХ-ПЗХ, МПХ-ПЗХ, ППХ-СТОП, СПХ-СТОП, МПХ-СТОП, разгон из положения СТОП-ППХ.

Перечисленные характеристики представляются в виде графиков для водоизмещений судна в грузу и в балласте. Результаты расчета сводятся в таблицу:

4.1 Методика определения инерционных характеристик судна

4.1.1 Активное торможение

Активное торможение рассчитывается в три периода.

Расчет ведется до полной остановки судна (Vк = 0).

Принимаем , .

Определяем сопротивление воды движению судна на полном ходу по формуле Рабиновича:

,

где .

Инерционная постоянная:

,

где m1 - масса судна с учетом присоединенной массы:

Упор винта на заднем ходу:

,

где ;

Nе = ? • Ni;

? может быть определена по формуле Эмерсона:

.

Путь, пройденный в первом периоде:

S1 = Vн • Т1

Скорость судна в конце второго периода:

.

Путь, пройденный судном во втором периоде:

.

Путь, проходимый судном в третьем периоде:

.

Время третьего периода:

Общий путь и время торможения:

Sт = S1 + S2 + S3

tт = t1 + t2 + t3

4.1.2 Пассивное торможение

Расчет ведется до скорости Vк = 0,2 • V0.

Определяем время пассивного торможения:

,

.

4.2 Разгон судна

Расчет судна ведется до скорости Vк = 0,9 • V0

Определяем путь и время разгона по эмпирической формуле:

Sр = 1,66 • С

,

где С - коэффициент инерционности, определяемый по выражению:

,

где Vк, узлы;

Nе, л.с.

5. Расчет дополнительных данных для таблицы маневренных элементов

5.1 Увеличение осадки судна на мелководье

Величина увеличения осадки судна на мелководье может быть рассчитана по формулам института гидрологии и гидромеханики Украины (формула Г.И. Сухомела), модифицированным А.П. Ковалевым [13]:

при

при

где - отношение глубины моря к средней осадке;

k - коэффициент, зависящий от отношения длины к ширине судна.

Таблица для определений k:

Результаты расчета представляются в виде графика зависимости dк = f(V) при соотношении h/d = 1,4; 2,0; 3,0.

Дополнительное приращение осадки при плавании в канале:

,

где k' - коэффициент, зависящий от отношения площадей сечения канала и погруженной части мидельшпангоута.

Таблица для определения k'

Результаты расчета представляются в виде графика зависимости dк = f(V) при соотношении h/d = 1,4 и Ак/Ам = 4; 6; 8.

5.2 Увеличение осадки судна от крена

Увеличение осадки при различных углах крена рассчитывается по формуле:

Результаты расчета представлены в табличной форме для углов крена до 10?.

5.3 Определение запаса глубины на ветровое волнение

Волновой запас глубины определяется в соответствии с приложением 3 РШС_89 для высот волн до 4 метров и представляется в табличной форме.

5.4 Маневр «Человек за бортом»

Одним из видов маневра судна «Человек за бортом» является разворот с выходом на контркурс. Выполнение этого маневра зависит от выбора угла отклонения судна от первоначального курса (?). Величина угла ? определяется по формуле:

где Тп - время перекладки руля с борта на борт (Тп = 30 сек);

Vср - средняя скорость на циркуляции, определяемая из выражения:

Построение схемы маневра выполняется по данным циркуляции, рассчитанным в разделе 3.

Литература

1. Войткунский Я.И. и др. Справочник по теории корабля. - Л.: Судостроение, 1983.

2. Демин С.И. Приближенное аналитическое определение элементов циркуляции судна. - ЦБНТИ ММФ, экспресс-информация, серия «Судовождение и связь», вып. 7 (162), 1983, с. 14-18.

3. Знамеровский В.П. Теоретические основы управления судном. - Л.: Издательство ЛВИМУ, 1974.

4. Карапузов А.И. Результаты натурных испытаний и расчет маневренных элементов судна типа «Прометей». Сб. Безопасность мореплавания и ведения промысла, вып. 79. - Л.: Транспорт, 1987.

5. Мастушкин Ю.М. Управляемость промысловых судов. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981.

6. Рекомендаций по организации штурманской службы на судах Минморфлота СССР (РШС_89). - М.: Мортехинформреклама, 1990.

7. Справочник капитана (под общей редакцией Хабура Б.П.). - М.: Транспорт, 1973.

8. Судовые устройства (под общей редакцией Александрова М.Н.): Учебник. - Л.: Судостроение, 1988.

9. Цурбан А.И. Определение маневренных элементов судна. - М.: Транспорт, 1977.

10. Управление судном и его техническая эксплуатация (под общей редакцией Щетининой А.И.). - М.: Транспорт, 1982.

11. Управление судами и составами (Соларев Н.Ф. и др.). - М.: Транспорт, 1983.

12. Управление крупнотоннажными судами (Удалов В.И., Массанюк И.Ф., Матевосян В.Г., Ольшамовский С.Б.). - М.: Транспорт, 1986.

13. Ковалев А.П. К вопросу о «проседании» судна на мелководье и в канале. Экспресс-информация, серия «Безопасность мореплавания», вып 5,1934. - М.: Мортехинформреклама.

14. Гире И.В. и др. Испытания мореходных качеств судов. - Л.: Судостроение, 1977.

15. Ольшамовский С.Б., Миронов А.В., Маричев И.В. Совершенствование маневрирования крупнотоннажными судами. Экспресс-информация, серия «Судовождение связь и безопасность мореплавания», вып. 11 (240). - М.: Мортехинформреклама, 1990.

16. Экспериментальное и теоретическое определение маневренных элементов судов НМП для составления формуляров маневренных характеристик. Отчет о НИР УДК. 629.12.072/076. - Новороссийск, 1989.