Категории сайта

Определение корпусных характеристик в момент взаимодействия судна с водной поверхностью

Гидродинамика судна решает задачи теории корабля подтвержденными методами, влияющие на взаимодействие водной поверхности и корпусной конструкции.

Гидродинамические характеристики корпуса судна

При движении в режиме установившейся циркуляции все силы и моменты, действующие на корпус судна, за исключением центробежной сипы массы корпуса, гидродинамического происхождения, т. е. являются результатом действия нормальных и касательных гидродинамических сил, распределенных по поверхности корпуса. ГДХ корпуса зависят от формы обводов, соотношения главных размерений, кинематических параметров движения:

ГДХ корпуса включает в себя составляющие, обусловленные как вязкостью, так и инерционностью воды.

Схема руля подвесного мотора
Рис. 1 Съемный руль подвесного мотора

Инерционные составляющие определяются расчетным способом. Вязкостные составляющие наиболее достоверно могут быть найдены путем проведения испытаний в опытовом бассейне. Причем в зависимости от размеров судна испытаниям могут быть подвергнуты либо модель, либо натурное судно. Как правило, при определении ГДХ корпуса используются 2—3-метровые модели, однако имеющиеся в настоящее время экспериментальные установки позволяют провести испытания и с 8-метровыми моделями.

Другим способом определения вязкостных составляющих является расчетный, который, в свою очередь, может быть основан как на теоретической схеме обтекания корпуса, так и на результатах систематических испытаний серии моделей.

Для выполнения расчетов по определению Управляемость и инерционные характеристики судна на мелководье и в узкостихарактеристики управляемости необходимо знать следующие ГДХ корпуса:

При установившейся циркуляции для всех судов независимо от режима плавания боковая сила, обусловленная инерционностью корпуса (т. е. центробежная сила), определяется по формуле:

Yи=ρVvω.         Форм. 1

ГДХ корпуса судна, движущегося в водоизмещающем режиме

При выполнении расчетов управляемости водоизмещающих судов боковая сила и момент рыскания представляются следующим образом:

Yκ=CYκρv022FD;         Форм. 2

Мκ=Cmκρv022FDL,         Форм. 3

где:

FD=LTσD;         Форм. 4

CYк=CYβ+C2β|β|Cyωω;        Форм. 5

Cmκ = Cmββ  Cmωω        Форм. 6

Величины 

CYβ, Cmβ

называются позиционными производными, а 

CYω и Cmω

— демпфирующими производными боковой силы и момента рыскания. Эти параметры, а также C2 определяются по формулам:

CYβ=πTL0,65φ5/2 L6B1/3+σD0,96;         Форм. 7

C2=0,72 3TB1/2 0,7φ3/2+1,25(σD0,95);         Форм. 8

CYω=2BL δσD;         Форм. 9

Cmβ=1,8TL+0,06(0,7φ)+(0,97σD);         Форм. 10

Cmω=σD40,05+0,58TL;        Форм. 11

σD=1320i FПLT+0,054T/L(ψ1+ψ2),        Форм. 12

где:

ψ1=ТкТнL,         Форм. 13

Определение площади кормового подзора
Рис. 2 К определению площади Fп кормового подзора:
а — судно с дейдвудом; б — судно без дейдвуда

В случае отсутствия у судна кормового подзора (глиссирующие суда) σD — определяется по формуле:

σD=1+0,054T/L(ψ1+ψ2).        Форм. 14

Схема осадки судна
Рис. 3 Осадки носом и кормой судна с наклонной основной линией

Точка приложения боковой силы по высоте (ордината), выраженная в долях осадки zr, определяется по графику в зависимости от отношения В/Т (рис. 4). При посадке судна с дифферентом или при наличии уклона килевой линии под параметром Т понимается:

Т=Тн+Тк2.         Форм. 15

Формулы 5-12, а также зависимость для zr (см. рис. 4) получены для круглоскулых судов. Они могут быть использованы и для приближенного расчета ГДХ корпуса остроскулых (глиссирующих) судов, движущихся в водоизмещающем режиме.

Определение точек боковой силы
Рис. 4 К определению точки приложения боковой силы корпуса по высоте для круглоскулых судов

При движении с FrL > 0,3 у судна появляется угол ходового дифферента, который может быть найден по данным расчета ходкости. При отсутствии таковых величина ψ2 определяется по формуле:

ψ2=0,13(0,01xg)+0,028sin (5,2FrL1,9),        Форм. 16

где:

Область применения формул 5—12 и 16 ограничивается FrL ≤ 0,6, ориентировочно соответствующим началу переходного режима движения.

Это интересно: Проверки перед маневрированием

При 0,6 < FrL < 1 ГДХ корпуса становятся существенно нелинейными функциями FrL. Причем влияние FrL на ГДХ корпуса сложным образом связано с влиянием таких геометрических характеристик, как удлинение корпуса, угол килеватости, соотношение максимальной ширины корпуса к ширине на транце, положение центра тяжести по длине (центровки), удельной нагрузки и т. д.

В связи с этим для судов, движущихся в переходном режиме, отсутствуют аналитические зависимости, связывающие безразмерные ГДХ корпуса с геометрическими характеристиками и кинематическими параметрами и аналогичные (Формулы 5—12).

ГДХ корпуса судна, движущегося в режиме глиссирования

В качестве основных исходных геометрических характеристик корпуса при расчете управляемости судна, движущегося в режиме глиссирования, принимаются:

Чертеж глиссирующего судна
Рис. 5 К описанию управляемости глиссирующих судов

Параметры ψ2 и lсм должны быть определены либо на основании расчета ходкости, либо замерены экспериментально. Осадка на транце определяется из соотношения:

Tтр=lсмψ2.         Форм. 17

При движении судна в режиме глиссирования с FrL > 1 составляющие ГДХ корпуса, необходимые для расчета управляемости, в соответствии с методикой, предложенной С. Б. Соловьем, определяются следующим образом:

позиционная производная боковой силы:

CYгβ=πnv(Tтр/Втр)2cosψ2,        Форм. 18

где:

плечо позиционной составляющей силы по длине:

lβ=1/Bтр(xт+1/3Tтрctgψ2);        Форм. 19

демпфирующая производная инерционной (центробежной) силы корпуса:

CYгω=2VBтр3;        Форм. 20

плечо демпфирующей составляющей силы по длине:

lω=1/Bтр(2xт+1/2Tтрctg ψ2);        Форм. 21

плечи позиционных составляющих сил, обусловленных дрейфом и креном соответственно,

lθ=1/Bтрπ2mv12sin2βTтрzg,        Форм. 22

где:

l0*=TтрBтр π4β π2β1zgBтр.         Форм. 23

В формулах 19, 21 величина xт < 0.

График угла килеватости
Рис. 6 Зависимость коэффициентов nv, mv, qv от угла килеватости
Сноски
Sea-Man

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Декабрь, 07, 2020 1653 1
Комментарии
  1. николай
    29.01.2023 в 13:31

    Помешан на научном прогрессе. В вашей статье узнал что кормовой подзор самая эффективное решение гидродинамики водоизмещающего корпуса и эта гидродинамика зависит еще и от особенностей этого самого подзора. Правда все это я просто от балды решил 40 лет назад, а эффективность и скорость передвижения зависит еще от одного параметра столь же важного как и подзор.

Добавить комментарий

Текст скопирован
Пометки
СОЦСЕТИ