.

Способы расчета управляемости маломерного судна

Условия управляемости судна и расчеты производятся по технике, изложенной ниже для безопасного управления малотоннажным плавательным средством.

Частные случаи расчета управляемости судна

Расчет поворотливости при кавитации руля

В случае возникновения кавитации на руле судна расчет поворотливости может быть произведен по формулам, приведенным в статье “Маневренность судна и расчеты крена на циркуляции”Способы вычисления маневренности судна на криволинейной траектории. Только в этом случае производная коэффициента подъемной силы изолированного руля

 CYRa

, на основании которой вычисляется боковая сила на руле, определяется не по формуле 18 в статье Управляемость малого судна“Гидродинамические характеристики изолированного руля”, а по данным атласа для соответствующего значения κ.

Кроме этого, для судов, движущихся в водоизмещающем режиме (Fr < 0,6), учет кавитации можно произвести по способу, предложенному М. П. Лебедевой. В соответствии с этим способом расчет управляемости, т. е. получение зависимостей β=f(δR)
и  ω¯=f(δR)
, производят без учета кавитации по формулам 1 и 2 в статье “Маневренность судна и расчеты крена на циркуляции”Способы вычисления маневренности судна на криволинейной траектории. Затем угол перекладки руля корректируется на влияние кавитации по формуле:

δRк=кЕ(βg+l¯Rϖ)+δR*+[δRκЕ(βg+l¯Rω¯)δR*]CYRa/CYRкa.   Форм. 1

Для использования формулы 1 графики зависимости CYR = f(δR) приводятся к условному виду, показанному на рис. 1.

В формуле 1:

Кавитация руля судна

Рис. 1 К расчету управляемости судна с учетом кавитации руля:
а, б – различный вид зависимостей CYR=f(δR) кавитирующих рулей.
1 – зависимость CYR=f(δR) некавитирующего руля; 2 — зависимость CYR=f(δR) кавитирующего руля; 3 — условная зависимость CYR=f(δR) кавитирующего руля, по которой определяется 

CYRa 

По результатам расчета

 δRк

строят зависимости

 ω¯=f(δRк)

и 

D/L=f(δR),

а также перестраивают зависимость угла крена на установившейся циркуляции

 Θ=f(δR)

, которая приводится к виду 

Θ=f(δRк).

Управляемость на заднем ходу и при движении по инерции

Суда, оборудованные подвесным мотором (поворотной колонкой) или РРУ водометного движителя, управляются на заднем ходу, т. е. судно способно входить в циркуляцию и выходить из нее при соответствующих перекладках рулевого органа, а прямолинейное движение обеспечивается даже при наличии неустойчивости на курсе.

Суда, оборудованные рулевым устройством, как правило, на заднем ходу не управляются. При этом могут встретиться несколько случаев:

  • одновинтовое судно циркулирует только в сторону, противоположную направлению вращения ГВ (например, влево при винте правого вращения), прямолинейное движение поддерживать невозможно;
  • судно входит в циркуляцию любого борта при перекладке руля (рулей) на соответствующий борт, однако вывести его из циркуляции с помощью перекладок не удается, прямолинейное движение поддерживать невозможно; это свойство судна называется частичной управляемостью;
  • судно входит и выходит из циркуляции, однако прямолинейное движение поддерживать затруднительно из-за необходимости перекладывать руль на большие углы;
  • судно входит (выходит) в циркуляцию при перекладке рулей на борт, противоположный направлению циркуляции, это свойство судна называется обратной управляемостью;
  • судно (как правило, двухвинтовое) обнаруживает тенденцию к входу в циркуляцию с очень большим диаметром, прямолинейное движение обеспечивается.

Наиболее часто на практике встречается случай частичной управляемости судов на заднем ходу.

При движении по инерции (с выключенным движителем) управляемостью обладают суда, оборудованные рулями. Суда с водометами и подвесными моторами (поворотными колонками) таким свойством не обладают. Именно с целью улучшения управляемости при движении по инерции предложены конструкции, аналогичные показанной на рис. Определение корпусных характеристик в момент взаимодействия судна с водной поверхностью“Съемный руль подвесного мотора”.

Влияние ветра на управляемость судна

Управляемость судна при действии ветра оценивается по его способности сохранять прямолинейное движение на заданном курсе.

Действие ветра на надводную часть судна приводит к появлению аэродинамической силы и момента, которые определяются по следующим формулам:

Ya=CYaρ1νк22QY;         Форм. 2

Ma=Cmaρ1νк22QYL,         Форм. 3

где:

  • CYa, Cma — аэродинамические коэффициенты нормальной силы и момента относительно миделя, определяемые соответственно следующими выражениями:

CYa=1,05sinγк;         Форм. 4

Cma=CYa(0,25+b¯ц.пγк0360),        Форм. 5

  • γк0 

     — угол кажущегося ветра Применительно к парусным судам кажущийся ветер называют вымпельным, скорость обозначают vB, а курсовой угол – β.x, т. е. угол между вектором результирующей скорости обтекания надводной части νк и ДП судна (рис. 2) (вектор скорости кажущегося ветра νк образуется в результате сложения вектора скорости истинного ветра νи, определяемого в осях, связанных с Землей (угол ϒи), и скорости судна ν);

  • bц.п=bц.п/L 

     — безразмерное отстояние центра парусности от мидель-шпангоута;

  • bц.п>0

    , если центр парусности расположен к носу от миделя;

  • bц.п<0

    — если центр парусности расположен к корме от миделя;

  • QY — площадь парусности надводной части судна в проекции на ДП;
  • ρ1 — плотность воздуха.

Из решения системы уравнений, включающей аэродинамические компоненты, а также гидродинамические силы на корпусе и органах управления, определяются угол перекладки рулевого органа, необходимый для поддержания прямолинейного движения, и угол дрейфа судна.

Схема скоростей ветров
Рис. 2 Схема скоростей истинного и кажущегося ветра

Анализ сил, действующих на судно, показывает, что наиболее опасный ветер, для компенсации которого требуется максимальная боковая сила рулевого органа, соответствует направлению ϒк = 120÷130°. Максимальный угол дрейфа судна наблюдается при ϒк = 50÷60°.

Ниже приведены формулы для судна с водометом, позволяющие определить угол дрейфа, возникающий при движении судна:

βg=u1+u12+u2(νк/ν)2,        Форм. 6

где:

u1=CYβl¯R+Cmβ2l¯RC2;        Форм. 7

u2=1C2 ρ1ρ QYFD(CYa+Cma/l¯R);        Форм. 8

и потребную боковую силу РРУ:

Y0п=1l¯Rq31β+Cmaρ1ρ QYFD νкν2.         Форм. 9

На основании расчета боковой силы Y0п может быть произведен выбор конструкции РРУ с учетом того, что:

Y0пСYРРУа δRρqs2ν22dc2.         Форм. 10

Угол перекладки РРУ δR в формуле 10 не должен превышать половины от максимального. Расчет выполняется для ϒк = 130° при варьировании соотношения νк, коэффициент q3 1 для судна с водометом определяется по формуле 18 в статье Способы вычисления маневренности судна на криволинейной траектории“Водоизмещающий режим”, а

 CYРРУa 

— по табл. Управляемость малого судна“Производная подъемная сила РРУ”. Переход от значения кажущейся к истинной скорости ветра осуществляется по формуле:

νи/ν=1+(νк/ν)22(νк/ν) cos (γк+βg).         Форм. 11

При выполнении расчетов с использованием шкалы Бофорта (табл. 1) необходимо брать значение скорости, соответствующее верхней границе для данной балльности.

Таблица 1. Шкала Бофорта
БаллХарактер ветраСредняя скорость, м/сБаллХарактер ветраСредняя скорость, м/с
0Штиль0-0,57Крепкий12,5-15,2
1Тихий0,6-1,78Очень крепкий15,3-18,2
2Легкий1,8-3,39
3Слабый3,4-5,210Шторм18,3-21,5
4Умеренный5,3-7,411Сильный шторм21,6-25,1
5Свежий7,5-9,812Жестокий25,2-29
6Сильный9,9-12,4Ураган29,0 и более

Влияние волнения на управляемость судна

При движении малых судов на попутном волнении часто наблюдается явление захвата, при котором судно, увлекаемое попутной волной теряет устойчивость прямолинейного движения, разворачивается, становясь лагом к волне, и получает значительный крен, в результате которого оно может опрокинуться. Перекладка рулевого органа, даже на максимальный угол не выравнивает зарыскнувшее судно; т. е. происходит потеря управляемости.

Захват судна волной происходит при углах набегания волн к ДП 0—30°, при отношении длины волны и длины судна λв/L = 1÷2. При этом скорость судна на тихой воде близка к фазовой скорости волны Со. Соотношение между ними в соответствии с работами:

ν cos χ=C0,         Форм. 12

где:

  • χ — угол набегания фронта волны по отношению ДП.

Кроме того, захват судна волной возможен при указанном выше соотношении длин волны и судна и при условии, что скорости судна в узлах определяется из соотношения:

ν1,35L.         Форм. 13

Чтобы избежать захвата скорость судна должны быть меньше величины, подсчитанной по формуле 13.

Явление захвата и возможного опрокидывания у глиссирующих судов усугубляется резким сужением носовой части и возникающей в связи с этим дифферентовкой на нос. Конструктивные меры, способствующие нейтрализации действия попутного волнения, в этом случае сводятся, как правило, к приполнению носовой оконечности или созданию специальных форм обводов, обладающих стабилизирующим свойством при ходе на волнении. К последним относятся обводы типа „морские сани”.

Влияние течения на управляемость судна

При движении судна на прямолинейном участке реки влияние течения сводится к сносу судна, т. е. к изменению его траектории при совершении циркуляции.

Характеристики управляемости (угол дрейфа, безразмерная угловая скорость) в относительном движении остаются такими же, как и на спокойной воде. Однако изменение скорости относительно воды (уменьшение при ходе вниз по течению и увеличение при ходе вверх) приводит к тому, что при движении вниз судно хуже слушается рулевого органа и более подвержено влиянию ветра. Кроме того, рост абсолютной скорости движения (относительно берега) при движении вниз увеличивает площадь, ометаемую судном при повороте. Вследствие этого маневры, связанные с подходом к причалу и швартовкой, выполняются против течения.

При движении на повороте реки изменяется характер силового взаимодействия между жидкостью и судном, в результате чего изменяются величины βg и

 ω

, а в случае необходимости совершения циркуляции с той же

 ω

, что и на спокойной воде, изменяется величина угла перекладки рулевого органа δR. Это изменение особенно заметно, если скорость течения соизмерима со скоростью судна в относительном движении.

При движении по повороту реки наибольшую сложность представляет движение вверх, поскольку при этом возрастает потребный угол перекладки рулевого органа и уменьшается угол дрейфа по сравнению со спокойной водой. При движении вниз по течению, наоборот, возрастает угол дрейфа и уменьшается угол перекладки рулевого органа (последний может быть даже переложен на сдерживание).

Примеры расчета управляемости малых судов

Расчет характеристик управляемости круглоскулого судна с рулем, установленным за гребным винтом.

1 Главные размерения и характеристики: L = 15,1 м, B = 3,14 м, T = 0,78 м, V = 24,0 м³, D = 24 600 кг, δ = 0,65, φ = 0,72, h = 0,5 м, xg = 0, zg = 1,15 м, ψ1 = 0. Эскиз кормовой оконечности приведен на рис. 3.

2 Максимальная скорость ν = 20 км/ч (5,56 м/с).

3 Данные по рулю:

  • AR = 0,216 м², hR = 0,57 м, bR = 0,38 м, λ = 1,5;
  • профиль NASA,

     t = 0,15,

    tmax = 0,057 м, nR = 1, по чертежу расположения руля относительно винта определяются ARDp = 0,172 м, AR0 = 0,044 м, hв = 0,47 м, zp = 0,45 м и отстояние оси баллера от миделя судна lR = 7,24 м.

4 Данные по ходкости (берутся либо из расчета ходкости, либо из эксперимента) при Dp = 0,6 м (Rp = 0,3) м для скоростей 20 и 10 км/ч (5,56 и 2,78 м/с):

Данные по ходкости
20 (5,56)10 (2,78)
FrL0,4560,228
CTν22,5
ψp0,140,17

5 Определение средней скорости обтекания руля по формулам 32, 33 в статье Управляемость малого судна“Влияние ГВ и корпуса на ГДX руля”

  • при ν = 20 км/ч:

ν¯cp=(10,14)1+0,1720,216·21,385;

vcp=5,56·1,385=7,7 м/с;

  • при ν = 10 км/ч:

ν¯cp=(10,17)1+0,1720,216·2,51,435;

vcp=2,78·1,4353,99 м/с.

6 Проверка руля на аэрацию при ν = 20 км/ч и δR = 30°. По формуле Управляемость малого судна“Определение условного поперечного размера руля” находим dR = 0,057+0,38sin 30° = 0,247;

FrdR=νcp/gdR=7,7/9,81·0,2474,95.

Для заглубления нижнего торца руля hт = 0,65 м по рис. Управляемость малого судна“Зависимость Р1 отношения hТ/dR находим значение коэффициента P1 = 0,85.

Корма круглоскулого судна
Рис. 3 Кормовая оконечность круглоскулого судна (к примеру расчета характеристик управляемости)

Значение числа

 FrdRМ, 

при котором наступает аэрация, определяем по формуле:

FrdRM=2·0,650,247+6·1050,24720,852,49.

Поскольку 

FrdR>FrdRМ, 

аэрация на руле отсутствует.

7 Проверка руля на кавитацию:

находим число кавитации

κ=200/vcp2=200/7,72=3,37.

Поскольку κ > 2,5 то руль не кавитирует.

8 Определение гидродинамических характеристик корпуса.

По чертежу кормовой оконечности (рис. 3) определяем площадь Fп = 0,57 м², шпангоут с номером i = 15,5. По формуле Определение корпусных характеристик в момент взаимодействия судна с водной поверхностью“Определение величины угла ходового дифферента” находим угол ходового дифферента при ν = 20 км/ч:

ψ2=0,13·0,01+0,028sin (5,2·0,4561,9)0,014.

Приведенный коэффициент погруженной части ДП для случая ψ1 = 0 (см. формулу 12 в статье Определение корпусных характеристик в момент взаимодействия судна с водной поверхностью“ГДХ корпуса судна, движущегося в водоизмещающем режиме”):

  • при ν = 10 км/ч:

σD1=1320i FпLT=132015,50,5715,1·0,780,968;

  • при ν0 = 20 км/ч:

σD2=1320iFпT/L+0,054T/Lψ2=0,968+0,0540,78/15,1·0,0140,983.

Безразмерные ГДХ корпуса определяем по формулам 7-11 в статье Определение корпусных характеристик в момент взаимодействия судна с водной поверхностью“ГДХ корпуса судна, движущегося в водоизмещающем режиме”:

CYβ=π0,7815,10,650,725/2 15,16·3,141/3+σD0,96=0,843+σD;

C2=0,723·0,783,141/2 0,70,723/2+1,25(σD0,95)=0,596+1,25(σD0,95);

CYω=23,1415,1 0,65σD=0,271σD;

Cmβ=1,80,7815,1+0,06(0,70,72)+0,97σD=1,062σD;

Cmω=σD40,05+0,580,7815,1=0,0515σD4.

Приведенная площадь ДП:

FD=LTσD=15,1·0,78σD11,78σD.

Значения 

 CYβ, C2, CYω, Cmβ, Cmω 

и FD определяют для скоростей 10 и 20 км/ч:

Определение безразмерных ГДХ корпуса
10201020
σDβ0,9680,983CYω0,280,276
CYβ0,1250,14Cmβ0,0940,079
C20,6180,637Cmω0,04520,0481
FD11,411,58

9 Определение боковой силы на руле.

Производная коэффициента подъемной силы изолированного руля по формуле 18 в статье Управляемость малого судна“Гидродинамические характеристики изолированного руля” для подвесного руля:

CYRa=0,882·3,141+21,52,37.

Определяем по чертежу a1/Rр = 0,17/0,3 ≈ 0,567; hR/Rp = 0,57/0,3 = 1,9 и находим по рис. Управляемость малого судна“Зависимость коэффициента n1 от взаимного расположения и соотношения руля и гребного винта” n1 = 0,465.

Удлинение части руля, расположенной в струе ГВ:

λв=hв2/ARDp=0,472/0,1721,28.

Коэффициент индукции по формуле Управляемость малого судна“Определение коэффициента индукции ГВ” составит:

  • при ν = 20 км/ч:

Kи=61,28+6 1+211+0,1720,216·2·0,465=0,256;

  • при ν = 10 км/ч:

Kм=61,28+6 1+2,511+0,1720,2162,5 0,465=0,284.

Производная коэффициента подъемной силы руля с учетом влияния гребного винта определится по формуле Управляемость малого судна“Производная коэффициента подъемной силы руля”:

  • при ν = 20 км/ч:

CYRPa=2,37(10,256)=1,763;

  • при ν = 10 км/ч:

CYRPa=2,37(10,284)=1,697.

Коэффициент влияния корпуса и винта на руль при κк = 1 по формулам 30 и 31 в статье Управляемость малого судна“Влияние ГВ и корпуса на ГДX руля” составит:

  • при ν = 20 км/ч:

κЕ=κв=0,044+0,1721+20,044+0,172(1+2)=0,61;

  • при ν = 10 км/ч:

κЕ=κв=0,044+0,1721+2,50,044+0,172(1+2,5)=0,566.

10 Расчет коэффициентов вида qij, rij, sij производится по формулам 3-8 в статье Способы вычисления маневренности судна на криволинейной траектории“Водоизмещающий режим”:

  • при ν = 20 км/ч:

q2 1=1,763·0,61·1,38520,21611,58+0,14=0,178;

  • при ν = 10 км/ч:

q2 1=1,697·0,566·1,43520,21611,4+0,125=0,162;

  • при ν = 20 км/ч:

r2 1=1,763·0,61·0,48·1,38520,21611,580,276=0,258;

  • при ν = 10 км/ч:

r2 1=1,697·0,566·0,48·1,43520,21611,480,28=0,262;

  • при ν = 20 км/ч:

s2 1=1,763·1,38520,21611,58=0,0631;

  • при ν = 10 км/ч:

s=1,697·1,43520,21611,4=0,0662;

  • при ν = 20 км/ч:

q3 1=1,763·0,61·0,48·1,38520,21611,580,079=0,0605;

  • при ν = 10 км/ч:

q3 1=1,697·0,566·0,48·1,43520,21611,40,094=0,0766;

  • при ν = 20 км/ч:

r3 1=1,763·0,61·0,482·1,38520,21611,58+0,0481=0,057;

  • при ν = 10 км/ч:

r3 1=1,697·0,566·0,482·1,43520,21611,4+0,0452=0,0538;

  • при ν = 20 км/ч:

s3 1=1,763·0,48·1,38520,21611,58=0,0303;

  • при ν = 10 км/ч:

s3 1=1,697·0,48·1,43520,21611,4=0,0318.

11 Расчет поворотливости.

При определении зависимостей

 ω¯=f(δR); βg=f(δR); D/L=f(δR) 

полагается, что судно одинаково поворачивается на правый и левый борта, поэтому расчет ведется только при перекладке рулевого органа на один борт при δR > 0.

Для неустойчивого судна значения δR < 0 означают перекладку рулевого органа на борт, противоположный направлению циркуляции.

Расчет коэффициентов q и s осуществляется по формулам 21 и 22 в статье Способы вычисления маневренности судна на криволинейной траектории“Маневренность судна и расчеты крена на циркуляции”:

  • при ν = 20 км/ч:

q=0,178·0,057(0,0605)·(0,258)=0,00546;

  • при ν = 10 км/ч:

q=0,162·0,0538(0,0766) (0,262)=0,0114;

  • при ν = 20 км/ч:

s=(0,258) (0,0303)0,057(0,0631)=0,0114;

  • при ν = 10 км/ч:

s=(0,262) (0,0318)0,0538(0,0662)=0,012.

Результаты расчета параметров βg по формуле Способы вычисления маневренности судна на криволинейной траектории“Угол дрейфа судна на установившейся циркуляции”,

 ω

по формуле 2 в статье Способы вычисления маневренности судна на криволинейной траектории“Маневренность судна и расчет крена на циркуляции”, а также

 R=1/ω

и

 D/L=2/ω

в зависимости от δR приведены в табл. 2 и представлены графически на рис. 4, 5.

Таблица 2. Расчет поворотливости судна, движущегося в водоизмещающем режиме
ν0, км/чЭлемент поворотливостиУгол перекладки руля, град/рад
0/05/0,087310/0,17415/0,26220/0,34925/0,43630/0,52335/0,611
10β0,3430,4180,4750,5240,5660,6040,6390,671
ω0,4880,6470,7790,9011,0121,1181,221,316
R2,051,541,281,110,990,90,820,76
D/L4,13,082,562,221,981,81,641,52
20β0,1510,2570,3210,3720,4150,4530,4880,52
ω0,160,3190,4330,5340,6260,7120,7960,876
R6,253,142,311,871,61,41,261,14
D/L12,56,284,623,743,22,82,522,28
ν, м/с5,34,664,13,63,22,822,532,26
Y0, кг-145,4-131,75-93,04-58,55-33,35-14,46-1,857,1
Θ, °3,645,86,195,945,554,934,53,94
Расчеты зависимостей судна
Рис. 4 Результаты расчета зависимостей ω = f(δR), βg = f(δR), D/L = f(δR) круглоскулого судна (ν = 10 км/ч)
Диаграмма с результатами расчета
Рис. 5 Результаты расчета зависимостей ω = f(δR), βg = f(δR), D/L = f(δR) круглоскулого судна (v = 20 км/ч)

12 Определение характеристик устойчивости.

Поскольку q < 0, производится расчет δR кр, βg кр,

 ωкр

по формулам 40-42 в статье Способы вычисления маневренности судна на криволинейной траектории“Устойчивость прямолинейного движения судна”:

  • при ν = 20 км/ч:

δRкр=(0,00546)24·0,637·0,057·0,0114=0,018(~1°);

  • при ν = 10 км/ч;

δRкр=(0,0114)24·0,618·0,0538·0,0122=0,0814(4,66°);

  • при ν = 20 км/ч:

βg кр=(0,00546)2·0,637·0,057=0,0752;

  • при ν = 10 км/ч:

βg кр=(0,0114)2·0,618·0,0538=0,171;

  • при v = 20 км/ч;

ω¯кр=(0,0303) (0,018)+(0,0605)0,07520,057=0,0702;

  • при ν = 10 км/ч;

ω¯кр=(0,0318) (0,0814)+(0,0766)·0,710,0538=0,195.

Соответствующие значения показаны на рис. 4, 5.

13 Оценка устойчивости прямолинейного движения и поворотливости.

По результатам расчета можно сделать вывод, что спроектированное судно имеет хорошую поворотливость, характеризующуюся минимальным диаметром (2,5 длин корпуса) при ν0 = 20 км/ч. Устойчивость прямолинейного движения, определяемая по формуле Управляемость малого судна“Соотношение составляющих гидродинамических сил”, при ν = 20 км/ч близка к требуемой:

 ω0/ω3 0 = 0,160/0,796 = 0,201

и хуже при ν = 10 км/ч:

 ω0/ω3 0 = 0,488/1,22 = 0,4

.

С целью улучшения устойчивости можно рекомендовать либо увеличить площадь дейдвуда, либо дать судну незначительный, в пределах 0,5°, дифферент на корму.

14 Расчёт крена на циркуляции при максимальной скорости ν = 20 км/ч.

Скорость на циркуляции вычисляют по формуле Способы вычисления маневренности судна на криволинейной траектории“Связь между циркуляцией и скоростью судна”:

v0=R¯2R¯2+1,9

v=R¯2R¯2+1,95,56 м/с (данные расчета в табл. 2).

Боковая сила руля:

Y0=CYRpaρ2v02v¯ср2AR [δRκЕ(βg+l¯Rω¯)]=1,7631022·1,3852·0,216[δR0,61(βg+0,48ω¯)]ν02=37,25[δR0,61(βg+0,48ω¯)]ν02 (данные расчета в табл. 2).

По рис. Определение корпусных характеристик в момент взаимодействия судна с водной поверхностью“К определению точки приложения боковой силы корпуса по высоте для круглоскулых судов” определяется точка приложения боковой силы на корпусе В/Т = 3,14/0,78 ≈ 4; zr ≈ 0 и по формуле Способы вычисления маневренности судна на криволинейной траектории“Определение наружного крена по отношению круга циркуляции” рассчитывается зависимость Θ = f(δR):

Θ°=57,324600·0,5[51·11,58ν02(0,14βg+0,637βg2) · 1,15Y0(1,150,45)]=0,00466[679,17ν02 · (0,14βg+0,637βg2)0,7Y0].

Результаты расчета приведены в табл. 2 и на рис. 6.

Расчет характеристик управляемости остроскулого судна с двумя подвесными моторами (поворотными колонками).

1 Главные размерения и характеристики: L = 6 м, Bт = 2 м, T = 0,25 м, V = 1,5 м3, D0 = 1 501 кг, δR = 0,5, φ = 0,77, h = 0,55 м, xт = -3 м (xg = 0), zg = 0,7 м, ψ1 = -1°, β = 12°.

Расчет крена судна
Рис. 6 Результат расчета крена на циркуляции круглоскулого судна (ν = 20 км/ч)

Эскиз кормовой оконечности соответствует рис. Определение корпусных характеристик в момент взаимодействия судна с водной поверхностью“К описанию управляемости глиссирующих судов”

2 Максимальная скорость ν = 35 км/ч.

3

Данные по подвесным моторам и ходкости при nв = 2, Dp = 0,25 м, zp = -0,2,

 zp = 0,9 м

для скоростей 8, 14, 35 км/ч (2,22; 3,89; 9,72 м/с):

Данные по подвесным моторам и ходкости
8 (2,22)14 (3,89)35 (9,72)
FrL0,290,511,27
FrV0,661,162,9
CTν1,20,90,6
ψp000

4 Определение характеристик переложенного подвесного мотора. По рис. Управляемость малого судна“Зависимость Kc от CTv определяют коэффициент Кс:

Определение характеристик переложенного подвесного мотора
CTν1,20,90,6
Kc0,730,780,85

По формулам 42 и 43 в статье Управляемость малого судна“Подвесной мотор (поворотная колонка)” находят параметры

 CYвa, κЕв 

:

  • при ν = 8 км/ч:

CYвa=1,21+1,2(10,73)1+1,21=0,995;

κЕв=11+1,2=0,674;

  • при ν = 14 км/ч:

CYвa=0,722; κЕв=0,725;

  • при ν = 35 км/ч:

CYвa=0,43; κЕв=0,83.

5 Определение характеристик управляемости при движении в водоизмещающем (ν0 = 8 и 14 км/ч) режиме Расчет характеристик управляемости при ν0 = 14 км/ч представляет интерес, поскольку соответствует движению судна, физически близкому к переходному режиму.x.

Этот расчет принципиально ничем не отличается от примера расчета, изложенного ранее, только вместо формул, относящихся к случаю расположения на судне руля, нужно использовать выражения, соответствующие установке подвесных моторов.

При этом приведенный коэффициент полноты диаметрали σD определяется по формуле:

  • при ν = 8 км/ч:

σD=1+0,054T/Lψ1=1+0,0540,25/6(0,0174)=0,977;

  • при ν = 14 км/ч:

σD = 1+0,054T/L(ψ1+ψ2) = 1+0,0540,25/6(0,0174+0,0204) = 1,004

(ψ2 — угол ходового дифферента, при FrL = 0,51, ψ2 = 0,0204).

Результаты расчета в виде зависимостей 

 ω¯=f(δR) и D/L=f(δR) 

при ν = 8 км/ч и ν = 14 км/ч приведены на рис. 7, 8.

Расчет зависимости остроскулого судна
Рис. 7 Результаты расчета зависимости ω = f(δR) остроскулого судна.
1 – водоизмещающий режим (ν = 8 км/ч); 2 – то же (ν = 14 км/ч); 3 – глиссирующий режим (ν = 35 км/ч)
Результаты расчета зависимости
Рис. 8 Результаты расчета зависимости D/L=f(δR) остроскулого судна.
1 – водоизмещающий режим (v = 8 км/ч); 2 – то же (v = 14 км/ч); 3 – глиссирующий режим (v = 35 км/ч)

6 Определение исходных данных для расчета характеристик управляемости в глиссирующем режиме (ν = 35 км/ч):

Frв=νgBтр=9,729,81·2=2,195;

x¯тр=xтрВтр=3,02=1,5;

z¯p=zpBтр=0,92=0,45;

приведенная производная боковой силы подвесных моторов по формуле Способы вычисления маневренности судна на криволинейной траектории“Производная коэффициента боковой силы для подвесного мотора”:

CYa=0,43π4 0,25222·2=0,0106.

7 Расчет составляющих ГДХ корпуса при движении в режиме глиссирования по формулам 18-23 в статье Определение корпусных характеристик в момент взаимодействия судна с водной поверхностью“ГДХ корпуса судна, движущегося в режиме глиссирования”:

CYГβ=3,14·1,22(0,178/2)2cos 2,5°=0,0303;

lβ=1/2(3+1/3·0,178ctg 2,5°)=0,9;

CYГω=21,523=0,375;

lω=12(2·3+12·0,178ctg 2,5°)=2,101;

lΘ=123,142·0,9112sin2 120·0,1780,7=1,191;

lΘ*=0,1782 3,14·57,34·12 3,14·57,32·1210,72=1,82.

Таблица 3. Расчет поворотливости судна, движущегося в глиссирующем режиме
Элемент поворотливостиУгол перекладки руля, град
051015202530
δR00,08730,1740,2620,3490,4360,523
ωB00,007790,01550,02340,03110,03890,0466
ω00,02340,04650,07020,09330,1170,14
D/L085,54328,521,417,114,3
θ0-1,91-3,82-5,73-7,64-9,55-11,46

8 Расчет поворотливости и определение крена на циркуляции при движении в глиссирующем режиме по формулам 26 и 27 в статье Способы вычисления маневренности судна на криволинейной траектории“Глиссирующий режим”:

ω¯B=0,01060,0303(1,50,90,451,191)0,3752,1952+0,0303·39·0,0439(1,821,1911)·(1,50,91)[0,9(2,101)]0,3752,1952+39·0,0436(1,821,1911)·{0,375+0,0303[0,92,101]} δR=0,0106·0,1180,0303·0,463 δR=0,0892δR;

Θ°=0,01060,0303(1,50,90,451,191)·0,375+0,0303[0,9(2,101)](10,451,191)0,463 δR0=0,0106·0,5060,0303·0,463δR0=0,382δR0;

ω = ωВLВт = ωВ62 = 3ωВ.

Результаты расчета приведены в табл. 3 и на рис. 7-9 в виде зависимостей ωB = f(δR), Θ = f(δR), ω = f(δR), D/L = f(δR).

Расчеты зависимостей судна, движущегося в глиссирующем режиме
Рис. 9 Результаты расчета зависимостей ωB = f(δR), θ = f(δR) остроскулого судна, движущегося в глиссирующем режиме (v = 35 км/ч)

Из результатов расчета следует очевидный вывод о том, что для совершения крутой циркуляции необходимо перед перекладкой рулевого органа снизить скорость, т. е. перейти из глиссирующего режима движения в переходный или водоизмещающий.

Сноски
Sea-Man

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Декабрь, 09, 2020 1182 0

Канал сайта в Telegram

Добавить комментарий

Читайте также

Текст скопирован
Пометки
Избранные статьи
Loading

Здесь будут храниться статьи, сохраненные вами в "Избранном". Статьи сохраняются в cookie, поэтому не удаляйте их.

Статья добавлена в избранное! Перезагрузка...