Рух судна з перекладеним кермом.

Процесс поворота судна с переложенным рулем называется циркуляцией.

Траектория, описываемая судном под влиянием переложенного на определенный угол руля, характеризуется радиусом циркуляция R_Ц. Поскольку при прямолинейном движении R_ц= ∞, то очевидно, что после перекладки руля радиус R_ц начинает уменьшаться. После окончания переходного процесса траектория судна по форме приближается к окружности, т. е. радиус приобретает установившееся значение R ц = R _УСТ, так как линейная и угловая скорости, отношением которых определяется значение радиуса, становятся приблизительно постоянными.

Для сопоставимости поворотливости различных судов радиус циркуляции выражают в безразмерном виде

Для сопоставимости поворотливости различных судов радиус цир­куляции выражают в безразмерном виде , где R — относительный радиус; L — длина судна.

Величина, обратная радиусу, называется кривизной. Ее также удобно выражать в безразмерном виде

, где — относительная кривизна траектории или безразмерная угловая скорость; w_уст — установившаяся угловая скорость, рад/с; V _уст — установившаяся линейная скорость судна, м/с.

30. Вплив параметрів руля і корпуса на керованість судна.

На управляемость судна оказывают влияние параметры корпуса, к которым в первую очередь относятся: отношение длины к ширине L/B, коэффициент обшей полноты δ, дифферент, а также форма кормовой оконечности, характеризуемая площадью кормового подзора (площадь подреза кормы) f_к.

Площадь f_к ограничивается кормовым перпендикуляром, линией киля (базовой линией) иконтуром кормы. В качестве критерия sподреза кормы можно использовать коэффициент _к;

, где d— средняя осадка, м. s _к является коэффициентом полноты площади ДП.

К параметрам руля, существенно влияющим на управляемость, относятся его площадь, форма и размещение. Форма руля характеризуется его относительным удлинением, определяемым по формуле,

, где h— высота руля по баллеру, м; Sp— площадь пера руля,м².

Рассмотрим отдельно влияние каждого из перечисленных параметров на управляемость.

Дифферент. Увеличение дифферента на корму приводит к смещению ЦБС от миделя в сторону кормы, поэтому возрастает устойчивость на курсе и ухудшается поворотливость. С другой стороны, дифферент на нос резко ухудшает устойчивость на курсе — судно становится рыскливым, что усложняет маневрирование в стесненных условиях.

Отношение L/B. Увеличение отношения L/B приводит к росту сопротивления поперечному перемещению (росту поперечной гидродинамической силы R_v), что приводит к уменьшению угла дрейфа на циркуляции и, следовательно, к сохранению высокой линейной скорости, так как лобовое сопротивление при малых углах дрейфа возрастает незначительно. Кроме того, возрастает демпфирующее влияние гидродинамического момента m_r, входящего в третье уравнениесистемы, что приводит к уменьшению угловой скорости w) (скорости изменения курса). Таким образом, суда с относительно большем отношением L/B обладают худшей поворотливо­стью и лучшей устойчивостью на курсе.

Площадь руля Sp. Увеличение Sp увеличивает поперечную силу руля P_ру, но в то же время возрастает и демпфирующее действие руля. Практически получается, что увеличение площади руля приводит к улучшению поворотливости лишь при больших углах перекладки.

lОтносительное удлинение руля _р. Увеличение l_р при неизменной его площади Sp приводит к возрастанию поперечной силы руля, что приводит к некоторому улучшению поворотливости.

Расположение руля. Если руль расположен в винтовой струе, то скорость натекания воды на руль возрастает за счет дополнительной скорости потока, вызванной винтом, что обеспечивает значительное улучшение поворотливости. Этот эффект особенно проявляется на одновинтовых судах в режиме разгона, а по мере приближения скорости к установившемуся значению уменьшается.

31. Аналітичний спосіб визначення елементів циркуляції.

Аналитический (расчетный) способ является по своей сути письменным (теоретическим) счислением на основе каких-либо имеющихся данных.При использовании аналитического метода определения циркуляции учитывают, что отклоненный от прямого положения руль вызывает воздействие гидродинамических сил, в результате которых происходит боковое перемещение судна и его разворот относительно оси с измерением крена и дифферента. Существующие аналитические методы расчета элементов циркуляции при различных вариантах загрузки и углах перекладки руля имеют очень низкую точность и практически не используются.

32. Експериментально-розрахунковий спосіб визначення елементів циркуляції.

При расчетно-экспериментальных методах по измерению отдельных элементов циркуляции расчетным путем корректируют оставшиеся элементы циркуляции.

Способ основывается на определении элементов циркуляции из натуральных наблюдений (данных полученных опытным путем) и вычислений по общепринятым формулам. 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 параметров:

Д₀ – диаметр установившейся циркуляции, м; Д_т – тактический диаметр циркуляции, м; Д_к – диаметр циркуляции кормовой оконечности судна, м; l₁ – выдвиг, м; l₂ – прямое смещение, м; ΔS – ширина полосы движения на циркуляции, м; Т_ц – период циркуляции, с; β – угол дрейфа судна на циркуляции, град; и по ним строится кривая циркуляции для двух водоизмещений и двух перекладок руля.

Примеры некоторых расчетов: диаметр установившейся циркуляции с некоторыми допущениями рассчитывается по эмпирической формуле Шенхера

Период установившейся циркуляции определяется по формуле:

Ширина полосы движения судна на циркуляции определяется по формуле:

33. Сили і моменти, що виникають на гвинті при маневруванні.

Корабельные винты — гидрореактивные движители. Они создают силу тяги за счет реакции масс воды, отбрасы­ваемых в сторону, противоположную движению корабля. При маневрировании винты формируют и подвергаются воздействию следующих сил:

1. Рулевая сила (Р_у) является главной для создания вращающего момента при управлении судном. Значение рулевой силы получают путем разложения полной силы гидродинамического давления воды на руль Р на две составляющие: поперечно-перпендикулярную диаметральной плоскости судна Р_у, и продольную составляющую Р_х, направленную вдоль нее. Сила Р_х значительно меньше силы Р_у и ей обычно пренебрегают при управлении судном.

2. Сила набрасываемой струи Су является поперечной (тангенциальной) составляющей силы винтовой струи и действует на руль или корпус судна в зависимости от направления вращения винта

3. Сила реакции (Д) возникает вследствие сопротивления воды вращению лопастей винта. Направление силы реакции зависит от режима работы винта – вперед – назад.

4. Сила попутного потока (в) приложена к винту и зависит от попутного потока воды, образующегося за кормой движущегося судна. Сила попутного потока проявляет себя в наибольшей степени на переднем установившемся ходу, вызывая уклонение кормы судна в сторону, обратную вращению винта независимо от работы винта (вперед/ назад).

5. Сила всасывания струи (В) является осевой составляющей винтовой струи и возникает при работе винта назад. Сила В действует только на переложенный руль и соответственно, как и сила С_х на переднем ходу, увеличивает рулевую силу на заднем ходу.

34. Взаємодія гвинтового струменя з кермом і корпусом судна.

Для более полной оценки влияния боковых сил на поведение судна необходимо учитывать взаимодействие винтовой струи с рулем и корпусом судна. Гребной винт при вращении вперед или назад не только отбрасывает поток воды в противоположную сторону, но и его закручивает, т. е. придает потоку не только поступательную (аксиальную), но и окружную (тангенциальную) скорость. При этом, независимо от направления вращения винта, в верхней части диска за счет влияния близкой поверхности тангенциальная скорость потока меньше, чем в нижней.

При работе винта правого вращения на передний ход закручивание потока приводит к косому натеканию воды на руль. Скос потока в верхней половине струи направлен вправо, а в нижней – влево. Причем скос потока в нижней части благодаря повышенной тангенциальной скорости больше, чем в верхней, а отсюда и сила воздействия струи на единицу площади руля внизу больше. Если площадь пера руля, попадающая в струю, распределяется поровну между верхней и нижней половинами струи, то на переложенный руль будет воздействовать результирующая сила набрасывания воды или сила набрасываемой струи «с», которая стремится сместить корму влево.

При вращении винта назад закругленный поток воды набрасывается на корму. Т. к. поток закручивается против часовой стрелки, то с правого борта под кормовым подзором создается повышенное давление воды, а с левого борта – пониженное. В связи с перепадом давления результирующая сила – сила набрасывания струи на корпус, всегда направлена влево, т. е. стремится развернуть корму влево. Сила этого потока не влияет на руль, находящийся в прямом положении (в ДП). При руле, положенном вправо, струя потока воды будет оказывать давление на левую сторону пера руля и вызовет понижение давления с его правой стороны – корма будет стремиться идти вправо. При левом положении руля корма судна будет уклоняться в сторону переложенного руля.

35. Маневрування одно гвинтового судна з урахуванням бічних сил гвинта і керма.

Маневрирование одновинтового судна (винт правого вращения) обеспечивается гидродинамическим взаимодействием подводной части корпуса судна, винта и руля. Установленный в ДП позади винта руль высокоэффективен, так как при некотором его отклонении от среднего положения струи работающего винта создают давление на руль, пропорцией, площади пера руля, углу его поворота и скорости набегающего потока. Когда руль положен на борт, а двигателю дают кратковременный малый, средний или, редко, полный ход вперед, создается усилие, разворачивающее судно на месте. Поворот на противоположный курс лучше делать через правый борт, так как радиус циркуляции вправо меньше и при работе двигателя на задний ход корма будет двигаться влево, ускоряя разворот. Условия маневрирования одновинтового судна, оснащенного винтом левого вращения, противоположны указанным.

36. Керованість одно гвинтового судна на задньому ходу. Управління багато гвинтовими судами.

Пока судно не приобретет достаточную скорость заднего хода, положение пера руля на поворотливость судна влияния не оказывает. Как только судно разовьет определенную скорость заднего хода и перо руля будет находиться в массе встречного потока воды, образованного движением судна, положение пера может заставить судно пойти кормой в сторону переложенного руля. В этом случае на руль будут действовать две силы: сила встречной воды, возникающая от движения судна назад, и сила всасываемой струи, порождаемая засасывающим действием винта при его работе на задний ход. Одновинтовые суда слушаются руля на заднем ходу лучше, когда винт не работает и судно движется назад с наибольшей скоростью. Однако рассчитывать на это можно только в штилевую погоду при достаточной осадке.

Маневрирование двухвинтового судна (винты разного шага на соответствующем борту) упрощается по сравнению с одновинтовым, по причине улучшения их маневренности за счет того, что каждый из винтов разнесен на некоторое расстояние от ДП судна. А это создает плечо и появляется разворачивающий момент, который улучшает поворотливость судна. Двухвинтовое судно за счет маневрирования (реверсов) винтами может развернуться без помощи руля практически на месте или небольшой акватории. При работе обоих винтов на передний или задний ход и при положении руля прямо судно будет меньше уклоняться в стороны.

Трехвинтовые суда обладают маневренными свойствами одно- и двухвинтовых судов. При наличии трехвинтов судно может в широких пределах менять циркуляцию. Для разворота такого судна требуется небольшая акватория. В этом случае обычно работают средним винтом на передний ход, а бортовыми «враздрай», руль должен быть переложен на борт в сторону разворота судна. На четырехвинтовых судах винты попарно расположены с каждого борта. Управляемость этими судами такая же, как и двухвинтовыми,а техническое обслуживание и управление с мостика усложняются.

37. Аеродинамічні сили, діючі на судно в умовах вітру.

Сила ветра оценивается в баллах по двенадцати бальной шкале и сведена в таблицу. Для каждого значения силы ветра, выраженной в баллах, в таблице приведены средние значения, а также нижние и верхние пределы скорости ветра, выраженные в м/с, км/час и в узлах. В таблице приведены также средние значения давления ветра на нормальную к ветру поверхность, выраженные в кгс/м².

Скорость ветра в судовых условиях измеряется над верхним мостиком с помощью анемометра. При этом измеряется непосредственно, так называемая, кажущаяся скорость ветра W, вектор, который представляет из себя разность двух векторов - вектора истинного ветра W_и и вектора скорости судна V, т.е

На неподвижном судне W = W_и.

Вектор кажущегося ветра, помимо скорости, характеризуется курсовым углом q_w, т.е. углом между носовой частью диаметральной плоскости и кажущимся направлением ветра (за направление ветра принимается то, откуда дует ветер).

Курсовые углы измеряются от 0° до 180° вправо и влево от ДП, Равнодействующая сил давления ветра на надводную часть - аэродинамическая сила А, благодаря вытянутой форме надводной части судна (форма крыла), не совпадает в общем случае с направлением кажущегося ветра, а отклоняется в сторону траверсного направления.

При рассмотрении вопросов движения судна надводная и подводная части корпуса судна рассматриваются как крыло, обладающее двумя свойствами: точка приложения равнодействующей, смещается к передней кромке по направлению движения; равнодействующая стремится по направлению к нормали к поверхности.

Под аэродинамическими силами и моментами понимают усилия, обусловленные перемещением судна относительно воздуха и приложенными к надводной части корпуса судна. Эти силы достигают значительных величин при наличии ветра. Они зависят от скорости ветра, скорости судна, площади и конфигурации надстроек, расположения и габаритов палубного груза, а также от угла между ветровым потоком и диаметральной плоскостью судна.

38. Зміна точки додатку аеродинамічної сили при маневруванні.

39. Вплив вітру на судно при плаванні постійним курсом.

Каждое судно подвержено действию ветра в разной степени. Действие ветра на судно зависит от его силы и направления, от общей площади подводной части, от парусности судна, его осадки и водоизмещения.

а — увальчивость; б — рыскливость

Площадь парусности судна определяется общей площадью надводного борта корпуса, надстроек и устройств, оказывающих сопротивление ветру. Точка приложения равнодействующей всех сил действия ветра называется центром парусности. Боковой ветер сбивает судно с направления, заданного ему курсом, т. е. создает дрейф судна. Дрейф уменьшается с увеличением скорости хода судна; он тем меньше, чем больше осадка судна.

От взаимного расположения центра тяжести и центра парусности зависят свойства судна, которые называют увальчивостью или рыскливостью. Увальчивостью или стремлением уклониться от ветра обладает судно, у которого центр парусности находится к носу от центра тяжести. Рыскливостью или стремлением идти к ветру обладают суда, у которых центр парусности расположен к корме от центра тяжести. Следовательно, эти свойства судна можно регулировать перемещением грузов или пассажиров на судне в нос или в корму. Для держания судна на курсе при увальчивости приходится перекладывать руль на ветер, а при рыскливости — под ветер. В обоих случаях руль находится не в диаметральной плоскости судна и создает дополнительное сопротивление, что уменьшает скорость хода. Однако рыскливое судно ведет себя лучше увальчивого в штормовых условиях, когда положение судна носом к волне безопаснее, чем по волне или бортом к ней.

40. Кут вітрового дрейфу і його визначення.

41. Умови збереження керованості при вітрі і хвилюванні.

42. Втрата керованості 1-го і 2-го роду.

Поведение судна в условиях ветрового воздействия существенно зависит от его посадки и скорости движения. При малыхскоростях движения судна момент, создаваемый рулем может оказаться недостаточным для удержания судна на курсе, и судно разворачивается на ветер.Такое явление называется потерей управляемости первого рода.

При очень сильных ветрах, скорость судна заметно снижается. Если при этом судно имеет значительный дифферент на корму, что часто наблюдается у судов в балласте, вместо наблюдавшегося стремления разворачиваться на ветер, судно начинает уваливаться под ветер. Такое явление называют потерей управляемости второго рода.

43. Класифікація засобів управління.

Средства управления судном подразделяются на:

- основные;

- вспомо­гательные.

К основным средствам, используемым для управления судном во время его движения, в свою очередь, относятся:

- пассивные рули;

- поворотные насадки,

- крыльчатые движители.

К вспомогательным средствам, используемым для управляемости судна на предельно малых ходах и при движении по инерции с неработающими главными двигателями, относятся:

- активные рули,

- подруливающие устройства.

На большинстве морских судов установлены пассивные рули различных типов, располагаемые позади гребного винта в виде вертикального крыла. Они относятся к главным средствам управления.

Пассивные рули являются составными элементами рулевых устройств, предназначенных для обеспечения управляемости судна при достаточно высоких скоростях хода, а активные – только для улучшения маневренности судна при предельно малых скоростях или при отсутствии хода; к ним относятся подруливающие устройства, или винты малой мощности, встроенные в перо пассивного руля.

44. Засоби активного управління і їх характеристика.

Для улучшения маневренных характеристик используются средства активного управления (САУ), которые позволяют создавать силу тяги в направлениях, отличных от направления диаметральной плоскости судна. К ним относятся: крыльчатые движители, активные рули, подруливающие устройства, поворотные винтовые колонки и раздельные поворотные насадки.

Крыльчатые движители (КД). Применяются в качестве основного движителя на буксирах, паромах, плавкранах, рыболовных судах и в виде вспомогательного средства управления на больших пассажирских судах и танкерах. КД позволяет создавать силу тяги в любом направлении и изменять ее величину, тем самым обеспечивая хорошую поворотливость судов и хорошие тормозные качества. Недостатки КД: сложность конструкции и его относительно большая масса; суда, имеющие КД в качестве основного движителя, не приспособлены для плавания в открытом море, т.к. на волнении диск и лопасти подвергаются большим напряжениям; при плавании во льдах КД требует надежной конструктивной защиты; фактическая осадка судна увеличивается на длину лопасти.

Активные рули (АР). Это рули с установленными на них вспомогательными винтами, расположенными обычно на задней кромке пера руля. Активными рулями оборудовано большое количество транспортных и промысловых судов. АР перекладывается с борта на борт обычной рулевой машиной, но с целью повышения эффективности руля предельные углы его перекладки увеличиваются до 70°—90°. АР используется на малых скоростях до 5 уз. При больших скоростях винт АР отключается, и перекладка руля осуществляется в обычных пределах — до 35° на каждый борт.АР позволяет осуществлять повороты не только на малых скоростях, но и при отсутствии хода. При маневрировании на стесненных акваториях винт АР может использоваться в качестве основного движителя, что обеспечивает высокие маневренные качества судна. К недостаткам АР относится усложнение конструкции пера руля и повышение сопротивления движению судна при больших скоростях.

Подруливающие устройства (ПУ). Необходимость создания эффективных средств управления носовой оконечностью судна привела к оборудованию судов подруливающими устройствами. ПУ создают силу тяги в направлении, перпендикулярном диаметральной плоскости судна независимо от работы главных движителей и рулевого устройства. Подруливающими устройствами оборудованы большое количество судов самого разного назначения, в том числе практически все суда типа Ро—Ро. В сочетании с винтом и рулем ПУ обеспечивают высокую маневренность судна: возможность разворота на месте при отсутствии хода, при этом центр вращения располагается позади ЦТ судна на расстоянии, примерно равном 0,15 длины судна; отход или подход к причалу практически лагом. При движении судна малыми скоростями совместная работа винта, руля и ПУ обеспечивает высокую поворотливость, поскольку сила тяги ПУ может создавать дополнительный момент, способствующий развороту судна в ту или иную сторону.

Раздельные поворотные насадки (РПН). Поворотная насадка — это стальное кольцо, профиль которого представляет элемент крыла. Площадь входного отверстия насадки больше площади выходного. Гребной винт располагается в наиболее узком ее сечении. Поэтому увеличивается скорость протекания жидкости через сечение винта и, следовательно, повышается его КПД. Поворотная насадка устанавливается на баллере и поворачивается до 40° на каждый борт, заменяя руль, причем в этом качестве насадка имеет большую эффективность, чем обычный руль, поскольку боковая сила, разворачивающая судно, создается за счет изменения направления силы тяги винта, которая существенно больше боковой силы руля.

РПН установлены на многих транспортных судах, главным образом речных и смешанного плавания, и обеспечивают их высокие маневренные характеристики.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: