Определение элементов поворотливости судна

На глубокой воде

Для расчета элементов необходимо знать главные размерения, коэффициент полноты, массу судна, скорость на прямом курсе при номинальном режиме энергетической установки – , сопротивление воды движению судна – R₀ при скорости .Кроме того, необходимо знать тип рулевого органа и размеры рулей (насадок). Все эти данные по серийным судам можно взять в работе [10].

Определение кинематических и геометрических параметров циркуляции, необходимых для построения ее схемы, осуществляется по методике, изложенной в учебниках [2, 3].

3.1.1. Рассчитываются гидродинамические коэффициенты корпуса судна по формулам [2] для грузовых судов:

(1)

Для пассажирских судов и толкаемых составов гидродинамические коэффициенты определяются по следующим формулам [2]:

(2)

где – коэффициент продольной остроты судна;

 – коэффициент полноты водоизмещения;

 – коэффициент полноты мидель-шпангоута;

L, B, T – соответственно расчетные длина, ширина и осадка судна, м;

 – коэффициент полноты диаметрального батокса, расположенного в корму ( =0,88–0,96);

 – коэффициент присоединенных масс, определяемый по формуле [2]:

.

(3)

3.1.2. Определяются параметры движительно-рулевого комплекса (ДРК). Для судов, оснащенных рулями, размеры пера руля определяются из его площади, м²:

,

(4)

где  – коэффициент, принимаемый при определении площади пера руля; =0,020–0,070 для пассажирских и грузовых самоходных судов. Из двух величин для расчета следует выбирать наименьшую, т.е. =0,020;

 – общая площадь рулей, м²;

Т– соответственно расчётные длина и осадка судна, м;

Z–число рулей.

Высота пера руля  принимается больше диаметра винта :

,

(5)

и должна удовлетворять условию

.

(6)

Выбираем форму пера руля, близкую к прямоугольной, при этом высота пера руля, м, должна быть больше длины пера руля, м: , т.е.

.

(7)

Относительное удлинение руля определяется по выражению:

.

(8)

3.1.3. Поворотные насадки. Для расчета параметров ДРК(«винт-насадка») необходимо знать длину насадки  и коэффициент её расширения

.

(9)

Величину принимаем в пределах:

.

(10)

Площадь диска винта,м², будет равна

(11)

3.1.4. Расчет кинематических параметров циркуляции судов, оснащенных рулями, производится по формулам [2].

Скорость потока обтекания руля, м/с, с учетом попутного потока

,

(12)

где  – скорость движения судна, м/с;

– коэффициент попутного потока.

Коэффициент попутного потока

(13)

где – коэффициент полноты водоизмещения;

– объемное водоизмещение судна, м³;

 – диаметр винта, м;

– коэффициент ( =1 – для винтов в ДП и =2 – для бортовых винтов).

Коэффициент нагрузки винта по упору определяется по формуле

,

(14)

где  –плотность пресной воды, 1 т/м³;

 – скорость подтекания воды к винту определяется по формуле (12), м/с;

 – количество винтов, ед;

– площадь диска винта определяется по формуле (11), м²;

 – упор винта, кН [2]:

(15)

где  – коэффициент засасывания ( );

 – полезная тяга винтов при движении со скоростью , кН;

 – общее сопротивление движению корпуса судна при скорости , кН.

Коэффициент влияния корпуса и винта на скорость потока, обтекающего руль, определяется следующим образом:

,

(16)

где – коэффициент, учитывающий изменение аксиальной скорости в зависимости от удаленности рассматриваемого сечения от винта, который определяется по формуле[4]:

,

(17)

где – коэффициент, учитывающий расстояние от плоскости диска винта до центра давления на рули, ;

 – диаметр винта, м.

Коэффициент гидродинамических сил, действующих на рули, определяется по формуле

,

(18)

где  –градиент коэффициента подъемной силы руля, определяемый по формуле

;

(19)

 – площадь руля, м²;

– коэффициент влияния корпуса и винта на скорость потока;

 – количество рулей, ед.;

 –площадь погруженной части диаметрального батокса, м²:

;

(20)

 – коэффициент полноты диаметрального батокса.

3.1.5. Расчет кинематических параметров циркуляции судов, оснащенных комплексом «винт – поворотная насадка», производится по формулам [2].

Коэффициент нагрузки комплекса по упору

,

(21)

где  –упор комплекса «винт – поворотная насадка» определяется по формулам (15), кН.

, м/с,

(22)

 – коэффициент попутного потока определяется по формуле (13);

0,6 – для винтов, расположенных по бортам судна;

0,7 – в диаметральной плоскости судна.

Аксиальная скорость комплекса «винт-насадка»

,

(23)

где – коэффициент расширения насадки, по формуле (10).

Величина градиента коэффициента подъемной силы насадки, определяется, следующим образом:

(24)

где  – коэффициент взаимодействия с корпусом судна, =0,95;

 – скорость подтекания воды к комплексу «винт-насадка», =0,95;

 – относительное удлинение насадки, определяется по формуле (9).

(25)

где  –число винтов в поворотной насадке.

.

(26)

где  –площадь погруженной части диаметрального батокса, определяемая по формуле (20), м².

3.1.6. Определение коэффициентов  для рулей производится по следующим формулам:

(27)

Коэффициент определяется по формуле [2]:

.

(28)

где  – объемное водоизмещение судна, м³;

 – площадь погруженной части диаметрального батокса,

определяется по формуле (20), м²;

– расчетная длина судна, м;

 – относительное отстояние ДРК от центра масс (ЦМ) судна,

определяется по формуле

3.1.7. Определение коэффициентов для комплекса «винт – поворотная насадка» производится по следующим формулам:

(29)

3.1.8.Угол дрейфа по центру масс (ЦМ) судна, град., в установившийся период циркуляции  определяется по формуле [2]:

.

(30)

3.1.9.Безразмерная угловая скорость на циркуляции  определяется по формуле[2]:

.

(31)

3.1.10.Безразмерная линейная скорость на циркуляции  определяется по формуле[2]:

.

(32)

3.1.11. Относительный радиус циркуляции определяется по формуле[2]:

(33)

3.1.12. Угол дрейфа, град., по кормовой оконечности судна или состава  определяется по формуле[2]:

.

(34)

Здесь  – отстояние ДРК от центра масс судна, , м.

Расчет кинематических и геометрических параметров установившейся циркуляции производится при углах перекладки рулевых органов = 5; 15; 25; 35 град.

Результаты расчетов параметров циркуляции приводятся в табличной форме (Табл.1).

Таблица 1