Элементы циркуляции транспортных судов
Поворотливость судов принято характеризовать элементами циркуляции, выраженными в длинах корпуса между перпендикулярами, при положении руля на борту (рис. 2.3). Наиболее важными элементами циркуляции являются выдвиг l1 и тактический диаметр циркуляции Dт. Выдвиг характеризует способность судна уклоняться от находящегося впереди препятствия, а все элементы в целом — его способность безопасно маневрировать в стесненных условиях.
На элементы циркуляции судна оказывают влияние угол перекладки руля у, дифферент и осадка.
С уменьшением угла перекладки руля все элементы циркуляции возрастают. При угле перекладки γ=15° выдвиг и тактический
диаметр циркуляции увеличиваются в 1,5—2 раза (рис. 2.4). Влияние дифферента связано с положением центра сопротивления судна. С увеличением дифферента на корму элементы циркуляции возрастают. Наоборот, дифферент судна на нос уменьшает циркуляцию, т. е. поворотливость судна улучшается. Влияние осадки на циркуляцию неоднозначно. При одном и том же дифференте уменьшение осадки улучшает поворотливость, что объясняется увеличением относительной площади пера руля. Однако у большинства современных судов уменьшение осадки сопровождается увеличением дифферента на корму, в результате чего диаметр циркуляции остается практически неизменным.
Потравливая якоря в воду, можно уменьшить элементы циркуляции. За счет смещения центра сил сопротивления в нос и увеличения частоты вращения винта при той же скорости (см. рис. 2.4) поворотливость судна улучшится, что особенно эффективно при малых скоростях хода. На рис. 2.5 приведены результаты испытания теплохода «Профессор Щеголев» водоизмещением 9100 т. В воду вытравливалось по одной смычке каната.
|
|
|
Существенное влияние на элементы циркуляции оказывает крен судна. Увеличение диаметра циркуляции в сторону крена и уменьшение в противоположную сторону объясняются избыточным давлением воды на скулу со стороны накрененного борта. Суждение о степени влияния крена на циркуляцию дает пример испытания турбохода "Академик Шиманский" длиной 169 м, который в полном грузу с дифферентом 0,3 м на нос и креном 1,7° на правый борт имел циркуляции, показанные нарис. 2.6.
Во время циркуляции под действием силы Rрx снижается скорость судна. Степень снижения скорости зависит от угла перекладки руля. У судна с лучшей поворотливостью, т. е. с крутой циркуляцией, наблюдается большее падение скорости. Таким образом, на степень снижения скорости одного и того же судна влияют его дифферент и крен.
Элементы циркуляции, в частности выдвиг, мало зависят от скорости, которую имеет судно в начале поворота. Обычно с уменьшением скорости диаметр циркуляции немного уменьшается. Существенное уменьшение диаметра бывает только у быстроходных судов. В отличие от выдвига тормозной путь существенно зависит от начальной скорости судна и его водоизмещения. У транспортных судов величина выдвига находится в пре
|
|
|
делах трех-четырех длин судна, что соответствует тормозному пути судна в грузу при торможений с малого переднего хода или в балласте при торможении со среднего хода. Это должно учитываться при обосновании маневра уклонения от находящегося впереди препятствия.
Влияние на управляемость совместной работы винта и руля.
Значительное влияние .угла перекладки руля на циркуляцию связано с действием гидродинамической силы Rf. Величина силы rpзависит от скорости встречного потока и скорости потока, отбрасываемого винтом. Давление встречного потока обозначают буквой А. Скорость потока, закрученного винтом в спираль, имеет две составляющие: осевую и окружную. Давление осевой составляющей на переложенный руль называют силой винтовой отработки и обозначают Сво (рис. 2.7, а). Окружная составляющая потока действует на верхнюю и нижнюю части руля в противоположных направлениях. При винте правого шага поток набрасывается на нижнюю часть пера справа лопастью, перемещающейся из правого положения в нижнее, и на верхнюю часть пера слева лопастью, перемещающейся из левого положения в верхнее. :Струя воды, набрасываемая справа, стремится уклонить корму влево, а набрасываемая слева стремится уклонить корму вправо. По мере увеличения глубины возрастает гидростатическое давление, поэтому сила,
|
|
|
уклоняющая корму влево, превышает, силу, уклоняющую корму вправо. При винте левого шага направление действия сил обратное. Результирующую силу набрасываемой струи обозначают С, эта сила действует на руль и тогда, когда он находится в прямом положении. Таким образом, при перекладке руля полная гидродинамическая сила рассчитывается так:
Rp=A+Cв.о±С,
где знак у силы С зависит от стороны перекладки руля.
Величина силы А зависит от скорости судна, а силы Св.о— от частоты вращения винта. При установившихся скорости судна и частоте вращения винта сила винтовой отработки составляет 30—40% силы встречного потока. С увеличением частоты вращения винта сила Св.о, а следовательно, и сила Rр возрастают и поворотливость судна улучшается. Это происходит до тех пор, пока скорость судна не будет соответствовать новой частоте вращения винта, т. е. в эволюционный период циркуляции. Действие силы Св.о при увеличении оборотов двигателя проявляется преимущественно в уменьшении выдвига, прямого смещения и, в меньшей степени, тактического диаметра, а диаметр установившейся циркуляции остается неизменным. Наибольший эффект от влияния силы Св.о наблюдается, когда судно описывает циркуляцию с места (см. рис. 2.4). Сила С повышает эффективность руля при повороте вправо (у судов с правым шагом винта) я снижает при повороте влево. Следствием этого должно быть уменьшение циркуляции судов в одну сторону и увеличение в другую. В действительности строгой закономерности в этом отношении не наблюдается. Известно, что если судну дать передний ход, то его нос уклонится влево. Объясняется это неравенством поперечных сил реакции лопастей винта в верхнем и нижнем положениях. В начале движения судна вперед или назад лопасти работают в покоящейся воде. Сопротивление лопасти, проходящей верхнее положение, из-за подсоса воздуха меньше, чем сопротивление лопасти, проходящей нижнее положение. Возникает неуравновешенная сила D, которая в начале работы винта больше силы С. По мере развития оборотов сила D уменьшается ив установившемся режиме движения становится соизмеримой с силой С. Таким образом, элементы циркуляции вправо и влево будут зависеть от соотношения сил С и D. Действие силы D больше на судах в балласте, когда лопасти винта частично оголены.
|
|
|
На заднем ходу винт правого шага вращается против часовой стрелки и, закручивая воду в спиральный поток, набрасывает ее на кормовые обводы судна. На правую раковину вода набрасывается лопастью, движущейся из правого положения в верхнее под углом 90°. На левую раковину вода набрасывается лопастью, движущейся из левого положения в нижнее под острым углом. В результате давление воды справа налево будет больше, чем слеза направо. Под действием набрасываемой струи (сила С') корма будет уклоняться влево (см. рис. 2.7,6). Изменит также на обратное направление сила реакции винта D и на заднем ходу, независимо от шага винта, будет действовать согласованно с силой С', При перекладке руля на тот или иной борт на перо руля будут оказывать действие силы встречного потока А и всасываемой струи.
Величина и направление сил А, В, Св.о, С, С', D зависят от направления движения судна и режима работы винта. При перемене направления движения или режима работы винта эти силы будут складываться или вычитаться, соответственно улучшая или ухудшая поворотливость. Рассмотрим это на следующих примерах.
1. Если судно не имеет поступательного движения, то в момент дачи переднего хода возникнет сила реакции D, под влиянием которой корма резко пойдет вправо (сила набрасываемой струи в начальный момент будет невелика). При перекладке руля влево сила винтовой отработки Св.о сложится с силой D и корма еще быстрее пойдет вправо. Если в момент дачи хода руль переложить вправо, то сила С компенсирует действие силы D и судно будет одержано на курсе. По мере увеличения хода сила D уменьшается, а сила С возрастает. Когда судно достигнет назначенной скорости, силы С и D примерно уравняются, а некоторый избыток одной из них легко компенсируется небольшой перекладкой руля.
Поэтому если судну необходимо развернуться на обратный курс в стесненной обстановке, то циркуляцию лучше начинать с места или, если такой возможности нет, предварительно уменьшить ход до минимально возможного. Поворот влево следует осуществлять, используя влияние силы D, т. е. сильными, но кратковременными толчками машины вперед, не разгоняя судна. При повороте вправо надлежит использовать влияние силы Св.о, для чего обороты следует наращивать постепенно. Очевидно, чтосучетом влияния винта поворотливость судна влево лучше, чем поворотливость вправо.
2: Если судну, не имеющему движения, дать задний ход, то под влиянием силы D корма покатится влево. Возникнет и будет увеличиваться сила набрасываемой струи С', направленная в ту же сторону, что и сила D. Корма быстро пойдет влево. Для одержания судна на курсе нужно переложить руль вправо, чтобы силы встречного потока А и всасываемой струи В компенсировали силы С' и D. У некоторых типов судов сумма сил C'+D может оказаться больше суммы сил А +B, вследствие чего перекладки руля для удержания судна на курсе оказывается недостаточно. В таком случае целесообразно разогнать судно на заднем ходу с рулем право на борту и застопорить машину: с исчезновением сил С' и D корма пойдет вправо.
Рассмотренные закономерности взаимодействия винта с корпусом и рулем относятся к винту правого шага. В случае винта левого шага эффект его действия будет прямо противоположным.
Дата добавления: 2019-09-08; просмотров: 768; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!