9.9 Ходовые характеристики и паспортные диаграммы
Чтобы иметь возможность определить работу комплекса при разных условиях плавания, строят ходовые характеристики или паспортные диаграммы судна. Исходными данными для этого служат характеристики винта (кривые действия или расчетные диаграммы), характеристики двигателя (зависимость мощности Ne от частоты вращения n), а для использования еще потребуются характеристики корпуса (зависимость сопротивления R от скорости хода vs), различные в зависимости от состояния судна (состояние нагрузки, состояние смоченной поверхности) и условия плавания (состояние моря, глубина воды и др.). Предварительно рассчитываются постоянные величины: коэффициент попутного потока w, коэффициент засасывания t, и принимаются коэффициенты влияния неравномерности попутного потока на упор i1 и на момент i2.
Другая диаграмма для решения тех же задач, называемая паспортной диаграммой, представлена на (рис. 9.10). Она состоит из двух графиков, расположенных по вертикали. По горизонтальной оси отложена скорость хода судна в узлах, по вертикальной оси верхней диаграммы откладывают тягу винта Ре, а нижней диаграммы--мощность Ne. На обеих графиках проведены линии постоянных значений частоты вращения винта nм, задаваемые при расчете диаграммы (одни и те же при разных поступях λр).
Рис 9.10 Паспортная диаграмма
Расчет паспортной диаграммы ведется в табличной форме, пользуясь той же диаграммой, по которой рассчитывается гребной винт и используется те же коэффициенты, характеризующие взаимодействие винта и корпуса судна.
Задаваемые значения λр должны охватывать весь диапазон возможных режимов работы винта.
Полученные данные позволяют определить полезный упор винта и потребляемую им мощность в зависимости от частоты вращения, для этого задаемся рядом чисел оборотов вблизи специального значения n0, и для каждого из них производим расчет.
По полученным данным строится паспортная диаграмма (рис 9.10), представляющая собой два графика, расположенных один под другим с одной горизонтальной осью, на которой нанесена шкала скорости судна в узлах. На верхней вертикальной оси отложена тяга винта, а на нижней потребляемая мощность и соединяют точки, соответствующие одному и тому же числу оборотов.
Кривая, располагаемой мощностью Ne на нижем графике, строится по данным ограничительной характеристики двигателя (прилагаемой к его технической документации). При пользовании диаграммой на ее верхний график наносят кривую зависимости сопротивления судна R от скорости vs, в том же масштабе что и Ре, тогда точка пересечения Ре и R определит скорость vs судна, а пользуясь кривыми n и располагаемой мощностью находим режим работы двигателя.
Глава 10. Качка судов
10.1 Действующие силы и виды качки
Качкой называется совокупность колебательных движений около положения равновесия, совершаемых судном под действием внешних сил.
При рассмотрении малых колебаний судна на волнах малой амплитуды эти гидродинамические внешние силы можно разделить на следующие четыре составляющие.
1. Инерционные силы, возникающие вследствие изменения кинетической энергии жидкости, вызванной качающимся судном. Эти силы пропорциональны ускорениям качки судна и в их составе учитываются присоединенные массы и моменты инерции жидкости.
2. Восстанавливающие силы или гидростатические, возникающие как реакция воды на перемещение судна, стремящиеся вернуть судно в положение равновесия.
3. Силы сопротивления или демпфирующие силы, возникающие вследствие рассеивания энергии качающегося судна, обусловленные вязкостью и весомостью воды.
4. Возмущающие силы, возникающие вследствие непрерывной передачи судну энергии волнение воды.
Такое разделение сил позволяет описывать и изучать процесс качки судна на волнении с помощью системы линейных дифференциальных уравнений второго порядка.
Как всякое свободное тело, плавающее судно имеет шесть степеней свободы и может совершать столько же видов движения - три поступательных вдоль взаимно перпендикулярных осей и три вращательных относительно тех же осей. Из этих движений перемещения вдоль оси ОХ и ОY и вращение вокруг оси OZ в горизонтальной плоскости не приводят к возникновению качки. Вертикальные перемещения вдоль оси OZ и вращение относительно горизонтальных осей ОХ и ОY приводят к возникновению трех видов качки, называемых основными видами:
- бортовую качку, при которой колебания совершаются вокруг продольной оси оХ, проходящей через центр тяжести судна;
- килевую качку, при которой колебания совершаются вокруг поперечной оси ОУ, проходящей через тот же центр;
- вертикальную качку, при которой колебания совершаются вдоль вертикальной оси ОZ, относительно ватерлинии статического равновесия.
На морском волнении судно, как правило, испытывает все три основных вида качки одновременно.