6.5Алгоритмы расчета спектров процессов омт на волнении.

Рассмотрим процесс рыскания корабля на волнении.

Управляемое движение корабля на волнении описывается уравнениями

(6.26)

Возможны два подхода:

1-й заключается в следующем

- для заданной балльности, скорости хода и угла определяется набор истинных частоти соответствующих им кажущихся, длявычисляются редукционные коэффициенты, которые домножаются на выбранные случайные амплитуды спектровпересчитанных к кажущимся частотам. Моделируется приведенная система уравнений. Для исследуемого процесса вычисляется дисперсия по одной длинной реализации на основании соотношения

при.

2-й способ связан с аналитическим вычислением спектра и дисперсии. Для этого

необходимо по исходным уравнениям вычислить передаточные функции в соответствии с рис.6.10

Рис.6.10

Путем несложных преобразований схема может быть приведена к виду, рис.6.11

Рис.6.11

где .

Тогда спектр выходного сигнала определяется по формуле

.

6.6 Силы волнового дрейфа.

Рассмотренные ранее силы имели нулевую постоянную составляющую . Однако в соответствии с исходными данными отмечается наличие в горизонтальной плоскости постоянных сил и моментаволнового дрейфа. Силы и момент волнового дрейфа, действующие на маневрирующее судно в условиях двумерного нерегулярного волнения заданного спектра, определяется выражениями

(6.27)

где ,

,

Для принятого ранее спектра ординат морского волнения, величина принимает следующие значения:

• для пяти баллов =0.017018;

• для десяти баллов =36,340032.

6.7Силовые воздействия ветра (аэродинамические силы) подвержены существенным изменениям из- за больших отклонений от средней скорости, вызываемых порывами и шквалами. Порывы, являющиеся следствием турбулентности потока воздуха у поверхности воды, представляют блоьшую опасность, так как они накладываются на сильный штормовой ветер. Изменение скорости достигает 100% от среднего значения.

В табл.6.6 приведены значения средних скоростей ветра и шквальных для различных балльностей ветра по шкале Бофорта на высоте 6 м от поверхности моря. Здесь же приведены значения давлений для средних скоростей и аэродинамические лобоваяи боковаясилы действующие на судно при средней и шквальной скорости ветра (=300 м², =1160 м²).

Табл.6.6

Сила ветра балл	Скорость ветра и аэродинамические силы						Удельное давление р Па
	Средняя М/c	, кгс	,кгс	Шквальная М/c	,кгс	,кгс	Средняя	Шквальная
0	0-0,5	0	0	1,0	18.75	72.5	0	0.125
1	0,6-1,7	27.0	104.4	3,2	192.0	742.4	0.18	1.28
2	1,8-3	91.5	383.38	6,2	720.2	2786.9	0.661	4.805
3	3-5	300	1160	10	1875	7250	2	12.5
4	5-8	792.15	3062	18	6075	23490	5.281	40.5
5	8-11	1518.75	5945	22	9075	35090	10.125	60.5
6	11-14	2929.5	11327.4	30	16875	65250	19.531	112.5
7	14-17	4500	17400	36	24300	93960	30.031	162
8	17-20	6417	24813	42	33075	127890	42.781	220.5
9	20-24	9075	35090	49	45000	174000	60.5	300.125
10	24-28	12675	49010	56	58800	227360	84.5	392
11	28-32	16875	65250	64	76800	296960	112.5	512
12	32-36	21675	83810	72	97200	375840	144.5	648

Поскольку процесс волнообразования тесно связан с передачей энергии от ветра к волнам, то следует увязывать балльность волнения (и соответствующие расчеты качек) с балльностью ветра по шкале Бофорта, см. Табл.6.7

Табл.6.7

Балльность ветра	1	2	3	4	5	6	7	8
Балльность волнен.	0	1	2	3	4	5	6	7

Скорость ветра меняется также по высоте (судна)

,,

эффективная скорость ветра определяется по формуле [4]

(6.28)

где v- дополнительная скорость ветра при порыве.

Аэродинамическая сила давления ветра на надводную часть корпуса и надстройки определяется по формуле

, (6.29)

где - кажущаяся скорость ветра, действующая на судно с учетом его перемещения,-обобщенный аэродинамический коэффициент.

В данном случае используются соотношения

используются соотношения

, ,

для их определения необходимо знать соотношения для аэродинамических коэффициентов объекта .

Приведем примеры зависимости коэффициентов аэродинамических сил от

,

.

Входящие в формулы значения площади лобовой и боковой парусности, а также абсцисса центра парусности судна пр.20 составляют, например

Скорость и угол кажущегося горизонтального ветра определяются соотношениями

При шквале дополнительная скорость ветра v_аизменяется от среднего значения до максимального (вдвое превышающее среднее значение) по линейному закону, причем время нарастания зависит от максимального значения дополнительной скорости в соответствии с таблицей 6.8.

Табл.6.8

va м/c	0	5	10	15	20	25	30	35	40
c	0	50	200	238	200	150	100	65	45

Волновая составляющая скорости ветра определяется морским волнением. Ее корреляционная функция и спектральная плотность совпадают с аналогичными характеристиками для функции волновой ординаты, но со значительно меньшей дисперсией, в следствии чего волновой составляющей скорости ветра пренебрегают.