§ 58. Зависимость качки от скорости судна и курсового угла

Существенное влияние на характеристики судна оказывает скорость хода судна v относительно воды и курсовой угол φ между направлением движения судна и направле-нием бега волны (рисунок 81). В этом случае скорость судна относительно волны или скорость волны относительно судна, которую называют еще кажущейся скоростью, бу-дет

vк = С – v1 = C – v cos φ

По аналогии, учитывая выражение (208), можно определить кажущийся период волны, который будет равен:

(213)

Разделив числитель и знаменатель выражения (213) на скорость волны С, получим следующее выражение:

(214)

(215)

То есть выражение (215) представляет собой зависимость между кажущимся периодом волны и истинным периодом волны. При курсовом угле, равном φ= 90º, кажущийся и ис-тинный периоды становятся одинаковыми, то есть

τк = τ. (216)

Для вывода судна из резонанса нужно нарушить равенство (212). Но его можно из-менить, изменив кажущийся период волны. А так как в выражении (215) , которое опреде-ляет величину кажущегося периода волны, изменить скорость волны С и период волны τ не представляется возможным (нельзя воздействовать на природу при всем желании), то остается два варианта, позволяющие выйти из резонанса.

Для вывода движущегося судна из резонанса следует изменить либо курс, либо скорость хода судна, но только не оба параметра вместе, так как при этом появля-ется возможность снова попасть в резонанс.

Для определения возможности попадания в резонанс можно воспользоваться диа-граммами, предложенными В.Г.Власовым, которые строятся для определенных значений периода бортовой, килевой качки и длины волны. По этим диаграммам легко определить курсовые углы и скорости хода судна, которые обеспечивают ему безопасное плавание без попадания в резонанс.

§ 59. Успокоители качки

Как уже было отмечено, качка оказывает негативное влияние как на людей, так и на конструкции судна. Для уменьшения размахов килевой качки и заливания палубы у судов делают значительный подъем палубы в носу и корме – седловатость палубы. Этой же цели служат надстройки носа и кормы – бак и ют, водоотбойные козырьки и др.

Для уменьшения влияния бортовой качки на судах используют так называемые успокоители качки. установка успокоителей качки значительно сказывается на стоимости судна, поэтому их устанавливают в основном на пассажирских и научно - исследовательских судах

Успокоители качки применяют с целью создания момента, противоположного по отношению к моменту, создающему качку. Наиболее простыми успокоителями качки яв-ляются скуловые кили, которые представляют собой пластины, устанавливаемые на ску-лах вдоль судна на протяжении 25 – 50% длины судна (рисунок 82). При своей простоте они уменьшают размах качки на 30 – 40%. Ширина килей рассчитана таким образом, что их наружная кромка находится над основной линией и в пределах наибольшей ширины судна, поэтому кили не повреждаются при швартовке судна к причалу или при соприкос-новении с грунтом. Их ширина составляет от 0,3 до 1,0 метра в зависимости от размеров судна. Но эти кили представляют собой дополнительные выступающие части корпуса и довольно значительно увеличивают сопротивление воды движению судна. Для того, чтобы уменьшить сопротивление, форма скуловых килей от начала до самой оконечности соответствует линиям тока воды на наружной обшивке.

Успокоительные цистерны (рисунок 83) – это цистерны, устраиваемые по бор-там судна и соединенные между собой перетоками внизу и сверху. Цистерны частично заполнены водой или жидким топливом. Верхний переток имеет клапан, позволяющий регулировать скорость перетока жидкости из цистерны в цистерну, тем самым добивают-ся, чтобы жидкость при качке переливалась с запозданием, тем самым создавая стабилизирующий момент.

Принцип действия различных успокоительных цистерн одинаков. Наибольшее демпфирующее действие таких цистерн на бортовую качку составляет около 50%, то есть качка уменьшается в два раза. Некоторые успокоительные цистерны снабжаются встраиваемым насосом с гироскопическим управлением. Такие успокоительные цистерны называются активными.

Наиболее сложными и дорогими являются гироскопические успокоители (рису-нок 84). Принцип действия гироскопа основан на том, что у вращающегося гироскопа при приложении момента ось отклоняется перпендикулярно плоскости действия момента. С другой стороны гироскоп препятствует изменению направления своей оси. Благодаря соответствующему управлению гироскоп постоянно противодействует бортовой качке.

Общая масса подобных гироскопических устройств составляет около 1,5% массы судна. Для приведения их в действие нужна специальная электростанция. Они обладают очень долгим разбегом, до полутора часов. Поэтому очень немногие суда имеют такие успокоители качки.

Небольшие гироскопы, напротив, используются для регулирования, например, управлением насосами активных успокоительных цистерн и гидродинамических стабилизаторов.

Гидродинамические стабилизаторы - наиболее эффективные успокоители качки. рули таких стабилизаторов расположены с внешней стороны корпуса судна на ску-ле (см. рисунок 85). Чтобы при причаливании не повредить рули, а также, когда нет необходимости в их применении, их втягивают внутрь корпуса с помощью гид-равлических машин в ниши для рулей. Рули управляются при помощи гироскопического механизма. Во время хода рули создают момент, препятствующий бортовой качке. Регулирующий гироскоп для управления приводом рулей работает так быстро и эффективно, что переход рулей осуществляется за 1 – 2 секунды, что позволяет успокоить колебания судна в самом начале.

Гидродинамические активные рули успокаивают бортовую качку на 90%. увели-чение сопротивления воды очень незначительно.

КОНСТРУКЦИЯ И ПРОЧНОСТЬ СУДОВ