§ 10.1. Загальні відомості
Здатність судна переміщатися із заданою швидкістю під дією прикладеної до нього рушійної сили, створюваної судновими рушіями або зовнішньої тягою, називається Ходкостью.
Ходкость забезпечується судновою енергетичною установкою і рушієм, що створюють силу тяги, яка передається на корпус і долає опір руху судна.
Судновий рушій - пристрій, що перетворює роботу двигуна (або природного джерела енергії) в рух транспортного засобу.
При проектуванні судна прагнуть отримати задану швидкість ходу при найменшій витраті потужності двигунів за рахунок вибору оптимальних характеристик корпусу і рушіїв.
З точки зору ходкости основний інтерес представляє прямолінійний рух судна з постійною швидкістю v. Щоб забезпечити такий рух, сила тяги суднового рушія Ре повинна
дорівнювати за величиною і протилежна за напрямки силі буксирувального опору Rдвіженію судна:
Корисна потужність, що розвивається рушієм називається буксировочной потужністю Nб (EPS), витрачається на подолання сопротівленіяR:
Потужність, яку необхідно підвести від двигуна до суднового рушія для створення їм необхідної тяги, називається валовий потужністю ілімощностью на гребному валу Nр:
де ηд -пропульсівний коефіцієнт рушія. який дорівнює проізведеніюкоеффіціента корисного действіядвіжітеля - ηр накоеффіціент впливу корпусу ηк (§11.7.4.), що залежить від форми кормових обводів, розташування гребного гвинта і ряду інших чинників. Для сучасних суден: ηр = 0,50
Потужність, що виробляється головним двигуном, визначається за формулою Nе:
де ηв - коефіцієнт корисної дії валопровода (0,95
ηп коефіцієнт корисної дії передачі (редуктора, гідромуфти і т.п.), ηп = 0,94
η - Пропульсивную коефіцієнт судна.
Чим вище пропульсівние якості судна, тим менше потрібно потужність двигуна для забезпечення заданої швидкості ходу, тим досконаліше судно з точки зору ходкости.
Для наближеної оцінки потужності двигуна, необхідного для забезпечення заданої швидкості, можна використовувати формулу адміралтейських коефіцієнтів:
де Δ - водотоннажність (маса) судна; v- швидкість судна (уз);
Се - адміралтейський коефіцієнт.
Значення Се визначається за відомими велічінамNе іvблізкіх за розмірами однотипних судів. Зазвичай у морських промислових суден Се = 350
§ 10.2. Складові опору руху судна
Рухомі судно призводить в рух маси навколишнього води і відчуває при цьому реакцію з боку води у вигляді гідродинамічних сил, що діють на змочену поверхню корпусу. Ці сили можна привести до сили Fгд. прикладеної в центрі ваги судна (в точкеG) або в будь-якому іншому центрі приведення, і до пари сил з моментом МГД. рівному головного моменту гідродинамічних сил щодо ЦТ (ріс.89).
Складова FХ гідродинамічної сілиFгд, спрямована протилежно скоростіvдвіженія ЦТ судна, називається опором води руху судна. СоставляющаяFz. спрямована по нормалі до скоростіv, називається підйомної силою і при горизонтальному русі судна може розглядатися як гідродинамічна сила підтримки. Для водоизмещающих судів величина її дуже мала.
Р
і моментів при русі судна
Опір води залежить від швидкості судна, форми, розмірів і стану зовнішньої поверхні корпусу, від кількості, форми і розташування на ній виступаючих деталей і вирізів, а також від експлуатаційних факторів (тривалості плавання судна після будівлі і докування, наявності хвилювання моря, обмеженості фарватеру і ін.)
Розрахунки опору води виконуються для рівномірного прямолінійного руху судна при розрахункового навантаження на тихій глибокій воді, передбачається, що судно має новий свіжопофарбовані корпус. При розрахунках вважають також, що судно рухається з нульовими кутами атаки і дрейфу, тобто горизонтально, без дрейфу і
при збігу вектора швидкості з ДП. Наявність кутів атаки і дрейфу в межах
Зміна опору води в залежності від водотоннажності судна, стану корпусу і зовнішніх умов плавання в необхідних випадках враховується додатково (§ 10.8.)
При вивченні та розрахунковому визначенні опір води умовно розділяється на складові, які передбачаються незалежними один від одного (ріс.90). При такому поділі складові опору пов'язуються з напрямами складових поверхневих гідродинамічних сил (дотичні і нормальні) і з основними фізичними властивостями води (в'язкість і вагомість). Відповідно до цього сила опору води руху судна:
г
Rд-опір тиску (Rд =
Ріс.90. Гідродинамічні сили діють на елементарну
майданчик підводного (змоченою) поверхні судна dΩ
Сила тертя Rт обумовлена дотичними силами, які залежать від властивостей в'язкості, тобто від числа Рейнольдса. Сили тиску складаються з двох складових. Одну з них - силу вязкостной природи, що залежить від числа Рейнольдса, називаютсопротівленіем форми Rф. Іншу складову сили тиску, що залежить від сил гравітації, тобто від числа Фруда, називаютволновим опором Rв.
Визначення всіх складових опору води руху судна теоретичним шляхом представляє великі труднощі, головним чином через складність обводів корпусу. Тому широко використовується експериментальна оцінка опору за результатами випробувань моделей суден. При перерахунку результатів модельних випробувань на натурне судно користуються гіпотезою Фруда, який запропонував розділяти опір води на опір тертя
Rт іостаточное опір Rо. тобто
Як видно, залишкове опір при такому підході є сумою опору форми і хвильового опору, тобто суму сил різної природи. Проте, метод Фруда в поділі і перерахунку опору набув широкого поширення при експериментальній роботах і в розрахунковій практиці, завдяки своїй простоті і прийнятної точності кінцевих результатів.
У підводній частині корпусу судна є виступаючі частини (виличні кили, рудерпоста, кронштейни, шахти лага, ехолота), які створюють додатковий опір виступаючих частин Rвч.
Рух судна відбувається не тільки у водному, а й в повітряному середовищі. Тому для нього повний опір включає також повітряний (аеродинамічний) опір Rвозд надводної частини судна, яке за своєю природою є вязкостним. Однак при русі судна в безвітряну погоду доляRвозд дуже не велика в порівнянні з опором води і його можна не брати до уваги (це пояснюється насамперед тим, що щільність повітря приблизно в 800 разів менше щільності води). При наявності вітру достатньої сили рольRвозд різко зростає, і воно підлягає обліку (§10.6).
Таким чином, в розгорнутій формі буксирне опір (повний опір) судна може бути представлено у вигляді такої суми його окремих складових:
Частка різних складових повного опору залежить від відносної швидкості судна. яка виражається числом ФрудаFr = v /
У тихохідних судів основну частку повного опору (близько 80%) становить опір тертя (ріс.91). У середньошвидкісних і швидкохідних судів, навпаки, зростає частка залишкового опору (опорів форми і хвильового), яке дости-
Гаета 50
зменшення опору форми і хвильового опору.
Відповідно до загальної формулою для гідродинамічних сил (§2.4) опір води руху судна, можна уявити:
де ζ- безрозмірний коефіцієнт повного опору;
ζт - коефіцієнт опору тертя;
ζф - коефіцієнт аеродинамічного опору;
ζв - коефіцієнт хвильового опору;
ζвч - коефіцієнт опору виступаючих частин;
ρ - щільність води;
Ω
Кожній швидкості ходу відповідає певне значення коефіцієнта опору. Основним завданням при розрахунках опору води руху судна є визначення основних складових коефіцієнта опору ζ, так як геометричні характеристики судна і швидкість його при таких розрахунках задаються.
Площа Ω змоченою поверхні «голого» корпусу судна іноді призводять на кривих Ріс.91.Завісімость складових
елементів теоретичного опору від числа Фруда
креслення (кетча) в функції
від осадки судна.
При наявності теоретичного креслення площа Ω для заданої опади судна можна обчислити за методом трапецій:
де li - напівпериметр занурених теоретичних шпангутов; n- число шпангоутів; L- довжина судна.
При відсутності таких даних користуються наближеними залежностями. Для промислових суден використовують формули Мамфорд з коефіцієнтами С.П.Мурагіна:
і В.А.Семекі: Ω = Ld (1,97 + 1,37 (δ- 0,274)
При визначенні площі для корпуса судна з виступаючими частинами до площі змоченої поверхні «голого» корпусу, що обчислюється за вище наведеними формулами, необхідно додати площу змоченої поверхні всіх виступаючих частин. Для промислових суден надбавка на площу виступаючих частин становить 3
