2.8 Ходовість суден
2.8.1 Загальні положення
Ходовість – здатність судна підтримувати задану швидкість руху при найменш можливій затраті потужності.
Ходовість судна залежить від багатьох чинників.
В першу чергу це потужність головного двигуна. Чим вона більша, тим буде більшою швидкість судна.
Головний двигун через гребний гвинт витрачає свою потужність на подолання опору води руху судна
Щоб збільшити швидкість судна вдвічі, треба потужність головного двигуна збільшити більш ніж в вісім( 23) разів.
По-друге (основне) – це досконала форма обводів підводної частини судна. На початковій стадії проектування вибирають оптимальну форму обводів на основі випробувань моделі судна в дослідному басейні в залежності від призначення судна . Або вибирають форму обводів тих суден, що чудово зарекомендували себе в експлуатації.
По-третє – оптимально спроектований гребний гвинт та гвинторульовий комплекс.
В четверте – шереховатість поверхні підводної частини судна. Свіжопофарбоване судно (після докування) розвиває більшу швидкість при меншій потужності головного двигуна, ніж обросле балянусом.
.
2.8.2 Опір руху суден
На корпус судна, що рухається, діє тиск води на підводну частину судна і тиск повітря на надводну. Тиск води на підводну частину судна складається з гідростатичного і гідродинамічного тиску, який залежить від швидкості руху, форми обводів корпусу та інших чинників. Рівнодіюча гідродинамічного тиску направлена в сторону, протилежну руху судна. Горизонтальна складова рівнодіючої гідродинамічного тиску протидіє руху судна і називається опором буксирування.
В усіх підручниках опір буксирування записують формулою
де с – коефіцієнт повного опору,
ρ – густина води в т/м³,
v – швидкість руху судна в м/с,
S – змочена поверхня голого корпусу,
Sвч - змочена поверхня виступаючих частин.
Для того, щоб судно рухалося з постійною швидкістю, необхідно прикласти до нього силу, рівну силі опору і протилежно направлену. Ця сила називається упором. Вона створюється гребним гвинтом або іншим рушієм.
Добуток опору буксирування на швидкість називається потужністю буксирування.
Nб = R × v (кВт).
Потужність головного двигуна на виході гребного валу називають ефективною потужністю.
Відношення потужності буксирування до ефективної називається пропульсивним коефіцієнтом.
.
На одногвинтових транспортних суднах пропульсивний коефіцієнт коливається в границях 0,40….0,80.
Буксировочний опір поділяють на дві складові – опір тиску і опір тертя. В свою чергу опір тиску поділяють на опір форми і хвильовий опір. Їх назви говорять самі за себе.
Таким чином повний опір води
R = Rf + Re + Rw,
де Rf – опір тертя,
Re – опір форми (або вихровий опір),
Rw – хвильовий опір.
На судні опір води (упор гвинта) можна приблизно визначити по формулі
(кН),
де N – потужність головного двигуна в кВт,
η – пропульсивний коефіцієнт комплексу корпус - рушій,
v – швидкість судна в вузлах.
В багатьох підручниках пропульсивний коефіцієнт комплексу корпуc – рушій рекомендується розрахувати по формулі Лаппа
η = 0,885 – 0,00115 n √L,
де n – частота обертання гребного гвинта в 1/с,
L –довжина судна між перпендикулярами в м.
Але ця формула дає завищені значення пропульсивного коефіцієнта, який не перевищує 0,7 - 0,8.
При розрахунках ходовості використовують коефіцієнти подібності – число Фруда і число Рейнольдса.
Число Фруда
Fr
=
,
де v – швидкість судна в вузлах,
g = 9,81 м/с2 ,
L – довжина судна між перпендикулярами в м.
Число Рейнольдса
Re
=
,
де v – швидкість судна в вузлах,
L – довжина судна в м,
γ – кінематична в’язкість рідини в м2/с. Для морської води при температурі 20ºС кінематична в’язкість ν ≈ 1,05×10-6 м2/с.
Для водотонажних суден значення числа Фруда коливається від 0,2 до 0,3.
При русі судна на мілині збільшується осадка за рахунок зменшення тиску води на днище і зростає опір буксирування.
При
швидкості судна vk
=
(
де Н
– глибина води) перед судном утворюється
одиночна хвиля і різко зростає опір. Ця
швидкість називається критичною.
При
глибині води Н
= 8 м критична швидкість vk
=
=
=
=8,86 м/с =17,2 вуз.
Приклад 2.9 Визначити опір руху суховантажного судна “TIMBER NAVIGATOR”при осадці по вантажну марку, прийнявши пропульсивний коефіцієнт комплексу корпуc – рушій η = 0,75.
Згідно Додатку А потужність головного двигуна суховантажного судна “TIMBER NAVIGATOR” N = 2970 квт, швидкість з вантажем v = 13,7 вуз.
Опір руху судна
=
310
кн ≈31,6 тс.
Приклад 2.10. Визначити число Фруда і число Рейнольдса для суховантажного судна “TIMBER NAVIGATOR”
При швидкості судна 13,7 вуз і довжині між перпендикулярами
L =112,29 м:
число
Фруда Fr
=
=
,
число
Рейнольдса
Re
=
=
=
.