Зависимость коэффициент трения f от длины судна

L, м	f	L, м	f	L, м	f	L, м	f
30	0,143	80	0,143	130	0,141	180	0,140
40	0,146	90	0,143	140	0,141	190	0,140
50	0,144	100	0,142	150	0,141	200	0,139
60	0,144	110	0,142	160	0,140	210	0,139
70	0,144	120	0,141	170	0,140	220	0,139

2.2.2 Остаточное сопротивление

Определяем остаточное сопротивление буксирующего судна, которое рассчитывается по формуле (68), кН:

R_r=(0,09^.δ^.D^.V⁴)^.L^-2, (68)

где D – массовое водоизмещение судна, т, которое определятся по формуле (69):

D=ρV , (69)

где ρ – плотность воды, т ∕м³;

V – объёмное водоизмещение, м³.

2.2.3 Сопротивление на волнении буксирующего судна

При буксировке судов по взволнованной поверхности (моря, океана) обычные для судна расчёты сопротивления воды (т.е. сопротивления трения, вихревого и волнового сопротивления) подвергаются изменению из-за килевой и бортовой качки, дополняются новыми силами сопротивления в результате ударов волн о корпус судна. На волнении возникают перебои винтов, снижается коэффициент их полезного действия, уменьшается скорость каравана.

Общая величина сопротивления от волнения моря, а следовательно, и уменьшение скорости каравана часто, в зависимости от погоды и состояния моря, достигают значительной величины.

Определяем волновое сопротивление моря, которое рассчитываем по формуле (70):

R_волн=0,5^.k_v^.V^2.Ω^.10^-3, (70)

где k_v – коэффициент дополнительного волнового сопротивления;

1-2 балла 0,1-0,2;

3-4 балла 0,3-0,4;

5-6 балла 0,5-0,6;

Ω - площадь смоченной поверхности корпуса буксирующего судна м²;

V – скорость, для которой определяется сопротивление, м/с.

Под волновым сопротивлением понимается сопротивление от собственно образованных судном волн при движении и его не следует путать с сопротивлением волнения моря.

2.2.4 Сопротивление воздуха движению буксирующего судна

Воздушное сопротивление (кН) рассчитывается по формуле (71):

R_возд= С·γ_в/2 ^. А_н(U±V )² 10^-3, (71)

где С – коэффициент обтекания, равный от 0.8 при ветре параллельном диаметральной плоскости, до 1.0 при ветре, дующем под углом примерно 30^о к ДП;

γ_в ≈ 1.25 – плотность воздуха, кг/м³;

A_н – проекция надводной поверхности судна на плоскость мидель-шпангоута, м;

U – скорость ветра, м/с ;

V – скорость судна, м/с ;

Или по эмпирической формуле:

R_возд=0,8A_HU^{2 .} 10^-3, (72)

где U – скорость ветра, м/с.

2.2.5. Суммарное сопротивление буксирующего судна (сопротивление воды и воздуха движению буксирующего судна)

Определяем суммарное сопротивление буксирующего судна (сопротивление воды и воздуха движению буксирующего судна), которое по формуле (73) будет равно сумме всех, ранее определенных, сопротивлений, кН:

R₀=R_r+R_f+R_возд+R_волн, (73)

где R₀ – сопротивление буксирующего судна, кН;

R_f – сопротивление трения воды, кН;

R_r - остаточное сопротивление, кН;

R_возд – сопротивление воздуха, кН;

R_волн –волновое сопротивление, кН.

2.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ БУКСИРУЕМОГО СУДНА

Сопротивление буксируемого судна рассчитывается так же, как и буксирующего (использованием аналогичных формул: 66,67,68,69,70,71,72,73), за исключением того, что в расчёт суммарного сопротивления дополнительно входят также сопротивление винтов и сопротивления погруженной в воду части буксирной линии.

2.3.1 Сопротивление винтов

Определяем сопротивление застопоренных винтов движению буксируемого судна, которое рассчитывается по формуле (74) или (75) кН;

R_с.в=(0,1-0,2)^. ^.D²_в^.V² (для свободно вращающихся винтов), (74)

R_з.в=0,25^.D²_в^.V² (для застопоренных винтов), (75)

где  - дисковое отношение;

D_в – диаметр винта;

V – скорость судна для которой вычисляется R_в, м/c;

2.3.2. Сопротивление погруженной в воду части буксирной линии

Сопротивление погруженной в воду части буксирной линии рассчитываем по формуле (76) кН;

R_троса=0.04^.l_п^.d_тр^.V², (76)

где d_тр – диаметр троса буксирной линии, м;

V – скорость буксировки м/с;

l_п – длина погруженной в воду части буксирной линии, м (согласно морской практике 200 м).

2.3.3. Суммарное сопротивление буксируемого судна

Определяем суммарное сопротивление буксирующего судна (сопротивление воды и воздуха движению буксирующего судна), которое по формуле (77) будет равно сумме всех, ранее определенных, сопротивлений, кН:

R₁=R_r+R_f+R_возд+R_волн+ R_в+ R_троса , (77)

где R₁ – сопротивление буксируемого судна, кН;

R_f – сопротивление трения воды, кН;

R_r - остаточное сопротивление, кН;

R_возд – сопротивление воздуха, кН;

R_волн – волновое сопротивление, кН.

R_в – сопротивление застопоренных винтов, кН;

R_троса – сопротивление погруженной в воду части буксирной линии, кН.

2.3.4 Определение упора винта в швартовном режиме

По формуле (78) определим упор винтов в швартовном режиме (максимальная тяговая мощность) кВт:

P_шв=0.136N_i , (78)

где N_i - индикаторная мощность, кВт, определяется по формуле:

, (79)

где N_e- номинальная мощность, э.л.с.

Определим максимальный упор винтов буксирующего судна при его максимальной скорости ,приближенно должно быть равно сопротивлению движению буксировщика, (кН) по формуле (80):

Т_ш.р. = 1,13 (1,9 - (H_в / D_в))^.(P_в / (D_в-n), (80)

где n- частота вращения главного двигателя, с^-1;

D_в - диаметр гребного винта, м;

Нв - шаг гребного винта, м;

Нв/ Dв - шаговое отношение гребного винта;

Р_в - мощность, потребляемая гребным винтом, кВт, которая определяется по формуле (26).

После определения максимального упора винта строим общий график зависимости R₀=f(V₀) с которого снимаем скорость буксировки и тягу на гаке. Тяга на гаке должна быть меньше рабочего разрывного усилия, рассчитанного по формуле 22, т. е. F_г ≤ P_р. Если данное условие выполняется, тогда диаметр троса подобран верно, если нет, то необходимо уменьшить скорость буксировки.

2.4 Расчет параметров буксирной линии.

Согласно требованиям Регистра судоходства каждое морское судно должно быть снабжено буксирным тросом, параметры которого, как указывалось выше, зависят от характеристики снабжения судна N_c. При вынужденной буксировке, когда используется штатный буксирный трос, прихо­дится рассчитывать рабочую длину буксирного троса и его провес, а также определять предельную скорость буксировки, при которой нагрузки на буксирный трос не превышали бы допустимых.

Длина буксирного троса для морской буксировки должна быть такой, чтобы:

• кильватерная струя буксира не оказывала тормозящего дей­ствия на буксируемое судно;

• провес и упругая деформация были достаточными для смяг­чения рывков буксирного каната, которые возникают вслед­ствие качки, рыскания судов и т. п.;

• было возможно свободное орбитальное движение обоих су­дов на волнении;

Изменение расстояния между буксирующим и буксируемым судами зависит от весовой и упругой «игры» буксирного троса. Рассчитав полное сопротивление буксируемого судна R₁, с учетом сопротивления буксирного троса, можно найти рабочую длину стального буксирного троса, при которой обеспечивается горизон­тальное перемещение судов на расстояние, численно равное высо­те волны, по эмпирической формуле:

l = F_rh_в ∕ 10k_i, м, (81)

где F_r – тяга на гаке, кН;

h_в – высота волны, м;

k, – коэффициент «игры» буксирного троса, который определяется по таблице 6:

Таблица 6

Fr, кН	k	Fr, кН
250	0,30	100	0,12
200	0,24	50	0,06
150	0,18	25	0,03

Упругое удлинение синтетического троса определим по формуле:

Δl=√F_г ∕ Q·α, м, (82)

где F_г – усилие, растягивающее трос, кН (тяга на гаке);

Q – разрывное усилие, кН;

α – коэффициент, равный 2,6 для крученого троса из по­лиамида; 3,5 для плетеного восьмипрядного троса из поли­амида; 8,0 для крученого троса из полипропилена или по­лиэфира и 11,0 для плетеных тросов из того же материала.

Провес буксирного троса зависит от его длины и массы и уменьшается при увеличении тяги на гаке. Значение провеса (стрелу) легко определить по эмпирической формуле (м):

f=1,22q·l ∕ F_г, (83)

где q – линейная плотность буксирного каната, кг/м;

l – длина буксирного каната, м;

F_г – тяга на гаке, кН.