44. Геометрия винта.

Лопасти гребного винта представляют собой профилированные крылья, совершающие одновременно вращательное и поступательное вдоль оси вращения движения. В связи с этим поверхности лопастей образованы по винтовым поверхностям. Если какая-нибудь часть AB радиуса OB вращается вокруг оси OO₁ и одновременно перемещается вдоль оси, то любая точка C этого радиуса описывает винтовую линию, а отрезок АВ — винтовую поверхность. Путь, проходимый точкой C вдоль оси за один оборот, называется шагом винтовой линии, а отрезком АВ — шагом винтовой поверхности. Если разрезать по образующей поверхность цилиндра с винтовой линией и развернуть на плоскость, то винтовая линия изобразится гипотенузой треугольника с катетами 2πr и Н (шаг винтовой линии). Наклон гипотенузы определяется шаговым углом:

Гребной винт характеризуется не шагом, а отношением шага к диаметру винта H_jD, называемым шаговым отношением.

Винтовую поверхность нельзя развернуть на плоскость без искажения, поэтому площадь лопасти приближенно определяют как площадь спрямленного контура лопасти, который получается, если на контуре проекции лопасти провести сечения лопасти цилиндрами, соосными с винтом, и от оси лопасти отложить длины винтовых линий, полученных в сечениях.

Обозначим через А площадь спрямленного контура, z — число лопастей винта. Отношение площади всех лопастей к площади диска винта называется дисковым отношением

45. Средства повышения эффективности гребного винта и руля.

Идеальный движитель имеет единственные потери энергии — на создание вызванных осевых скоростей. Снижение этих потерь до нуля невозможно в принципе — это противоречило бы идее создания упора гребным винтом как гидрореактивным движителем. Остальные индуктивные потери на создание вызванных окружных скоростей и концевые теоретически могут быть сведены к нулю, хотя достичь этого на практике не удается.

Профильные или конструктивные потери имеют вязкостную природу. На сегодняшний день конструкция и технология изготовления гребных винтов таковы, что достичь заметного эффекта за счет дальнейшего совершенствования формы профиля сечения, уменьшения толщины лопасти и диаметра ступицы, улучшения качества поверхности лопастей практически не удается - все эти возможности уже исчерпаны. Таким образом, профильные потери у современных гребных винтов близки к своему нижнему пределу.

Мероприятия, предотвращающие кавитацию, в явном виде не влияют на эффективность работы гребного винта. Самым радикальным способом достижения той же цели - отделения кавитации - является увеличение дискового отношения, что, однако, влечет за собой снижение КИД винта. Таким образом, устранение кавитации можно рассматривать в качестве одного из способов повышения, пусть не прямого, а косвенного, КПД гребного винта.

Определённые резервы скрыты и в улучшении взаимодействия винта с корпусом судна. Во-первых, речь может идти о более полной утилизации энергии попутного потока и соответствующего повышения пропульсивного коэффициента. Во вторых, уменьшение неравномерности поля скоростей благоприятно называется на прочностных и гравитационных характеристиках гребного винта, снижает периодические составляющие упора и момента.

За последние 20 лет достигнуто снижение расхода топлива более чем на 20%, в основном благодаря успехам судовой гидромеханики. В первую очередь это объясняется широким использованием бульбовой носовой оконечности, затем следует назвать способы повышения эффективности комплекса гребной винт — корпус судна Все эти способы можно условно разделить на две группы: снижающие потери энергии гребного винта и улучшающие характеристики его взаимодействия с корпусом. Наиболее перспективными средствами первой группы являются: направляющие насадки, соосные винты, малооборотные винты повышенного диаметра, гребные винты с нагруженными концевыми сечениями лопасти и с осевой турбинкой на обтекателе ступицы. Взаимодействие улучшается за счет использования гребных винтов с большой откидкой лопастей, предвинтовых направляющих насадок, специальной профилировки кормовой оконечности, а также путем активного воздействия на поле скоростей в диске гребного винта.

46. Требования Регистра Судоходства к диаграмме статической остойчивости.

47. Пользование чертежом размещения грузов.

В каждом помещении, предназначенном для перевозки насыпных или генеральных грузов, построена кривая центров тяжести горизонтальных сечений (кривая f), на которой нанесена шкала объемов в зависимости от уровня заполнения, и кривая c, которая указывает положения центров тяжести объемов, отмеченных на шкале для этой кривой.

При пользовании чертежом размещения грузов следует обратить внимание для какой грузовместимости построены шкалы объемов. Если шкалы объемов построены для генеральных грузов, а перевозится насыпной груз, то, пользуясь шкалой объемов, следует входить в нее по условному (приведенному) объему:

где коэффициент приведения k есть отношение грузовместимостей данного грузового помещения для генеральных грузов V_ген и для сыпучих V_сып:

В противоположном случае, когда шкалы построены для насыпного груза, а перевозится генеральный груз, коэффициент приведения будет обратным соотношением. На чертеже размещения грузов всегда указывается, для какой грузовместимости построены шкалы объемов, а также либо коэффициенты приведения, либо вместимости для насыпных и генеральных грузов всех грузовых помещений.

Рассмотрим примеры пользования чертежом размещения грузов.

1. В трюм принимается генеральный груз массой m с удельным погрузочным объемом χ. Определяем объем, занимаемый грузом в трюме: v=χm. Если шкалы объемов построены для генеральных грузов, то по объему на шкале c находим положение центра тяжести груза и определяем координаты х и z. Если шкалы объемов построены для сыпучих грузов, то определяем приведенный объем и по нему определяем х и z центра тяжести.

2. Поверх груза объемом v₁ с аппликатой z₁ принят груз объемом v₂ c другим удельным погрузочным объемом. Требуется найти аппликату ЦТ z₂ верхнего груза и аппликату ЦТ z всего груза. По шкале c определяем аппликату ЦТ z суммарного объема v = v₁+ v₂, после чего найдем:

Аппликата z ЦТ всего груза будет:

где m₁ и m₂ — массы нижнего и верхнего грузов.

Аналогично вычисляется аппликата ЦТ нескольких грузов, расположенных равномерными слоями на разной высоте. При этом если слой груза имеет малую высоту, то ЦТ этого груза можно принимать расположенным на середине высоты слоя.

48. Массовые и объемные характеристики судна.

Полную массу судна принято разделять на две части. К первой части относятся массы, которые всегда находятся на судне и составляют массу судна порожнем. В эту часть включают металлический корпус с оборудованием, судовые устройства, системы, главные и вспомогательные механизмы и штатное снабжение. Сюда же относят массы воды, топлива и масла, находящиеся в котлах, механизмах и трубопроводах энергетических установок, подготовленных к запуску, и остатки жидких грузов в цистернах, которые не могут быть откачаны (мертвый запас), а также твердый балласт, если он постоянно находится на судне.

Ко второй части относят переменные грузы, т.е. грузы, массы которых могут быть различными от рейса к рейсу, а также изменяться в течение рейса. В эту часть включают перевозимый груз, запасы топлива, воды, смазочных и других расходных материалов, Команду с багажом, запасы провизии и принимаемый жидкий балласт. Все эти переменные массы составляют дедвейт судна, называемый также полной грузоподъемностью.

Дедвейт судна определяется как разность между водоизмещением судна по установленную для него расчетную грузовую ватерлинию при стандартной плотности воды и водоизмещением судна порожнем. Наряду с дедвейтом или полной грузоподъемностью используется понятие полезной или чистой грузоподъемности, состоящей из массы грузов и пассажиров с багажом, перевозка которых является назначением судна. Чистая грузоподъемность определяется как разность между дедвейтом и массой переменных грузов, расходуемых в течение рейса или принимаемых для обеспечения эксплуатации судна.

Грузовместимостью называется суммарный объем всех помещений судна, предназначенных для размещения перевозимых грузов. Различают грузовместимость насыпную или зерновую и грузовместимость по генеральному грузу или киповую. Зерновая вместимость грузового помещения определяется как его теоретический объем (т.е. объем, определенный по теоретическому чертежу) за вычетом объема находящегося в нем набора и других конструкций и систем. Киповая вместимость меньше зерновой, она получается вычетом из последней объемов между шпангоутами, бимсами, стойками переборок, которые не могут быть использованы для размещения штучных грузов. Судно характеризуется также удельной грузовместимостью Z, которая представляет отношение грузовместимости помещений для перевозимого груза к чистой грузоподъемности и имеет разную величину в зависимости от назначения судна.

4 9. Продольная остойчивость. Метацентрические формулы.

При продольных наклонениях для плеча остойчивости найдем:

Отрезок , равный возвышению продольного метацентра M над ЦТ судна, обозначается Н и называется продольной или большой метацентрической высотой:

Используя это обозначение, для восстанавливающего момента при продольных наклонениях найдем:

или, заменяя опять sinψ на угол ψ (в радианах), получим:

Эта формула называется метацентрической формулой остойчивости для продольных наклонений.

Формулы (3.14) и (3.18) являются основными формулами начальной остойчивости.

50. Диаграмма изменения осадок оконечностей от приёма 100 т груза.

На диаграмме схематически изображается продольный разрез судна с указанием помещений для грузов, запасов и балласта, а под ним расположены два семейства прямых, одно из которых определяет изменение осадки носом, а другое — изменение осадки кормой от приема 100 т груза в зависимости от абсциссы центра тяжести этого груза. Отдельные прямые каждого из семейств соответствуют разным средним осадкам. Шкалы изменений осадок в сантиметрах нанесены на вертикалях, являющихся продолжениями носового и кормового перпендикуляров. При пользовании диаграммой из центра тяжести принимаемого груза проводят вертикаль до пересечения с прямыми, соответствующими начальной средней осадке судна и по шкале против точек пересечения прочитывают значения изменений осадок носом t_н и кормой t_к от приема 100 т груза, по которым определяют изменения осадок от приема груза массой m:

В случае снятия груза массу m следует считать отрицательной и знаки δT_н и δT_к будут обратными знакам t_н и t_к, снятых с диаграммы. Если груз перемещен по длине судна, то изменения осадок δT_н и δT_к определяются теми же формулами, но в качестве t_н и t_к, следует брать алгебраическую разность:

где индексами 1 обозначены значения t_н и t_к, снятые с диаграммы при абсциссе места, откуда груз снят, а индексы 2 соответствуют абсциссе места, куда груз принят.