Классификация успокоителей

Все виды успокоителей качки предназначаются, в основном, для умерения боковой качки. Эффективного уменьшения вертикальной и килевой качки осуществить пока не удается.

Все виды успокоителей качки предназначены для создания дополнительного стабилизирующего момента, действие которого должно привести к успокоению качки.

По природе сил, образующих стабилизирующий момент, все виды успокоителей качки могут быть разбиты на три группы. У первой группы стабилизирующий момент создается действием сил тяжести( гравитационными силами), у второй - действием гидродинамических сил, а у третьей - гироско­пическими силами. По принципу работы они могут быть разбиты на два основных вида: пассивные и активные. Пассивные успокоители приводятся в действие за счет энергии, создаваемой качкой судна, и не требуют дополнительной затраты мощности. Работа активных успокоителей осуществляется за счет отдельного источника энергии в виде специального механизма, т.е. связана с некоторой затратой мощности и управляется обычно автоматическим регулирующим устройством.

Таблица 1. Классификация успокоителей качки

Природа сил, образующих стабилизирующий момент	Принцип	работы
	Пассивные успокоители	Активные успокоители
Гравитационные	Пассивные твердые грузы Пассивные цистерны I и II рода разных конструкций	Активные твердые грузы Активные цистерны I и II рода разных конструкций­
Гидродинамические силы	Скуловые кили Пассивные плавники	Боковые управляемые рули разных конструкций Успокоители с движителями разных констру­кций
Гироскопические силы	Пассивные гиростабилизаторы	Активные гиростабилизаторы лизаторы

Принципы действия некоторых наиболее распространенных типов успокоителей

Скуловые кили.

Скуловые кили - это длинные пластины, устанавливаемые в районе скулы по линии тока (рис.4). Они представляют весьма простую конструкцию, не зани­мают полезных объемов внутри корабля, и создают вместе с тем заметный успокоительный эффект, скуловые кили получили самое широкое распространение и в настоящее время применяются во всех фло­тах мира.

Действие скуловых килей заключается в искусственном увеличении сопротивления качке, поэтому оно проявляется наиболее эффективно при больших амплитудах качки в зоне резонанса.

^{Рис. 4 Скуловые кили}

Обычно суммарная площадь скуловых килей берется от 2 до 4% от LВ, высота килей от 0,3 до 1,2 м в зависимости от типа корабля, в сред­нем 3-5% от ширины корабля. Длина их обычно составляет от 25 до 75% от длины корабля. Место установки - скуловое закругление, при­чем так, чтобы кили не выступали за габариты миделя. Линия киля должна быть согласована с линией тока струй, определяемой испы­таниями модели.

Влияние скуловых килей на скорость хода судна невелико. Для быстроходных кораблей уменьшение скорости на тихой воде не превос­ходит 2-3%. На волнении же это уменьшение скорости еще меньше.

Боковые управляемые рули.

Боковые управляемые рули представляют крылья малого удлине­ния, которые выступают с обоих бортов из обшивки корабля и могут поворачиваться на баллерах (рис. 5). Баллеры через водонепроницаемые саль­ники проходят внутрь корпуса судна и вращаются при помощи спе­циального автоматически управляемого привода.

Рис.5. Боковые управляемые рули

Пусть корабль идет со скоростью v. При отклонении правого руля на угол ψ от среднего положения на нем развивается подъемная сила Р. Если на левом борту корабля симметрично расположен руль, отклоненный на такой же угол ψ, но в противоположную сторону, то на нем также должна развиться подъемная сила Р, однако направленная книзу (рис. 6). При этом возникает момент, который можно сделать противоположным по направлению возмущающему (в противофазе). Частота перекладки рулей делается равной частоте возмущающего момента, т.е. успокоитель можно настраивать. Управление перекладкой производится автоматически.

Эффективность таких успокоителей хорошая, но они занимают много места и очень дороги, поэтому применяются обычно на больших пассажирских лайнерах, совершающих плавание через океан.

Крупный недостаток этих успокоителей – это слабая эффективность на малых скоростях и невозможность работы на стоянке.

Рис. 6. Силы, возникающие на боковых рулях

Успокоительные цистерны.

Пассивные цистерны представляют своего рода гидравлический маятник, состоящий из соединенных между собой цистерн, расположенных у бортов корабля.

Различают цистерны первого и вто­рого рода. Цистерны первого рода (за­крытые) соединяются снизу жидкостным, а сверху воздушным каналами (рис. 7). У цистерн второго рода (открытых) так­же имеется воздушный канал, а вместо водяного канала делают отверстия в бортах, и жидкостное сообщение осу­ществляется через забортную воду (рис. 8). Та­ким образом, цистерны первого рода в случае необходимости могут быть использованы как топливные, а для цистерн второго рода такая возможность отсутствует.

Рис. 7. Пассивные цистерны первого рода Рис.8. Пассивные цистерны второго рода

Стабилизирующее действие пассивных цистерн основано на прин­ципе так называемого вторичного (или двойного) резонанса. Суть этого принципа заключается в следующем. При резонансе бортовой качки вынужденные колебания корабля отстают по фазе от возмущающей силы на 90°. Если период собст­венных колебаний жидкости в цистернах равен периоду собствен­ных колебаний корабля, то здесь также имеет место резонанс (вто­ричный) и колебания жидкости, в свою очередь, отстают на 90° от колебаний корабля. Таким образом, в рассматриваемом случае сдвиг фаз между колебаниями жидкости в цистернах и возмущаю­щим действием волны составляет 180°, в результате чего и создается стабилизирующий момент.

В настоящее время пассивные цистерны применяют редко из-за низкой эффективности на нерегулярном волнении, увеличения амплитуд качки в нерезонансных условиях.

Активизация цистерн может быть достигнута установкой компрессора или насоса. Компрессор может ставиться как в открытых, так и в закрытых цистернах, а насос, перекачи­вающий жидкость из цистерны в цистерну - только в закры­тых.

Активные цистерны оказываются значительно эффективнее пас­сивных. Они создают стабилизирующий момент не только при ре­зонансе, но и при любом соотношении частот, что играет существенную роль в условиях нерегулярного волнения. Од­нако из-за своей сложности, боль­шой стоимости, необходимости затрачи­вать мощность, чтобы привести в дви­жение жидкость, высоких требований к системе автоматического управления, активные ци­стерны на кораблях устанавливаются редко.

ТЕСТ К МОДУЛЮ 8.8

1. В чем заключаются эксплуатационные меры умерения качки ?

А) установкой успокоителей

Б) выбор главных размерений и формы обводов корпуса

В) выбор скорости хода и курсового угла

2. В чем заключаются конструктивные меры умерения качки ?

А) установкой успокоителей

Б) выбор главных размерений и формы обводов корпуса

В) выбор скорости хода и курсового угла

3) Определите коэффициент сопротивления по формуле Соболева, если

Ширина судна B=20 м, T=5м, L=100м, δ=0,6;h₀=1м; Fr=0,1

А) 0,05

Б) 0,08

В) 0,4

Г) 0,025

4) Определите коэффициент сопротивления по формуле Благовещенского, если =0.15, Fr=0,2

А) 0.032

Б) 0,099

В) 0,07

Г) 0.155

5) Курсовой угол β = π. Как правильно определить кажущуюся частоту?

А) .

Б)

В)

Г)

6) Угол волнового склона =9⁰, курсовой угол β=60. Определите

А) 4,5

Б) 9

В) 7,8

Г) -7.8

7 ) Угол волнового склона =5⁰, курсовой угол β=150. Определите

А) 5

Б) 2,5

В) 4.33

Г) -4.33

8) Какой принцип стабилизации надо выбрать , что-бы сдвинуть резонанс амплитудно-частотной характеристики в область низких частот?

А) Уменьшение метацентрической высоты

Б) Уменьшение величины .

В) Увеличение коэффициента сопротивления .

9) Какой принцип стабилизации надо выбрать , что-бы уменьшить резонанс без сдвига амплитудно-частотной характеристики ?

А) Уменьшение величины .

Б) Уменьшение метацентрической высоты.

В) Увеличение коэффициента сопротивления .

10) К какому виду успокоителей относятся скуловые кили ?

А) гравитационные

Б) гироскопические

В) гидродинамические

11) К какому виду успокоителей по природе действия сил относятся бортовые рули ?

А) гравитационные

Б) гидродинамические

В) гироскопические

12) К какому виду успокоителей относятся пассивные цистерны?

А) гравитационные

Б) гидродинамические

В) гироскопические

13) На чем основан принцип действия скуловых килей ?

А) на явлении двойного резонанса

Б) на создании подъемных сил, противоположных по направлению

В) на увеличении сопротивления

14) На чем основан принцип действия бортовых рулей ?

А) на явлении двойного резонанса

Б) на создании подъемных сил, противоположных по направлению

В) на увеличении сопротивления

15) На чем основан принцип действия пассивных цистерн ?

А) на явлении двойного резонанса

Б) на создании подъемных сил, противоположных по направлению

В) на увеличении сопротивления