33.Как проявляется гидродинамическое взаимодействие между судами при встречах и обгонах?

Взаимодействие судов при встречном расхождении схематично выглядит следующим образом:

I. Под влиянием областей повышенного давления обоих судов их носовые части будут стремиться отклониться в разные стороны.

II. Самый опасный момент в ситуации – массы воды от носовых оконечностей устремляются к области пониженного давления и увлекают за собой носовые части обоих судов.

III. В этой ситуации в узком пространстве между бортами скорость V воды увеличивается, давление будет меньше, чем со стороны наружных бортов. Суда будут стремиться сблизиться бортами.

IV. В этой ситуации кормовые части будут находиться напротив областей пониженного давления и будут стремиться друг к другу.

V. Повышенное давление в кормовых оконечностях обоих судов будет их взаимно отталкивать, стремясь отвести друг от друга.

Такое взаимодействие судов проявляется сильнее при расхождении судов на больших скоростях и на малых расстояниях между ними. Большему влиянию подвергается меньшее из встречных судов.

Взаимодействие судов при обгоне схематически выглядит так:

I. Судно А приближается к судну Б. Когда носовая часть судна А приблизится к корме судна Б, тогда за счет разности давлений в оконечностях нос судна А и корма судна Б будут сближаться.

II. В этом случае наблюдается боковое смещение судов или присасывание вследствие того, что гидродинамические силы сохраняют свое направление, а точки их приложения смещаются ближе к миделю.

III. Судно А кормовой частью приблизилось к носовой части судна Б, за счет разности давлений в оконечностях нос судна Б и корма судна А будут стремиться сблизиться.

В целях безопасности расхождения судов на малых (траверзных) расстояниях рекомендуется снижать скорость движения, она должна быть не более . Необходимо также иметь расстояние между бортами судов не менее 3В меньшего из судов (встречное расхождение) и 6В для обгона.

Рис.10.10 Взаимодействие судов при обгоне

Взаимодействие судов между собой и стенками канала при обгоне схематически выглядит так:

I. При приближении обгоняющего судна А к траверзу кормы Б руль на Б перекладывают вправо, чтобы удержать судно Б от разворота в сторону обгоняющего.

II. Когда мидель обгоняющего судна А поравняется с кормой обгоняемого Б, перекладывают руль на Б на левый борт, чтобы удержать его корму от навала.

III. По завершению обгона судно Б может оказаться значительно правее прежнего пути. Для постепенного возвращения к оси канала руль следует поставить в ДП. Если после обгона судно Б будет очень близко к берегу, тогда, чтобы корма не навалилась на берег, руль перекладывают вправо, сохраняя движение к оси канала.

Рис.10.12 Влияние стенок канала при обгоне

Для расчета конкретных значений гидродинамической силы Y_г и момента М_г:

Y_г = c_ykρV²(0,5L)², M_г = c_mkρV²(0,5L)²,

где c_yk и c_mk – коэффициенты гидродинамической поперечной силы и ее момента.

34.Дрейф судна с остановленными двигателями.

При наличии ветра судно в данных обстоятельствах дрейфует с некоторой скоростью, направление которой в общем случае не совпадает с направлением действующего ветра.

При установившемся дрейфе аэродинамическая сила А уравновешивается гидродинамической силой R. Для равновесия судна по курсу необходимо, чтобы аэро- и гидродинамическая силы действовали в одной плоскости. При этом условии аэро- и гидродинамический моменты уравновешивают друг друга.

Указанному условию соответствуют положения судна носом или кормой строго против ветра, однако это случаи неустойчивого равновесия, так как при любом случайном отклонении ДП от данного направления возникает поперечная аэродинамическая сила, момент которой стремится развернуть судно еще больше от линии ветра. Одновременно возникает поперечная гидродинамическая сила, момент которой разворачивает судно в том же направлении, что и аэродинамический момент (рис. 75).

Действующие при свободном дрейфе силы и их моменты стремятся развернуть судно приблизительно лагом к ветру, следовательно, где-то вблизи этого направления и должно быть положение устойчивого равновесия. Данный вывод подтверждается опытом: суда в установившемся свободном дрейфе располагаются примерно лагом к ветру.

Аналитическое определение условий устойчивого свободного дрейфа выражается системой трех уравнений (6.1), которые для случая установившегося режима, т. е. при отсутствии инерционных сил, а также равенства нулю силы упора винта и силы на руле, имеют вид:

Rx = Ax

Ry = Ay (7.17)

M_R = M_A

Система (7.17) выражает условие равновесия аэро- и гидродинамических сил по осям X и Y, а также равновесие аэро- и гидродинамического моментов вокруг оси Z.

Продольная гидродинамическая сила R_x выражается зависимостью:

(7.18)

где Сx — коэффициент продольной гидродинамической силы, который для движения с углом дрейфа может быть получен по эмпирической формуле

Продольная аэродинамическая сила А_х выражается приближенной формулой:

Ax = 1.3 QxW²cosq_W (7.20)

где Qx — лобовая площадь парусности, м².

Поперечную аэродинамическую силу (Н) можно рассчитать по формуле

(7.2)

где С_аy- безмерный коэффициент аэродинамической силы, зависящий от формы надводной части судна и косового угла ветра

С_аe=(0.8 ÷ 1.3)sinq_W

Q_y – боковая площадь парусности (площадь проекции надводной части на ДП) м²;

ρ_а – массовая плотность воздуха (ρ_а≈ 1,226 кг/м)

Плечо поперечной аэродинамической силы 1_А относительно ЦТ можно определить по приближенной формуле:

где —относительное плечо аэродинамической силы, выраженное в долях длины корпуса ( )

L —длина судна между перпендикулярами, м

ℓ_ЦП - — отстояние ЦП от ЦТ, м.Полученное выражение дает возможность для любого значения угла дрейфа «а» определить значение курсового угла ветра q_W при котором обеспечивается равновесие сил по продольной и поперечной осям одновременно.

Второе условие устойчивого свободного дрейфа выражается равновесием аэро- и гидродинамического моментов относительно вертикальной оси, проходящей через ЦТ судна.

второе условие равновесия при свободном дрейфе

q_w= 2(а⁰ – 45⁰ + 180 ℓ_цп) .(7.24)

Рис. 7.6. Положение судна при свободном дрейфе в зависимости от знака смещения ЦП от ЦТ

а) ЦП смещен в нос от ЦТ; б) ЦП смещен в нос от ЦТ

35.Плавание судов в условиях ветра. Гидродинамическая сила и ее момент.

Плавания судов в условиях ветра

Сила ветра оценивается в баллах по двенадцати балльной шкале.

Скорость ветра в судовых условиях измеряется над верхним мостиком с помощью анемометра. При этом измеряется так называемая кажущаяся скорость ветра W, вектор которой представляет собой разность двух векторов — вектора истинного ветра W_И и вектора скорости судна , т. е.

( 7.1)

Вектор кажущегося ветра, помимо скорости, характеризуется курсовым углом q_W, т. е. углом между носовой частью ДП и кажущимся направлением ветра. За направление ветра принимается то, откуда дует ветер (ветер дует «в компас»).

Курсовые углы ветра измеряются от 0 до 180° вправо и влево от ДП (курсовые углы правого или левого борта).

Геометрический смысл формулы (7.1) характеризуется векторным треугольником.

Под влиянием движения судна вперед со скоростью V курсовой угол кажущегося ветра будет всегда меньше, чем истинного.

Гидродинамическая сила и ее момент.

Поперечная аэродинамическая сила Ау создает боковое перемещение судна - дрейф со скоростью V_y, в результате чего корпус судна движется с углом дрейфа «а». В этих условиях корпус судна испытывает сопротивление со стороны воды в виде гидродинамической силы R, имеющей поперечную составляющую R_v.

Подводная часть судна характеризуется площадью проекции погруженной части на ДП. Эту площадь S_y для приближенных оценок можно принимать равной произведению длины судна между перпендикулярами на среднюю осадку:

S_y = L*d_СР

При движении судна лагом, когда а=90°, точка приложения силы реакции воды (гидродинамической силы R) носит название центра бокового сопротивления (ЦБС).

Приближенно можно считать, что ЦБС совпадает с центром площади проекции погруженной части судна на ДП, а по длине судна практически совпадает с ЦТ.

При посадке судна на ровный киль ЦБС, как и ЦТ, примерно совпадает с мидель-шпангоутом

Если угол дрейфа не равен 90°, то точка приложения гидродинамической силы смещается по ДП в направлении движения, т. е. навстречу набегающему потоку воды. Если угол дрейфа меньше 90°, то точка приложения смещается от ЦБС в сторону носа, а при угле дрейфа более 90° -в сторону кормы, т.е. смещение точки приложения гидродинамической силы имеет ту же закономерность, что и для аэродинамической. Однако величина смещения точки приложения гидродинамической силы примерно в 2 раза больше, чем аэродинамической при одинаковых углах атаки (a=q_w), что объясняется более совершенными обводами подводной части и, следовательно, более выраженным проявлением свойств крыла.

Плечо поперечной гидродинамической силы относительно ЦТ можно приближенно рассчитывать по формуле:

ℓ_R = 0.5 + где ℓ_R - относительное плечо поперечной гидродинамической силы, выраженное в долях длины корпуса;

ℓ_ЦБС — отстояние ЦБС от ЦТ, м.

В соответствии с формулой (7.4) точка приложения гидродинамической силы имеет максимальное смещение при углах дрейфа, близких к 0 и 180°, когда это смещение достигает ±0,5L, т. е. точка приложения приближается к носовому или кормовому перпендикуляру.

Угол дрейфа, близкий к 180°, судно может иметь при движении назад.

Рис. 7.3, Силы, действующие на судно при движении с углом дрейфа

Поперечная составляющая гидродинамической силы R_y создает гидродинамический момент M_R относительно вертикальной оси, проходящей через ЦТ судна,

M_R=R_W1_R .(7.5)

Поперечная гидродинамическая сила R_y в (Н) рассчитывается по формуле':

R_Y = C_Y S_YV² (9.6)

где ρ – массовая плотность забортной воды, кг/м³;

S_Y – площадь проекции подводной части корпуса судна на ДП, м²;

V – скорость судна относительно воды, м/с; С_Y – безмерный коэффициент поперечной гидродинамической силы, значение которого можно рассчитать по формуле:

C_Y = (7.7)

где δ – коэффициент общей полноты;

d/L – отношение средней осадки судна к его длине

. Следует лишь отметить, что ЦБС располагается по длине судна всегда сравнительно близко от ЦТ, поэтому в практических расчетах

допустимо ℓ_ЦБС принимать равным нулю, в то время как ℓ_цп может иметь значительную величину.