Практическая работа №7:

«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЧЕК ПРИЛОЖЕНИЯ АЭРО-ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ СИЛ НА СУДНО ПРИ НАЛИЧИИ ВЕТРА».

Цель работы:

1. Приобретение практических навыков по управлению судном в условиях ветра при маневрировании.

2. Приобретение знаний по пониманию физических процессов, происходящих при плавании в условиях ветра, и их влияние на судно.

3. Приобретение навыков по выполнению практических расчетов аэродинамических сил действующих на надводную и гидродинамических сил на подводную части корпуса судна.

Основные сведения.

При рассмотрении вопросов движения судна надводная и подводная части корпуса судна рассматриваются как крыло, обладающее двумя свойствами: точка приложения равнодействующей смещается к передней кромке по направлению движения; равнодействующая стремится по направлению к нормали к поверхности судна.

Под аэродинамическими силами и моментами понимают усилия, обусловленные перемещением судна относительно воздуха и приложенными к надводной части корпуса судна. Эти силы достигают значительных величин при наличии ветра. Они зависят от скорости ветра, скорости судна, площади и конфигурации надстроек, расположения и габаритов палубного груза, а также от угла между ветровым потоком и диаметральной плоскостью судна.

При решении большинства задач для математического описания сил от ветра мгновенное положение и скорость судна связывают с полем постоянного ветра, для чего используют понятия истинного и кажущегося ветра. Под истинным ветром понимают ветер в координатах связанных с Землей. Кажущийся ветер это ветер в координатах, связанных с судном.

Т олько он определяет силы, действующие на судно. Его характеризуют величиной скорости W и курсового угла q_w (см. рисунок 1.).

При этом на надводной части корпуса возникает аэродинамическая сила R_a, продольная составляющая которой R_ax представляет собой силу лобового сопротивления , а поперечная сила R_ay вызывает боковое смещение и дрейф судна от ветра. Относительное смещение аэродинамической силы от мидель-шпангоута (плечо аэродинамической силы в длинах корпуса ) можно определим, по формуле Федяевского:

(1)

где L - длина судна между перпендикулярами, м;

l_цп -отстояние центра парусности (ЦП) от мидель-шпангоута, м;

q_w⁰ - курсовой угол кажущегося ветра, градусов.

Рисунок 1 Действие кажущегося ветра на судно

В формуле (1) плечо аэродинамической силы имеет знак «+», если ЦП смещен в нос от миделя и знак при его смещении в сторону кормы. Следует заметить, что расположение ЦП по длине судна зависит от размеров и расположения надстроек, дифферента судна и его осадки. Эти данные обычно рассчитывают при постройке судна, и обычно имеется в судовых документах или может быть получен по запросу на заводе, который построил данное судно.

Таким образом, на судно действует аэродинамическая сила, момент которой который стремится развернуть судно относительно вертикальной оси лагом к ветру. Поперечная составляющая вызывает боковое смещение со скоростью V« . Из-за этого возникает ветровой дрейф судна величиной а (см. рисунок 2.), а перемещение судна относительно воды происходит по направлению равнодействующей скорости V.

С появлением угла дрейфа на корпусе судна возникает гидродинамическая сила R_г, поперечная составляющая которой R_гу создает момент М_г. Указанный момент направлен в сторону, противоположную моменту аэродинамической силы . По этой причине для удержания судна на курсе необходимо переложить руль, для того, чтобы момент на нем компенсировал разность моментов аэро- и гидродинамических сил т.е. . Когда это условие не выполняется, то наступает потеря управляемости. Плечо гидродинамической силы l_г в безразмерном виде (в длинах корпуса судна) можно рассчитать по формуле:

(2)

где l_бс - отстоящие центра бокового сопротивления от мидель-шпангоута.

Рисунок 2 - Действие кажущегося ветра на судно при различных курсовых углах а) при носовых курсовых углах; б) при кормовых курсовых углах.