Часть IV: Управляемость судна.

4.1. Цель расчета.

В курсовом проекте необходимо рассчитать диаметр установившейся циркуляции Д_о, приближенно по Д_о рассчитать остальные параметры циркуляции: прямое смещение, обратное смещение, выдвиг, тактический диаметр циркуляции. Необходимо рассчитать угол крена на установившейся циркуляции и скорость судна на циркуляции.

4.2. Общие сведения об управляемости судна.

Управляемостью называется способность судна удерживать заданное направление движения или изменять его пожеланию судоводителя.

Управляемость характеризуется двумя качествами:

поворотливостью - способностью судна менять направление движения по желанию судоводителя;

устойчивостью на курсе - способностью судна сохранять заданное ему направление движения.

Рыскливостью называется неустойчивость судна на курсе.

Изменение направления движения судна и удержание его на курсе осуществляется с помощью рулевого устройства.

Для хорошей управляемости судна необходимо найти оптимальное соотношение между показателями устойчивости на курсе и поворотливостью, так как эти два качества противоречат друг другу: улучшение устойчивости на курсе приводит к ухудшению поворотливости и наоборот.

Для решения этой задачи проводятся модельные испытания в бассейнах и аэродинамических трубах, натурные испытания судов.

Так как управляемость является одним из основных мореходных качеств, обеспечивающих безопасность плавания судна, к которым предъявляются повышенные требования по управляемости, снабжаются средствами активного управления - подруливающими устройствами, активными рулями, поворотными насадками, движительно-рулевыми колонками.

4.3. Циркуляция.

Судно движется под воздействием упора Р, создаваемого гребным винтом или другим движителем. При повороте (перекладке) руля нарушается симметрия обтекания корпуса судна и возникает давление набегающего потока , создающее силу R на пере руля( рис.9) . Составляющие этой силы R_x и R_у действуют вдоль и поперек судна. Если в центре тяжести судна условно приложить две взаимно исключающие друг друга силы R_у, то получим систему сил, действующих на судно при перекладке руля.

Рис. 9 Схема сил, действующих на судно при перекладке руля.

Видно, что на судно, кроме упора Р, уменьшенного на величину R_x ,действует момент М=R_yX, поворачивающий судно, сила R_у, смещающая судно перпендикулярно диаметральной плоскости и момент m=R_xУ, доворачивающий судно в направлении разворота. Этот момент возникает из-за смещения точки приложения силы Р_х от ДП.

Чем больше угол перекладки руля , тем больше будет сила R и, следовательно, силы, поворачивающие судно. После перекладки руля судно начинает описывать сложную кривую, которая называется циркуляцией. (рис.10).

Время совершения циркуляции делится на три периода:

1. Маневренный;

2. Эволюционный;

3. Период установившейся циркуляции.

Маневренный период соответствует времени перекладки руля. На пере руля возникает постепенно возрастающая гидродинамическая сила R_у, смещающая судно в сторону левого борта и поворачивающая его по часовой стрелке.

Эволюционный период начинается после окончания перекладки руля. Дрейф судна в левую сторону прекращается, скорость судна продолжает уменьшаться.

Период установившейся циркуляции наступает когда угол дрейфа перестает расти и наступает равновесие всех сил и моментов, действующих на корпус судна. Элементы движения судна принимают установившийся характер.

Рис. 10 Элементы циркуляции судна: l₀ – обратное смещение; l_п – прямое смещение; l_в – выдвиг; β – угол дрейфа; D₀ – диаметр циркуляции; D_т – тактический диаметр циркуляции.

К геометрическим характеристикам циркуляции относятся:

Выдвиг I_в - расстояние между положениями центра тяжести судна в момент начала перекладки руля и его положением после поворота на 90⁰ ,измеренное по направлению движения судна.

Прямое смещение I_п- расстояние между положением центра тяжести судна с начала перекладки руля и положением его после поворота судна на 90⁰, измеренное по направлению нормали к направлению движения судна.

Обратное смещение I_о - наибольшее расстояние, на которое смещается центр тяжести судна в сторону, обратную циркуляции.

Тактический диаметр циркуляции Д_т - расстояние между диаметральной плоскостью перед выходом на циркуляцию и положением её после поворота судна на 180⁰.

Диаметр установившейся циркуляции Д_о - диаметр окружности, являющейся траекторией движения центра тяжести судна в период установившейся циркуляции.

Угол дрейфа  -угол между диаметральной плоскостью судна и вектором окружной скорости его центра тяжести.

Для морских транспортных судов при перекладке руля на 30-35⁰ параметры циркуляции лежат в следующих переделах:

I_в = (0.6 - 1.2) Д_о; Д_т= (0.9 - 1.2)Д_о;

I_п= (0.5 - 0.6)Д_о; Д_о =( 4 - 6) L;

I_о = (0 - 0.1 ) Д_о;  = 7 - 15⁰.

Основным показателем поворотливости является диаметр установившейся циркуляции. Чем он меньше, тем лучше поворотливость. Диаметр циркуляции может быть уменьшен увеличением площади пера руля и угла его перекладки, применением средств активного управления.