ЦИКЛ ЛЕКЦИЙ ПО ДИНАМИКЕ КОРАБЛЯ

Управляемость судна.

Лекция 1. ВВЕДЕНИЕ В КУРС.

Определения.

Управляемость судна это раздел теории корабля, изучающий способность судна изменять направление движения в соответствии с действиями судоводителя.

Нужно различать управляемость и управление судном. Управление судном – соответствие действий, выполняемых судоводителем, и последующим поведением судна,

Рассматриваемый курс будет посвящен управляемости судна, в рамках которого алгоритм действий судоводителя в процессе управления судном не рассматривается. Однако, рассматривать управляемость судна без рассмотрения работы органов управления невозможно. Поэтому реальные действия судоводителя заменяются рядом формализованных режимов, называемых маневрами.

Маневром будем называть движение судна, соответствующее заданному закону изменения режима работы рулевого устройства.

Выбор закона управления рулевым устройством определяется требованиями решаемой задачи. Например, маневр «Вход в циркуляцию» выполняется при перекладке руля на борт и удерживания его на борту на протяжении всего времени выполнения маневра. Графически это можно определить рис. 1.1

Рис. 1.1. Изменение угла перекладки руля при выполнении маневра

«Вход в циркуляцию»

Маневры могут быть простыми, определяющимися одним изменением режима работы рулевого устройства, как показано на рис 1.1, так и строго определенной последовательностью изменений, как при выполнении маневра «зигзаг» (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Запись перекладки руля при выполнении маневра «зигзаг 10/10» при испытаниях танкера «Ессо Осака»

При решении задач управляемости, как и любой другой задачи теории корабля, возможны два метода: экспериментальный метод исследований и расчетный метод исследований.

Экспериментальный метод исследований предполагает выполнение маневров на геометрически подобных моделях (физическое моделирование). Такой метод требует наличия автономной самоходной модели, геометрически подобной проектируемому судну, специального оборудования и достаточно большой акватории, защищённой от влияния ветра. При соблюдении этих условий модельный эксперимент позволяет прогнозировать характеристики управляемости судна с точностью, достаточной для проектирования. Номенклатура маневров, которые можно выполнить на модели, ограничена. Размеры модели ограничены размерами акватории, в которой проводятся испытаний. А скорость движения модели (при моделировании по критерию подобия Фруда) определяется ее масштабом. При малых скоростях движения возможен ламинарный отрыв потока, существенно влияющий на гидродинамические характеристики. При малых скоростях хода, даже искусственное увеличение шероховатости поверхности не дает желаемого результата.

Расчетный метод исследования управляемости, кроме вычислительных средств, требует знания алгоритма решения задачи, включая значения сил и моментов, действующих на судно. Расчетный метод исследования незаменим при исследовании управляемости на ранних стадиях проектирования, когда отсутствует теоретический чертеж корпуса и не окончательно выбран движительно-рулевой комплекс.

Несмотря на бурное развитие вычислительной техники, расчет гидродинамических сил и моментов, действующих на движущееся по криволинейной траектории судно, за приемлемое время и с приемлемой точностью невозможно. Проблема может быть решена, если вместо расчетных значений сил и моментов использовать их экспериментальные значения.

Экспериментальное определение гидродинамических характеристик производится с использованием буксируемых моделей. Требования к моделям менее жесткие. Можно несколько увеличить и размер модели, и скорость ее буксировки, обеспечивая автомодельный или близкий к автомодельному режим обтекания.

Расчетный метод исследования, выполняющийся с использованием экспериментальных данных, называется полуэмпирическим.