
- •10. Определение потерь скорости корабля в условиях ветра и волнения
- •10.1. Дополнительное сопротивление движению корабля из-за влияния ветра
- •10.2.Теоретические зависимости для дополнительного сопротивления воды движению корабля, связанного с волнением
- •10.3.Полуэмпирические зависимости для дополнительного сопротивления воды движению корабля, связанного с волнением
- •10.4. Естественные потери скорости корабля, связанные с дополнительным сопротивлением из-за ветра и волнения
- •10.5. Естественные потери скорости корабля, связанные с разгоном гребного винта при качке
- •Определение функции понижения уровня для гребного винта
- •10.7. Определение вероятностей вынужденных потерь скорости корабля как результата нескольких подряд ударов или забрызгиваний
- •10.10. Определение вынужденных потерь скорости, связанных с заливанием, на основе зрительного впечатления в модельном эксперименте
- •10.11. Приближённые формулы для оценки потерь скорости корабля в условиях нерегулярного волнения и ветра
- •Определение коэффициента . Значения при , равном
10.10. Определение вынужденных потерь скорости, связанных с заливанием, на основе зрительного впечатления в модельном эксперименте
Другим способом определения вынужденных потерь скорости из-за заливания может быть использование информации, которая содержится в модельных экспериментах [1,15,16]. Условие отсутствия интенсивного зарывания по всей длине пробега испытывавшейся модели имеет на встречном регулярном волнении в соответствии с указанными экспериментами с учётом [2,8] следующий вид:
(10.20)
(10.21)
где
-
высота надводного борта на четвёртом
теоретическом шпангоуте,
-
период килевой качки,
-
безразмерный (в долях длины судна)
продольный радиус инерции масс,
-
высота и длина регулярной волны,
-
кажущийся период регулярной волны.
Коэффициент
приближённо определяется как отношение
максимальных ординат амплитудно-частотных
характеристик относительных перемещений
от продольной качки для проектируемого
судна и для моделей, которые исследовались
в работе [15] при постоянном
числе Фруда. Эти максимальные ординаты
находятся по приближённым формулам
[2]. Тогда коэффициент
вычисляется в функции главных элементов
проектируемого судна, а коэффициент
-
в функции главных элементов рассмотренных
в эксперименте [15] моделей. Эти модели
имели следующие характеристики:
,
,
.
Тогда, с погрешностью не более
нескольких процентов,
и окончательно
(10.22)
Далее в работах [1,15,16] по
зрительному впечатлению оценивалась
степень зарывания, и в координатах
при постоянном числе Фруда
строились кривые вида
,
отделяющие зону отсутствия зарывания
от зоны, где зарывание имеет место. Эти
кривые мы приводим в табличной форме
(таблица 10.4), [8,15].
В таблице 10.4 при
и
имеем
,
а во всех других случаях возможна
линейная интерполяция.
Теперь необходимо найти нормативную
вероятность зарывания
как вероятность случайного события,
состоящего в том, что
Пусть на стационарном волновом режиме
есть совместный дифференциальный закон
распределения высот
и длин
волн. Тогда
В этих формулах
есть
граница области в координатах
,
вверх от которой опасное зарывание
корабля имеет место, а вниз от которой
- нет. Интегрирование распространяется
лишь по одну сторону границы
.
Положение этой границы определяется
условием
.
Зависимость
отвечает некоторому заданному числу
Фруда.
Определение зависимости
мы
уже рассмотрели (это формула (5)). А
зависимость
должна определяться по таблице 1 в
функции параметра
Здесь под величиной понимается уже длина элементарной гармонической нерегулярной волны.
Таблица 10.4
Определение
зависимости граничного показателя
зарывания
от
параметра
.
Число Фруда
|
Значения при , равном: |
|||||||
0,75 |
1,0 |
1,25 |
1,50 |
1,75 |
2,0 |
2,5 |
3,0 |
|
0 |
- |
- |
- |
- |
- |
2,5 |
1,5 |
1,4 |
0,200 |
- |
- |
2,5 |
1,2 |
0,75 |
0,70 |
0,90 |
1,2 |
0,265 |
- |
3,0 |
1,20 |
0,70 |
0,57 |
0,63 |
0,80 |
1,0 |
0,330 |
3,0 |
1,5 |
0,78 |
0,48 |
0,47 |
0,55 |
0,72 |
0,85 |
0,400 |
2,5 |
1,0 |
0,55 |
0,40 |
0,45 |
0,50 |
0,65 |
0,70 |
Тогда
функциональная
зависимость вида
,
которая представляет собой аналитическое
выражение границы области
,
с учётом того, что в этом случае
при заданном числе Фруда определится
как
Рассмотрим теперь случай, когда
распределения высот и длин волн являются
не зависящими друг от друга. Тогда
совместный закон распределения этих
величин
определяется как произведение
соответствующих маргинальных
распределений, так что
.
В этом случае имеем:
;
и, вычислив внутренний интеграл, приходим к соотношению
.
Здесь
есть интегральный закон распределения
высот волн. Пусть теперь
и
представляют собой распределения Рэлея.
Тогда
где
-
средняя высота и средняя длина нерегулярных
волн.
Далее два параметра совместного
распределения высот и длин нерегулярных
волн - величины
и
-
заменим одним параметром - высотой волны
3%-обеспеченности
,
применив для этого зависимости
измеряется в
метрах;
где
- средний период и средняя частота
нерегулярного волнения.
Тогда окончательно находим
(10.23)
Рассмотрим
далее предельные случаи, которым должно
отвечать соотношение (10.23). Нетрудно
показать, что при
,
что отвечает отсутствию надводного
борта
и максимальному зарыванию, имеем
.
Действительно, если обозначить
,
то окажется, что в этом случае
Для
,
что отвечает бесконечно большому
надводному борту
и гарантированному отсутствию зарывания,
имеем
.
В реальности
.
На
рис. 10.2 построены графики для нормативного
коэффициента безопасности по зарыванию
.
Рис.
10.2. Зависимость нормативного коэффициента
безопасности
от высоты волны 3%-обеспеченности
Зависимость
коэффициента безопасности от параметра
в реальном диапазоне изменения этой
величины оказалась мало существенной
(график рис. 10.2 отвечает
).
Очевидно
также, что для всякого судна может быть
установлена высота волны 3%-обеспеченности
такая, при превышении которой начнётся
вынужденное снижение скорости для
избежания чрезмерного зарывания. Эта
величина, которая представляет собой
один из показателей мореходности
проектируемого судна, [7],
найдётся
из условия
где
высота надводного борта
и дисперсия относительных перемещений
могут
быть отнесены к первому теоретическому
шпангоуту.