2.5 . Активные цистерны второго рода

Уравнения движения рассматриваемой системы, как и в случае закрытых цистерн, отличаются только наличием в правой части второго уравнения дополнительного напора.

;

(2.74)

H_am– максимальный напор, обусловленный действием активизатора цистерн, ε_н– начальная фаза этого напора. Применяя метод комплексных чисел для решения данной системы получим:

, , (2.75)

где

;

; (2.76)

На основании полученных соотношений может быть сформулирован критерий выгодности активизации цистерн:

;

. (2.77)

Этот критерий после промежуточных преобразований приводится к неравенству

, (2.78)

где

.

Данное неравенство всегда выполняется, если оно имеет место при наибольшем значении правой части, т.е. ε_н –η_н=0.

Наилучшее действие цистерн имеет место тогда, когда сумма становится минимальной. Имеем

(2.79)

Выражение (2.79) достигает минимума, если ε_н =η_н, тогда

(2.80)

Данное условие в случае абсолютной стабилизации судна требует наибольшего значения напора активизатора:

(2.81)

Если задается кратность умерения качки θ_m/θ_ma=k, то при оптимальной фазе получается следующее условие для выбора амплитуды напора активизатора:

. (2.82)

Обычно рекомендуется принимать k=1,5÷2.

Потребные динамический напор и мощность активизатора цистерн рассчитывают по второму уравнению исходной системы. Получим:

(2.83)

Если считать, что на регулярном волнении θ=θm_αSin(ωt-δ_θ),

Z=Zm_αSin(ωt-δ_z), то после подстановки всех этих величин в выражение (2.83), находим:

, .

(2.84)

Предполагая, что мгновенное значение производительности активизаторов для обоих бортовых отсеков должно быть равно , потребная мощность будет определяться как

. (2.85)

В качестве активизаторов открытых цистерн могут использоваться теже механизмы, что и для закрытых, с тем различием, что их аэрогидродинамическая сеть оказывается разомкнутой.

Вследствие этого, такие активизаторы, как, например, пропеллерные насосы, должны устанавливаться порознь на каждый бортовой отсек открытых цистерн. Подбор нужных активизаторов труда не представляет, если имеются их характеристики, необходимые параметры цистерн и расчетные значения напора, производительности и мощности.

Рис.2.13 Схема открытой активной цистерны. 1-блок управления, 2- компрессор, 3-отверстия, сообщающиеся с забортной водой, 4-воздушный клапан.

Глава 3. Гидродинамические успокоители качки

Гидродинамические успокоители имеют в качестве рабочих органов подводные крылья, поэтому в основе их теории лежит теория крыла преимущественно малого удлинения.

1. Геометрические характеристики крыла.

Из теории крыла известно, что если пластину или крыло установить в равномерном потоке под некоторым углом α₀ (угол атаки) к направлению скорости потока V, то на крыле возникает сила R, которая может быть разложена на две составляющие. Составляющая Х, параллельная набегающему потоку, называется лобовым сопротивлением, а перпендикулярная к ней составляющая Y– подъемная сила. Отношение Y/Х называется качеством крыла.

Рис.3.1 Вид крыла

Рис.3.2 Силы, действующие на крыло

При этом:

. (3.1)

Часто применяется разложение силы R на две другие составляющие, одна из которых Т направлена по хорде крыла и называется касательной силой, другая N– нормальной силой. .

;

;

; (3.2)

.

– результирующая сила.

Ширина крыла b называется хордой, перпендикулярный к нему размер ℓ– размах.Отношение – относительное удлинение.

Крыло, установленное на судне, совершает весьма сложное движение: оно движется поступательно вместе с судном со скоростью его хода и совершает колебания вследствие качки. Бортовые управляемые рули, кроме того, совершают угловые колебания относительно оси баллера. При отсутствии качки скорость набегающего на крыло потока может быть принята равной по величине и противоположной по направлению скорости хода судна V. Вследствие качки крыло перемещается со скоростью

(3.3)

или

, (3.4)

где r– расстояние от середины пера руля до продольной оси, проходящей через ЦТ судна, замеренное в плоскости шпангоута;ℓ– расстояние от середины пера руля до поперечной оси, проходящей через центр ЦТ, замеренное в ДП;γ– угол наклона баллера руля к горизонту; – относительные скорости бортовой, килевой и вертикальной качки.

Такое движение равносильно обтеканию крыла потоком, скорость которого равна по величине и противоположна по направлению скорости U.

Для крыла, установленного на движущемся, качающемся судне, результирующая скорость набегающего потока

, (3.5)

Причем этот поток будет набегать на крыло под некоторым углом , называемым углом скоса потока

(3.6)

Когда к указанным движениям крыла добавляется перекладка на угол α, его суммарный угол атаки оказывается равным

. (3.7)

Для неповоротных крыльев угол атаки равен углу скоса потока.

Различают гидродинамические успокоители двух типов.

Первый из них, к которому относятся кили, создают стабилизирующий момент в основном за счёт поперечного обтекания. Эффективность таких успокоителей практически не зависит от скорости хода. Успокоители второго типа, к которым относятся бортовые управляемые рули, создают стабилизирующий момент за счёт подъемной силы, возникающей в результате продольного обтекания. Такие успокоители эффективно работают лишь в том случае, когда скорость V велика по сравнению со скоростью U.

Для успокоителей качки применяют крылья прямоугольной или трапецевидной формы (в плане).

Бортовые и носовые кили обычно представляют собой плоские пластины; бортовые управляемые рули – симметричные авиационные профили.

Рис.3.3 Авиационный профиль

Бортовые управляемые рули могут представлять собой неразрезные крылья или разрезные (рис.3.4). (Задняя часть такого руля носит название закрылка).

Рис.3.4 Разрезное крыло

Рис.3.5 Неразрезное крыло

В зависимости от конструкции разрезного руля поворачиваться может либо одна из его частей, либо обе одновременно, причем в последнем случае повороты основного руля и закрылка могут производиться как в одну сторону, так и в противоположные.