3.2 Пассивные гидродинамические успокоители.

Бортовые кили.

Простейшим и наиболее распространенным типом гидродинамических успокоителей являются кили, представляющие собой пластины, вытянутые по длине судна.

Рис.3.6 Скуловой киль

Суммарная площадь этих пластин(на оба борта) составляет обычно от 3%до 6% площади конструктивной ватерлинии судна.Sк=(3÷6)% Sвл.

Удлинение колеблется в пределах от до . Целью установки килей является увеличение демпфирования корпуса судна за счёт создания дополнительного волнообразования и вихреобразования при обтекании килей в поперечной плоскости.

Рис.3.7 Скуловой киль в поперечной плоскости

Эффективность килей возрастает с приближением их к свободной поверхности, так как в этом случае возрастает вызванное ими волнообразование. Однако такое расположение повышает вероятность повреждения килей и увеличивает брызгообразование в случае периодических оголений их и ударов о воду при качке. Поэтому кили стараются разместить таким образом, чтобы при качке они не выходили из воды, а также не выступали за габариты миделевого сечения судна.

Бортовые кили в настоящее время устанавливаются практически на судах всех типов, даже в тех случаях, когда на судне имеются успокоители качки какого–либо другого вида (рули или цистерна).

Конструкции килей могут быть различными и зависят главным образом от их высоты.. При высоте 300 – 400мм киль обычно

представляет собой лист, приваренный на ребро к обшивке судна. При высоте 500 – 600мм на свободную кромку листа ставится полукруглый или сегментный профиль. При высоте более 600мм киль выполняется в виде двугранника ,внутрь которого для жесткости ввариваются брикеты (рис.3.8).

до 400мм до 600мм выше 600мм

Рис.3.8 Типовые конструкции килей

Длина килей ℓк=(30 ÷ 70%)L. Высота bк=(2 ÷ 5%)В

Пренебрегая продольным обтеканием киля, на основании циркулярно – отрывной теории крыла предельно–малого удлинения нормальную силу будем определять как [5]

(3.8)

Для случая чисто бортовой качки судна величина скорости поперечного обтекания киля равна (на тихой воде).

Тогда

. (3.9)

Момент развиваемый двумя симметричными килями равен 2rN.

Тогда, уравнение бортовой качки судна с килями на тихой воде будет иметь вид:

_;

(3.10)

Следовательно, наличие килей приводит к увеличению демпфирования бортовой качки.

Линеаризация уравнения (3.10) из условия равенства работ, совершаемых моментами сил сопротивления при наклонении судна от 0 до θ_m показывает, что наличие бортовых килей приводит к увеличению безразмерного коэффициента демпфирования на величину

, (3.11)

где С_хотр определяется на основании экспериментальных данных.

Для ориентировочных расчетов могут использоваться следующие приближенные формулы:

1. Формула Н.А. Николаева

, (3.12)

где 2S– суммарная площадь бортовых килей;

k– эмпирический коэффициент k≈10

2. Формула А.И.Шмырева

(3.13)

где hк– высота киля; tк– углубление киля под поверхностью воды.

Эффективность килей зависит от режима качки судна. В резонансных режимах с помощью килей площадью Sк=(3 – 4)% Sвл можно добиться умерения качки в 1,5 – 2 раза. По мере удаления от резонанса эффективность резко падает. Результаты натурных испытаний показывают, что в условиях нерегулярного волнения бортовые кили, в среднем, уменьшают амплитуды бортовой качки на 20 – 25%.