Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О.Макарова

ЛЕКЦИЯ № 6

Дисциплина: Судовождение на ВВП.

Тема: Характеристики сил, действующих на движущееся судно.

Вопросы: 1. Характеристики сил, действующих на судно движущееся по прямолинейным и криволинейным траекториям.

2. Циркуляционное движение судна и его элементы.

Санкт-Петербург

2015г.

6.1. Характеристики сил, действующих на судно движущееся по прямолинейным и криволинейным траекториям.

6.1.1. Характеристики сил, действующих на судно при прямолинейном движении.

При прямолинейном равномерном движении на судно действуют две равные по величине и противоположно направленные силы: сила упора движителей (движущая сила) F_Д и сила сопротивления R.

F_Д = R; a= 0

При неустановившемся прямолинейном движении к этим двум силам добавляется сила инерции, компенсирующая алгебраическую разность этих сил.

При ускоренном движении судна, когда движущая сила F_Д больше силы R, сила инерции выступает в роли сопротивления, а при замедленном движении, когда движущая сила F_Д меньше силы сопротивления R, - в роли движущей силы.

F_Д > R ; F_Д < R; a 0 .

6.1.2. Характеристики сил, действующих на судно при криволинейном движении.

Криволинейное движение судна осуществляется с помощью соответствующей перекладки руля или поворотной накладки. При этом на руле возникает гидродинамическая сила руля Р_р (рис. 6.1 ), которую можно разложить на продольную Р_х, направленную параллельно диаметральной плоскости, и боковую (рулевую) Р_у – перпендикулярную ей. Первая увеличивает силу сопротивления и тем самым уменьшает скорость движения судна, вторая – вызывает боковое перемещение судна в сторону своего действия и, кроме того, образует момент относительно центра тяжести (ЦТ), , который осуществляет первоначальный поворот судна с угловой скоростью ω_1.

М_р = Р_у L_к (6.1)

Р_х = Р_р · Cosα

Р_у = Р_р · Sinα

где Р_у – составляющая гидродинамической силы руля по оси У;

L_к - расстояние (плечо) от ЦТ до точки приложения силы Р_р;

α – угол перекладки руля.

Наличие бокового перемещения судна вызывает отклонение его вектора скорости V от ДП на угол дрейфа β (рис.6.1 ).

Угол дрейфа при криволинейном движении (β) есть угол между ДП судна и вектором линейной скорости его в данной точке криволинейного движения.

Боковое перемещение судна и поворот нарушают симметричность обтекания подводной части корпуса судна, и на нем возникает гидродинамическая сила R_Г, направленная под определенным углом к диаметральной плоскости судна. Эту силу можно разложить на две составляющие: боковую R_УГ (рис. 6.1 ) и

продольную R_ХГ . Сила R_УГ направлена в сторону, обратную силе Р_У, и, кроме того, создает вращающий момент относительно центра тяжести судна М_Г.

Рис.6.1 Силы, действующей на судно при криволинейном движении.

М_Г = R_УГ L_R (6.2)

R_ХГ = R_Г · Cosδ

R_УГ = R_Г · Sinδ

где R_УГ – составляющая гидродинамической силы по оси У;

L_R – расстояние (плечо) от центра приложения гидродинамических сил ( ЦГ) до ЦТ.

δ - угол между ДП и направлением действия гидродинамической силы Р_Г.

Момент М_Г также осуществляет поворот судна с угловой скоростью ω_2. Моменты М_Р и М_Г в данном случае совпадают и создают суммарный поворачивающий момент М_П , который будет осуществлять поворот судна с угловой скорость ω.

М_П является алгебраической суммой моментов М_Р и М_Г

М_П = М_Р + М_Г (6.3)

Составляющая R_Х представляет собой силу, препятствующую движению судна.

По истечении некоторого времени после перекладки руля судно опишет криволинейную траекторию. При этом, как и у любого твердого тела, у него возникнут два ускорения: нормальное а_п (центростремительное), направленное к центру кривизны траектории, и касательное а_τ, совпадающее с линией вектора скорости V . При этом на судно будут действовать соответствующие силы инерции. Сила инерции I_Ц (рис. 6.1 ), вызванная появлением нормального ускорения, будет пропорциональна этому ускорению и направлена в противоположную сторону. Она носит название центробежной силы инерции. Сила инерции I_τ, вызванная касательным ускорением, направлена в сторону, обратную этому ускорению.

Центробежная сила инерции I_Ц будет действовать все время, пока судно движется по кривой, а сила I_τ– только при изменении скорости движения (на установившейся циркуляции, когда скорость движения постоянна этой силы не будет).