книги из ГПНТБ / Корытов Н.В. Расчеты по динамике корабля учеб. пособие

мероприятия, позволяющие выровнять поле скоростей. Это достигается рациональным выбором кормовых обводов корпуса, места расположения винта относительно корпуса, оптималь­ ным расположением выступающих частей (кронштейнов или выкружек гребных валов) по потоку. В некоторых случаях гребной винт проектируется с учетом радиальной неравно­ мерности поля скоростей потока в месте его расположения. По данным экспериментов кораблей при обычной неравномерно­ сти поля скоростей численные значения коэффициента ъг на­ ходятся в пределах 0,98-1,02. При выполнении расчетов ходкости на начальных стадиях проектирования можно при­ нимать 1г=1,0.

О пропульсивном коэффициенте многовального корабля

Особенностью компоновки комплекса винты-корпус много­ вального корабля является то, что расстояние между осями гребных винтов на этом корабле значительно меньше, чем на двухвальных кораблях. Кроме того, винты одного борта не разделены между собой корпусом. Поэтому на многовальном корабле может возникнуть взаимное влияние гребных винтов, которое заключается в том, что один винт попадает в не­ равномерное поле вызванных скоростей другого. Возникающая вследствие этого нестационарность обтекания лопастей винта приводит к изменению его гидродинамических характеристик, усилению вредных последствий, связанных с кавитацией, вибрацией корпуса и валопровода.

Поэтому на кораблях с трехили четырехвальными установ­ ками гребные винты необходимо располагать таким образом, чтобы по возможности исключить взаимное влияние винтов друг на друга. Для этого средние винты смещаются по длине в корму на некоторое расстояние по отношению к бортовым винтам. По ширине корабля винты размещаются так, чтобы не было перекрытия их дисков в осевом направлении. В против­ ном случае расположенный впереди винт будет нарушать

101

работу винта, находящегося позади, вызывая его вибрацию и снижая пропульсивный коэффициент.

Обычно рекомендуется гребные винты размещать таким образом, чтобы поперечное расстояние между осями винтов составляло не менее (1,15*1,20)-Б ' .

На пропульсивный коэффициент многовадьного корабля зна­ чительное влияние оказывает направление вращения винтов. При надлежащем выборе направления вращения задних винтов может быть достигнут существенный контрпропеллерный эффект за счет использования энергии, затраченной на закручива­ ние струи передних винтов.

Как показали эксперименты, бортовые винты должны иметь наружное направление вращения, когда из верхнего положения лопасть удаляется от корпуса. При внутреннем направлении вращения создаются благоприятные условия для попадания атмосферного воздуха к средним винтам. При этом интенсив­ ность засасывания воздуха возрастает с увеличением коэф­ фициента нагрузки гребных винтов.

Таким образом, с точки зрения обеспечения высоких пропульсивных качеств, могут быть сформулированы следующие рекомендации относительно выбора направления вращения гребных винтов многовадьного корабля:

а) бортовые винты для устранения опасности прососа воздуха к средним винтам должны быть: левый - левого вращения, правый - правого;

б) средние винты для использования контрпропеллерно­ го эффекта от струй бортовых винтов должны быть: левый - правого вращения, правый - левого;

в) для трехвального корабля направление вращения среднего винта безразлично.

102

Г Л А В А Ш РАСЧЕТЫ КАЧКИ КОРАБЛЯ

§ 16. Параметры, определяющие качку корабля

Качку корабля как обычный колебательный процесс принято рассматривать в виде совокупности отдельных гармонических колебаний. Поэтому мгновенные отклонения качающегося

5.,илибг- начальная фаза, характеризующая положе­ ние колеблющегося корабля в начальный момент времени ( t = О).

Таким обраэом, качка корабля характеризуется тремя параметрами:

-амплитудой или размахом;

-периодом иди частотой;

-сдвигом фазы колебаний по отнонеяию к внешнему воздействию.

Наибольшее отклонение корабля от положения равновесия называется амплитудой качки.

Продолжительность одного полного колебания, совершае­ мого кораблем, называется периодом качки К .

103

Число полных колебаний, совершаемых кораблем за проме­ жуток времени,, равный 2.0U с, называется частотой качки со . Частота со связана с периодом качки 'Ь зависимостью

23С

Чем меньше амплитуда и чем больше период, тем плавнее качка. Наряду с амплитудой колебаний g m в теории качки используется понятие размаха колебаний, равного удвоенной амплитуде (2- ут )

В практических задачах расчета качки угол 8 может характеризовать разность фаз между колебаниями корабля и колебаниями частиц жидкости, участвующих в волновом движе­ нии.

Основными видами качки корабля являются:

-бортовая качка - вращательное колебательное движе­ ние в поперечной плоскости;

-килевая качка - вращательное колебательное движе­ ние в продольной плоскости;

-вертикальная качка - поступательное колебательное движение вдоль вертикальной оси.

Дальнейшее изложение вопросов расчета качки корабля будем вести применительно к бортовой качке.

Расчетные формулы и зависимости для других видов качки приведем по аналогии с формулами для бортовой качки.

Бортовая качка корабля на тихой воде (в линейной поста­ новке задачи) описывается дифференциальным уравнением второго порядка:

но продольной оси, проходящей через центр тяжести корабля;

/Р*,- момент инерции присоединенной массы отно­ сительно той же оси;

Ne - коэффициент сопротивления качке;

Dh — поперечный коэффициент остойчивости.

104

В уравнении (3.2) член (их+й"3у. )-8 является моментом инерционных гидродинамических сил с учетом присоединенно­

105

Периоды Х9 , 'Су и являются периодами соответствую­ щих собственных колебаний корабля.

Из выражения для f 8 , видно, что чем больше сопротивле­ ние, тем больше период собственных колебаний, т.е. увели­ чение сопротивления делает качку более плавной. Кроме того, увеличение остойчивости (т.е. величин h и Н ) не­ благоприятно сказывается на качке, уменьшая период и таким образом делая ее более резкой (см. выражения (3.5) и (3.6) дляСд и Xif ). Таким образом, при выполнении расчетов остойчивости проектируемого корабля должны учитываться требования к качке.

Для оценки интенсивности затухания бортовой качки

который называется безразмерным коэффициентом гашения качки. Для коэффициентал)е можно получить полное выраже­ ние, если использовать формулы для л}9 и П е :

Из формулы (3.9) следует, что коэффициент гашения V 8 прямо пропорционален коэффициенту сопротивления качки Ne и увеличивается с уменьшением суммарного момента инерции З х + Д3* и метацентрической высоты h (или коэффициента

остойчивости K=D-h )• Однако уменьшение момента инерции, как видно из формулы (3.5), уменьшает период качки, что ухудшает качку. Поэтому наиболее эффективным средством улучшения качки является уменьшение остойчивости, что одновременно благоприятно действует как на затухание, так и на период качки.

106

Вычисление моментов инерции массы корабля и присоединенных моментов инерции

Для определения периодов собственных колебаний корабля на тихой воде необходимо знать моменты инерции масс кораб­ ля и присоединенной массы. На практике обычно используют­ ся приближенные формулы для определения величин Лх иЗу .

Наиболее употребительными из них являются следующие. 1. Формула Ю.А.Шиманского

л- коэффициент полноты площади ватерлинии;

&- коэффициент общей полноты.

2.Формула Дуайера

3.Эмпирическая формула

где ок=с-|- - приведенный радиус инерции корабля с учетом присоединенной массы (. С - эмпирический коэффициент, значение которого принимается в зависимости от типа корабля и состояния его нагрузки).

4. Приближенная формула

107

Коэффициент К е = f(<S,L/B,B/T) и для ориентировочных расчетов, если корабль не имеет скуловых килей, принимают

кв-0,2>0,458. (3.15 Скуловые киди несколько увеличивают присоединенный момент инерции, однако на периоде собственных колебаний это сказывается мало.

Для определения, коэффициента присоединенного момента

Для ориентировочных расчетов можно принять следующие приближенные значения:

Приближенные формулы для периодов качки

Перепишем формулу (3.7) для периода вертикальной качки, используя зависимости (3.14), следующим образом:

Учитывая, что D=ttx-ST и к^=1, после подстановки и пре­ образований получим

108

Принимая среднее значениех=-^-0,75 и имея в виду, что численно яС» ]fq , получим приближенную формулу:

При х = 0,75 и №*\Л[ окончательно получим

^»1,Ц)/Т. (3-24 Сопоставление приближенных формул (3.20) и (3.24) пока­

зывает, что периоды килевой и вертикальной качки близки друг к другу. Для получения приближенной формулы периода бортовой качки подставим в формулу (3.5) для t e выраже­ ние суммарного момента инерции Эх-*-АЗх согласно (3.12).

Тогда получим

Подставляя выражение <^=с-|- и учитывая, что 3t«/g~ ,

в формулу (3.26) в метрах. Эмпирический коэффициент С для различных типов кораблей и судов составляет:

109