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

С= 0,70 - для легких военных кораблей и судов;

С= 0,80+0,85 - для крупных военных кораблей и пассажирских судов;

с= 0,90 - для грузовых судов в полном грузу.

Определение коэффициента сопротивления бортовой качки корабля

При практических расчетах бортовой качки коэффициедт сопротивления обычно определяется по данным модельных испытаний. Б специальной и справочной литературе (15,17) приведены многочисленные графики и номограммы для опреде­ ления коэффициента сопротивления бортовой качки 2~\>е или коэффициента гашенияv 9 . Эти материалы получены в резуль­ тате анализа и обработки данных испытаний серий моделей по качке на тихой воде при отсутствии хода.

На величину сопротивления качке влияют бортовые (скуло­ вые) кили, которые увеличивают не только сопротивление качке, но и присоединенный момент инерции. Существенное влияние на величину коэффициента сопротивления, особенно при наличии хода корабля, оказывают кроме скуловых килей другие выступающие части (кормовые рули, кронштейны греб­ ных валов), а также стабилизирующий эффект гребных винтов. Имеются специальные графики (14, 15), позволяющие учесть влияние площади скуловых килей к числа Фруда rV=^==r на

сопротивление качке.

Для приближенной оценки сопротивления качке можно . воспользоваться эмпирическими формулами И.А.Николаева:

-ддя кораблей без скуловых килей

-для кораблей со скуловыми килями

Н О

В формулах (3.27) и (3.28) приняты обозначения: D,L,B- водоизмещение, длина и ширина корабля;

И - высота борта корабля; 90- амплитуда качки в градусах;

К< = 0,055+0,060; $к- суммарная площадь килей.

Г.А.Фирсов рекомендует следующие приближенные значения для коэффициента сопротивления качке:

для кораблей без скуловых килей 2 "'Од = 0,07+0,10; для кораблей со скуловыми килями 2^е = 0,11+0,14.

§ 17. Основные характеристики морского волнения I . Расчетные элементы волн

В расчетах качки пользуются теорией двухмерных прогрес­ сивных волн малой амплитуды. Основными элементами, харак­ теризующими плоские волны, являются (рис.18 ):

- высота волны 2 т 0 - расстояние от подошвы волны до гребня, представляющее удвоенное значение амплитуды волны г0 ;

-длина волны \ - горизонтальное расстояние между двумя последовательно расположенными гребнями или подошва­ ми;

-период водны К - промежуток времени прохождения через одну и ту же неподвижную точку спокойной поверхно­ сти моря двух последовательных гребней волн;

-скорость бега профиля волны с=-^- - расстояние,

на которое перемещается в одну секунду гребень волны:

- наибольший угол волнового склона а0 - наибольший угол, составляемый касательной плоскостью к поверхности волны с горизонтом;

I I I

2-го

Рис. 18. Профиль регулярной водны

Согласно гидродинамической теории волн с малой амплиту­ дой, распространяющихся на глубокой воде, элементы волны связаны следующими соотношениями:

(3.29)

Из формул (3.29) следует, что:

t--

(3.30)

где <o - чаотота волны.

2. Спектральные характеристики морского волнения

Волны, вызванные ветром на поверхности моря, как пока­ зывают инструментальные наблюдения, не являются правиль­ ными, так как они'изменяются в широких пределах по высоте, периоду и форме. Основным свойством реального морского волнения является его нерегулярность, т.е. отсутствие какой-либо видимой закономерности в изменении высоты и периода следующих друг за другом волн.

112

Площадь, ограниченная кривой S.,(6) и осью абсцисс, определяет дисперсию процесса волнения:

Для получения одномерного спектра используются записи реализаций процесса морского волнения. Многочисленные за­ меры волнения позволили многим авторам получить различные по математической форме одномерные спектры волнения. В практических расчетах качки в отечественной практике широ­ кое применение получил спектр волнения, предложенный Г.А.Фирсовым и Н.Н.Рахманиным. Используя этот спектр, А.И.Вознесенский и Г.А.Фирсов получили для расчета спек­ тральной плотности волновых ординат следующее выражение:

Параметр о. характеризует степень нерегулярности волне­ ния (ширину спектра). Регулярному волнению соответствует

сх = 0. Параметр j*> является частотой, которая с точно­ стью до малых высшего порядна равняется частоте, соответ­ ствующей максимуму спектра §^Цэ) . Между параметрами спектра, как показал Н.Н.Рахманин, имеет место связь:

где б - средняя частота волнения.

Для определения параметра ft можно использовать гра­ фик зависимости ft от высоты волны 3%-ой обеспеченности (см. рис. П.9). Этот график построен Н.Н.Рахманиным по результатам обработки большого числа записей натурного волнения.На этом графике сплошная линия соответствует среднеуу значениюj3 , пунктирные линии отмечают возможные пределы отклонения.Напомним,что обеспеченность волнения представляет собой суммарную повторяемость, т. е. вероят­ ность превышения заданной интенсивности волнения.

114

Для оценки степени морского волнения в СССР применяет­ ся 9-балльная шкала ГУГМС, которая предусматривает эту оценку по одному параметру, в качестве которого принята высота волны с 3%-о& обеспеченностью Ьъу.

Обеспеченность, равная 3%, означает, что только у трех из ста следующих друг за другом волн высота равна или больше высоты, соответствующей определенному баллу шкалы. Высота волны в зависимости от интенсивности волнения может быть определена из табл. 18.

Т а б л и ц а 18

Шкала степени волнения ГУ Ш С

Для вычисления дисперсии волновых ординат, входящей в формулу (3.32), может быть использована известная зависи­ мость:

Значение h,<ye в этой формуле выбирается по шкале степени волнения (табл. 18) в соответствии с условиями задания.

115

определена ордината спектра волн Ъ^(6) . Формула (3.34) позволяет определить спектральную плотность качки путем умножения спектральной плотности волнения на квадрат моду­ ля передаточной функции.

В теории случайных процессов показано, что модуль пере­ даточной функции линейной динамической системы представ­ ляет собой амплитудно-частотную характеристику, которая равна отношению амплитуды выходного процесса к амплитуде поступающего на вход регулярного гармонического колебания.

Структура формулы (3.34) показывает, что форма спек­ тральной плотности качки корабля определяется характером энергетического спектра волнения, реакцией корабля на гармоническое возмущение различной частоты и взаимным рас­ положением функций |Ф(6)| и на шкале частот.

Для корабля, испытывающего бортовую качку и расположен­ ного лагом к волне, передаточная функция будет представ­ лять произведение из коэффициента динамичности качки

6 W

— — на редукционный коэффициент к углу волнового склона

К,е и на волновое число К=-д- . Для случая, когда бортовая качка описывается укороченным уравнением в абсо­ лютных координатах, квадрат модуля передаточной функции определяется соотношением

Тогда спектральная плотность качки будет

Для иллюстрации преобразования спектра морского волне­ ния с помощью соотношения (3.36) на рис. 19 приведены спектральная плотность волнения 5^(6) , модуль передаточ­ ной функции|Фв(б)| при расположении корабля лагом к волне

117

и спектральная плотность бортовой качки SQ (6) .

В формуле (3.36) ре­

дукционный коэффициент

V i e необходимо рассматри­ вать как функцию <о , так какVie является функцией

которые могут быть написаны следующим обра­ зом:

т .vxj (3.39)

Входящие в формулу (3.39) коэффициенты имеют следующие значения:

ос - коэффициент полноты площади ватерлинии;

X- коэффициент вертикальной полноты кораб­ ля;

*=*,Чх-о,ц ;

х

Г- 1+Х

118