3. Влияние курса корабля на амплитуды возмущающих сил

При движении корабля с каким-то курсовым углом (косым курсом) по отношению к волнению корабль будет испытывать все виды качки. Мы ограничимся здесь лишь рассмотрением вертикальной, бортовой и килевой качки. Определим приближенно, как влияет курсовой угол на амплитуды возмущающих сил и моментов для этих видов качки.

Проходящая мимо корабля волна будет иметь высоту 2r₀ , но длина волны будет зависеть от курсового угла. В соответствии с рис.5.2 длину волны при расчете килевой и вертикальной качки надо определять вдоль диаметральной плоскости. Из треугольника АВС следует, что λ_ψ = λ/cos β. При расчете бор-товой качки длину волны надо брать вдоль мидельшпангоута. Из треу-гольника А₁В₁С₁ следует, что λ_θ = λ/sin β. Тогда углы волнового склона будут равны соответственно

(5.4)

Таким образом, в выражениях для возмущающих моментов вместо углов α₀ необходимо подставлять α _ψ и α _θ .

Рис. 5.2. Определение длин волн, вызывающих килевую и бортовую качку

корабля на косом волнении

Но кроме этого, меняются также поправочные коэффициенты, учитывающие конечность размеров корабля. Рассмотрим более подробно их значения для бортовой качки. Вместо коэффициента необходимо использовать коэффициент, равный произведению трех коэффициентов.

Коэффициент , характеризует распределение давлений в волне по глубине. Это распределение не зависит от курсового угла.

Коэффициент определяется по формуле, выведенной ранее для коэффициента, только вместоλ в нее надо подставлять λ_θ . Таким образом, .

Коэффициент учитывает влияние длины корабля на возмущающие силы. Это влияние проявляется из-за того, что в разных сечениях по длине корабля угол волнового склона имеет разное значение (см. рис.5.3, сечения 1-1, 2-2, 3-3).

Рис. 5.3. Распределение углов волнового склона по длине корабля

на косом волнении

Определять коэффициент можно по графику на рис. 5.4.

Рис. 5.4. Поправочный коэффициент, учитывающий

влияние длины корабля на амплитуды возмущающих сил при

движении его с курсовым углом к волнению

5.2. Успокоители качки корабля

5.2.1. Общие принципы стабилизации качки

Общие принципы стабилизации качки корабля можно сформулировать, рассмотрев формулы для собственного периода бортовой качки

(3.13)

и для безразмерного коэффициента затухания бортовой качки

. (3.18)

Если в (3.18) подставить

(3.11)

и

, (3.12)

получим

. (5.5)

Как следует из формулы (5.5), существует несколько способов увеличения безразмерного коэффициента затухания и, следовательно, уменьшения амплитуд качки корабля на волнении.

1. Уменьшение величины .Этого можно достичь за счет уменьшения момента инерции массы корпуса или за счет уменьшения присоединенного момента инерции. Возможности их уменьшения весьма ограничены, к тому же такой путь вообще нерационален, так как в соответствии с (3.13) собственный период качки уменьшается, а ведь именно с собственным периодом корабль качается на нерегулярном волнении. Качка становится резкой, порывистой, ускорения при качке возрастают, что значительно ухудшает условия обитаемости (см. рис. 5.5).

2. Увеличение коэффициента сопротивления .Этого можно достичь в процессе проектирования с помощью рационального выбора формы корпуса корабля, например, с большим коэффициентом полноты и с острыми скуловыми образованиями. Если такие формы корпуса применить нельзя, устанавливают скуловые кили. Сопротивление качке возрастает за счет увеличения волнообразования на корпусе и за счет образования вихрей на острых кромках. На рис. 5.5 видно, что эффективность увеличения сопротивления качке большая. Ампли-туды качки могут уменьшиться в 2-3 раза. Существуют успокоители, в которых стабилизирующий момент создается за счет перемещения твердого или жидкого груза в противофазе с возмущающим момен-том. Результат их действия такой же, как и при увеличении сопротив-ления.

3. Уменьшение метацентрической высоты. Как видно на рис. 5.5, эффективность этой меры в зоне резонанса может быть еще больше, чем эффективность килей, к тому же качка корабля становится плавной за счет увеличения собственного периода. Еще в процессе проектирования кораблей стараются таким образом расположить грузовые трюма, чтобы метацентрическая высота была как можно меньше (конечно, не нарушая требования к остойчивости корабля), а в процессе эксплуатации следят за тем, чтобы метацентрическая высота не была чрезмерной. Существуют также специальные успокоительные цистерны, с помощью которых можно в случае необходимости уменьшать метацентрическую высоту, набирая в них воду и создавая большую свободную поверхность.

Рис. 5.5. Амплитудно-частотные кривые для корабля с различными принципами стабилизации качки