Контрольные вопросы:

1.Какова цель кренования судна?

2.Что определяет остойчивость судна?

3.Каков цикл кренования для судов речного и морского флотов?

4.Какой вес крен-баласта используется на судах лесосплавного флота?

5.Как укладывается крен-баласт на лесосплавном судне?

6.Где устанавливается на судне кренометр и какоов его устройство?

7.Опишите процесс кренования судна.

8.Какое лабораторное оборудование необходимо для кренования судна?

9.Какие параметры измеряются при креновании судна?

10.Каков порядок кренования судна в лабораторных условиях?

11.Как обработать экспериментальные данные кренования судна?

12.Как определить метацентрическую высоту судна?

13.Как вычислить аппликату центра тяжести судна?

14.Как определить метацентрический радиус судна?

15.Как определить остойчивость судна методом кренования?

3.4. Определение сопротивления воды движению судна

Цель работы. Изучить методику определения сопротивления воды движению лесосплавного судна и методику пересчета данных модельных испытаний на натуру.

Общие сведения. Чтобы лесосплавное судно перемещалось с заданной скоростью, при его проектировании надо правильно рассчитать мощность силовой установки. Для нахождения мощности N и построения тяговой характеристики судна необходимо учитывать сопротивление во-

ды R [8].

Сложность процессов, протекающих при движении судна на границе двух сред, не позволяет найти удовлетворительные теоретические решения для определения сопротивления воды. Некоторые составляющие сопротивления воды (формы, волновое) с достаточной точностью можно определить только опытным путем. Но моделирование дает правильные результаты тогда, когда по известным опытным характеристикам модели, можно простым пересчетом получить соответствующие характеристики натурного объекта (см. пример § 2.3). Обычно сопротивление R для будущего судна определяют с помощью опытов на моделях; при этом модель берут достаточно больших размеров, чтобы ее обтекание проходило при турбулентном режиме, какой и имеет место в действительности при обтекании судов в натуре. Этим

55

практически достигается независимость вихревого сопротивления от вязкости. Тогда R можно определить по двухчленной формуле

R R f Ro,

где Rf - сопротивление трения, которое остается зависимым от вязкости воды, кН;

R0 - сопротивление давления (остаточное сопротивление), т.е. сумма волнового и вихревого сопротивлений, которая не зависит от силы вязкости воды, а зависит от силы тяжести, кН.

Сопротивление трения судна (в натуре и для модели) Rf рассчитывают как сопротивление трения эквивалентной пластины, которая движется со скоростью судна в натуре и со скоростью модели в опыте и имеет одинаковую смоченную поверхность и длину, равную длине судна (модели) по действующую ватерлинию. Сопротивление трения определяется по формуле

где ξf - коэффициент сопротивления трения; S – смоченная поверхность судна, м2;

v – скорость движения судна, м/с; ρ – плотность жидкости, кг/м3;

к – коэффициент, учитывающий кривизну поверхности судна, при

L/В=6…12 к=1,04…1,01;

ξfпл - коэффициент трения гладкой пластины:

ξш - надбавка, учитывающая шероховатость обшивки корпуса судна; отличающаяся от шероховатости технически гладкой пластины.

Надбавка ξш изменяется в широких пределах: для металлических судов ξш = (0,3...1,2) ∙10-3, для деревянных барж ξш = (1,5…2 , 5 ) + 10-3.

Число Рейнольдса:

где а и b - опытные коэффициенты (для деревянных барж а = 1,45, b= 1,13). Остаточное сопротивление устанавливается опытным путем. Сначала из опыта определяем полное сопротивление модели R, вычитаем из него

56

сопротивление трения модели Rf, подсчитанное по вышеприведенным формулам (3.18…3.21) и получаем остаточное сопротивление модели R0, которое переводим в натуру из условия Фруда

Лабораторное оборудование и инструменты: большой лоток, мо-

дель судна, весы, блок, швартовый канат, трубка Пито, секундомер, поплавки, тарировочный график расхода воды мерного водослива (рис. 3.13).

Рис. 3.13. Модель буксирного устройства для судна:

1 – лоток, 2 – судно; 3 – канат; 4 – мост; 5 – динамометр

Порядок выполнения работы

1.На бортах гидравлического лотка размечаются пусковой, верхний

инижний расчетные створы. Насосной установкой создается в гидравлическом лотке требуемый поток воды. В лотке устанавливаем глубину, соответствующую плаванию судна в натурных условиях на глубокой воде. При проведении опыта надо по возможности уменьшить влияние ограждающих поток стенок лотка на смывание модели судна. Для уменьшения влияния ограничения потока в опыте надо, чтобы следующие отношения имели большие значения

где h - глубина потока в лотке, м; Т - осадка модельного судна, м;

Ω - площадь поперечного сечения потока, м2; Fмид - площадь погруженной части мидель-шпангоута, м2.

В условиях лаборатории кафедры водных ресурсов указанные отношения рекомендуются при Т=5 см, h = 20...30 см.

57

2.При помощи трубки Пито или трех поплавков измеряется скорость течения воды в месте исследуемой установки модели судна. Опыт необходимо провести при нескольких скоростях, чтобы затем представить на

графике зависимости R, Rf, Rо от скорости потока воды v. Для этого при постоянной глубине изменяем скорость в лотке 4-6 раз. Изменение скорости достигается изменением расхода воды и изменением положения щитка в конце лотка.

После изменения расхода и положения щитка для установления скорости надо 2-3 минуты дать потоку установиться. Скорость измеряем трубкой Пито в одной точке на глубине, равной половине осадки судна в середине ширины потока, или тремя поплавками между расчетными створами гидравлического лотка (табл. 3.8).

Чтобы сократить время на поиски скоростей, обеспечивающих турбулентное обтекание судна при ограниченном расходе воды в лаборато-

рии, опыт надо начать со скорости vм = 0,15...0,25 м/с, постепенно увеличивая ее до 0,4...0,6 м/с. Такие скорости позволят уложиться в расход

40...180 л/с при h= 20 см и 60...250 л/с при h = 30 см.

3.В поток устанавливается модель судна и замеряется сопротивление воды по показаниям динамометра (табл. 3.8). В качестве динамометра используются лабораторные циферблатные весы. Модель судна крепим за швартовый канат через блок к весам. Судно пригружается балластом для выравнивания и достижения осадки Т=5 см. В опыте следует применить оттяжной груз и учесть его значение при расчете.

4.Замеры повторяются при пяти различных скоростях течения воды

влотке. В каждом случае замеряется осадка судна и температура воды. Результаты замеров заносятся в табл. 3.8.

5.Далее по методу Фруда производится пересчет данных модельных испытаний на натуру. Все расчеты сопротивления для натурного судна сведены в табл. 3.9.

Таблица 3.8

Измерение скорости потока, температуры воды, показаний динамометра

Таблица 3.9

Расчет сопротивления воды движению судна

6. Оформление работы заканчивается представлением графиков зависимостей полного сопротивления R, сопротивления трения Rf и остаточного сопротивления Rо натурного судна от скорости его движения vн (рис.

3.14).

R, Н

v, м/с

Рис. 3.14. Графики зависимости R= f1(v), Rf= f2(v), Rо= f3(v)

59