43.Силы действующие на судно при стоянке на якоре. Условия безопасной стоянки на якоре.

∑F

R_Я.У.

F_Г

Рис.8.1 Силы действующие на судно на якоре

Судно, стоящее на якоре, подвергается воздействию сил: ветра F_B, течения F_Т, волнения F_ВОЛН, инерционных сил рыскания и качки F_ИН. Этим силам противодействует держащая сила якорного устройства. Судно не будет дрейфовать, если горизонтальная составляющая равнодействующей внешних сил ∑F уравновешивается держащей силой якорного устройства R_Я.У. (рис.8.1), т. е.

∑F = F_В + F_Т + F_ВОЛН + F_ИН ≤ R_Я.У (8.6)

Сила действия ветра F_В зависит от скорости ветра, площади обдуваемой поверхности и воздушного сопротивления судна. Силу действия ветра на судно (в Н) можно определить по формуле (8.7), которая для случая якорной стоянки упрощается:

F_В = 0.61Ca_XW²(Q_Ycosq_W + Q_Xsinq_W) (8.7)

где Ca_X— коэффициент воздушного сопротивления, зависящий от угла q_W ;

W—скорость ветра, м/с;

Q_Y и Q_X— площадь проекции надводной части корпуса судна соответственно на мидель и ДП, м²;

q_W — угол между ДП и направлением ветра, °.

Рассмотрим силу действия течения F_T. Скорость течения на якорных стоянках редко превышает 2—3 уз. При расчете силы действия воды на подводную часть судна (в Н) можно использовать формулу:

F_T = 58.8 S_YV²_TsinΘ_T

где S_Y — проекция подводной части корпуса на диаметральную плоскость судна, м²;

V_T – скорость течения, м/с;

Θ_T – угол между направлением течения и ДП, град

Силу рыскания, F_ИН, условно принимают равной весу якоря в воде.

F_ин = 8,5М_я

Для учета ударов волн по корпусу судна необходимо вводить в расчеты коэффициент динамичности К_Д, который можно принять равным 1.4.

F_вн = K_Д(F_B + F_т + F_ин) [Н]

45.Система уравнений движения судна. Силы и моменты действующие на судно.

Общий случай движения судна описывается системой из трех диф­ференциальных уравнений движения: двух уравнений сил — по продольной X и поперечной Y осям и уравнения моментов вокруг вертикальной оси Z.

Эта система в несколько упрощенном варианте имеет вид:

где m – масса судна

λ₁₁ – присоединенные массы при движении по оси X;

λ₂₂ - присоединенные массы при движении по оси Y;

V_X – проекция скорости судна на ось X;

V_Y - проекция скорости судна на ось Y;

ω - угловая скорость судна;

J - момент инерции судна относительно оси Z;

R_X – продольная гидродинамическая сила на корпусе;

R_Y – поперечная гидродинамическая сила на корпусе;

P_E – полезная сила упора винта;

P_PX – продольная сила давления воды на руль;

P_PY – поперечная сила руля;

A_X – продольная аэродинамическая сила;

A_Y – поперечная аэродинамическая сила;

M_R – момент гидродинамической силы на корпусе;

M_A – момент аэродинамической силы;

M_P – момент поперечной силы руля.

Все силы, действующие на судно, по принятой в настоящее время классификации разделяются на три группы: движущие, внешние и реактивные.

К движущим относят силы, создаваемые средствами управления с целью придания судну требуемого линейного и углового движения. К таким силам относятся упор гребного винта, боковая сила руля, силы, создаваемые САУ, и т. п.

К внешним относятся силы давления ветра, волнения моря, течения. Эти силы, обусловленные внешними источниками энергии, в большинстве случаев создают помехи при маневрировании.

К реактивным относятся силы и моменты, возникающие в результате движения судна под действием движущих и внешних сил. Реактивные силы зависят от линейных и угловых скоростей.

По своей природе реактивные силы и моменты разделяются на инерционные и неинерционные.

Инерционные силы и моменты обусловлены инертностью судна и присоединенных масс жидкости. Эти силы возникают только при наличии ускорений — линейного, углового, центростремительного.

Инерционная сила всегда направлена в сторону, противоположную ускорению. При равномерном прямолинейном движении судна инерционные силы не возникают.

Неинерционные силы и их моменты обусловлены вязкостью забортной воды, следовательно, являются гидродинамическими силами и моментами. При рассмотрении задач управляемости обычно, как уже отмечалось, используется связанная с судном подвижная система координат с началом в ц. т.(тG) Положительное направление осей: X — в нос; Y— в сторону правого борта; Z — вниз. Положительный отсчет углов принимается по часовой стрелке, однако с оговорками в отношении угла перекладки, угла дрейфа и курсового угла ветра.