Судовые движители

У с л о в и я р а б о т ы

г р е б н о г о

в и н т а з а к о р п у с о м

с у д н а о т л и ч а ю т с я о т

у с л о в и й

р а б о т ы

в с в о б о д н о й

в о д е , д л я к о т о р ы х с т р о я т с я к р и в ы е д е й с т -

в и я и

д и а г р а м м ы . О с н о в н ы х о т л и ч и й

д в а . В о - п е р в ы х , к о б ш и в к е с у д н а

п р и м ы к а е т н е к о т о р ы й

о б ъ е м

в о д ы , к о т о р ы й в о в л е к а е т с я в д в и ж е н и е

с у д н о м , т . е . г р е б н о й

в и н т р а б о т а е т в

т а к

н а з ы в а е м о м

« п о п у т н о м

п о т о -

к е » , в

р е з у л ь т а т е ч е г о

с к о р о с т ь о б т е к а н и я

в и н т а з а

к о р п у с о м

м е н ь ш е ,

ч е м

в с в о б о д н о й

в о д е . В о - в т о р ы х , п е р е д

р а б о т а ю щ и м

в и н т о м

с о з д а е т с я

о б л а с т ь п о н и ж е н н о г о

д а в л е н и я , ч т о

п р и в о д и т к п о я в л е н и ю

д о п о л н и -

т е л ь н о г о

с о п р о т и в л е н и я

- с и л ы

з а с а с ы в а н и я . Э т и

о б с т о я т е л ь с т в а у ч и -

т ы в а ю т с я в в е д е н и е м

п о п р а в о ч н ы х к о э ф ф и ц и е н т о в : к о э ф ф и ц и е н т а п о -

п у т н о г о

п о т о к а

и

з а с а с ы в а н и я

t . В м е с т о

с к о р о с т и

д в и ж е н и я с у д н а

v

в в о д и т с я

с к о р о с т ь п о т о к а , н а б е г а ю щ е г о

н а в и н т ,

v a

v 1

, а в м

е -

с т о п о л е з н о й

т я г и

Т Е

, у р а в н о в е ш и в а ю щ е й

с о п р о т и в л е н и е д в и ж е н и ю , -

у п о р

в и н т а

T

T E

/

1

t

. В л и я н и е к о р п у с а с у д н а н а р а б о т у г р е б н о г о

в и н т а н е о д н о з н а ч н о е , х о т я

в

ц е л о м

о т р и ц а т е л ь н о е .

Судовые движители

•

При проектировании гребных винтов обычно стремятся получить

диаметр, близкий к предельно допустимому (ориентировочно 3/4 осадки

- у одновинтового судна и 2/3 осадки - у двухвинтового), что

обеспечивает наибольший к.п.д., но иногда приходится уменьшать

диаметр с учетом возможностей изготовления винта требуемых размеров,

минимальной частоты вращения гребного вала (двигателя), осадки судна

кормой в балластном переходе и других соображений. В зависимости от

конкретных условий, могут оказаться выгодными винты регулируемого

шага, в неподвижных или поворотных насадках, соосные и др., а также

иные типы движителей. Например, на скоростных судах нередко

применяют водометные движители, поскольку у обычных винтов

наблюдается нежелательное явление кавитации (вскипание воды при

обычной температуре и пониженном давлении); у судов на воздушной

подушке целесообразны воздушные винты; на плавкранах, буксирах, не

развивающих большие скорости, встречаются крыльчатые движители,

которые обеспечивают судну исключительную манёвренность, но плохо

работают при скоростях свыше 18 - 20 уз. в связи с кавитацией

(закипанием воды) на лопастях.

Судовые движители

•

Важная задача при проектировании движителя -

обеспечить согласование характеристик корпуса, движителя

и двигателя, в противном случае двигатель не сможет

развить полную мощность (как известно, обычные гребные

винты бывают “тяжелыми” и “легкими” для двигателя).

Проверка работы двигательно-движительного комплекса

построенного судна производится во время пропульсивных

(ходовых) испытаний на мерной миле (мерной линии). При

этом проверяется работа главного двигателя на различных

режимах, от минимальной до максимальной частоты

вращения, и измеряется достигнутая скорость хода судна.

Судно при испытаниях должно быть свежеокрашенным,

море - спокойным, а глубина воды на мерной миле -

достаточной, чтобы не было влияния мелководья на

сопротивление.

•

Качкой называются колебательные движения

относительно положения равновесия, которые судно

совершает при плавании на поверхности воды.

Основная причина качки - морское волнение; в

отдельных случаях качку может вызвать порыв ветра

(шквал), падение (обрыв) груза и т.п., иначе говоря,

качка может наблюдаться как на тихой воде, так и на

волнении. С качкой связаны два важных мореходных

качества судна: умеренность (малость амплитуд) и

плавность (малость ускорений) качки.

Качка

•

Теория качки позволяет рассчитать характеристики качки

судна на том или ином волнении и указать пути ее уменьшения.

При этом судно рассматривается как абсолютно твердое тело,

обладающее шестью степенями свободы (независимыми

перемещениями): поступательными перемещениями

относительно трех координатных осей и вращательными

движениями вокруг этих осей. Движение судна для каждого

отдельного вида качки описывается дифференциальным

уравнением второго порядка. Мы уже указывали, что равновесие

судна может быть устойчивым и безразличным (неустойчивое

равновесие недопустимо). Если равновесие устойчиво, то после

прекращения действия силы, вызвавшей отклонение его от

положения равновесия, судно стремиться вернуться к нему, но по

инерции пройдет это положение - начнется качка.

Качка

•

Любой вид качки - явление нежелательное, а иногда и

опасное для судна. При сильной бортовой качке возможно

опрокидывание судна, опасное своей внезапностью и высокой

вероятностью гибели всего экипажа. Сильная килевая качка

сопровождается заливанием палубы, оголением днища с

последующими ударами о волны (слемингом) и может привести к

перелому и, возможно, гибели судна. В том и в другом случае

возникают большие инерционные усилия, поскольку ускорения

достигают (0,3 - 1,0) g, а это приводит к перегрузкам конструкций,

смещению груза (что повышает вероятность опрокидывания),

ухудшению работы механизмов, приборов и устройств. Падает

скорость хода. Качка вызывает морскую болезнь у членов экипажа

и пассажиров, если ускорения превышают 0,1 g.

•

Более подробное рассмотрение качки начнем с характеристик

морского ветрового волнения. При многих теоретических расчетах

волнение принимается синусоидальным, что соответствует теории

волн малой высоты, а профиль волны описывается уравнением:

z в r в c o s k x

t ,

г д е

r в - а м п л и т у д а в о л н ы , т . е . н а и б о л ь ш е е о т к л о н е н и е п р о ф и л я в о л -

k - ч а с т о т а ф о р м ы

в о л н ы ;

x - а б с ц и с с а ( в д о л ь н а п р а в л е н и я б е г а в о л н ) ;

- ч а с т о т а в о л н ы ;

t - в р е м

я .

Р а с с т о я н и е

м е ж д у

д в у м я

с о с е д н и м и

г р е б н я м и

и л и

в п а д и н а м и ,

и з м е р е н н о е

в

н а п р а в л е н и и

б е г а

в о л н ,

н а з ы в а е т с я

д л и н о й

в о л н ы

;

2 k . В р е м я м е ж д у м о м е н т а м и п р о х о ж д е н и я ч е р е з о п р е д е л е н н у ю

т о ч к у п р о с т р а н с т в а д в у х с о с е д н и х г р е б н е й

и л и

в п а д и н

н а з ы в а е т с я п е -

р и о д о м в о л н ы

;

2

. С к о р о с т ь б е г а в о л н

c

. С о г л а с н о т е о -

р и и в о л н м а л о й в ы с о т ы , c

2 g

1 ,2 5

. В ы с о т ы в о л н т е о р и е й н е

о п р е д е л я ю т с я , з а в и с и м о с т и и х о т д л и н ы

п о л у ч а ю т с я п у т е м

м н о г о ч и с -

л е н н ы х

и з м е р е н и й

р а з л и ч н ы м и

с п о с о б а м и . В

ч а с т н о с т и , ш и р о к о

и з -

в е с т н а ф о р м у л а Ц и м м е р м а н а :

h в

0 ,1

7 3

4 .

2

r в

Н а и б о л ь ш и й у г о л в о л н о в о г о с к л о н а 0

k r в .