dr inż. st. of. Jarosław Artyszuk (Akademia Morska w Szczecinie), 2010

materiał niepublikowany, wszelkie prawa zastrzeżone

1.SEM - MANEWROWANIE STATKIEM, PYTANIA ZALICZENIOWE, ODPOWIEDŹ - max. 3-4 zdania (najlepiej punktowo, wzór i/lub rysunek z objaśnieniami), 5 pytań- czas 20 min., PUNKTACJA - 0, 1 lub 2 punkty. Ocena dostateczna - 60%, dobra 80%, b.dobra 90-100%.

1. Pojęcie lokalnej prędkości poprzecznej i lokalnego kąta dryfu (wzory, rysunek,objaśnienia)

V_YA - Lokalna prędkość poprzeczna:

Lokalny kąt dryfu:

2. Pojęcie chwilowego środka obrotu (rysunek)

PP – pivot point (środek obrotu). Chwilowym środkiem obrotu jest punkt, w którym lokalna prędkość poprzeczna (i tym samym lokalny kąt dryfu) redukuje się do zera. Leży najczęściejpo przeciwnej stronie niżmiejsce przyłożenia siły sterującej. Podczas manewrów sterem rufowym lub w skutek bocznego działania śruby przy chamowaniu aktywnym statku, jest on położony w przud od owręża.

Zależność kinematyczna.

3. Zasada określania przestrzeni manewrowej (wzory, objaśnienia)

Wzory do określenia przestrzeni dla boku A, do obliczenia przestrzeni manewrowej punktu B trzeba wstawic w X_A i Y_A współrzędne punktu B. Tak samo dla C i D.

4. Geometryczne przedstawienie średniego przyspieszenia dośrodkowego (rysunek, objaśnienia, przypadki szczególne), rola siły odśrodkowej w utracie prędkości na cyrkulacji

5. Pojęcie mas towarzyszących, rząd wartości:

Pojęcie mas towarzyszących – dotyczy ruchu nieustalonego, są związane z reakcją otaczającej wody na taki przypadek ruchu – zmianie pędu ciała sztywnego zawsze towarzyszy zmiana pędu otaczającej wody

m₁₁ - (5-10%m). m₂₂ – ( 100%m), wzdłużna i poprzeczna masa towarzysząca.

6. Podstawowe ogólne prawa podobieństwa (opis słowny i matematyczny)

Podobieństwo geometryczne:

Λ = L_m / L_s – skala modelu (identyczny stosunek dla wymiarów modelu i statku)

m – model, s – statek.

Podobieńśtwo kinematyczne:

Podobieńśtwo obrazu opływu, rónoległość i stały stosunek prędkości w odpowiadających punktach modelu i statku.

Vⁱ_m / Vⁱ_s = Λ / Λ_t, Λ_t – tzw. Skala czasu.

Podobieństwo dynamiczne:

Stosunek sił, ciśnień działających na cząsteczki cieczy przy modelu i statku jednakowy.

pⁱ_m / pⁱ_s = Λ_p

7. Prawo podobieństwa Froude'a i Reynoldsa (postać, interpretacja i wnioski)

Prawo Froude’a:

- stosunek sił bezładności do sił grawitacji.

Wniosek: na modelu małe prędkości i małe siły – korzystne.

Prawo Reynoldsa:

- stosunek sił bezwładności do sił lepkości.

Wniosek: na modelu duże prędkości i duże siły (tj. zbliżone do sił na statku ) – niekorzystne, rzadko jest spełnione, poza tym oba prawa są wzajemnie sprzeczne.

8. Struktura współczynnika oporu całkowitego (wzór, objaśnienia, nazewnictwo angielskie)

c_R – współczynnik oporu całkowitego, ang. Total (c_T),

c_F – współczynnik oporu tarcia (ang. Friction), dominuje dla statków wypornościowych.,

c_W – wspólczynnik oporu falowego ( ang. Wave-making),

c_r – współczynnik oporu resztkowego (and. Residual),

c_V – współczynnik oporu lepkości (ang. Viscous).

9. Pojęcie oporu tarcia (rysunek, objaśnienia) i sposoby zmniejszenia.

Opór tarcia – wynika z powstania warstwy przyśćiennej, tarcie pomiędzy sąsiadującymi cząsteczkami wody przylegającymi do kadłuba i tymi znajdującymi się dalej. Tarcie spowodowane różnicą prędkości między nimi.

Zmniejszenie po przez: gładką powierzchnie, stosowanie odpowiedniej farby, odpowiedni kształt kadłuba, wprowadzenie gazu do warstwy przyściennej lub jej odsysanie (nie zalecane).

10. Pojęcie oporu kształtu (rysunek, objaśnienia)

Opór kształtu – opór cieczy na poruszający się w niej np. statek wynikający z:

• Zakrzywienia wodnicy,

• Lepkościowego oporu ciśnienia,

• Oporu oderwania przy pełnotliwych rufach.

11. Pojęcie oporu falowego (schematyczny rysunek, objaśnienia) i sposoby zmniejszenia.

Opór falowy – wynnika z powstania na powierzchni swobodnej układu fal okrętowych przemieszczających się razem ze statkiem, fale powstają w skutek skoków ciśnienia na dziobie i rufie. Kąt 19˚28`

Sposoby zmniejszania:

• Właśćiwa długość i prędkość statku,

• Właściwy kształt kadłuba,

• Gruszka dziobowa (kształt związany z kształtem statku),

• Zastosowanie jednostek wielokadłubowych.

12. Zależność współczynnika oporu całkowitego od prędkości (schematyczny rysunek, objaśnienia)

13. Zależność graficzna oporu kadłuba od prędkości i parametrów płytkowodzia

Wraz ze zmniejszeniem się głębokości pod stępką i wzrostem prędkości statku wzrastają opory kadłuba.

14. Wzajemna zależność graficzna oporu kadłuba od prędkości na płytkowodziu i w kanale

Opory kadłuba na kanale rosną szybciej wraz ze wzrostem prędkości niżna wodach płytkich.

15. Zmiana układu fal okrętowych na płytkowodziu (rysunek)

16. Współczynniki hydrodynamiczne kadłuba na równej stępce w funkcji kąta dryfu (wykresy, objaśnienia)

17. Współczynniki hydrodynamiczne kadłuba z przegłębieniem (balast) w funkcji kąta dryfu (wykresy, objaśnienia)

Statek pod balastem (ogólnie trym na rufe) stateczniejszy kursowo ( ale pogorszona zwrotność).

18. Podstawowy mechanizm generowania siły hydrodynamicznej (rysunek, nazewnictwo, objaśnienia)

Jeśli profil o rozpiętości l ustawimy pod pewnym kątem do kierunku przepływu cieczy idealnej, wówczas otrzymamy obraz opływu pokazany na na rysunku. Kąt α pomiędzy kierunkiem prędkości dopływającej cieczy a osią symetrji płata nazywamy kątem natarcia, krawędź A – krawędzią natarcia, krawędź B – krawędzią spływu. Droga opływu płata przez cząsteczki od góry jest dłuższa, niż od dołu zatem prędkości strug gornych muszą być większe. Z tego powodu w cześći górnej płata powstaje obszar podciśnienia a w dolnej nadciśnienia. Różnica ciśnien powoduje powstanie siły nośnej (P) prostopadłej do kierunku przepływu wody. W cieczy rzeczywistej siła hydrodynamiczna będzie odchylona w skutek sił lepkości cieczy rzeczywistej.

19. Negatywne zjawiska podczas opływu cieczą (omówienie)

Kawitacja – jest to parownie wody na stronie ssącej, kiedy ciśnienie spada poniżej ciśnienia pary wodnej nasyconej, pękanie pęcherzyków pary prowadzi do erozji/wybijania materiału.

Oderwanie przepływu – przy większych kątach natarcia powoduje spadek siły nośnej.

Aeracja – zapowietrzenie/wetylacja, stan balastowy, falowanie.

20. Opływ i rozkład sił na elementarnym przekroju skrzydła śruby (rysunek, objaśnienia)

Wydzielmy ze skrzydła śruby dwoma współosiowymi powierzchniami cylindrycznymi, przebiegającymi bardzo blisko siebie w odległości Δr, element tegoż skrzydła. Element ten możemy traktować jako płat nośny, na który pod kątem natarcia α napływa woda z prędkościa wypadkową υ_w . na płacie tym powstanie ementarna siła hydrodynamiczna Δ^->P, będąca wypadkową elementarnej siły nośnej Δ^->L, prostopadłej do kierunku prędkości υ_w i elementarne siły oporu Δ^->R, rónoległej do tego kierunku. Siłę Δ^->P możęmy rozłożyc na dwie skłądowe: elementarnąsiłe naporu Δ^->T, działającą w kierunku równoległym do osi śruby i elementarną siłę obwodową Δ^->K, działąjącą w kierunku prostopadłym do osi.

21. Widok skrzydła z góry (rysunek, objaśnienia)

Dla zapewnienia stałego kąta natarcia profilu na dowlonym promieniu, profile bliżej piasty (mniejsze r) są ustawione pod większym kątem w stosunku do kręgu śruby – wg tzw. Powierzchni śrubowej ( skręcenie/wyprofilowanie śruby).

Krawędź skrzydła zwróconą w kierunku obrotu skrzydła nazywamy krawędzią natarcia. Punkt obrysu najbardziej oddalony od osi nazwyamy wierzchołkiem skrzydła.

22. Zmiana powierzchni śrubowej śruby nastawnej (cechy charakterystyczne)

Zmiana powierzchni srubowej po przez zmiane kąta natarcia skrzydeł. Zmiana sil wytwarzanych przez śrube po przez zmiene jej powierzchni (kąta natarcia łopatek), bez konieczności zmiany obrotów silnika

23. Zalety i wady CPP

CPP Zalety: szybkość przesterowania, skrucenie czasu i drogi hamowania, uzyskanie b.m predkości, wykozystanie pełnej mocy SG w ciezkich warunkach pływania.

Wady: pogorszenie serowania przy małych predkościach, kłopoty ze skokiem zerowym przy statku zacumowanym, gorsza sprawność na skokach róznych od konstrukcyjnego, ogólnie gorsza sprawnośćo jakies 2% ze względu na większą piaste, większa zawodność/remony.

24. Strumień nadążający - zjawisko, sposób uwzględniania przy wyznaczaniu oddziaływań

Strumień nadążający – masa wody przemieszczająca sięzgodnie z kierunkiem ruchu statku z okolicy rufy, prędkość strumienia nadążającego jest mniejsza od prędkości statku.

ang. Wake, pojęcie abstrakcyjne, widoczne tylko efekty. Prędkość dopływu wody do śruby jest rożna od prędkości statku o wpływ strumienia nadążającego.

V_p = V_x(1-w) w > 0 –współczynnik strumienia nadążającego (ang. Wake fraction).

25. Ssanie śruby - zjawisko, sposób uwzględniania przy wyznaczaniu oddziaływań

Ssanie śruby – podciśnienie w rejonie rufy przy pracującej śrubie, zmniejsza napór śruby, istotny tzw. napór efektywny.

T_eff = T( 1 – t ) t > 0 –współczynnik ssania śruby (ang. Thrust deduction)

26. Podstawowe parametry kształtu śruby okrętowej i ich dobór (objaśnienia)

Podstawowe parametry śrub ( im większe tym większy napór):

D- średnica [m],

P/D – współczynnik skoku (mówi o nachyleniu skrzydła),

A_E/A_O – współczynnik powierzchni wyprostowanej skrzydła,

Z – liczba skrzydeł

K_T, k_Q – bezwymiarowe współczynniki naporu i momentu jako funkcja bezwymiarowego współczynnik posuwu ( odpowiedzialnego za kierunek dopływu wody do profilu skrzydła).

Dobór D i P/D wg kryterium dla najwyższej sprawności dla danej mocy i obrotów SG oraz prędkości statku,

Dobór A_E i A_O wg kryterium kawitacji i z wg minimum drgań kadłuba oraz maksimum wytrzymałości.

A_E/A_O i z stosunkowo mały wpływ na K_T, k_Q.

27. Współczynnik posuwu śruby i jego rola

Droga jaką przebywa śruba w czasie jednego obrotu, jest mniejsza od skoku śruby i nazywa się posuwem śruby. Jest odpowiedzialny za dopływ wody do profilu skrzydła.

28. Wykres współczynników naporu i momentu śruby w zakresie napędowym

29. Sterowanie obrotami śruby (zjawisko, rodzaje, własności)