2.8 Сопротивление воды движению судов

Общее сопротивление воды движению судов складывается из трех различных видов сопротивления, обусловленных разными причинами. Нужно понять физическую сущность каждого вида сопротивления и занть, от каких факторов они зависят.

Сопротивление трения является наиболее изученным видом сопротивления судов. К настоящему времени накоплено большое количество экспериментального материала, позволившего получить достаточно надежные расчетные зависимости для определения сопротивления трения судов. Студент должен уметь написать общую формулу для расчета сопротивления трения, знать, от чего зависят входящие в эту формулу параметры и уметь находить их численные значения.

Вихревое и волновое сопротивление обычно в расчетах объединяется и носит название остаточного сопротивления. Написав формулу для остаточного сопротивления, нужно уяснить, от каких факторов зависит входящий в эту формулу коэффициент остаточного сопротивления, и научиться определять его численное значение по имеющимся в учебниках таблицам и графикам.

Приближенный расчет сопротивления воды движению судов может быть произведен по эмпирическим зависимостям, предложенным рядом авторов.

Суда лесосплавного флота эксплуатируются обычно в условиях ограниченных глубин и ширин водного потока. Близость дна и берегов водного пути к корпусу движущегося судна осложняет характер обтекания его водой. Нужно понять причины, вызывающие увеличение сопротивления движению судов в ограниченном потоке, и знать какие поправки следует в этом случае вводить в расчетные формулы.

На величину сопротивления буксируемого несамоходного судна существенное влияние оказывает длина буксирного каната. Необходимо понять, исходя из каких соображений устанавливается его оптимальная длина.

Вместо буксировки на канате большое распространение имеет буксировка методом толкания несамоходных судов. Следует уяснить, почему этот метод дает возможность уменьшить сопротивление движению транспортируемых составов.

Если буксир транспортирует одновременно несколько несамоходных судов, сопротивление буксируемого воза зависит от схемы учалки судов в составе.

Отдельно следует рассмотреть сопротивление воздушной среды движению судов. Нужно знать расчетную формулы и иметь представление о входящих в эту формулу параметрах.

2.9 Судовые движители

Ознакомившись с общей классификацией судовых движителей и их основными эксплуатационными качествами, следует перейти к более подробному изучению конструктивных особенностей и геометрических характеристик гребных винтов и водометных движителей.

Гребные винты подразделяются на группы по нескольким признакам: способу установки на судне, способу крепления лопастей к ступице винта, количеству лопастей, форме лопастей, погружению винта и др. Необходимо усвоить классификацию гребных винтов по указанным признакам; знать отличительные особенности и область применения гребных винтов разных типов.

Гребные винты характеризуются рядом геометрических параметров, главнейшими из которых являются: диаметр, шаг, шаговое отношение, дисковое отношение, ширина и толщина лопастей. Студент должен уметь дать четкое определение этим характеристикам и иметь представление об их численных значениях у судов разных типов. Необходимо также представлять себе основные элементы лопасти (засасывающая и нагнетающая поверхности, входящая и выходящая кромки и др.).

Знакомство с водометными движителями следует начать с уяснения их достоинств и недостатков по сравнению с гребными винтами.

В результате изучения конструкций водометных движителей нужно усвоить их разновидности, общие схемы устройства, основные конструктивные особенности и геометрические характеристики.

Основными эксплуатационными параметрами любого движителя являются его упор и коэффициент полезного действия. Поэтому изучение теории работы судовых движителей следует начать с вывода уравнений для упора и к. п. д. идеального движителя. При этом важно усвоить такие понятия, как идеальный движитель, скорости подтекания воды к движителю и оттекания от него, скольжение и поступь судового движителя. Анализируя уравнение для упора и к. п. д. идеального движителя, нужно уметь объяснить, почему гребные колеса имеют более высокий к. п. д., чем гребные винты; какой из этих движителей имеет больший упор на единицу площади гидравлического сечения; каким образом связаны между собой к. п. д. движителя, его скольжение и поступь.

Упор гребного винта и необходимый момент для его вращения с заданной скоростью зависят, прежде всего от плотности жидкости, диаметра и числа оборотов винта. Пользуясь теорией размерности, нужно вывести общие формулы, отражающие связь между упором, моментом и указанными характеристиками винта. Входящие в эти формулы коэффициенты упора и момента зависят от геометрических характеристик винта и условий его работы. Значения этих коэффициентов устанавливаются в результате модельных испытаний изолированных винтов. Обычно результаты модельных испытаний представляются в виде кривых зависимости коэффициентов упора и момента, а также коэффициента полезного действия винта от его относительной поступи, называемых кривыми действия винта. Студент должен иметь представление о порядке проведения модельных испытаний, методике обработки опытных данных и построения кривых действия винта.

На основании кривых действия винтов с различными геометрическими соотношениями их основных параметров строятся диаграммы для практического расчета гребных винтов.

Работа гребного винта за кормой судна по сравнению с работой изолированного движителя осложняется возникновением искаженного поля скоростей и давлений. Нужно уметь объяснить физическую сущность явлений попутного потока и засасывания и знать, какие коррективы при этом следует вводить в формулы для скорости подтекания воды к движителю и его действующего упора.

В процессе изучения расчета гребных винтов студент должен усвоить порядок определения основных параметров движителя (диаметра, числа лопастей, дискового отношения) и научиться свободно пользоваться диаграммами серийных испытаний винтов при решении различных практических задач в зависимости от наличия тех или иных исходных данных.

Изучая теорию работы и расчет водометных движителей, необходимо запомнить формулу, связывающую упор движителя с эффективной мощностью двигателя и скоростью выброса струи, установить оптимальные значения скорости выброса струи и напора насоса, научиться подбирать насосы для водометных движителей и устанавливать их потребляемую мощность.