Основы КСУ (Бормотов А) / Основы конструирования

а)

б)

Рис. 4.8. Номограммы эффективности рулей:

а - за открытыми винтам, б - за винтами в насадках

70

d =Fd/LT - коэффициент полноты диаметрального батокса судна; L, B, T – расчѐтные главные размерения корпуса;из условий необходимой устойчивости судна на курсе

Для толкаемых и секционных составов рулевая характеристика назначается по условию обеспечения заданной в нормах поворотливости:

V – объѐмное водоизмещение состава, м3; р11 – коэффициент присоединѐнной массы воды, принимаемый по табл. 4.1; T и L – осадка и длина состава.

Таблица 4.1. Значение коэффициента р11

Примечение: Т – толкач; Б – баржа; С – секция.

Для грузовых судов на рис. 4.10 и рис. 4.11 [4] помещены графики, позволяющие быстро найти требующееся значение рулевой характеристики mр.

Выбор типа и размеров ДРК выполняется в такой последовательности:

1.Намечаются возможные варианты по числу и типам ДРК.

2.Задавшись допустимым диаметром винта Dв, рассчитывают для каждого

винта по выражениям (4.8) – (4.11) коэффициенты взаимодействия и t.

3.По значению сопротивления движению судна вычисляют коэффициенты нагрузки движителей р или к (4.13).

4.По диаграмме рис. 4.3 определяют ориентировочные значения КПД движителей р или к в зависимости от коэффициента нагрузки р или к. Рассчитываются величины пропульсивных КПД (4.13) и потребляемой мощности Np

72

(4.6) или Ne (4.7) для каждого варианта ДРК, отбираются варианты с наименьшими значениями мощности. Поскольку комплекс винт – насадка заметно сложнее и дороже открытого винта, предпочтение ему отдают лишь при значительном (не менее 10%) выигрыше в мощности.

Рис. 4.10. Рулевые характеристики речных судов

5.Рассчитывают по формулам (4.18) - (4.20) или снимают с графиков рис. 4.10 и рис. 4.11 требующиеся значения рулевых характеристик mp.

6.По наибольшей из характеристик mp1 или mp2 вычисляют коэффициенты эффективности рулевых средств k (4.17).

7. Точка с координатами k - р или k - к наносится на поле диаграммы рис. 4.3. Тип рулевых средств судна принимается в зависимости от расположения нанесѐнной точки относительно зон действия различных рулевых средств. Размеры выбранного типа рулевых средств устанавливаются по одной из номограмм рис. 4.7 – рис. 4.9 в зависимости от подсчитанных значений k и р или к. Для рулей определяют относительную площадь а=Fр/Dв2 и относительную высоту h hp / Dв , а для поворотных насадок – относительную длину lн lн / Dв .

При известном диаметре винта Dв легко получить абсолютные размеры рулей и насадок: Fp=aDв2, hp hDв , lн lн Dв .

8. Если размеры рулей неприемлемы по условиям размещения в кормовом подзоре или значение k получилось очень большим и точка лежит выше нанесѐнных зон на диаграмме, то следует увеличить число n рулевых средств. Например, можно установить по два руля за каждым винтом или в дополнение к поворотным насадкам поставить ещѐ руль в ДП судна. В соответствии с этим вычисляют новое значение коэффициента k при новом числе рулевых средств n.

73

Если типы рулевых средств отличаются (например, две поворотные насадки и руль), то коэффициент эффективности kд дополнительных средств будет

где коэффициент эффективности основных рулевых средств k0 определяется предварительно по одной из номограмм рис. 4.7 – рис. 4.9, для чего необходимо задаться размерами этих рулевых средств.

74

Высокоэффективные двухперьевые рули Спехова П.Л. (рис. 4.6, в) рекомендуется [10] делать высотой на 10…20% больше диаметра винта Dв, а шириной (0,7…0,71)Dв переднее перо, отклоняемое на угол 35 …45 , (0,75…1,0)Dв – заднее перо, отклоняемое на угол 90 .

По торцам каждого пера целесообразно устанавливать шайбы. Профилировать перья необязательно (особенно на тихоходных судах), поскольку они работают как заслонки, а не как крылья.

Двойные рули Йенкеля (рис. 4.12), установленные на двухвинтовых судах, имеют высоту 1,075Dв, а ширину 0,75 Dв – наружное перо, отклоняемое на угол 75 или 90 , и 0,86 Dв –внутреннее перо, отклоняемое на угол 45 . Отстояние каждого из перьев от диска винта [7] показано на рис. 4.12.

Рис. 4.12. Схема размещения и перекладки рулей Йенкеля:

а – размещение; б – перекладка

На крупных судах при недостатке эффективности основных рулевых средств при маневрировании в сложных условиях нередко приходится устанавливать подруливающие устройства. Правила Речного Регистра рекомендуют их установку, если площадь боковой проекции судна (надводной и подводной) превосходит 800 м2. Сила тяги подруливающего устройства Yпу, Н, рекомендуемая нормами управляемости судов внутреннего и смешанного плавания, должна быть не менее, чем определенная по соотношениям

где Sпар - площадь боковой парусящей поверхности судна, м2.

Ориентировочное значение мощности привода подруливающего устройства можно оценить по величине удельной тяги

75

Более точно характеристики подруливающих устройств устанавливают по существующим каталогам.

Пример расчѐта. Требуется подобрать тип и размеры ДРК для речного грузового теплохода с характеристиками:

L B T 90 13 2,8 м; V=2740 м3; коэффициент общей полноты =0,837; скорость хода судна v=19,0 км/ч и сопротивление движению R=88,3 кН; погруженная площадь ДП Fd=242 м2; диаметр винта Dв=l,61 м;

отстояние рулевых средств от центра тяжести судна Lp=42,0 м.

Рассмотрим варианты ДРК с одним и двумя винтами. Расчѐт выполнен в табл. 4.2.

Сопоставляя значения требующейся мощности рассматриваемых вариантов ДРК, видим, что на судне выгоднее применить два винта в насадках. Если в комплексе с каждым винтом установить по одному рулевому средству, то коэффициент его эффективности должен быть k =5,5. Нанеся точку с координатами k =5,5 и к=2,9 на диаграмму рис. 4.3, убеждаемся, что требуемой эффективностью обладают рули за винтами в насадках (зона 2 на диаграмме). Обращаясь к номограмме рис. 4.18, определяем размеры рулей. По значению k =5,5 устанавливаем на нижней шкале измерителем отрезок l и на поле номограммы по этому отрезку и коэффициенту к=2,9 отыскиваем наименьшие размеры руля. Если применить на судне рули с максимальным углом перекладки =35 , то необходимая площадь рулей должна быть (при а=1,62 и h 1,2 ):

Fр=aDв2=1,62 1,612=4,33 м2, hp hDв 1,2 1,61 1,94 м.

Таблица 4.2. Выбор параметров ДРК

76

Если увеличить угол перекладки до =45 , то размеры рулей можно уменьшить. Как видно по номограмме (штриховые линии), а=1,35 и h 1,0, от-

куда Fp=3,50 м2, hp=1,61 м.

Если установить на судне поворотные насадки, то их эффективности (как видно по диаграмме рис. 4.3) не хватит для обеспечения необходимой маневренности. Кроме поворотных насадок, надо будет применить дополнительные рулевые средства (например, руль в ДП судна). Размеры насадок и руля выбирают в такой последовательности:

задаются размерами поворотных насадок ( h 0,9 ) и по номограмме рис. 4.9 определяют коэффициент их эффективности k (при к=2,9, k =4,4);

по выражению (4.12) рассчитывают коэффициент эффективности дополнительного руля, устанавливаемого в ДП судна

по номограмме рис. 4.8 определяют относительные размеры руля, работающего вне потока винтов при к=0.

Поскольку места для размещения руля в корме очень мало, прибегаем к установке спаренного руля. Площадь каждого пера должна соответствовать

значению k2 2,05, что осуществимо при =45 , а=1,4 и h 1,2 .

При выборе размеров рулей или насадок могут быть использованы расчетные методики А.Д. Гофмана, Р.Я. Першица, работы других авторов [3, 4].

77

bб xбbр ; р hр ; к hр . bр bк

Найти размеры руля во втором приближении можно, зная толщину профиля руля:

для балансирных рулей t t bр ;

для небалансирных рулей t t bк ,

где t - относительная толщина профиля руля. Ее принимают t =0,08…0,20.

Высота руля во втором приближении

hр T h2 t . 1,2

Во втором приближении определяются ширина пера руля или комплекса, относительные удлинения и толщина профиля, которые принимаются расчетными.

Окончательно число рулей и размеры каждого из них увязывают с числом винтов и с обводами кормовой оконечности. Следует отметить, что для повышенной эффективности рулей и снижения суммарной мощности рулевого привода предпочтение отдают рулям с максимально возможным удлинением.

Размеры насадок принимают по относительной длине lн lн Dв .

Таблица 4.3. Значение коэффициентов А для судов в зависимости то типа и класса

Для проверки, насколько удачно назначены размеры рулей, необходимо выполнить расчѐты управляемости судна, а нередко и провести испытания на самоходных моделях.

79