Параметры корпуса и руля судна и их влияние на управляемость судна

На управляемость судна оказывают влияние параметры корпуса, к которым в первую очередь относятся: отношение длины к ширине L/B, коэффициент обшей полноты δ, дифферент, а также форма кормовой оконечности, характеризуемая площадью кормового подзора (площадь подреза кормы) f_к.

Площадь f_к ограничивается кормовым перпендикуляром, линией киля (базовой линией) иконтуром кормы. В качестве критерия подреза кормы можно использовать коэффициент _к;

,

где d— средняя осадка, м.

Параметр _к является коэффициентом полноты площади ДП.

К параметрам руля, существенно влияющим на управляемость, относятся его площадь, форма и размещение.

Форма руля характеризуется его относительным удлинением, определяемым по формуле,

,

где h— высота руля по баллеру, м;

Sp— площадь пера руля,м².

Рассмотрим отдельно влияние каждого из перечисленных параметров на управляемость.

Отношение L/B. Увеличение отношения L/B приводит к росту сопротивления поперечному перемещению (росту поперечной гидродинамической силы R_v), что приводит к уменьшению угла дрейфа на циркуляции и, следовательно, к сохранению высокой линейной скорости, так как лобовое сопротивление при малых углах дрейфа возрастает незначительно. Кроме того, возрастает демпфирующее влияние гидродинамического момента m_r, входящего в третье уравнениесистемы, что приводит к уменьшению угловой скорости w) (скорости изменения курса). Таким образом, суда с относительно большем отношением L/B обладают худшей поворотливо­стью и лучшей устойчивостью на курсе.

Коэффициент ;. Увеличение  приводит к уменьшению силы R_y и уменьшению демпфирующего момента m_r, а следовательно, к улучшению поворотливости и ухудшению устойчивости на курсе.

Дифферент. Увеличение дифферента на корму приводит к смещению ЦБС от миделя в сторону кормы, поэтому возрастает устойчивость на курсе и ухудшается поворотливость. С другой стороны, дифферент на нос резко ухудшает устойчивость на курсе — судно становится рыскливым, что усложняет маневрирование в стесненных условиях.

Рис. 2.6. К определению площади кормо­вого подреза: а—корма с подвесным или полуподвесным рулем; б — корма с рулем за рудерпостом

Коэффициент ;_к. Суда с большим ;_к (малая площадь кормового подреза f_k) обладают худшей поворотливостью и лучшей устойчивостью на курсе.

Площадь руля Sp. Увеличение Sp увеличивает поперечную силу руля P_ру, но в то же время возрастает и демпфирующее действие руля. Практически получается, что увеличение площади руля приводит к улучшению поворотливости лишь при больших углах перекладки.

Относительное удлинение руля _р. Увеличение _р при неизменной его площади Sp приводит к возрастанию поперечной силы руля, что приводит к некоторому улучшению поворотливости.

Расположение руля. Если руль расположен в винтовой струе, то скорость натекания воды на руль возрастает за счет дополнительной скорости потока, вызванной винтом, что обеспечивает значительное улучшение поворотливости. Этот эффект особенно проявляется на одновинтовых судах в режиме разгона, а по мере приближения скорости к установившемуся значению уменьшается.

На двухвинтовых судах руль, расположенный в ДП, обладает относительно малой эффективностью. Если же на таких судах установлены два пера руля за каждым из винтов, то поворотливость резко возрастает.

33. Выполнение реверса на судах с различными пропульсивними комплексами. Силы взаимодействия винта, руля и корпуса судна, и учёт их при маневрировании.

Наибольшее распространение на морских судах в качестве главных двигателей имеют: двигатели внутреннего сгорания (ДВС), турбозубчатые агрегаты (ТЗА) и гребные электродвигатели (ГЭД). В качестве движителей используются ВФШ и ВРШ, образующие пропульсивные комплексы: ДВС-ВФШ, ТЗА-ВФШ, ГЭД-ВФШ, а также любой двигатель — ВРШ. Рассмотрим некоторые характерные особенности выполнения реверсов перечисленных пропульсивных комплексов.

Рис. 3.1. Графики торможения теплохода «Серов» с полного переднего хода полным назад

Рассмотрим некоторые характерные особенности выполнения реверсов перечисленных пропульсивных комплексов.

Реверсирование ДВС-ВФШ (двигатель внутреннего сгорания с винтом фиксированного шага). На большинстве теплоходов установлены ДВС, напрямую связанные с гребным валом. Чтобы выполнить реверс, сначала закрывается подача топлива на ДВС. Затем, когда обороты снизятся, из пусковых баллонов в цилиндры подается воздух, проворачивающий двигатель в обратном направлении, после этого впрыскивается топливо, которое в результате сжатия воспламеняется, т. е. происходит запуск двигателя на топливе.

Для большинства теплоходов характерен замедленный реверс при торможении с полного переднего хода. Это объясняется тем, что давление контрвоздуха, подаваемого при реверсе в цилиндры, оказывается недостаточным для преодоления момента, приложенного к винту со стороны набегающего потока воды. Для большинства ДВС уверенный реверс возможен лишь тогда, когда обороты переднего хода вращающегося в турбинном режиме винта (после прекращения подачи топлива) снизятся до значения 25—35 % от оборотов полного переднего хода, что соответствует снижению скорости судна примерно до значения 60—70 % от скорости полного переднего хода. При этом судно длительное время движется по инерции и успевает пройти значительный путь, нередко намного превышающий путь, проходимый судном после запуска двигателя на задний ход.

На рис. 3.1 приведены графики скорости V (1) и тормозного пути, построенные по результатам натурных испытаний теплохода «Серов» водоизмещением 19500 т при торможении с полного переднего хода (V_о—16,4 уз) полным задним ходом (ПХП—ПХЗ).

Если же торможение выполняется при сниженной начальной скорости, например с малого переднего хода, то реверс выполняется быстро за 10—15 с и путь торможения резко сокращается.

Двигатели внутреннего сгорания на заднем ходу развивают практически такую же мощность, как и на переднем.

Реверсирование ТЗА-ВФШ (турбозубчатого агрегата). На турбоходах при торможении используется турбина заднего хода, мощность которой составляет примерно 50% мощности турбины переднего хода (обе турбины имеют общий вал).

Для выполнения реверса с помощью маневрового клапана перекрывается пар на сопла турбины переднего хода и открывается на сопла заднего хода.

Необходимо учитывать, что ротор турбины вращается с частотой порядка нескольких тысяч оборотов в I мин, поэтому его остановка с помощью контрпара, подаваемого на лопатки турбины заднего хода, не может быть выполнена мгновенно. Тем не менее, реверс турбины с полного переднего хода выполняется значительно быстрее, чем на теплоходах, обычно не более чем за 1 мин, но упор винта на заднем ходу сравнительно невелик. Благодаря указанным свойствам тормозные пути турбоходов при торможении с полного переднего хода обычно бывают тогоже порядка, что и на теплоходах при прочих равных условиях. Однако при малых начальных скоростях тормозные характеристики турбоходов из-за малой мощности турбины заднего хода значительно хуже, чем у теплоходов.

Реверсирование ГЭД-ВФШ (гребных электродвигателей). Существуют различные типы электроприводов на постоянном и переменном токе. Судовые энергетические установки электроходов обычно состоят из нескольких дизель- или турбогенераторов, питающих гребные электродвигатели, что позволяет оперативно варьировать мощностями в зависимости от конкретных условий работы судна. Особенно удобны электроприводы на многовинтовых ледоколах и других судах специального назначения, условия работы которых изменяются в широких пределах.

Реверсирование электродвигателей осуществляется коммутированием питающего напряжения. Тормозные характеристики электроходов обычно несколько лучше, чем теплоходов.

Реверсирование ВРШ (винт регулируемого шага). Изменение направления упора ВРШ происходит в результате поворота лопастей винта без изменения направления вращения двигателя и без снижения частоты вращения.

Эффективность ВРШ при торможении существенно зависит от скорости срабатывания привода поворота лопастей. Механизмы поворота лопастей современных ВРШ, управляемые с мостика, позволяют изменить шаг винта с полного переднего на полный задний ход за 5—10 с, что обеспечивает резкое уменьшение тормозного пути. Суда с такими приводами обладают наилучшими реверсивными характеристиками.

Винт в направляющей насадке по сравнению с аналогичным винтом бед насадки при одинаковой частоте вращения создает силу упора при торможении приблизительно на 15% меньше.

Силы и моменты, возникающие при маневрировании одновинтового судна:

При маневрировании судна возникают следующие силы:

1. Силы упоры винта Р_е ();

2. Сила попутного потока В. Возникает за счёт того, что обводы корпуса на корме неодинаковы по высоте и скорость потока за корпусом судна в верхней части больше, чем в нижней. При движении вперёд сила попутного потока смещает корму влево.

3. Силы реакции воды D. Возникает за счёт того, что лопасти в верхнем положении встречают меньше сопротивления, чем в нижнем. Силы реакции воды всегда направлены по направлению вращения лопастей, то есть из винта правого вращения смещает корму вправо.

4. Силы взаимодействия винта и руля С. Возникает на п. х. за счёт того, что скорость потока в струе от винта в верхней части меньше, чем в нижней. За счёт этого на руле возникает сила С, которая стремится сместить корму влево при прямо поставленном руле. Её влияние можно уменьшить путём применения клиновидной формы руля и его смещения относительно винта по высоте.

5. Сила взаимодействия руля и корпуса судна С₁. Возникает при работе винта на задний ход. За счёт того, что на правой стороне у винта правого вращения возникает область повышенного давления, а на левой – пониженного. В результате этого сила взаимодействия винта и корпуса судна стремится сместить корму влево.