Силы и моменты, действующие на судно. При анализе сил, действующих на судно, оно рассматривается как вертикальное крыло симметричного профиля относительно диаметральной плоскости (ДП). Применительно к судну, основные свойства крыла формулируются следующимперемещается прямолинейно в потоке воды или воздуха под некоторым углом атаки, то помимо силы Если судно образом: лобового сопротивления, направленной противоположно движению, возникает подъемная сила, направленная перпендикулярно набегающему потоку. В результате равнодействующая этих сил не совпадает с направлением потока. Величина равнодействующей сил пропорциональна углу атаки и квадрату скорости набегающего потока; Точка приложения равнодействующей силы смещена по ДП от центра площади крыла навстречу потоку. Величина этого смещения тем больше, чем острее угол атаки. При углах атаки близких к 90 градусам, точка приложения равнодействующей силы совпадает с центром парусности (для надводной части судна) и центром бокового сопротивления (для подводной части); Применительно к подводной части корпуса судна: угол атаки является углом дрейфа, а для надводной части курсовым углом (КУ) кажущегося ветра; Центр бокового сопротивления обычно совпадает с центром тяжести судна, а положение центра парусности зависит от расположения надстроек.
Силы и моменты, действующие на судно. Рис. 1. 3. Воздействие внешних сил на корпус судна
МАНЕВРЕННОСТЬ СУДНА 1. 1. Общие понятия и определения Маневрирование – изменение направления движения судна и его скорости с помощью руля, движителей, подруливающих устройств в целях обеспечения безопасности мореплавания или решения эксплуатационных задач (швартовка, постановка на якорь, проход узкостей и т. п.). Маневренность определяется такими качествами судна, как скорость, ходкость, управляемость, устойчивость на курсе и поворотливость, а также инерционными характеристиками судна. Маневренность судна не является постоянной. Изменение ее происходит под влиянием различных факторов (загрузки, крена, дифферента, ветра и т. д.), которые надлежит учитывать судоводителям при управлении судном. Под ходкостью понимается способность судна преодолевать сопротивление окружающей среды и перемещаться с требуемой скоростью при наименьшей затрате мощности главных машин. Скорость судна - одна из важнейших характеристик маневренных элементов судна. Скоростью судна считается та скорость, с которой оно перемещается относительно воды. Управляемость - способность судна двигаться по заданной траектории, т. е. удерживать заданное направление движения или изменять его под действием управляющих устройств. Главными управляющими устройствами на судне являются средства управления рулем, средства управления движителем, средства активного управления. Управляемость объединяет два свойства: устойчивость на курсе и поворотливость. Устойчивость на курсе - это способность судна сохранять направление прямолинейного движения. Поворотливость - способность судна изменять направление движения и описывать траекторию заданной кривизны. Устойчивость на курсе и поворотливость находятся в противоречии друг с другом. Чем более устойчиво прямолинейное движение судна, тем труднее его повернуть, т. е. ухудшается поворотливость. Но с другой стороны, улучшение поворотливости судна затрудняет его движение в постоянном направлении, в этом случае удержание судна на курсе связано с напряженной работой рулевого или авторулевого и частой перекладкой руля. При проектировании судов стремятся найти оптимальное сочетание этих свойств. Управляемость судна в основном определяется взаимным расположением трех точек: центра тяжести (ЦТ), центра приложения всех сил сопротивления движению и центра приложения движущих сил (рис. 1. 4). Рис. 1. 4. Расположение центра вращения судна
МАНЕВРЕННОСТЬ СУДНА Если центр тяжести при определенном состоянии загрузки судна остается неподвижным, то центр приложения сил сопротивления не имеет постоянного местоположения. В зависимости от движения судна суммарный вектор сил сопротивления водной и воздушной сред изменяется, и точка его приложения к судну обычно перемещается вдоль диаметральной плоскости. При поворотах судно разворачивается вокруг вертикальной оси (центра вращения - Р), проходящей через центр сил сопротивления. Если ЦТ располагается впереди центра сил сопротивления, то судно устойчиво на курсе и наоборот, если ЦТ располагается позади центра сил сопротивления, то судно неустойчиво на курсе и более подвержено рысканию. Расположение центра приложения движущих сил зависит от режима работы движителей, положения руля, воздействия ветра, течения и т. п. В зависимости от расположения указанных трех точек при движении судна могут произойти сопутствующие явления: крен, дифферент, поперечное смещение. В результате воздействия обтекающих масс воды и ветра на корпус, винт и руль, даже при спокойном море и слабом ветре, судно не остается постоянно на заданном курсе, а отклоняется от него. Отклонение судна от курса при прямом положении руля называется рыскливостью. Амплитуда рыскания судна в тихую погоду небольшая. Поэтому для удержания его на курсе требуется незначительная перекладка руля вправо или влево. При сильном ветре и волнении устойчивость судна на курсе значительно ухудшается. На рыскливость судна большое влияние оказывает расположение надстройки. На тех судах, где надстройки на корме, рыскливость увеличивается, так как почти всегда корма идет «под ветер» , а нос - «на ветер» . Если надстройка в носу, то судно уклоняется «от ветра» . Уклонение судна под ветер называется увальчивостью. Это свойство так же, как рыскливость, является недостатком судна, его всегда приходится учитывать при осуществлении различных маневров, особенно в стесненных условиях.
ЦИРКУЛЯЦИЯ Циркуляцией называют траекторию, описываемую центром тяжести судна, при движении с отклоненным на постоянный угол рулем. Циркуляция характеризуется линейной и угловой скоростями, радиусом кривизны и углом дрейфа. Угол между вектором линейной скорости судна и диаметральной плоскостью называют углом дрейфа (β). Эти характеристики не остаются постоянными на протяжении всего маневра. Циркуляцию принято разбивать на три периода: маневренный, эволюционный и установившийся. Маневренный период − период, в течение которого происходит перекладка руля на определенный угол. С момента начала перекладки руля судно начинает дрейфовать в сторону, противоположную перекладке руля, и одновременно начинает разворачиваться в сторону перекладки руля. В этот период траектория движения центра тяжести судна из прямолинейной превращается в криволинейную, происходит падение скорости движения судна. Эволюционный период – период, начинающийся с момента окончания перекладки руля и продолжающийся до момента окончания изменения угла дрейфа, линейной и угловой скоростей. Этот период характеризуется дальнейшим снижением скорости (до 30 – 50 %), изменением крена на внешний борт до 100 и резким выносом кормы на внешнюю сторону. Период установившийся циркуляции – период, начинающийся по окончании эволюционного, характеризуется равновесием действующих на судно сил: упора винта, гидродинамических сил на руле и корпусе, центробежной силы. Траектория движения центра тяжести (ЦТ) судна превращается в траекторию правильной окружности или близкой к ней. Геометрически траектория циркуляции характеризуется следующими элементами: Dо – диаметр установившейся циркуляции – расстояние между диаметральными плоскостями судна на двух последовательных курсах, отличающихся на 180*при установившемся движении; Dц – тактический диаметр циркуляции – расстояние между положениями диаметральной плоскости (ДП) судна до начала поворота и в момент изменения курса на 180*; l 1 – выдвиг – расстояние между положениями ЦТ судна перед выходом на циркуляцию до точки циркуляции, в которой курс судна изменяется на 90*; l 2 – прямое смещение – расстояние от первоначального положения ЦТ судна до положения его после поворота на 90*, измеренное по нормали к первоначальному направлению движения судна; l 3 – обратное смещение – наибольшее смещение ЦТ судна в результате дрейфа в направлении, обратном стороне перекладки руля (обратное смещение обычно не превышает ширины судна В, а на некоторых судах отсутствует совсем); Тц – период циркуляции – время поворота судна на 360*.
Влияние различных факторов на поворотливость судна Конструктивные факторы Отношение длины к ширине судна (L/B). Чем больше это отношение, тем хуже поворотливость судна. Это связано с относительным увеличением сил сопротивления боковому перемещению судна. Поэтому широкие и короткие суда обладают лучшей поворотливостью, чем длинные и узкие. Отношение осадки к длине судна (T/L). При увеличении отношения поворотливость судна несколько ухудшается, т. е. судно в полном грузу будет обладать худшей поворотливостью, чем в балласте. Отношение ширины к осадке (В/Т). Рост этого отношения приводит к существенному улучшению поворотливости. Суда широкие и мелкосидящие более поворотливы, чем суда с большой осадкой и узкие. Коэффициент общей полноты (δ). С увеличением коэффициента δ поворотливость улучшается, т. е. чем полнее обводы судна, тем лучше его поворотливость. Форма кормы (площадь кормового дейдвуда и полнота кормы). Особенно сильное влияние на поворотливость судна оказывает площадь кормового дейдвуда. Поэтому даже небольшое ее увеличение приводит к резкому возрастанию диаметра циркуляции при всех углах перекладки руля. Увеличение полноты кормы способствует улучшению поворотливости судна. Форма носовых образований судна значительно меньше влияет на поворотливость, чем форма кормы. Как правило, влияние формы носа проявляется только при наличии значительного носового подзора (например, у ледоколов), что обусловливает некоторое возрастание диаметра циркуляции судна. Размеры и конфигурация руля. Увеличение площади руля, так же как и другие изменения формы руля, оказывает двоякое влияние на поворотливость. Практические расчеты показывают, что увеличение площади руля ведет к уменьшению диаметра циркуляции при больших углах перекладки руля и к увеличению его при малых углах перекладки. Размещение руля относительно винтов значительно влияет на поворотливость судна. Расположение руля в винтовой струе благодаря увеличению скорости его обтекания способствует росту эффективности руля и отражается на поворотливости судна так же, как увеличение площади руля. Влияние винтовой струи сказывается тем Рис. 1. 17. Влияние угла перекладки руля на поворотливость судна: больше, чем большая площадь руля попадает в поток а – угол перекладки до 45*, б – угол перекладки более 45* от винта. При перекладке руля более чем на 45* эффективность его действия на поворотливость судна резко уменьшается (рис. 1. 17).
Влияние различных факторов на поворотливость судна Скорость судна. Исходная скорость хода V, с которой судно совершает прямолинейное судна движение до перекладки руля, влияет на величины выдвига, прямого и обратного смещений. При ветре управляемость существенно зависит от скорости судна: чем скорость меньше, тем большее влияние ветра на управляемость. Волнение моря способствует рыскливости судна. Углы рыскания зависят от курсового угла волны и увеличиваются по мере возрастания волнения моря. Особенно неблагоприятным плавание будет при наличии ветровых волн и зыби от курсовых углов 120°− 180° при скорости судна, близкой к скорости распространения волн. В этом случае амплитуда рыскания может составлять до 30− 50°, а перекладка руля на попутной волне становится малоэффективной. Элементы посадки судна Дифферент. Увеличение дифферента на корму улучшает устойчивость судна на курсе и ухудшает его поворотливость. С другой стороны, дифферент на нос резко ухудшает устойчивость на курсе - судно становится рыскливым, что усложняет маневрирование в стесненных условиях. Поэтому судно стараются загрузить так, чтобы оно в течение рейса имело небольшой дифферент на корму. Крен судна нарушает симметричность обтекания корпуса. Площадь погруженной поверхности скулы накрененного борта становится больше соответствующей площади скулы приподнятого борта. В результате судно стремится уклониться в сторону, противоположную крену, т. е. в сторону наименьшего сопротивления.
Используемая литература. 1. 2. 3. Снопков В. И. Управление судном. / В. И. Снопков - Санкт. Петербург. : АНО НПО Профессионал, 2004. -536 с Шарлай Г. Н. Управление морским судном. / Шарлай Г. Н. Владивосток. : Мор. Гос. ун-т, 2009. -503 с. Лихачев А. В. Управление судном: Учебник для морских вузов. /Лихачев А. В. Спб. : Издательство Политехнического университета, 2004. 504 с. Подготовил Доцент кафедры УС и БЖД на море ХГМА К. Д. П. , К. Т. Н. Товстокорый О. Н.
По данной тематике проводится лабораторная работа 2.1 (2 часа)
При движении судна прямолинейным курсом и положении руля в диаметральной плоскости, при отсутствии ветра и течения, сила упора движителей уравновешивается силами сопротивления воды движению корпуса судна. Руль и корпус симметрично обтекают встречные струи воды и сил отклоняющих судно не возникает. При перекладке руля на некоторый угол α , со стороны обращенной к обтекающему потоку, на руле возникает повышенное давление, а на противоположной стороне руля – пониженное. Разность давлений на сторонах пера руля создает силу Р, давящую на перо руля и зависящую от скорости натекания воды на перо руля, угла перекладки, формы и площади пера руля. После перекладки руля судно некоторое время, по инерции, продолжает двигаться прямолинейно, а затем поворачивается в сторону перекладки руля. Рассмотрим действие силы Р на судно в первый момент после перекладки руля.
Разложим силу Р по правилу параллелограмма на две составляющие силы: Ру – перпендикулярную ДП судна рулевую силу , и Рх – направленную по ДП силу торможения. Приложим к ЦТ судна две равные и противоположно направленные силы Р 1 и Р 2 , параллельные и равные силе Ру. Силы Ру и Р 2 образуют пару сил, а их поворачивающий момент Мр наз. моментом руля Мр = Ру 0,5L где 0,5L – плечо пары сил Ру и Р 2 . Сила Ру при движении прямым курсом определяют по формуле:
Ру = k 1 k 2 с р 0,5рSр(k υ υ) 2 (α+β с) где:
k 1 – коэф., учитывающий увеличение рулевой силы от постановки рулевых шайб(1,15-1,2);
k 2 – коэф., учитывающий влияние близости пера руля к корпусу судна (1,05- 1,3 при меньшем зазоре, больший коэффициент);
с р – угловой коэф. 5,15/1+(2S р / h р 2) где h р -высота пера руля,м;
ρ- массовая плотность воды (для пресной воды 102 кгс с 2 /м 4);
Sр – площадь пера руля,м 2 ;
k υ – коэф. учитывающий изменение скорости натекания воды на перо руля, от действия гребного винта и корпуса судна (1,1-1,55, больше при толкании, меньше для одиночных судов);
υ – скорость натекания воды на перо руля, м/с;
α – угол перекладки руля, град;
β с – угол скоса потока воды за кормой, вызванного обводами судна. (у одно и трех винтовых судов β с = 2-4 0 , у двухвинтовых с 2-мя рулями β с =0 0).
Из рисунка видно, что при перекладке руля на судно начинают действовать: поворачивающий момент Мр , направленный в сторону отклонения пера руля; сила Ру , смещающая судно в сторону противоположную повороту и сила Рх , увеличивающая сопротивление движению. Увеличение сопротивления при перекладке руля уменьшает скорость движения судна (при прямолинейном движении и удержании судна на курсе 5-ти градусными перекладками руля, теряется до 2% скорости), поэтому перекладка руля не должна превышать 1 0 .
Смещение и дрейф судна в сторону противоположную повороту руля, достигает наибольшего значения в кормовой части судна, что следует учитывать при выполнении поворотов и оборотов вблизи опасностей.
После преодоления сил инерции судно начинает двигаться по криволинейной траектории – циркуляции. В это время на судно, как на всякое физическое тело, движущееся по кривой, действует центробежная сила С , направленная в сторону противоположную повороту. Она приложена к центру тяжести судна, пропорциональна его массе m , квадрату скорости υ с поступательного движения ии обратно пропорциональна радиусу кривизны траектории движения r . С=mυ с 2 /r .
Эта сила с плечом h (расстояние между ц.т. и центром величины судна) создает кренящий момент Мкр = Сh, вызывающий крен судна в сторонупротивоположную повороту судна, что также следует учитывать привыполнении резкого поворота и оборота (снижать скорость и угол перекладки руля). Циркуляция, ее периоды и элементы см. выше.После остановки движителей давление воды на перо руля резко уменьшается. С уменьшением скорости судно хуже слушается руля и может потерять управляемость . При работе винта «назад» на стороне руля обращенной к винту, создается пониженное давление, поэтому при руле переложенном «вправо» нос судна уклоняется влево и наоборот, т.е. корма судна уклоняется в сторону перекладки руля.
Сила давления на перо руля при движении задним ходом в первый момент определяется по формуле: Ру = с у 0,5S ρ υ 2
, рассмотрим действие силы Р
на судно придвижении задним ходом. Отклонение руля вызывает поворачивающий момент от пары сил Р и Р 1
, увеличение сопротивлению воды движению корпуса судна и уменьшение скорости от действия силы Р х
, и дрейф судна в сторону перекладки руля. При циркуляции на заднем ходу под действием рулевой силы увеличивается давление воды на кормовую часть борта (сила R 1 у)
, в сторону которого переложен руль. Эта сила создает поворачивающий момент, противоположный поворачивающему моменту руля и общий поворачивающий момент в начальный момент циркуляции на заднем ходу равен разнице моментов рулевого и сопротивления воды корпусу судна. Поэтому даже при равном давлении на руль поворотливость на переднем ходу лучше, чем на заднем. Однако, через некоторое время после начала поворота угловая скорость начинает увеличиваться и гидродинамические силы со стороны наружного борта становятся больше динамической силы R 1 у
, вызванной перекладкой руля. В это время поворачивающий момент судна – сумма момента руля и позиционного момента, что вызывает увеличение скорости поворота. Величина позиционного момента близка к величине момента руля, поэтому перекладка руля в противоположную сторону может не дать желаемого эффекта и не выведет судна из циркуляции. Учитывая это явление, при движении задним ходом не следует допускать больших скоростей поворота и движения.
Для вывода судна из циркуляции следует дать реверс «вперед» и управлять судном на переднем ходу.
ИНЕРЦИОННО-ТОРМОЗНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СУДНА
Силы и моменты, действующие на судно.
Система уравнений движения судна в
Горизонтальной плоскости.
Маневренные характеристики судна.
Требования к содержанию информации о
Маневренных характеристиках судна.
Общие сведения об инерционно-тормозных
Свойствах судна.
7. Особенности реверсирования различных видов
Движительных установок судов.
Торможение судна.
Судно как объект управления.
Транспортное морское судно совершает движение на границе двух сред: воды и воздуха, испытывая при этом гидродинамические и аэродинамические воздействия.
Для достижения заданных параметров движения, судном необходимо управлять. В этом смысле судно является управляемой системой . Каждая управляемая система состоит из трех частей: объекта управления, средства управления и управляющего устройства (автомата или человека)
Управление – это такая организация процесса, которая обеспечивает достижение определенной цели, соответствующей задаче управления.
При плавании судна в открытом море, задача управления заключается в обеспечении его перехода из одной точки в другую по прямолинейной траектории, удерживая заданный курс и периодически корректируя его после получения обсерваций. В этом случае курс является управляемой координатой, а процесс поддержания его постоянного значения является целью управления.
Мгновенное значение ряда координат определяет состояние судна в данный момент. Такими координатами являются: курс, скорость, угол дрейфа, поперечное смещение относительно генерального курса и т.п. Они являются выходными координатами . В отличие от них координаты, являющиеся причинами управляемого движения, называются входными . Это угол перекладки руля и частота вращения гребного винта . При выборе значений входных координат, управляющее устройство (авторулевой, судоводитель), руководствуются значениями выходных координат. Такая связь между следствием и причиной называется обратной связью.
Рассмотренная управляемая система является замкнутой, т.к. в ней действует управляющее устройство (судоводитель). Если же управляющее устройство перестанет функционировать, то система становится разомкнутой и поведение объекта управления (судна) будет определяться тем состоянием, в котором зафиксированы средства управления (угол перекладки руля, частота и направление вращения гребного винта).
В дисциплине «Управление судном» изучаются задачи управления судном, движение которого происходит в непосредственной близости от препятствий, т.е. на расстояниях, сопоставимых с размерами самого объекта управления, что исключает возможность рассматривать его как точку (например, как в курсе «Навигация»).
Силы и моменты, действующие на судно
Все силы, действующие на судно, принято разделять на три группы: движущие, внешние и реактивные .
К движущим относят силы, создаваемые средствами управления для придания судну линейного и углового движения. К таким силам относятся: упор гребного винта, боковая сила руля, силы, создаваемые средствами активного управления (САУ) и т.п.
К внешним относятся силы давления ветра, волнения моря, течения. Эти силы в большинстве случаев создают помехи при маневрировании.
К реактивным относятся силы и моменты, возникающие в результате движения судна . Реактивные силы зависят от линейных и угловых скоростей судна. По своей природе реактивные силы и моменты разделяются на инерционные и неинерционные . Инерционные силы и моменты обусловлены инертностью судна и присоединенных масс жидкости. Эти силы возникают только при наличии ускорений – линейного, углового, центростремительного. Инерционная сила всегда направлена в сторону, противоположную ускорению . При равномерном прямолинейном движении судна инерционные силы не возникают.
Неинерционные силы и их моменты обусловлены вязкостью забортной воды, следовательно, являются гидродинамическими силами и моментами. При рассмотрении задач управляемости используется связанная с судном подвижная система координат с началом в его центре тяжести. Положительное направление осей: Х – в нос; Y – в сторону правого борта; Z – вниз. Положительный отсчет углов принимается по часовой стрелке, однако, с оговорками в отношении угла перекладки, угла дрейфа и курсового угла ветра.
За положительное направление перекладки руля принимают перекладку, вызывающую циркуляцию по часовой стрелке, т.е. перекладку на правый борт (перо руля разворачивается при этом против часовой стрелки).
За положительный угол дрейфа принимается такой, при котором поток воды набегает со стороны левого борта и, следовательно, создает положительную поперечную гидродинамическую силу на корпусе судна. Такой угол дрейфа возникает на правой циркуляции судна.
Общий случай движения судна описывается системой из трех дифференциальных уравнений: двух уравнений сил по продольной Х и поперечной Y осям и уравнением моментов вокруг вертикальной оси Z.
Судно как инженерное сооружение представляет собой сложную систему, в которой размещаются силовые механизмы, грузовые трюмы, жилые и служебные помещения, системы жизнеобеспечения, емкости и помещения для хранения судовых запасов воды, топлива, продуктов питания и т. д. От формы и конструктивных особенностей судна зависят такие важные характеристики его, как прочность, водонепроницаемость, грузоподъемность, непотопляемость.
Эти показатели находятся во взаимосвязи, иногда в противоречивой. Так, недостаточная прочность корпуса судна в условиях эксплуатации может стать причиной водотечности. В то же время увеличение запаса прочности путем увеличения несущих конструкций и толщины обшивки приводит к уменьшению грузоподъемности.
Удовлетворение противоречивых требований приводит к необходимости отыскания оптимального сочетания характеристик судна. Решение этой задачи осуществляется с учетом сил и моментов сил, действующих на корпус судна от веса груза, судовых запасов, собственно корпусных конструкций и давления воды.
Силы, действующие на корпус судна. Характер распределения сил давления воды на корпус показан в масштабе на 1. Эти силы стремятся деформировать корпус судна. Величина их давления на единичную площадку прямо пропорциональна заглублению этой площадки. Так, судно с осадкой 10 м испытывает давление воды на днище примерно 100 кПа. Только одна обшивка не в состоянии противодействовать такому давлению, поэтому для упрочнения корпуса используют специальные силовые конструкции
Поперечная прочность судна обеспечивается рамной конструкцией из флоров, бимсов и шпангоутов. Флоры - элементы, упрочняющие днище. Борта подкрепляются шпангоутами, соединенными с флорами при помощи скуловых книц. Подкрепление палубы, на которой размещаются надстройки и иногда грузы, осуществляется бимсами. Такие конструкции (иногда с неполным набором элементов) размещаются вдоль судна на расстоянии одна от другой 500^-800 мм. Эти расстояния называют шпациями. Поперечную прочность обеспечивают с определенным запасом для уменьшения повреждаемости корпуса при швартовках к причалу, другому судну, а также от ударов волн, льдин и т. п.
Продольная прочность судна (наизлом) зависит от равномерности распределения судовых конструкций и груза по длине судна, а также от характеристик волнения. В идеале отсутствие продольных изгибных деформаций на спокойной воде обеспечивается в том случае, когда сила поддержания F и сила веса Р на любом участке судна ДI по его длине равны (3). При этом силы веса и силы поддержания компенсируют друг друга по всей длине судна и оно не испытывает изгибных моментов. Наихудшим в этом смысле является вариант нагружения судна, когда загружены два крайних трюма, а средние пусты или наоборот (4). Судно в этом случае испытывает большие изгибающие моменты, способные привести к повреждению корпуса даже на спокойной воде.
В условиях эксплуатации из-за неравномерности нагружения могут возникать постоянные напряжения в корпусе, что приводит к необходимости иметь определенный запас продольной прочности.
В условиях волнения судно, оказываясь на вершине волны (5, а), испытывает изгибающие усилия, которые стремятся растянуть палубу и сжать днище. На подошве волны происходит деформация противоположного характера (5, б). Наиболее опасно нахождение судна на волне, длина которой равна длине судна.
Во избежание перелома судна на волне в системе набора предусматриваются продольные ребра жесткости, которые совместно с палубной и днищевой обшивкой, а также бортовой обшивкой обеспечивают продольную прочность судна.
При общем изгибе судна отдельные пояса обшивки нагружены неодинаково. Наиболее нагружены днищевая и палубная обшивки, а также верхние и нижние пояса бортовой обшивки.
Системы набора корпуса. В зависимости от назначения судна применяют три различные системы набора: поперечную, продольную, смешанную (6).
В поперечной системе набора главные балки (неразрезные) идут поперек судна (флоры, шпангоуты, бимсы). Эта система применяется чаще всего при строительстве буксиров, ледоколов и т. п. В продольной системе набора главные балки - продольные, они также делаются неразрезными, а поперечные балки в местах пересечения с главными разрезаются и привариваются к ним. Продольная система набора применяется на танкерах, не имеющих второго дна.
Наружная обшивка й настил палуб. Принципиальная схема наружной обшивки. Наружная обшивка и настил палубь: обеспечивают водонепроницаемость корпуса и вместе с набором - продольную (в большей мере) и поперечную (в меньшей мере) прочность. Наружную обшивку изготовляют из листовой стали толщиной 3-20 мм. Длина,листов 6-8 м, ширина 1,5-2 м. Листы наружной обшивки располагают вдоль корпуса судна. Они образуют пояса (см. 7), носящие специальные названия. Верхний пояс бортовой обшивки называют ширстреком. Вниз от него идут бортовые, скуловые, днищевые, шпунтовые пояса. Между шпунтовыми поясами левого и правого бортов идет пояс, называемый горизонтальным килем. Ширстрек и горизонтальный киль делают утолщенными, так как они несут наибольшую нагрузку. На скулах в средней части судна приваривают боковые кили, которые служат для уменьшения амплитуд бортовой качки. Суда ледового плавания имеют в районе ватерлинии ледовый пояс.
Листы палубного настила укладывают вдоль судна параллельно диаметральной плоскости. Крайний пояс - палубный стрингер - изготовляют по форме борта, чтобы он примыкал к нему вплотную. Палубный стрингер обычно делают утолщенным.
На пассажирских, промысловых и некоторых других судах стальной палубный настил покрывают деревянным настилом из сосновых досок толщиной 50-60 мм, шириной 100 мм. Он предохраняет палубу от преждевременного износа, служит изоляцией для подпалубных помещений, создает более удобные условия для работы людей. С целью обеспечения водонепроницаемости пазы деревянной палубы конопатят смоленой паклей и заливают смолой.
Крайний брус деревянного настила (у борта), называемый ватер- вейсным, примыкает к вертикальной стальной полосе, приваренной к палубному стрингеру. Канал для стока воды между этой полосой и кромкой борта, выступающей выше палубы, называется ватервейсом. Вода из ватервейсов стекает за борт через специальные отверстия - шпигаты.
На открытых частях палубы вдоль борта судна устанавливают ограждение высотой 900-1000 мм в виде фальшборта или леера. Фальшборт изготовляют из листовой стали и подкрепляют специальными стойками. К верхней части его приваривают планширь. Леерное ограждение состоит из металлических стоек, между которыми натянут стальной трос.
Быстрый сток воды с палубы и уменьшение заливаемости обеспечивается поперечной погибью и продольной седловатостью.
Судовые переборки. Для обеспечения непотопляемости судно, как правило, делится специальными переборками на отсеки, что предохраняет его от полного затопления при местных повреждениях корпуса. Переборки упрочняют корпус судна и служат для выгораживания судовых помещений различного назначения.
Переборки, не имеющие дверей, вырезов и горловин, называют водонепроницаемыми. Именно они, подкрепленные, как правило, соответствующими элементами набора, прежде всего обеспечивают непотопляемость. Если между соседними отсеками необходимо иметь сообщение, то двери в переборках делают водонепроницаемыми, закрывающимися специальными замками.
Воздействие ветра и течения на судно вызывает основную нагрузку на якорную цепь при стоянке и определяет статический момент сопротивления на валу электродвигателя в процессе съемки с якоря, когда судно подтягивается к месту заложения якоря.
На стоянке при совпадении по направлению ветра и течения возникает наибольшее воздействие внешних сил на судно и обобщенная сила для винтовых судов определяется арифметической суммой трех составляющих
F’ = FB + F’T + F’Г
где FB - сила ветрового воздействия на надводную часть судна;
F’T – сила течения действующая на подводную часть судна;
F’Г - сила течения действующая на неподвижные винты.
Сила ветрового воздействия на надводную часть судна FB зависит от скорости и направления ветра, формы надводной части корпуса, размеров и расположения надстроек. Расчетное значение усилия от ветра можно определить по формуле, Н
FB = Кн ∙ рв ∙ Sн
где Кн = 0,5 ÷ 0,8 – коэффициент обтекания надводной части корпуса
рв = ρV2 / 2 – давление ветра, Па;
ρ = 1,29 – плотность воздуха, кг/м3;
V – скорость ветра, м/с
рв =1,29*102/2=64,5Па
Площадь проекции надводной части судна на миделевое сечение, м2:
B – ширина судна, м;
H – высота борта, м;
T – осадка, м;
b, h – соответственно ширина и высота судовых надстроек, м.
Sн=11,6*(3,5-2,5)+11*2,5+10,5*5=91,6 м2
FB=0,5*64,5*91,6=2954,1 Н
Сопротивление корпуса, обусловленное течением, учитывается только сопротивлением трения, так как все другие виды сопротивления (волновое, вихревое) практически отсутствуют вследствие малой скорости течения, Н
(1)
где КТ = 1,4 – коэффициент трения;
Sсм = L∙(δ∙B + 1,7∙T)
– площадь смачиваемой поверхности судна, м2
Здесь δ = 0,75 ÷ 0,85 – коэффициент полноты водоизмещения;
L, B, T – главные размерения судна, м;
Sсм=78*(0,84*11,6+1,7*2,5)=1055,34 м2
VT – скорость течения воды, м/с.(1,38м/с)
F’T=1,4*1055,34*1,381,83=2663,7 Н
(2)
где ZГ – число гребных винтов;
CГ = 200 ÷ 300 – параметр, увеличивающийся с возрастанием дискового отношения гребного винта, кг/м3;
DВ – наружный диаметр гребного винта (насадки), м.
F’Г=2*200*1,52*1,382=1713,96 Н
F’=2954,1+2663,7+1713,96=7331,96 Н
Биогаз
Представляет собой смесь метана и углекислого газа и является продуктом метанового брожения органических веществ растительного и животного происхождения. Биогаз относится к топливам, получаемым из местного сырья. Хотя потенциальных источников для его производства достаточно много, на практике круг их сужается вследствие географических, к...
Определение приводных усилий в дисковом тормозном механизме
Рисунок 3.2 - Расчетная схема дискового тормоза r1 - внутренний радиус тормозного диска, м; r2 - наружный радиус тормозного диска, м; rср - средний радиус рабочей поверхности, м; dрц - диаметр рабочего цилиндра, м. Тормозные накладки выполнены в форме кольцевого сектора. Принимаем Момент трения дискового тормоза с кольцевой накладкой, Н...
Расчёт на отрыв гребня
Рисунок 8 – К расчету замка на прочность. Считаем, что лопатки расположены параллельно, т. е. b=0°. Rц.т.об. – радиус центра тяжести обода. Рц.об. – центробежная сила, действующая на обод. σраст. – растягивающее напряжение, действующее на гребень. Rц.т.об. = 0,296 м. Вывод: Рассчитанные значения напряжений смятия и растяжения не пре...