Определениеаэродинамическихусилий
Влияниеветранауправляемостьсудном
Действиеветрананадводнуючастьсуднаможносвестикдействиюаэродинамическойсилы,точкаприложениякоторойназывается«центромветровогодавления».Какправило,оннесовпадаетсцентроммасссудна.Вследствиеэтогообразуетсямоментаэродинамическойсилыотносительноначалаподвижнойсистемыкоординат 
,вызывающийповышеннуюрыскливостьсудна.
Приэтомразныесудапо-разномуреагируютнадействиеветра.Однисудапринепереложенныхорганахуправлениястремятсяразвернутьсяносовойчастьюповетру.Вэтомслучаеговорят,чтосудноуваливаетсяповетру.Дляпредупреждениятакогозарыскиваниярулевыеорганыперекладываютнанаветренныйборт 
.Другиесудаподдействиемветрастремятсяразвернутьсяносовойчастьюнаветер.Такоесудноназываютприводящимсякветру.Дляудержанияегонакурсерулевыеорганыперекладываютнаподветренныйборт(рис.1.1) 
.
|
| Рис.1.1. Увальчивость судов при ветре |
Возможно,чтопримаксимальномуглеперекладкирулевыхоргановсудноподдействиемветраневсостояниидвигатьсязаданнымкурсом.Вэтомслучаеговорят,чтосуднопотерялоуправляемость.
Решениебольшинствазадачодвижениисуднавусловияхветрасводитсякотысканиюусловий,прикоторыхможетнаступитьпотеряуправляемости.Опытэксплуатациипоказывает,чтовусловияхветранаиболеесложноудержатьсуднонапрямолинейнойтраектории.Рассмотримпрямолинейноедвижениесуднапридействииветра.
|
|
|
Схематизацияиматематическаямодель
Прямолинейногодвижениясуднаприветре
Предположим,чтосуднодвигалосьравномерноипрямолинейнососкоростью 
инанегоподействовалветер,например,состороныправогоборта 
(рис.1.2).На надводную часть судна будет действовать воздушный поток со скоростью, равной по величине скорости судна и направленный в противоположном направлении. Чтобы сохранить первоначальное направление движения необходимо путем перекладки рулевых органов ввести поправку к курсу.
|
| Рис.1.2. К определению истинного и кажущегося ветра |
Насамосудноприего движениибудетдействоватьтакназываемыйкажущийсяветер 
,которыйпредставляетсобойсуммудвухвекторов–вектораистинноговетра 
ивектораскоростисудна 
,обусловленногодвижениемсудна:
 .
| (1.1) |
Векторкажущегосяветра,помимоскорости,характеризуетсякурсовымуглом 
,т.е.угломмеждуносовойчастьюДПикажущимсянаправлениемветра(см. рис.1.2).Занаправлениеветрапринимаетсято,откудадуетветер(ветердует«вкомпас»).
Курсовыеуглыветраизмеряютсяот0до180градусоввправоивлевоотДП (курсовыеуглыправогоилилевогоборта).
Геометрическийсмыслформулы(1.1)характеризуетсявекторнымтреугольником(см. рис.1.2,а,б,в).Изрисункавидно,чтоподвлияниемдвижениясуднавпередсоскоростью 
курсовойуголкажущегосяветрабудетвсегдаменьшеистинного.
|
|
|
Вполнеочевидно,чтонастоянкепонятияистинногоикажущеговетрасовпадают( 
).Находуихразницапрямозависитотскоростисудна 
.
Наприведеннойсхемесил (рис.1.3),действующихнасудноприпрямолинейномдвижениивусловияхветра, видно, что если 
, то судно уваливается по ветру. Если же 
, то судно приводится к ветру. В первом случае для удержания на курсе рулевой орган перекладывают на наветренный борт,во втором – на подветренный.
.
|
| Рис.1.3. Схема сил, действующих на судно при прямолинейном движении в условиях ветра |
Привстречно-боковыхветрахскоростьдвиженияснижается.Попутныеипопутно-боковыеветра,казалосьбы,должныувеличиватьскоростьдвижения,однаковэтомслучаеупорвинтакомпенсируетсяувеличениемпродольныхсоставляющихгидро-иаэродинамическихусилийнакорпусе,чтопоройтакжеприводиткснижениюскорости.Крометого,припопутныхветрахповышаетсярыскливостьсудна.
Определениеаэродинамическихусилий
Нанадводнойчастикорпуса
Дляопределениясоставляющихаэродинамическойсилыиспользуютсявыражения:
|
|
|
 ;
 .
| (1.4) |
Здесь 
, 
–безразмерныекоэффициентысил 
, 
;
–плотностьвоздуха, 
;
–площадьпроекциинадводнойповерхностисуднанаплоскостьмидель-шпангоута, 
;
–площадьпарусности(площадьпроекциинадводнойповерхностисуднанадиаметральнуюплоскость), ;
–скоростькажущегосяветранауровнецентрапарусности, м/с.
Ветровоймомент,действующийнасудно:
 .
| (1.5) |
Здесь 
–расстояниеотточкиприложениясилы 
(центрадавления)доцентрамасссудна.
Дляопределениякоэффициентов , используютрезультатыпродувокваэродинамическихтрубахмоделейнадводнойчастисудов.Наосновеобработкирезультатовэтихиспытанийполученыследующиерасчетныевыражения:
–дляморскихсудов
 ;
 .
| (1.6) |
– дляречныхсудов
 ;
 .
| (1.7) |
Точка приложения аэродинамической силы в соответствии со свойствами крыла смещается от центра парусности (ЦП) навстречу потоку воздуха, т.е. при носовых курсовых углах ветра – в сторону носовой части, а при кормовых курсовых углах – в корму. Величина смещения зависит от курсового угла кажущегося ветра: чем острее угол атаки между ДП и направлением ветра, тем дальше от ЦП смещается точка приложения аэродинамической силы. Максимальное смещение точки приложения аэродинамической силы (при курсовых углах, близких к 0 и 180 градусам) составляет в среднем приблизительно четверть длины судна, т.е. 
, а при курсовых углах кажущегося ветра, равных 90 градусам, точка приложения аэродинамической силы совпадает с центром парусности (ЦП).
|
|
|
Физический смысл понятия геометрический центр парусности поясним с помощью рис. 1.5.
|
| Рис.1.5. К понятию геометрический центр парусности судна |
Каквидноизрис.1.5,ЦП –этогеометрическаяхарактеристика,представляющаясобойцентртяжестифигуры,т.е.площади 
.Очевидно,чтоположениеЦПзависитотархитектурынадводногобортаипалубныхнадстроексудна,степениегозагрузки,наличияпалубногогрузаидр.
Плечопоперечнойаэродинамическойсилы относительноЦМможноопределитьпоформуле
 ,
| (1.8) |
здесь 
–абсциссаЦПсудна.
Величина принимаетсяположительной,еслиЦПсмещенвносотЦМ,иотрицательной –приегосмещениивкорму(нагрузовыхсудахскормовойнадстройкойвеличинагеометрическогоцентрапарусностисоставляетот–3до–12м,анапассажирскихсудах–от+0,5до+2,5м).Следуетпомнить,чтоположениеЦМподлинеприблизительносовпадаетсмидель-шпангоутомтолькоприпосадкесуднанаровныйкиль.ПриналичиидифферентаЦПсмещаетсявсторонупротивоположнуюсмещениюЦМ,чтоприводитк существенномуизменению и,следовательно, .Практическиенаблюденияпоказывают,чтосудавбалластеприкурсовыхуглахкажущегосяветраотнулядошестидесятиградусовобычноуваливаютсяповетру,априветрахкормовогонаправления120–180градусовприводятсякветру.
Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 182; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!