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: 68;