Маневренные характеристики судна
Дипломная работа - Транспорт, логистика
Другие дипломы по предмету Транспорт, логистика
О в отношении маневренности судна являются компромиссными.
При данной мощности двигателя и угле кладки руля ? судно может приобрести определенное установившееся движение. Вообще говоря, это будет криволинейное движение с постоянными значениями скорости изменения курса ? при скорости V и угле дрейфа ? (нос судна направлен внутрь поворота). Радиус поворота в данном случае определяется следующим выражением:
R = V/? (1.1.)
Такое состояние системы судно-угол кладки руля обычно называется динамически стабильным на повороте радиусом R. Следовательно, прямой курс может рассматриваться, как часть окружности с бесконечным радиусом и нулевым значением скорости поворота.
Большинство судов, по-видимому, являются динамически стабильными на прямом курсе (обычно говорят динамически устойчивыми), когда руль находится в нейтральной позиции вблизи к диаметральной плоскости. Для одновинтового судна с винтом правого шага нейтральное положение руля обычно бывает равным значению ?0 = -1 (т.е. в положении 1? на правый борт). Динамически неустойчивые суда могут сохранять прямой курс только с помощью повторяющегося действия рулем. Если небольшая неустойчивость в общем-то приемлема, значительная нестабильность может быть исключена только надлежащим подбором судовых пропорций и формой кормовых обводов.
Поступательное движение судна определяется упором винта, силами гидродинамического сопротивления и присоединенными массами, действующими на корпус. При маневре боковая сила, возникающая при кладке руля, зачастую мала по сравнению с другими латеральными силами. Однако прилагаемый управляющий момент в большинстве случаев достаточен для обеспечения баланса сил или для преодоления результирующего момента этих внешних сил. При повороте с постоянным углом кладки руля достигается полный баланс между всеми силами и моментами, действующими на корпус. Некоторые из этих сил являются стабилизирующими, другие - дестабилизирующими. Так, тормозящий момент, возникающий при изменении курса и который всегда препятствует повороту, является стабилизирующим, а момент, связанный с действием поперечной силы при повороте, является дестабилизирующим. Любое небольшое нарушение положения равновесия на повороте с постоянным углом кладки руля вызывает изменения в балансе сил и моментов. Если судно динамически устойчиво на повороте (или на прямом курсе), прямым следствием такого изменения баланса будет стремление противодействовать повороту или прямолинейному движению.
Общее аналитическое значение критерия динамической устойчивости может быть получено и оценено с помощью коэффициентов математической модели, описывающей движение судна. Критерий для динамической устойчивости на прямом курсе содержит только четыре линеаризированных производных устойчивости, которые совместно с положением центра тяжести, можно использовать в качестве уровня динамической устойчивости. Этот уровень определяется продольным расстоянием от центра приложения боковой силы, возникающей вследствие бокового смещения, до точки приложения результирующей боковой силы, возникающей при повороте и включающей массовую силу даже при небольших отклонениях от прямолинейного движения. Если это расстояние положительно (в направлении положительных значений х, т.е. к носу), то судно устойчиво.
Значение уровня динамической устойчивости обычно варьируется от величины 0,1L (где L - длина судна) для сухогруза с хорошими обводами корпуса до величины 0,1L для широкого с полными обводами танкера. Изменение дифферента будет иметь заметный эффект на положение центра приложения боковой силы, образующейся при боковом смещении. Нетрудно заметить, что судно с дифферентом на корму (обычная ситуация для испытаний судна в балласте) по-видимому будет более устойчиво, чем тогда, когда оно находится на ровном киле.
На рис. 1.1 дан пример равновесия отношения скорости поворота для судна, которое по своей природе динамически неустойчиво на прямом курсе.
Скорость поворота представлена в безразмерной форме; эта кривая часто называется петля спиральной кривой, так как ее можно получить в результате испытаний судна или модели на спираль. Пунктирная часть кривой может быть получена только по испытаниям на обратную спираль. Если склон петли положителен, что указывается касательной, снижающейся в правую часть графика, то равновесие является неустойчивым. Судно, неустойчивое на прямом курсе, будет стабильно на повороте, несмотря на то, что руль будет находиться в диаметральной плоскости или в нейтральном положении.
Рис. 1.1. Пример равновесия отношения скорости поворота для судна, которое по своей природе динамически неустойчиво на прямом курсе
Кривая такого стабильного поворота называется высота петли и может быть получена при испытаниях на выход из циркуляции. Высота и ширина петли, а также ее наклон относительно начала координат могут рассматриваться как мерило неустойчивости.
Если же движение судна происходит не в состоянии равновесия, что является общим случаем, возникает не только разбалансирование тормозящих сил, но также и гидродинамических сил, связанных с дополнительной инерцией водных масс, обтекающих корпус. Поэтому при неизменном положении руля судно будет стремиться к новому стабильному равновесию, показанному стрелками и маленькими кружочками на рис. 1.1. Если положение руля меняется (кладетс?/p>