Диссертация (Управление и контроль безопасного причаливания речных судов), страница 5

Уголкажущегося ветра R в каждый момент времени отсчитывается от ДП судна.Скорость a и угол  a истинного ветра, как правило, при оценке движениясудна являются величинами заданными. Связь между ними и необходимымидля оценки усилий от ветра величинам R и R , определяемая мгновеннымположением судна на поверхности воды, представляется как:R2  a2   2  2a cos( a     ) R  arccos  a cos( a     )a2   2  2a cos( a     )(1.9)(1.10)где  – скорость движения судна.При прямолинейном движении судна в поле ветра, характеризуемогоскорость a и углом  a , угол дрейфа судна  становится равным курсу  иформулы (1.9) и (1.10) приобретают вид:R2  a2   2  2a cos  a R  arccos  a cos  a22a    2a cos  a(1.11)(1.12)Аэродинамические силы и моменты выражаются формулами (1.6) – (1.8).29Рис.

1.12. Истинный к кажущийся ветрыАэродинамическиекоэффициентысилы CAX ,тангенциальнойнормальной силы CAY и момента CAM зависят от угла R и от особенностей формынадводной части судна. Выражения, описывающие указанные зависимости иоснованные на аппроксимации результатов аэродинамических испытаниймоделей надводных частей судов, приведены ниже.Поскольку влияниетангенциальнойаэродинамическойсилынадвижение судна мало, точность оценки коэффициента CAX особой роли неиграет; величину этого коэффициента можно найти.

Из других имеющихматериалов можно указать на формулу А.Д. Гофмана [56].C AX  1.3C AX (0)th    R 2(1.13)относящуюся к двух островным речным судам, и выражение, полученное А.П.Тумашиком применительно к крупнотоннажным танкерам:CAX  0.03  0.08cos  R(1.14)Входящий в формулу (1.13) коэффициент CAX (0) , представляющийкоэффициент CAX при  R  0 (т.е.привстречномветре),определяетсяприближенной формулой:C AX (0) (0.6  10 1 ) AVB  0.25 AVB  0.6 AVBHAVL30K(1.15)в которой AVB , AVB и AVB – площади проекций на плоскость шпангоутаHKнадводного борта, носовой и кормовой надстроек судна соответственно, а 1 –тангенс угла дифферента судна.Выражениями (1.13) и (1.15) можно пользоваться для всех типов двухостровных судов, если расстояние между надстройками превышает размерыпоследних.Нормальная аэродинамическая сила и аэродинамический момент весьмасильно влияют на движение судна. Наилучшим способ определения этихкоэффициентов следует считать испытание модели надводной частирассчитываемого судна, для чего необходимо производить круговую продувкумодели в аэродинамической трубе.Еслирезультатыиспытаниймоделиотсутствуют,зависимостькоэффициента CAY от угла R данного судна может быть подсчитана поприближенной формуле, являющейся аппроксимацией результатов испытанийсерии моделей речных судов и пригодной для всех типов судов сплохообтекаемыми надстройками:CAY  1.05sin  R(1.16)Для определении коэффициента момента CAM применяется приближеннаяформула:CAM  1.05  0.25    R2 sin  R(1.17)Входящая в формулу (1.17) величина  представляет относительноеотстояние центра парусности бокового поверхности надводной части судна(центра тяжести площади) от мидель-шпангоута, т.е.:  bц .п / L(1.18)где bцп.

- отстояние центра парусности от мидель-шпангоута.Величина bцп. принимаетсяположительной,еслицентрпарусностирасполагается в нос от мидель-шпангоута, и отрицательной при расположении31центра парусности в противоположном направлении.Более общее результаты, относящиеся к судам с произвольнорасположенными надстройками любой формы, могут быть получены поматериалам Н.П. Мелкозеровой и Р.Я. Першина. Согласно этим материаламаппроксимирующие зависимости, определяющие коэффициенты CAY и CAM ,имеет вид:2C AY  (1  28 S коз) 1  S H (1.12  65 F 2 )  (7 F  0.62) sin  R (1.19)fsin 3 R[1  S H (1.12  65 F 2 )]6CAM  ( F  0.04)sin 2 R  0.25F sin 4 R  1.4b sin1.5(90   R  90 )  F ( S H  Sкоз )km [1  sin(4 R  90)]ApC AM C AM 1  l p VLAVLM .H .H(0.02 R  1.8) signC AM (1.20)(1.21)В этих формулах CAM - коэффициент аэродинамического момента судна сpодной сплошной по длине надстройкой; CAM- коэффициент аэродинамическогомомента судна с двумя разнесенными по длине надстройками; F  H / L относительная высота надводного борта судна; SH  AVL / AVL - относительнаяHплощадь парусности надстроек судна( AVL - суммарная площадь парусностиHвсех надстроек и рубок); Sкоз  AVL / AVL - относительная площадь парусностикозносового козырька ( AVL - площадь парусности козырька);  - относительноекозположение центра парусности судна в целом, определяемое формулой (1.18);lp  lp / L - относительное расстояние между внутренними стенками двухразнесенных по длине судна надстроек ( lp - расстояние между надстройками);если lp  0.5 то в формуле (1.21) следует принимать lp  0.5 .Коэффициент F в формулу (1.19) при F  0.005 или F  0.1 равен 0, при0.005  F  0.1 :f  0.53F 2  5.7 F  0.0332(1.22)Коэффициент km в формуле (1.20) равен 1.0 при  R  90 и нулю при R  90 .Под величинами AVLM.

Hи AVL .Hпонимаются площади парусности меньшейи большей надстроек соответственно.Символ signCAM означает, что знак второго члена формулы (1.21)совпадает со знаком величины CAM при данном R . В формулах (1.20) и (1.21)угол R берется в градусах.Формулы (1.19) – (1.21) не содержат дифферента судна в явном виде,однако они применимы для произвольно сидящего судна, поскольку опытыпоказали,чтоналичиедифферентанакоэффициенте CAY сказываетсянезначительно, а коэффициент za  10 м меняется при наличии дифферента также, как и при соответствующим ему смещении центра парусности. Иначеговоря, влияние дифферента полностью учитывается изменением величины  .Рис. 1.13. График значений коэффициента CAM .1 – расчет по формуле (1.17); 2 – расчет по формуле (1.20); 3 –эксперимент с моделью судна.Формула (1.19) сравнительно мало уточняет коэффициент CAY посравнению с формулой (1.16), однако для коэффициента CAM расхождение33между результатами расчета по формулами (1.20) – (1.21) и (1.17) можетоказаться весьма значительны.

Особенно это относится к судам, палубакоторых в одной из окончательности на большом протяжения свободна отнастроек.Для примера на графике рис. 1.13 показаны значения коэффициента CAMдля модели, боковой вид которой изображен на рисунке, с центром парусности,смещенным в корму, и с палубой, свободной от надстроек в носовой её части.Видно, что при ветре, направленном со стороны носовой оконечности,характер кривой, рассчитанной по формуле (1.20). Экспериментальная кривая,также нанесенная на этот график, показывает, что формула (1.20) значительнолучше соответствует опыту, чем формула (1.17).1.2.1.2.Гидродинамические силы и моменты от действия волнВеличины гидродинамических сил и моментов, возникающих на корпусесудна при действии морских волн, зависят от высоты и частоты волн, скоростисудна и направления его движения по отношению к волнам и определяютсясуммой переменной (периодической) и постоянной (точнее, медленноменяющейся) составляющих [54].Постоянные силы и моменты могут оказать заметное влияние наповедение судна при малых скоростях, характерных, в частности, для режимовпозиционирования.

В настоящее время общепризнанные методики их расчетаотсутствуют. Поэтому для конкретного судна указанные силы и моментыопределяются обычно экспериментальным путем. Результаты испытаний поопределению постоянных составляющих сил и моментов на регулярномволнении представляются в виде безразмерных коэффициентов: силы сопротивления:C BX 2XB02B g L34(1.23)Рис.

1.14. Коэффициенты постоянных составляющих волновых сил судна сV  0.58 ;V  17900 м3 . боковой силы:CBY 2YB0 g B2 L(1.24) момента:C BM MB0 g B2 L(1.25)где B – амплитуда регулярной волны.Зависимости коэффициентов CBX , CBY , CBM от относительной длины икурсового угла волны B , позволяющие судить о порядке рассматриваемойкатегории сил, показаны на рис.

1.14.Переменные составляющие волновых возмущений – боковой силы YB имоменты рыскания M B – рассчитываются в предположении отсутствиярыскания и дрейфа судна. Считается, что величины YB и M B изменяются погармоническому закону с частотой встречи судна с волной  K .35При движении судна на регулярном волнении со скоростью  , курсовымуглом  B к направлению бега волны с частотой  B и высотой h B  2  Bвеличины YB и MB определяются формулами:YB  YBa cosK t(1.26)M B  M Ba sin K t(1.27)гдеK  B 1   B cos  B g(1.28)YBa – амплитуда возмущающей боковой силы; M Ba – амплитуда моментарыскания, обусловленного воздействием регулярной волны.Период изменения боковой силы и момента рыскания рассчитывается поформуле:T  2 / K(1.29)Входящие в формулы (1.26) – (1.27) амплитуды силы и моментаопределяются соотношениями:YBa   B YB0(1.30)M B   B M B0(1.31)00где  B – амплитуда угла волнового склона, при этом0 B  k B0B – амплитуда волны; k – частота формы;36(1.32)Рис.