ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.08.2019
Просмотров: 12970
Скачиваний: 276
150
ГЛАВА 8 ХОДКОСТЬ СУДНА
8.1 Понятие ходкости и буксировочного сопротивления
Ходкость – способность судна двигаться с заданной скоростью при
минимальных затратах мощности.
Если судно, плавающее на поверхности воды, неподвижно, то в каждой
точке его погруженной поверхности действует гидростатическое давление,
пропорциональное плотности воды ???? и погружению этой точки под
поверхностью воды. Равнодействующая давлений в этом случае сводится к
вертикальной силе, равной весу вытесненной судном воды.
При движении судна с постоянной скоростью υ изменяются давления p
по всей смоченной поверхности и, кроме того, появляются касательные
напряжения ????, обусловленные свойством вязкости жидкости. Это приводит к
тому, что при движении судна равнодействующая сил, действующих на его
погруженную в воду поверхность (смоченную поверхность), не будет
вертикальной силой, а будет иметь горизонтальную составляющую,
направленную в сторону, противоположную скорости судна. Вертикальная
составляющая ???? ∙
уравновешивает вес судна, а горизонтальная представляет
силу ????
б
, противодействующую движению судна и называемую буксировочным
сопротивлением.
8.2 Понятие полного сопротивления, буксировочной мощности и
пропульсивного коэффициента
Величина полного сопротивления зависит от размеров судна, формы его
корпуса, характера и состояния подводной обшивки, скорости и режима
движения. Сила полного сопротивления состоит из сопротивления трения ????
тр
,
сопротивления формы ????
ф
, волнового сопротивления
????
в
и воздушного
сопротивления ????
возд
.
Сопротивление трения ????
тр
является результатом того, что вода обладает
вязкостью, и частицы воды, непосредственно прилегающие к обшивке судна,
как бы прилипают к нему и движутся вместе с ним. По мере удаления от
корпуса судна скорость движения частиц воды уменьшается и на некотором
расстоянии от него частицы воды остаются в покое. Слой, в котором
наблюдаются возмущение частиц воды, называется пограничным слоем, его
ширина растет от носа к корме. Трения между частицами воды в пограничном
слое и является сопротивлением трения. Сопротивление трения зависит от
скорости судна, режима движения, величины смоченной поверхности,
шероховатости и выступающих частей этой поверхности.
Сопротивление формы ????
ф
возникает вследствие влияния вязкости воды на
распределение давлений по поверхности судна. Известно, что по мере
приближения к корме давление воды уменьшается. Вместе с увеличением
151
скорости движения частиц это приводит к образованию завихрений.
Сопротивление формы зависит от скорости судна и формы его корпуса. За
полными обводами возникают большие вихревые зоны, чем за плавными
обводами.
Волновое сопротивление ????
в
возникает из - за изменения давления
???? вдоль
движущегося судна, которое приводит к искривлению свободной поверхности
жидкости и возникновению носовой и кормовой систем корабельных волн.
Усилие, затраченное судном на генерацию корабельных волн, и есть волновое
сопротивление ????
в
.
Волновое сопротивление зависит от скорости судна, формы его корпуса,
глубины и ширины фарватера. На мелководье и в узких каналах
волнообразование значительно увеличивается, что приводит к росту волнового
сопротивления.
Так как судно движется не только в водной, но и в воздушной среде то,
надводная часть судна испытывает сопротивление воздуха, называемое
воздушным сопротивлением ????
возд
.
Таки образом, полное сопротивление при движении судна представляется в
виде суммы
???? = ????
тр
+ ????
ф
+ ????
в
+ ????
возд
, кН. (8.1)
Если известно полное сопротивление при движении судна с заданной
скоростью ????, то нетрудно определить мощность, которую нужно затратить на
передвижение (буксировку) судна с этой скоростью. При этом будет
совершаться работа равная ???? ∙ ???? ∙ ????. Работа, производимая силой ???? в единицу
времени, называется буксировочной мощностью
????
б
= ???? ∙ ????, кВт. (8.2)
Для того чтобы судно двигалось с постоянной скоростью, его движитель
должен непрерывно создавать и поддерживать движущую силу, равную по
величине и направленную противоположно силе полного сопротивления. Такая
движущая сила, развиваемая движителем, называется упором ????.
Самым распространенным движителем на транспортных судах является
гребной винт.
Мерой совершенства судового движителя является пропульсивный
коэффициент полезного действия, представляющий собой отношение
буксировочной мощности ????
б
к эффективной мощности
????
e
, подведенной к
движителю.
б
e
=
N
N
. (8.3)
Эффективной мощностью ????
e
называется мощность, отдаваемая судовому
152
движителю главным двигателем, которая учитывает потери в движителе и
передаче (валопроводе, редукторе и муфте).
Повышению ходкости судна способствуют такие мероприятия по
снижению полного сопротивления:
- совершенствование формы корпуса;
- применение бульбообразной формы носовой оконечности;
- уменьшение смоченной поверхности крупных судов (за счёт увеличения
полноты обводов);
- уменьшение количества выступающих частей судна и придания им
обтекаемой формы;
- очистка судового корпуса от обрастания;
- покраска подводной части корпуса самополирующимися красками;
оптимизация параметров гребных винтов, их очистка и полировка.
8.3 Расчет полного сопротивления
Разделение полного сопротивления воды движению судна на составляющие
(8.1), основано на гипотезе о независимости составляющих, т.е. это значит, что
весомость жидкости и волновое сопротивление не влияют на сопротивление
трения и формы, а вязкость и сопротивление трения и формы не влияют на
волновое сопротивление.
Для расчета сопротивления воды ???? используют выражение
???? =
∙
???? ∙ ????
2
2
∙
, кН, (8.4)
где
– коэффициент полного сопротивления;
???? – плотность забортной воды, т/м
3
;
???? – скорость судна, м/с;
– смоченная поверхность судна, м
2
.
Поэтому выражение (8.4) можно представить в виде
???? = (
тр
+
ф
+
в
+
шер
+
в.ч
) ∙
???? ∙ ????
2
2
∙
+ ????
возд
, кН, (8.5)
где коэффициент полного сопротивления
представлен в виде суммы:
тр
– коэффициент сопротивления трения;
шер
– коэффициент шероховатости;
в.ч
– коэффициент выступающих частей;
ф
– коэффициент сопротивления формы;
в
– коэффициент волнового сопротивления.
Коэффициент трения
тр
определяется по формуле
153
тр
=
????0
∙ ????, (8.6)
где
????0
– коэффициент сопротивления трения плоской гладкой пластины;
???? – коэффициент, учитывающий кривизну судовой поверхности.
Коэффициент ???? приблизительно составляет при соотношении главных
размерений
L
B
= 10,
???? = 1,02 и при
L
B
= 6,
???? = 1,08. Если соотношение главных
размерений имеет промежуточное значение, тогда коэффициент ???? определяется
линейной интерполяцией.
Коэффициент
????0
зависит от режима движения жидкости в пограничном
слое. При малых числах Рейнольдса наблюдается ламинарное движение, т.е.
слоистое движение, при котором отсутствует перемешивание частиц между
слоями жидкости. При больших числах Рейнольдса ламинарное движение
теряет устойчивость и переходит в турбулентное, сопровождаемое
интенсивным перемешиванием частиц и обменом энергией между слоями
жидкости.
При движении судов практически по всей длине обтекание имеет
турбулентный характер и величина
????0
= ????(Re), полученная экспериментально,
хорошо аппроксимируется функцией, графики которой показаны на (рис. 8.1)
????0
=
0,455
(lgRe)
2,58
, (8.7)
где Re
L
– число Рейнольдса;
???? – длина судна, м;
???? – кинематический коэффициент вязкости, зависит от температуры
забортной воды и определяется по (рис. 8.2).
Рис. 8.1 Кривые для определения сопротивления трения гладкой пластины при турбулентном
режиме обтекания
154
Рис. 8.2 Кинематическая вязкость воды:
1) – пресной; 2) – соленой.
Площадь смоченной поверхности судна зависит от коэффициента полноты
водоизмещения ????, и определяется по теоретическому чертежу или
приближенным формулам
1,36
1,13
B
L T
T
, м
2
, при
????
0,45 (8.8)
2
1,37
0,274
B
L T
T
, м
2
, при
????
0,45 (8.9)
где ???? – длина судна, м;
????– осадка судна, м;
???? – ширина судна, м.
Надбавка на шероховатость поверхности, для новых свежеокрашенных
корпусов, в зависимости от длины судна ???? определяется по (табл. 8.1).
Таблица 8.1 – Коэффициент шероховатости поверхности судн
шер
а
????, м
До 150
150 – 210
210 – 250
250 – 300
300 – 350
350 – 400
шер
10
-3
0,4 – 0,3
0,2
0,1
0
– 0,1
– 0,2