Маневрирование и управление
Судном
Методические указания к выполнению лабораторных работ
по дисциплинам Б.3.Б.10 «Безопасность судоходства»
и Б.3.Б.12 «Маневрирование и управление судном»
для студентов очного и заочного обучения специальности
260505.65 «Судовождение»
Составители: А.Н. Клементьев, П.Н. Токарев,
Р.С. Хвостов
Нижний Новгород
Издательство ФГБОУ ВО «ВГУВТ»
2016
УДК 656.6.052
К 48
Маневрирование и управление судном: метод. указания к выполнению лабораторных работ для студ. оч. и заоч. обуч. специальности 260505.65 «Судовождение» / сост.: А.Н. Клементьев, П.Н. Токарев, Р.С. Хвостов. – Н.Новгород: Изд-во ФГБОУ ВО «ВГУВТ», 2016. – 101 с.
Настоящие методические указания предназначены для выполнения лабораторных работ по закреплению и углублению теоретических знаний по управлению судами в различных условиях плавания в соответствии с программами дисциплин: «Маневрирование и управление судном» и «Безопасность судоходства».
Методические указания составлены в соответствии с требованиями модельного курса ИМО 7.03 и требованиями таблицы A-II/1 Кодекса ПДНВ.
|
|
Для студентов специальности 260505.65 «Судовождение» очного и заочного обучения.
Работа рекомендована к изданию на заседании кафедры судовождения и безопасности судоходства. Протокол № 8 от 12.05.2016г.
© ФГБОУ ВО «ВГУВТ», 2016
Лабораторная работа №1
«Определение параметров движения судна при действии ветра»
Задача о влиянии ветра на параметры движения судна сводится к отысканию условий, при которых у судна при его прямолинейном движении может наступить потеря управляемости. Для этого необходимо установить зависимость угла ветрового дрейфа и потребного угла перекладки рулевого органа от скорости движения судна, скорости и направления действия ветра.
Угол ветрового дрейфа рассчитывается по формуле:
, | (1.1) |
где – скорость кажущегося ветра, м/с;
– скорость судна, м/с;
; | (1.2) |
; | (1.3) |
– площадь проекции надводной поверхности судна на ДП, ;
– плотность воды, =1,0 ;
– площадь погруженной части диаметрального батокса, ;
; | (1.4) |
– длина судна, м;
– осадка судна, м;
– коэффициент полноты диаметрального батокса;
– относительное плечо ветровой силы:
. | (1.5) |
Здесь – направление кажущегося ветра, град.;
– отстояние центра парусности от центра масс судна, м;
– плотность воздуха, ;
– относительное отстояние ДРК от центра масс судна.
; | (1.6) |
– для одиночных судов;
– для толкаемых составов.
При практических расчетах без существенного влияния на точность результатов величину коэффициента аэродинамической силы можно принимать:
|
|
для грузовых судов
(1.7) |
для пассажирских судов
(1.8) |
где – ширина судна, м;
– возвышение пассажирской надстройки над ватерлинией, м;
для порожних толкаемых составов
. | (1.9) |
Здесь
; , |
– высота надводного борта барж, м;
. | |
; . |
Гидродинамические коэффициенты корпуса судна определяются по следующим формулам:
речных пассажирских судов:
; | (1.10) |
; | (1.11) |
. | (1.12) |
– коэффициент продольной остроты судна, ;
– коэффициент полноты водоизмещения;
– коэффициент полноты мидель-шпангоута;
для грузовых судов и судов смешанного «река-море» плавания:
; | (1.13) |
; | (1.14) |
. | (1.15) |
– коэффициент полноты кормовой части диаметрального батокса ().
Величина угла ветрового дрейфа рассчитывается при значениях = , , , , при скоростях кажущегося ветра = 5, 10, 15, 20 м/с.
Результаты расчетов сводятся в табл.1.
Таблица 1
Угол ветрового дрейфа судна
Угол | Режим движения | Скорость движения | При скорости кажущегося ветра, м/с | |||
5 | 10 | 15 | 20 | |||
30 | полный | |||||
60 | полный | |||||
90 | полный | |||||
120 | полный | |||||
150 | полный | |||||
малый | ||||||
средний | ||||||
полный |
По данным таблицы строится график зависимости (см. рис.1).
Рис.1. Зависимость угла ветрового дрейфа от направления и скорости кажущегося ветра |
По графикам определяется опасное направление ветра (соответствующее максимальному значению ), для которого рассчитывается угол ветрового дрейфа при трех режимах движения (см. рис.2).
Рис.2. Зависимость угла ветрового дрейфа от направления и скорости кажущегося ветра опасного направления при трех режимах работы движителей |
Полученные зависимости могут быть использованы также при оценке возможности прохождения судном прямолинейных участков ограниченной ширины. С этой целью необходимо определить «допустимый» угол дрейфа по формуле:
. | (1.16) |
Здесь – ширина судового хода (в работе принять = 45 м).
Угол перекладки рулевого органа , необходимый для поддержания прямолинейного движения судна, можно определить по выражениям:
, | (1.17) |
а) для судов, оборудованных комплексом «винт-поворотная насадка» коэффициенты и находятся по выражениям:
; | (1.18) |
; | (1.19) |
где
. | (1.20) |
; | (1.21) |
; | (1.22) |
– скорость подтекания воды к комплексу «винт-поворотная насадка», м/с;
, – коэффициенты взаимодействия комплекса «винт-поворотная насадка» с корпусом судна (, = 0,95);
– относительная длина насадки =0,8÷0,9;
– коэффициент расширения насадки, =1,0÷1,15.
Аксиальная скорость комплекса «винт-насадка» определяется по выражению:
. | (1.23) |
Коэффициент нагрузки комплекса «винт-насадка» по упору определяется следующим образом:
. | (1.24) |
Здесь – упор винта, кН.
; | (1.25) |
– коэффициент засасывания, =0,2;
– полезная тяга равная общему сопротивлению корпуса судна на полном ходу, кН.
; |
– число винтов, ед.;
– площадь диска насадки, ;
; |
– диаметр винта, м.
Скорость потока обтекания ДРК с учетом попутного потока:
, | (1.26) |
– коэффициент попутного потока в месте расположения движительно-рулевого комплекса:
; | (1.27) |
– коэффициент полноты водоизмещения, ед.;
– коэффициент, для бортовых винтов = 2, для винта в ДП = 1;
– поправочный коэффициент, учитывающий изменение попутного потока. – для винтов расположенных по бортам; – для винтов расположенных в ДП.
Коэффициент гидродинамических сил действующих на насадки определятся по выражению:
; | (1.28) |
. | (1.29) |
Величина градиента подъемной силы насадки определяется по формуле:
; | (1.30) |
б) для судов с рулями:
|
|
; | (1.31) |
, | (1.32) |
где – коэффициент гидродинамических сил, действующих на рули:
; | (1.33) |
– число рулей, ед.;
– площадь руля, ;
, ; |
– коэффициент, принимаемый при определении площади пера руля; = 0,020–0,070 для пассажирских и грузовых самоходных судов. Из двух величин для расчета следует выбирать наименьшую, т. е. = 0,020;
– общая площадь рулей, ;
– градиент коэффициента подъемной силы руля, определяемый по формуле:
. | (1.34) |
Здесь – относительное удлинение руля.
; | |
, |
– длина пера руля, м;
– высота пера руля, м;
Высота пера руля должна удовлетворять условию .
Коэффициент влияния корпуса и винта на скорость потока, обтекающего руль:
, | (1.35) |
где
, | (1.36) |
– коэффициент, учитывающий расстояние от плоскости диска винта до центра давления на рули .
Коэффициент нагрузки винта по упору определяется следующим образом:
, | (1.37) |
где – площадь диска винта, ;
. |
Скорость потока обтекания руля с учетом попутного потока, определяется по выражению:
. | (1.38) |
Результаты расчетов требуемого угла перекладки рулевого органа в зависимости от силы и направления ветра сводятся в табл.2 аналогичную табл.1.
По данным таблицы строится график зависимости потребного угла перекладки рулевого органа (см. рис. 3, рис.4).
Рис.3. Зависимость угла перекладки руля от направления и скорости кажущегося ветра |
По графику определяется опасное направление ветра по углу перекладки рулевого органа и рассчитывается потребный угол перекладки при трех режимах движения.
Рис.4. Зависимость угла перекладки руля от направления и скорости кажущегося ветра опасного направления при трех режимах работы движителей |
Контрольные вопросы к лабораторной работе №1
1. Что такое кажущийся ветер?
2. Как измерить скорость и направление кажущегося ветра на судне?
3. В чем отличие приводящегося к ветру и уваливающегося по ветру судна?
4. Что такое ветровой угол дрейфа?
5. Как определить ветровой дрейф на движущемся судне?
6. Оцените границы потери управляемости судов при ветре?
|
|
7. На какие параметры движения судов оказывает влияние ветер?
8. Как оценивается возможность проводки судна через ограниченный по ширине участок пути при ветре?