CC BY
16Выводы
Предложенный способ оценки ОКХ судна по данным натурных испытаний по-шяглст получить достаточно корректную зависимость угла дрейфа от безразмерной •- -ни скорости судна на установившихся циркуляциях.
I Вероятная ОКХ судна имеет систематическое смещение относительно ОКХ зелаего статистического судна. Это смещение является следствием гидродинамиче-зжх особенностей корпуса.
При использовании в математической модели судна гидродинамических характери-га корпуса, полученных на основе обработки результатов модельного эксперимента, не-х : лимо располагать методикой оценки их достоверности и последующей коррекции.
хжсок литературы
¡1] Gjrman A.D., Manin V.M. Shiphandling Simulators Validity. Validation and Correction of Kxbematical Models. International Conference on Marine Simulation and Ship Maneuvering. Or-aetio, Florida, USA. - 2000. P. 85-96.
: rujrno M. Keynote lecture: Prediction of ship maneuverability: State of the art. Marine Simulation с: >.iip Maneuverability. Chislett (ed.), Rotterdam. - 1996. P. 371-386.
ESTIMATION OF SHIP MAIN HULL CHARACTERISTIC FROM SEA TRIAL RESULTS V. M. Manin
The way of an estimation of basic case characteristic (BCC) of a vessel is offered according to maneuvering in flight. Are shown: a substantiation of a way, results of experimental check of correctness, a statistical estimation of reliability of results.
УДК 656.62.052.484
Л. В. Тарасов, аспирант, ВГАВТ.
'03950. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а.
ОБЗОР МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОПЕРЕЧНЫХ УСИЛИЙ, РАЗВИВАЕМЫХ ДВИЖИТЕЛЬНО-РУЛЕВЫМ КОМПЛЕКСОМ СУДНА
В статье проведен анализ методов определения поперечных усилий, развиваемых движительно-рулевым комплексом судна, выявлены основные проблемы, определены пути их решения, а также намечены вопросы для последующего исследования.
Современные теоретические исследования в области работы движительно-рулевых комплексов различных типов опираются на работы многих поколений ученых. Стоит отметить, что сколько-нибудь надежные практические методы расчета поперечных сил современных ДРК были созданы лишь на протяжении последних десятилетий.
Образование поперечной составляющей силы возможно двумя различными путями. В первом случае поперечная сиЛа развивается на элементах ДРК как подъемная сила на некоторой несущей системе, вокруг которой возникает циркуляция скорости. Образование поперечной силы этого вида не требует, как известно, никаких энергетических затрат, кроме затрат на преодоление сопротивления воды движению системы и момента на баллере руля. Соответственно на бесконечности за такой несущей систе-
мой не индуцируются вызванные скорости. Во втором случае поперечная сила создается как составляющая реакции струи, направленной под некоторым углом к ДП. Образование этой силы связано с затратами энергии на создание струи, т.е. на индуцирование вызванных скоростей на бесконечности за ДРК.
Для ДРК, состоящего из открытого гребного винта и расположенного за ним руля, в случае, когда часть пера руля выходит за пределы струи, отбрасываемой движителем, согласно рекомендациям В.Г. Павленко, необходимо принять следующие допущения [1]:
струя движителя имеет форму кругового цилиндра с горизонтальной осью, совпадающей с осью гребного вала и с диаметром, равным диаметру винта; распределение осевых вызванных скоростей в струе принимается равномерным, окружные вызванные скорости отсутствуют;
площадь руля подразделяется на две части: расположенную в струе от движителя и свободную ;
обтекание свободной и «струйной» частей пера руля происходит независимо друг от друга, а коэффициент подъемной силы для обеих частей принимается как для руля вне струи движителя.
Исходя из указанных допущений, суммарная поперечная сила может быть определена по выражению:
У =С
'я
<5, -к,(р + 1гсо)
(p/2)Srvyk
где Сгя - коэффициент подъемной силы рулевого органа; 5Г - угол перекладки рулевого органа;
кг - коэффициент, учитывающий влияние корпуса судна и работающего винта на направление потока жидкости, подтекающего к ДРК; Р - угол дрейфа по ЦМ судна ;
/, - относительное отстояние руля от ЦМ судна; со - безразмерная угловая скорость; 5Г — приведенная площадь рулей; у - скорость судна;
<рк - коэффициент, учитывающий трансформацию потока корпусом судна. С учетом вышеуказанных допущений А.Д. Гофманом была получена следующая зависимость для определения подъемной силы рулей, находящихся в струе движителя [2]:
5.
, _. г " С 1 ^ ~ 'я
1 + ст —
Р
где va - скорость натекания воды на движитель;
ар - коэффициент нагрузки движителя по упору гребного винта. Для определения поперечной составляющей комплекса винт-руль A.M. Васиным была предложена формула [3]:
у, = СтР, ,
где - действующий угол атаки руля, установленного за винтом;
На основе анатиза и аппроксимации графиков зависимости поперечных усилий от с :<гктивного угла атаки, полученных при проведении модельных испытаний[4], В.В. 3: -: о в предложил следующий способ определения поперечных усилий, развиваемых .: чллексом винт - руль:
¥„ =0,5С„[5>„ + ».^.-Кф-ехрСоЗ!®»]^}.
Здесь соа- осевая вызванная скорость в струе движителя.
Теоретические методы расчета продольных и поперечных усилий комплекса кор-
- . - гребные винты - рули с использованием их вихревых моделей детально разработаны Н.Б. Слижевским. Однако применение предложенных им методов связано с 5сльшими трудностями вычислительного характера и, кроме того, некоторые из них =е подтверждаются экспериментальными данными как в количественном так и в ка-
- г^твенном отношениях [4].
Обстоятельные исследования работы комплекса гребной винт - поворотная насадка :<ак судового движителя и рулевого органа были выполнены А.Д. Гофманом. При : заработке метода расчета им было принято допущение о том, что боковая сила ком-\~екса является суммой двух составляющих - проекции на поперечное (к ДП судна) -¿.правление реакции отбрасываемой движителем струи жидкости и проекции на то -г направление подъемной силы насадки как изолированного кольцевого крыла [5]:
У = С
'я W«
s, (/?+/>)
(р! 2KvVt2,
где - площадь диска винта.
Выполненные В.В. Вьюговым эксперименты в опытовом бассейне и на крупномасштабной судовой модели показали необходимость введения дополнительной составляющей поперечной силы, определяемой влиянием осевой вызванной скорости на поперечную силу насадки как кольцевого крыла. Общая структурная формула им представлена в виде[4]:
Y„ = рА,р(й)а + v,)[(соа + v,)sin 5, - V sin Д]+ + 0,5pA0Cov7c sin 2(5,-р) + 0,5pA,CDW(соа + v,)2 sin 25,.
Для определения коэффициентов С0 и CÜW В.В. Вьюговым предложены следующие выражения:
С„ =
5 ¡D . г 0,21D
— i ^ гли> . _ ~
1 +1,56/0 ' 1 +1,56/0
Здесь /0 - относительная длина насадки.
Рассмотренные выше структурные формулы показывают, что в настоящее время специалисты не пришли к единому мнению о процессах, происходящих при работе ДРК и взаимодействии их между собой и с корпусом судна. Различаются характеры зависимости величины рулевой силы от угла атаки, угла атаки от местного угла дрейфа в районе ДРК, т.е. различным образом учитываются как конструктивные особенности самих рулевых органов, так и особенности кинематики струи от винта, обтекающей рулевой орган. faK A.M. Басин учитывает расстояние от диска винта до центра давления руля, а А.Д. Гофман - расстояние от диска винта до передней кромки руля.
Для экспериментального определения поперечных усилий, развиваемых ДРК, используются два подхода[2].
1. Динамические характеристики различных элементов раздельно определяются путем систематических испытаний их моделей в аэродинамических трубах и опыто-вых бассейнах при широком варьировании геометрических и кинематических характеристик. Динамическое взаимодействие между отдельными элементами ДРК при этом либо относят к внутренним силам, либо ввиду малости этим взаимодействием пренебрегают. Метод расчета усилий на ДРК различных типов с учетом их конструктивных особенностей разрабатывается затем с использованием метода суперпозиции. Отдельно рассматривается взаимодействие между ДРК и корпусом судна.
2. Динамические характеристики системы корпус судна - ДРК определяются путем испытаний модели ДРК определенного типа в присутствии корпуса при варьировании геометрических и кинематических параметров испытываемой системы. Метод расчета усилий на ДРК различных типов с учетом их конструктивных особенностей разрабатывается затем путем необходимой корректировки структурных общетеоретических формул.
Для решения этих проблем необходимо более глубокое изучение характера параметров, определяющих взаимодействие элементов ДРК между собой и с корпусом судна при криволинейном движении, а также корректировка методик расчета поперечной составляющей рулевой силы путем идентификации их с данными натурных циркуляционных испытаний судов. Такой подход при тщательном исследовании взаимодействия элементов ДРК между собой и с корпусом судна позволит получить аналитические зависимости для математического моделирования работы ДРК при маневрировании судна, которые могут быть использованы в судоводительских тренажерах.
Список литературы
[1] Ходкость и управляемость судов. Под редакцией Павленко В. Г. - М.. Транспорт. 1991. - 397 с.
[2] Гофман А. Д. Основы теории управляемости судна: Курс леший. - СПб: СГТГУВК. - 1999. -100 с.
[3] Басин А. М. Ходкость и управляемость судов: Учеб. пособие. - М.: Транспорт, 1977.-456 с.
[4] Вьюгов В. В. Управляемость водоизмешающих речных судов. - Новосибирск, изд-во НГЛВТ,- 1999.-262 с.
[5] Гофман А.Д. Движительно-рулевой комплекс и маневрирование судна. Справочник. - Д.: Судостроение, 1988. - 360 с.
REVIEW OF METHODS FOR DETERMINATION OF TRANSVERSE EFFORT DEVELOPING BY SHIP'S PROPULSION
STEERING SYSTEM.
D. V. Tarasov
In this article, the analyses of methods for determination.of transverse effort developing by propulsion steering system are introduced. Main problems are displayed, and also the questions for the next research are designed.
