CC BY
20= -т Вх^ со cos/? - т Вх^ sin /3 + т Ви со si п/3 - т Вх со . (36)
Суммарные значения коэффициентов продольных циркуляционно-отрывных усилий Сх^ и Ст могут быть представлены следующим образом:
= ~ А*о )COs2 £ + ША*> sin2 Р +
+ т(тЛХ4 - k7Q)o)sm(5 + т[к2ь -m(AXi - тАХь + тЛ'х>)]й>2;
ст„„ = -™2вх, sin^cos/? + т2[вхг -т(в'Х2 -В"Хг)]шcosfi-
(37)
т2Вхз sin2 ft + т2BXta>sin/3 - т2Вх^й)2
(38)
Список литературы
[1] Павленко В.Г. Основы механики жидкости. - Л,: Судостроение, 1988. - 240 с.
[2] Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. - М.; Наука, 1980. - 976 с.
LONGITUDINAL COMPONENTS OF CIRCULATING AND STALLING FORCES ARISING ON VESSEL’S HULL V. L Tikhonov
In this article, the analytical definition method of longitudinal force components of circulating and stalling nature is stated.
УДК 656.62.052.4:629.12.03
М. В. Небасов. аспирант, ВГАВТ.
603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5.
РАБОТА ОТКРЫТОГО ГРЕБНОГО ВИНТА ПРИ КРИВОЛИНЕЙНОМ ДВИЖЕНИИ СУДНА
В статье приведён анализ работы открытого гребного винта при криволинейном
движении судна.
Подавляющее большинство исследований работы системы двигатель-движитель посвящены анализу усилий, создаваемых гребным винтом при прямолинейном движении судна. Результаты таких исследований могут быть использованы либо для расчёта и проектирования гребных винтов [1-6], либо для определения инерционных характеристик судов [7].
Первая попытка исследования работы движителя при перекладке рулевого органа в швартовном режиме и на циркуляции была предпринята в 1988-1990 годах С.В. Филатовым [8, 9] и В.В. Бажанкиным [10]. Однако результаты, полученные ими путём тензометрического определения момента и упора гребного винта, носят отрывочный характер, не систематизированы и позволяют лишь качественно судить о работе движителя при циркуляции судна.
Попытаемся приближённо проанализировать работу открытого гребного винта при криволинейном движении судна, основываясь на известных в теории ходкости положениях.
В случае равномерного прямолинейного движения судна со скоростью у0 и частотой вращения винтов п0 полезная тяга, создаваемая движительным комплексом, уравновешивается силой сопротивления воды, то есть
где га - число движителей;
Ре - полезная тяга винта;
Я - сопротивление воды движению судна.
Полезная тяга открытого гребного винта, работающего вблизи корпуса судна, определяется по выражению [1]:
Здесь Кл коэффициент упора винта в свободной воде;
^-коэффициент засасывания (при работе винта за корпусом судна); р - плотность воды;
П - частота вращения винта;
Ов- диаметр винта.
Коэффициент упора К] для гребного винта, имеющего вполне определённые геометрические элементы (число лопастей гд , дисковое 9 и шаговое н,/о. отношения), с использованием диаграмм для расчёта открытых гребных винтов [3] может быть представлен в виде зависимости
где А1, , С, - коэффициенты регрессии;
Ар - относительная поступь гребного винта.
Режим работы винта и создаваемые им гидродинамические усилия определяются относительной поступью
В формуле (4) под величиной Vр понимается скорость перемещения винта вдоль
своей оси [1], а под величиной - расчётное значение коэффициента попутного потока, определяемого для водоизмещающих судов внутреннего плавания по выражению [1];
(1)
(2)
(3)
(4)
«А яО,
(5)
где z - величина, равная 1 для винтов, расположенных в диаметральной плоскости, и 2 - для бортовых винтов;
8 - коэффициент полноты водоизмещения судна;
V - объёмное водоизмещение судна;
y/w - коэффициент волнового попутного потока.
Величина \j/w рассчитывается по формуле [ 1 ]
y/w =0,3S(Fr-0,2) (6)
и учитывается лишь в тех случаях, когда Fr > 0,2.
Расчётное значение коэффициента засасывания t для судов внутреннего плавания с обычными кормовыми обводами (без туннелей) находится из выражений [1]:
*с0 =0,6^0(1 + О,67у/0); (7)
*С. =0,8^о (1 + 0,25^о ), (8)
первое из которых относится к винтам, расположенным в диаметральной плоскости, а второе — к бортовым винтам.
Коэффициент попутного потока у/0 практически не меняется с изменением режима работы гребного винта, то есть lf/Q ж const [1]. Коэффициент же засасывания tc существенно зависит от режима работы винта. Поэтому для учёта зависимости величины !с от относительной поступи Лр Э. Э. Папмелем предложена следующая
формула [1]:
1-----р—
HJD,
где /0 - коэффициент засасывания на швартовах (при Лр =0);
Н1 - шаг нулевого упора.
Проанализируем выражение (9). Для случая Лр - Н]/Эв значения коэффициента засасывания = оо, а коэффициента упора Кх = 0. Тогда произведение даёт неопределенность
ЛГ,(1-/>0(-«о).
Следовательно, предложенная Э. Э. Папмелем формула (9) не может быть признана корректной.
Очевидно, что в рассмотренном случае произведение АТ, (1 — £с), представляющее собой значение коэффициента полезной тяги Ке, должно быть равным нулю. Для выполнения этого условия достаточно, чтобы при Лр = Нх /Пв значение коэффициента засасывания стало равным 1,0. Тогда
ке=к,{1-0=00,
то есть неопределенность устраняется. Поэтому для вычисления коэффициента засасывания 1С в зависимости от режима работы винта предлагается использовать следующую формулу:
и
%=■
я,/А
(Ю)
При этом величина (0 будет определяться выражением:
Ра
$> —1
(п)
1-ї.
Ро
'• я,/в.
- у0(і-^0)
Здесь лрп —---—-----расчётное значение относительной поступи винта при
заданном режиме движения судна.
Очевидно, что коэффициент полезной тяги Ке может быть найден с использованием формул (3) и (10) для различных значений Лр, а затем представлен в виде зависимости, аналогичной выражению (3), то есть
к.=*,(і-0=4-ял-с.4- <12)
При перекладке руля от нулевого положения на угол дг симметричность его обтекания струёй движителя нарушается, что приводит к появлению составляющей скорости струи иг (рис. 1), усреднённое направление которой может быть принято перпендикулярным к плоскости хорды руля. В результате ось струи винта, согласно равенству
йв=и-иг,
отклонится от оси гребного вала в ту же сторону, что и руль, на некоторый угол 5 .
Поскольку внешний поток жидкости практически не изменяет направления реакции вытекающей в него под некоторым углом струи [11], то последняя может рассматриваться как бесконечная струя с прямолинейной осью, совпадающей с осью её начального участка.
Для приближённого определения усилий, развиваемых движителем при перекладке руля, обратимся к упрощённой схеме, представленной на рис. 2. Упор винта
Р после перекладки руля будет представлять собой сумму двух составляющих:
реакции отклонённой струи Ре и дополнительной реакции Я5, возникающей вследствие натекания части струи на переложенный руль. Применяя векторную форму закона сохранения количества движения, можем записать:
Необходимо отметить, что на руле возникает сила Кг, равная величине , но противоположно направленная, то есть
Проецируя равенства (13) и (14) на диаметральную плоскость судна и плоскость мидельшпангоута, получаем выражения для продольной и поперечной составляющих
силы Рв:
ческой перекладке последнего на 90°, ко всей площади диска.
Таким образом, после перекладки руля, расположенного в струе движителя, на некоторый угол 8Г на кормовую часть корпуса судна через конусы гребных валов будут действовать продольная и поперечная составляющие силы, развиваемой движителями:
Ось ГВ
Рис. 2. Схема сил, развиваемых движителем при перекладке руля
(13)
(14)
(15)
Ру - Рб 5Ш^С = Рвг ,
(16)
(18)
а каждый гребной вал при этом будет воспринимать дополнительное усилие
&=Р0Г8 т23г.
(19)
Увеличение усилия, воспринимаемого гребным валом при перекладке руля, фиксируется тензодатчиками [8-10], но ошибочно трактуется С. В. Филатовым как рост
упора вследствие изменения характера кривой Кг [Лр ).
Подводимая к винту мощность Nр с учётом выражения (19) может быть представлена в виде
а крутящий момент М в зависимости от частоты вращения п - по результатам испытаний двигателя. Для приближённых расчётов можно принять
Коэффициент момента К2 с использованием диаграмм для расчёта открытых гребных винтов [3] может быть представлен в виде, аналогичном зависимости (3), то есть
Криволинейное движение судна приводит к тому, что поток жидкости подтекает к винту под углом (Зр к оси гребного вала, равным местному углу дрейфа в районе ДРК. При этом режим работы винта и создаваемые гидродинамические усилия (упор Р , полезная тяга Ре и момент Мс) будут определяться продольной составляющей
скорости судна у, [1, 11, 12]. Следовательно, выражения (17) - (20) при использовании значения продольной составляющей скорости \>х будут справедливы и для случая циркуляционного движения судна.
Заметим также, что при криволинейном движении на открытом гребном винте
возникает стабилизирующая поперечная сила Qy, действующая в плоскости его диска по направлению поперечной составляющей скорости потока. Эта сила, линейно зависящая от угла рр, может быть определена по данным работы [13].
Nр = 2ппМ с + 0хУр ,
откуда
МС=М -
(20)
2 7ГП
Здесь Мс - момент сопротивления жидкости вращению винта; М - крутящий момент на валу гребного винта.
Момент сопротивления Мс определяется известной формулой
Мс — К2рп2 ИІ,
(21)
М = МСа = К2рп\П] - сопбі .
(22)
(23)
Список литературы
[1] Басин А.М. Ходкость и управляемость судов. - М.: Транспорт, 1977. - 456 с.
[2] Басин А.М., Миниович И.Я. Теория и расчёт гребных винтов. - Л.: Судпромгиз, 1963. - 760 с.
[3] Басин А.М., Степанкж Е.И. Руководство по расчёту и проектированию гребных винтов судов внутреннего плавания. - Л.: Транспорт, 1981. - 352 с.
[4] Русецкий А.А., Жученко М.М., Дубровин О.В. Судовые движители. - Л.: Судостроение, 1971.-287 с.
[5] Сандлер Л.Б. Практические методы расчёта ходкости судов внутреннего плавания. - Новосибирск: НИИВТ, 1970. -432 с.
[6] Судовые тяговые расчёты. Анфимов В.Н., Ваганов Г.И., Павленко В.Г. Под ред. В.Г. Павленко. Учебник для ин-тов водн. трансп. Изд. 2-е перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1978. - 216 с.
[7] Горелкин В.И. Определение инерционных характеристик судов с дизельными энергетическими установками. - М.: Транспорт, 1990. - 76 с.
[8] Филатов С.В. Совершенствование паспортных характеристик судов // Речной транспорт, 1988.-Х» 9. -С. 27-29.
[9] Филатов С.В. Методические положения разработки базового справочника маневренных характеристик судов речного флота // Тр. ГИИВТ. - 1988, вып. 230. - С. 26-57.
[10] Бажанкин В.В. Исследование влияния условий эксплуатации на степень загрузки главных двигателей «Нефтерудовоза-8» И Тр. ГИИВТ. - 1990, вып. 253. - С. 91-117.
[11] Гофман А.Д. Движительно-рулевой комплекс и маневрирование судна. Справочник. - Л.: Судостроение, 1988. - 360 с.
[12] Васильев А.В. Управляемость судов: Учеб. Пособие. - Л.: Судостроение. 1989. - 328 с.
[13] Ходкость и управляемость судов: Учебник для вузов / В.Ф. Бавин, В.И. Зайков, В.Г. Павленко, Л.Б. Сандлер. Под ред. В.Г. Павленко. - М.: Транспорт. 1991. - 397 с.
WORK OF OPEN PROPELLER AT VESSEL’S CURVILINEAR MOVEMENT
М. V. Nebasov
In this article, the analysis of open propeller working at vessel's curvilinear movement is
presented.
УДК 656.62.052.4:629.12.03
М. В. Небасов, аспирант, ВГАВТ.
603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ СУДНА НА УСТАНОВИВШЕЙСЯ ЦИРКУЛЯЦИИ
В статье излагается метод приближённого аналитического определения линейной скорости судна на установившейся циркуляции.
Уравнение продольных сил, действующих на судно при установившейся циркуляции имеет следующий вид [1]:
т(\-к20)уа>8т/3 = Хр - (1)
где т - масса судна;
к2о - коэффициент присоединённой массы жидкости, участвующей в формировании продольной составляющей центробежной силы;
