АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

При воздействии ветра

Читайте также:
  1. Влияние ветра и волнения на циркуляцию и инерционно-тормозные характеристики судна
  2. Вынужденные колебания при гармоническом внешнем воздействии. Резонанс колебаний
  3. Гармонический осциллятор при произвольном внешнем воздействии
  4. Где Б – сила ветра в баллах по шкале Бофорта.
  5. Глава VIII. ВЫНУЖДЕННЫЕ КОЛЕБАНИЯ В ЛИНЕЙНОЙ СИСТЕМЕ ПРИ ГАРМОНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
  6. Давление ветра.
  7. Задача из международного исследования PISA. Производство энергии за счет ветра.
  8. Занятие 5. Алгоритм определения степени опасности при воздействии радиоактивности.
  9. Использование энергии ветра
  10. Лекция 6. Принципы аэродинамики. Поток. Мощность ветрового потока. Динамическое давление. Давление ветра. Располагаемая мощность. Эффективность ветротурбины.
  11. Линейные электрические цепи при гармоническом воздействии
  12. Маневрирование в условиях ветра

В практике мореплавания возможны ситуации, когда судно вынуждено, находится в дрейфе с остановленными двигателями (ожидание порта назначения, светлого времени, неисправность двигателей и т.п.). При наличии ветра и волнения, судно будет дрейфовать с некоторой скоростью по направлению, которое в общем случае будет отличаться от направления ветра.

Для оценки возможного перемещения судна, или выбора более безопасного дрейфа, необходимо знать влияние ветра на судно и уметь определять скорость и направление дрейфа.

 

Общий случай движения судна описывается системой из трех дифференциальных уравнений движения:

 

  (3)

 

 

где, в левой части системы уравнений, представлены инерционные и центробежные силы, а в правой - внешние и внутренние силы неинерционной природы.

 

m – масса судна
λ11 – присоединенная масса при движении по оси Х
λ22 – присоединенная масса при движении по оси У
λ66 – присоединенная масса при движении по оси Z
Vx – проекция скорости судна на ось Х
Vy – проекция скорости судна на ось У
ώ – угловая скорость судна
J – Момент инерции судна относительно оси Z
Rx – продольная гидродинамическая сила на корпусе
Ry – поперечная гидродинамическая сила на корпусе
Pe – упор винта
Ppx – продольная сила давления воды на руль
Ppy – поперечная сила давления воды на руль
Ax – продольная аэродинамическая сила на корпусе
Ay – поперечная гидродинамическая сила на корпусе
MR – момент гидродинамической силы на корпусе
MP – момент поперечной силы руля
MA – момент аэродинамической силы на корпусе

 

В случае установившегося движения на «стопе», на судно будут действовать следующие силы:

· силы давления ветра на надводную часть корпуса (Ax, Ay)

· силы давления воды на подводную часть корпуса (Rx, Ry);

Так как в общем случае, точки приложения поперечных сил не совпадают с центром тяжести судна, наряду с силами, на судно будут действовать и порождаемые ими моменты:

· момент поперечной силы давления ветра на надводную часть корпуса – MA;

· момент поперечной силы сопротивления воды на подводную часть корпуса – MR;

 

Аналитическое определение условий устойчивого свободного дрейфа судна на «стопе» выражается системой

 

, кгс (4)

 

Так как, выражение можно записать как , и с учетом того, что из второго уравнения системы (4) имеем , то систему уравнений (4), можно представить как:

 

(5)

 

Физический смысл указанных уравнений следующий: при установившемся дрейфе, аэродинамические силы и моменты уравновешиваются гидродинамическими силами и моментами.

Указанные силы и моменты могут быть рассчитаны по следующим формулам:

продольная гидродинамическая сила Rx

, кгс (6)

где:

Сх – коэффициент продольной гидродинамической силы, который при движении с углом дрейфа может быть получен по формуле

 

, (7)

 

продольная аэродинамическая сила Аx

, кгс (8)

 

где:

САх – коэффициент продольной аэродинамической силы;

ρвозд – плотность воздуха, ρ = 0,125 кг с2/м4;

S нх – лобовая площадь парусности, м2;

W – скорость ветра, м/с.

qW – курсовой угол ветра.

 

поперечная гидродинамическая сила Rx

, кгс (9)

где:

СRу – коэффициент поперечной гидродинамической силы
ρвод – плотность воды, ρ = 0,125 кг с2/м4
Sпy – площадь проекции подводной части корпуса на ДП, м2
V – скорость судна относительно воды (скорость дрейфа), м/с

 

СRу – коэффициент поперечной гидродинамической силы при движении с углом дрейфа может быть получен по формуле

 

, (10)

 

α – угол дрейфа,
δ – коэффициент общей полноты
d – средняя осадка судна, м
L – длина судна, м

 

поперечная аэродинамическая сила Аx

, кгс (11)

 

где:

САх – коэффициент продольной аэродинамической силы;
ρвозд – плотность воздуха, ρ = 0,125 кг с2/м4;
Ах – лобовая площадь парусности, м2;
W – скорость ветра, м/с.
qW   курсовой угол ветра.

 

 

Условие равновесия одновременно по осям X и Y можно получить, если разделить второе уравнение на первое, в системе (4).

 

  (12)

 

Подставляя в выражение (12) значения, полученные в формулах (6 - 11), и учитывая, что отношение tg qW, окончательно можем записать

, (13)

 

 

Одновременно, с учетом равенства моментов, запишем условие равенства плеч аэро и гидродинамических сил

, (14)

 

где:

lR – плечо поперечной гидродинамической силы, расстояние от центра тяжести судна до центра приложения сил сопротивления воды (центра бокового сопротивления –ЦБС);
lA – плечо поперечной аэродинамической силы, расстояние от центра тяжести судна до центра парусности;

При посадке на ровный киль центр бокового сопротивления (ЦБС), как и центр тяжести судна (ЦТ) примерно совпадает с мидель - шпангоутом, а при наличии дифферента положение ЦБС можно рассчитать по формуле:

 

, (15)

 

где:

– расстояние от ЦТ судна до ЦБС, выраженное в долях длины судна; знак «-» указывает, что ЦБС смещен в корму от мидель - шпангоута; а знак «+» - в нос;
dн,dк – Осадка носа и кормы, соответственно;

Относительное плечо поперечной гидродинамической силы можно приближенно рассчитать по формуле:

, (16)

Относительное плечо поперечной аэродинамической силы можно приближенно рассчитать по формуле:

, (17)

Подставив в выражение (14) значение lR и lA полученные из (16) и (17), и учитывая, что в большинстве случаев lR = 0, получим второе условие равновесия судна при свободном дрейфе на «стопе»:

, (18)

Преобразовав выражение (18), получим формулу для определения угла дрейфа судна в зависимости от курсового угла кажущегося ветра:

 

, (19)

 

Для определения скорости дрейфа воспользуемся вторым уравнением системы (4).

С учетом выражений (9) и (11) можем записать

 

(20)

 

решая которое относительно скорости дрейфа V, получим:

 

(21)

 

Для большинства транспортных судов с ЦП, находящимся вблизи миделя, выражение (21) можно упростить.

Учитывая, что , , и = 1,

- получим:

 


1 | 2 | 3 | 4 | 5 |

Поиск по сайту:

Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.008 сек.)