Силы сопротивления судну

admin

§ 6.4. Влияние условий плавания на остойчивость судна

6.4.1. Статическое и динамическое давление ветра. Давление ветра на судно распределяется неравномерно и зависит от высоты расположения данной части судна над уровнем моря, степени ее обтекаемости и направления ветра по отношению к судну. На практике, принято считать, что давление ветра приводится к одной равнодействующей силе

где рv – давление ветра, Па; Аv – площадь парусности судна, м 2 .

Давление ветра принимают по таблице (табл. 6), приводимой в Правилах Регистра, в зависимости от категории судна (ограниченного или неограниченного плавания) и возвышения центра парусности (ЦП), т.е. центра тяжести площади Аv над уровнем ватерлинии z.

Под площадью парусности понимают площадь проекции надводной части судна на диаметральную плоскость в прямом положении.

Рис.67. Определение кренящего момента при статическом

и динамическом давлении ветра.

Статическое давление ветра (рис. 67,а) вызывает дрейф судна, т.е. его движение в направлении, перпендикулярном ДП, с некоторой скорость V. При этом возникающие силы сопротивления воды R, с некоторым приближением можно считать, приложенным на половине осадки судна. В таком случае при статическом давлении ветра кренящий момент равен

где zп – аппликата центра парусности судна над основной плоскостью.

При динамическом давлении ветра, когда при налетевшем шквале сила давления ветра Рv прикладывается к судну практически мгновенно, силы сопротивления воды еще не успевают развиться. Поступательному перемещению судна препятствуют силы инерции самого судна Рин.с, равнодействующая которых приложена в ЦТ судна, и сила инерции присоединенной массы воды Рин.в, которую судно увлекает за собой.

Давление ветра рv, Па

Район плавания судна

0,567 давления для неограниченного района

0,275 давления для неограниченного района

Можно считать, что точка приложения равнодействующих инерционных сил Рин находится на уровне ватерлинии (рис 67,б), поэтому кренящий момент от динамического приложенного давления ветра может быть найден по формуле

Углы крена Θст и Θдин при действии статических или динамических кренящих моментов определяется при помощи диаграммы статической остойчивости.

6.4.2. Ветровой крен на волнении. Рассмотрим совместное влияние шквала ветра и волнения на судно (рис.68), которое под действием качки наклонилось: а) на наветренный борт; б) на подветренный борт.

Рис.68. Ветровой крен на волнении:

а – при крене на наветренный борт;

б – при крене на подветренный борт

В первом случае на судно действуют два одинаково направленных динамических момента: восстанавливающий mΘ1 и кренящий mкр.дин.

Динамический угол Θдин крена определяется по диаграмме статической остойчивости (рис. 68,а). Наибольший динамический момент mдин.max, который судно с заданной диаграммой статической остойчивости способно выдержать не опрокидываясь, определяется полным использованием запаса динамической остойчивости, т.е. равенством площадей АВС и СDЕ на рис. 68,а.

Во втором случае динамическое наклонение судна создается разностью моментов mΘ1 и mкр.дин, так как кренящий и восстанавливающий моменты имеют разные знаки. Определение динамического угла крена показано на рис. 68,б.

Как видно, во время шквального ветра динамические углы крена будут более значительными в том случае, когда на волнении судно накренилось на наветренный борт. Эта ситуация, как более опасная для судов, принимается за расчетную при нормировании их остойчивости.

6.4.3. Обледенение судов. Для судов, плавающих в зимних сезонных зонах, установленных Правилами Регистра СССР о грузовой марке, учитывают возможность обледенения, влияние которого равносильно приему высоко расположенного груза, увеличивающего водоизмещение, аппликату ЦТ и площадь парусности и ухудшающего остойчивость. Особенно опасно асимметричное обледенение, создающее кренящий момент, действие которого в условиях пониженной остойчивости может приводить к возникновению значительных углов крена.

Малые суда обмерзают сильнее, чем крупные, что объясняется большей заливаемостью и забрызгиванием их при шторме, а также более крупными относительными размерами такелажа, рангоута, комингсов люков и других надводных частей судна. Помимо этого, верхние участки корпуса малых судов обмерзают интенсивнее соответствующих участков крупных судов, что приводит к неблагоприятному распределению ледовой нагрузки. Таким образом, даже при одинаковой скорости обмерзания, обледенение тем опаснее, чем меньше судно. Статистика гибели судов от обледенения включает главным образом сравнительно небольшие промысловые суда, поэтому эксплуатация малых судов (длиной менее 20 м) в условиях возможного обледенения, как правило, не допускается.

Для судов, плавающих севернее параллели 66,3 0 N и южнее параллели 60 0 S, а также в Беринговом и Охотском морях, в Татарском проливе, Правила Регистра устанавливают расчетные нормы обледенения. Масса льда на квадратном метре площади общей горизонтальной проекции открытых палуб, включающих сумму горизонтальных проекций всех открытых палуб и переходов независимо от наличия навесов, принимают равным 30 кг. Момент по высоте горизонтальной нагрузки определяют по возвышениям ЦТ соответствующих участков палуб и переходов. Масса льда на квадратный метр площади парусности — 15 кг. Для судов, плавающих в зимнее время в остальных районах зимней сезонной зоны, нормы обледенения принимают вдвое меньшими.

Диаграмма статической остойчивости, построенная с учетом обледенения, должна отвечать следующим требованиям: угол заката должен быть не менее 55 0 , максимальное плечо статической остойчивости для ограниченного района плавания – не менее 0,2 м. При крене не менее 25 0 .

6.4.4. Попутное волнение. Движение судна на волнении может привести к значительному снижению его остойчивости. Это обусловлено тем, что сечение судна поверхностью моря – «волновая ватерлиния» не плоская. Особенно резко влияние волнения на остойчивость проявляется при попутных курсовых углах, когда скорость судна близка к скорости бега волн. На подошве волны в воду входят более полные носовые и кормовые участки корпуса (Jx — увеличивается), что приводит к увеличению остойчивости по сравнению с тихой водой. На вершине волны более полные участки корпуса наоборот выходят из воды, и поэтому остойчивость судна снижается. Можно предположить, что наибольшее изменение остойчивости происходит при равенстве длины волны λ и судна L (λ = L), но поскольку наибольшие ординаты ватерлинии, обусловленные развалом бортов, как правило, находятся на расстоянии 0,6  0,8 L, то опасная длина волны с учетом курсового угла будет

Опасными значениями являются к = 0,6  0,8 и курсовые углы φ = 040 0 .

Как видно из приведенной формулы, попутное волнение наиболее опасно для малых судов. По этой причине, скорость судна Vs (в уз.), длиной менее 20 метров при ходе на попутном волнении при длине равной или превышающей ее длину, не должна быть больше вычисленной по формуле

Vs =1,4.

studfiles.net

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и .

Сопротивление судна

Если в эксплуатации ожидается изменение сопротивления судна движению при неизменной скорости хода, а также при использовании в установке ВРШ, в программе ходовых испытаний должны быть предусмотрены режимы, обеспечивающие проверку характеристик установки в этих условиях. Если силовая установка имеет несколько гребных винтов, в программу ходовых испытаний включаются также и режимы хода судна под одним винтом. Примеры винтовых характеристик различных типов судов 1в различных условиях плавания показаны иа Р ИС. 76. [c.169]

На фиг. 6 изображена сводная диаграмма испытаний модели и пересчета на натуру миноносца водоизмещением 1 080 т, при коэф. подобия а =25 на фиг. 6 обозначают а—общее сопротивление модели w , б—остаточное сопротивление модели, в—общее сопротивление судна W, г—сопротивление трения судна, д—остаточное сопротивление судна, е—сопротивление [c.282]

Л. Н. Сретенский выполнил большой цикл работ по общей линейной теории волн. Результаты исследования О волнах на поверхности раздела двух жидкостей с применением к явлению мертвой воды (1934 г.) впервые полностью объяснили явление, замеченное Ф. Нансеном при плавании на Фраме . Автор строго показал, что на поверхности раздела жидкостей появляются волны большей амплитуды, чем на свободной поверхности. Позже он рассчитал волновое сопротивление, связанное с явлением мертвой воды ( О волновом сопротивлении судна при наличии внутренних волн , 1959 г.). [c.11]

Задача о волновом сопротивлении судна при наличии внутренних волн решена автором в работе [57]. Прим, ред,) [c.468]

При исследовании многих задач теории волнообразования кораблей рассматривают, с целью выяснения влияния различных параметров корабля на встречаемое пм волновое сопротивление, корабли самых простых обводов, позволяющие тем самым упростить в значительной степени обычно большую вычислительную работу. Для уяснения влияния стенок канала на волновое сопротивление рассмотрим результаты числовых подсчетов волнового сопротивления судна весьма большой осадки, движущегося в канале бесконечной глубины. Поверхность такого судна, представляемого вертикальным цилиндром, задается уравнением [c.497]

Л. Н. С р е т е н с к и й, О волновом сопротивлении судна при наличии внутренних волн, Изв. АН СССР, отделение технических наук. Механика и машиностроение, 1 (1959), 56—63. [c.799]

О волновом сопротивлении судна при наличии внутренних волн.— Изв, АН СССР, ОТН. Механика и машиностроение, 1959, 1, 56—63. [c.809]

Электрокоррозия судов и морских сооружений при прохождении электрического тока через их подводную часть бывает обусловлена двумя причинами а) неправильными схемами питания потребителей электрического тока, находящихся на достраиваемом наплаву судне (например, при однопроводной схеме питания сварочных работ и других потребителей тока, повышенное сопротивление обратного провода одного из двух одновременно питаемых током судов — рис. 285) б) наличием в районе стоянки судна или расположения подводной металлической конструкции блуждающих токов (работа вблизи морского берега рельсового электротранспорта, утечки тока с электроустановок, работающих на берегу, и с корпуса судна и др.). [c.400]

Для определения сопротивления воды движению модели судна при очень малых скоростях модель М пустили плавать в сосуде, привязав нос [c.248]

Пример 124. В тот момент, когда скорость моторного судна равна v , выключается мотор, и судно движется, испытывая сопротивление воды, величина которого пропорциональна скорости, причем коэффициент пропорциональности равен масса судна равна т. Через какой промежуток времени скорость судна уменьшится вдвое (рис. 163) [c.285]

Пример 145. В момент, когда скорость моторного судна равна выключается мотор. Сила сопротивления воды определяется по эмпирической формуле [c.313]

Решение. Направляем ось х в сторону движения судна и выбираем начало координат в той точке, где находился центр тяжести судна в момент выключения мотора. Проекция на ось х силы сопротивления, приложенной к судну, равна [c.313]

Задача 845. В момент прекращения работы двигателей судно имело скорость v . Определить время, прошедшее до остановки судна, если его водоизмещение равно т, а сила сопротивления + (с и k — постоянные), v—скорость судна. [c.310]

Задача 988. Винт судна имеет момент инерции J и приводится во врашение из состояния покоя постоянным вращающим моментом М, встречая при этом сопротивление воды, пропорциональное угловой скорости винта. [c.350]

Задача 1423. На судне установлен реактивный двигатель, выбрасывающий q единиц массы в 1 сек с относительной скоростью и. Сила сопротивления воды F = kv Найти скорость судна через t сек после начала движения из состояния покоя, если его начальная масса вместе с горючим равна М . Движение считать прямолинейным. [c.516]

В режим движения на подводных крыльях. При дальнейшем повышении скорости движения судна поверхность погруженных в воду стоек с подводными крыльями почти не уменьшается, и сопротивление движению снова возрастает с увеличением скорости. [c.27]

Напротив, открытое Галилеем свойство материальных тел без действия сил сохранять состояние равномерного и прямолинейного движения (инерция движения) на первый взгляд как будто бы противоречит повседневному опыту. И движущиеся тела обычно нуждаются в постоянном действии силы для поддержания движения чтобы передвигать телегу, нужна конская тяга, парусное судно без ветра не движется и т. д. Однако это противоречие закона инерции движения нашим повседневным наблюдениям только кажущееся. В обыденной жизни мы не встречаем тел, на которые не действовали бы никакие силы, на всяком движущемся теле всегда сказываются действия других тел. Катящаяся телега испытывает сопротивление дороги, трение в осях, сопротивление воздуха плывущее судно претерпевает сопротивление воды и воздуха. Эти силы (их называют диссипативными) и замедляют движение тел. Диссипативные силы невозможно уничтожить, но их иногда возможно значительно уменьшить. [c.20]

Задача 1.1. Из шлюза судно выводится двумя электровозами, которые создают натяжения тросов 30 и 40 кн. Определить сопротивление воды Т, оказываемое судну, если оно движется параллельно стенкам шлюза с постоянной скоростью, а также углы Р и у, составленные тросами со стенками шлюза, если угол между тросами равен 60 . [c.33]

Пример 1.58. Судно движется равномерно со скоростью 21,6 км/ч. При этой скорости машина судна развивает мощность, равную 900 кет. Определить сопротивление воды движению судна, если общий к. п. д. машины, валопровода и движителя равен 0,40. [c.156]

В. с, начинает играть заметную роль в общем балансе сопротивления судна только с чисел / г=0,1 —0,15 для полных судов и 0,15— 0,20 для острых. Коэф. В. с. судов обычных форм имеет абс, максимум в области Fr= =0,5 с уменьшением глубины максимум В. с. перемещается в сторону меньших чисел Fr. В. с, сильно возрастает, когда судно движется со скоростью, равной нек-рой критич. скорости движения волн для данной глубины. Возрастание коэф. В. с. с ростом числа fr до его абс. максимума на эксперим. кривых (рис.) Егосит неравномерный характер, образуя на кривой местами выпуклости, местами вогнутости. Малые изме-аения формы судна и его скорости могут приводить К [c.311]

Воздушные винты. 452,463 Воздушный газ. . 667 В >здушных винтов характеристика. . . 463 Волнэвое сопротивление судна. 443 [c.893]

Сталь под влиянием влажности воздуха, морской воды и окиси углерода, выделяемой углем, подвергается ржавчине. Средством предохранения стали от ржавчины является покрытие ее красками—свинцовым или железным сурикол , свинцовыми и цинковыми белилами, разведенными на олифе. Кроме того подводная. часть корпуса судна по прошествии нек-рого времени плавания, особенно в южных морях, подвергается обрастанию водорослями и раковинами, сильно увеличивающими сопротивление судна движению для воспрепятствования этому ее покрывают поверх сурика еще специальной композицией, т. е. краской, смешанной с каким-либо ядовитым веществом. [c.189]

Следствием этого является перегрузка винта, модели, работающего т. о. не при режиме подобия. Для достижения последнего применяется создание горизонтального усилия, являющегося дополнением к упорному давлению-винта усилие это делается равным избыточному сопротивлению трения. Т. о. винт работает-при том же скольжении, что и в натуре. Определение такого режима подобия м. б. произведено и иначе—путем жесткого связывания модели с тележкой, что создает возможность, испытания винта при различных скольжениях, т. е. так же, как в свободной воде, но в условиях его совместной работы с корпусом. Интерполированием моншо затем определить любой режим. Этот же метод дает возможность иссле- довать взаимодействие винта и корпуса, являющееся по настоящее время мало исследованным. Пересчет на натуру, т. е. определение для судна величин, к-рые были измерены для модели, или определение нужноц мощности механизмов судна производится по настоящее время по методу Фруда (см. Теория подобия) Сопротивление судна определяют по формуле Вп = + (г — / [c.207]

ХОДКОСТЬ судна, способность его под действием движителя (см. Движители судовые) развивать данную скорость хода. Для этого движитель должен развивать толкающее судно усилие, по величине равное и обратно направленное горизонтальной продольной составля-Ю1цей воздействия воды и воздуха на судно при данной скорости, называемой сопротивлением судна. Т. о. сопротивление разделяется на сопротивление воздуха и имеющее у нормальныл судов превалирующее значение-сопротивление воды первое определяется по обычным способам аэродипамгти (см.), последнее входит в теорию корабля и составляет наиболее трудный и не поддающийся в надлежащей мере математическому анализу отдел ее. Гидродинамика несмотря иа сильное развитие этой науки не может в полной море разрешить выдвигаемые практикой вопросы, помогая лишь до некоторой степени их надлежащей установке и освещению. Поэтому в основном вопросы X. базируются на экспериментальных данных, в особенности на работах англ. исследователя В. Фруда. До Фруда были разрозненные попытки освещения этого вопроса, не давшие какого-либо определенного метода установления мощности механизмов для достижения заранее определенной скорости движения судна. Позже Фруда ряд исследователей уточнил нек-рые спорные вопросы, но в основном метод Фруда остался до настоящего времени непоколебленным. Полное сопротивление Л , оказываемое водою передвижению судна, Фруд разделил на три части волновое водоворотное Bsp и сопротивление трения Л , т. е. [c.279]

Наиболее точный способ определения остаточного сопротивления судна дан Фрудом и состоит в определении волнового сопротивления модели судна и пересчете полученных результатов на натуру. Этот способ основан на законе механич. подобия (см. Теория подобия). Он же доказал, что волновые системы судна и его модели при соответствующих скоростях будут подобны. Если отношение размеров судна к модели будет а, а отношение скорости судна к скорости модели то волновое сопротивление судна Вд будет в а раз больше такового же для модели, к-рая д. б. вполне подобна судну как по размерам, так и в весовом отношении-, для чего перед буксировкой модели последняя загружается до требуемого веса мешочками с песком. Перед опытом приблизительно определяется наибольшая и наименьшая величины ожидаемого сопротивления модели. Накладывая грузы, соответствующие ояшдаемьш сопротивлениям, на чашки весов тележки, проводят на бумаге регистрирующего приспособления оси, относительно которых ориентируется кри- [c.281]

Так как закону подобия подчиняется лишь остаточное сопротивление, то рз полученного опьггом полного сопротивления модели г вычитается сопротивление трения помножая полученное остаточное сопротивление модели на куб линейного коэф. подобия а , показывающего, во сколько раз корабль больше модели, получаем величину волнового сопротивления судна при подобной скорости хода в узлах [c.282]

F = 1,946 а, где Dj,—скорость модели bm k. Прибавляя к ней сопротивление трения судна, вычисленное по одной из формул, приведенных выше, получаем общее сопротивление судна при данной скорости хода. Основные ф-лы и соответствующие коэф-ты трения судна й мо-деда см. Судостроительный опытовый бассейн. [c.282]

ЛГ, = 0,00307 = 0,0068591г 7, где В п и —полное сопротивление судна в англ. и метрич. мерах. Надежного результата этот способ не дает. 2) Способ адмиралтейских коэ ф-т о в. Индикаторная мощность механизмов м. б. определена по одной из следующих ф-л [c.283]

Волновое сопротивление судна типа Мичелля при неустановившемся движении [c.592]

Формула для вычисления волнового сопротивления судна типа Мичелля может быть получена на основании результатов предыдущего параграфа, если воздействие корпуса такого судна заменить воздействием простого слоя источников, распределен ных на диаметральной плоскости судна. Плотность простого слоя определяется из условия обтекания поверхности судна. [c.592]

При движении судно, подводная часть которого обросла морскими с/рганизмами, испытывает значительно большее сопротивление, что снижает скорость судна или требует увеличения мощности его двигателей. Отмечены также случаи, когда морские обрастания затрудняли поступление морской воды к домнам приморского металлургического завода и к конденсаторам турбин приморской электростанции. [c.402]

Решение, Вес судна Р уравновешивается архимедовой силой А. В горизонтальном направлении действует одна только сила сопротивления воды R, направленная в сторону, противоположную скорости судна. Направляя ось х в сторону движения, имеем [c.285]

Задача 460. Гребной винт судна, имевший угловую скорость о) = 20л рад1сек, останавливается через 20 сек вследствие сопротивления воды и трения в подшипниках. Считая вращение винта равнопеременным, определить угловое ускорение и число оборотов винта до остановки. [c.179]

Задача 980.- Винт судна имеет момент инерции J и приводится во вращение из состояния покоя вращающим моментом М. Винт 1испытывает силы сопротивления воды, момент которых пропорцио- [c.347]

Задача 1299. При расчете боковой качки судна для учета инерционных сил воды момент инерции судна принимают равным i +ц, где / — собственный момент инерции судна, а х —так называемый присоединенный момент инерции. Для определения [х динамически подобную модель судна подвергают воздействию внешнего гармонического момента Mf sin pt (7И, — постоянная). Изменяя частоту/ , добиваются появления максимальных амплитуд (при р = р максимальная амплитуда равна а). Принимая, что восстанавливающий люмент равен mgh p (т — масса судна, h — так называемая метацент-рическая высота) и что момент сопротивления пропорционален угловой скорости судна при качке, определить присоединенный момент инерции л. [c.464]

Смотреть страницы где упоминается термин Сопротивление судна : [c.60] [c.207] [c.281] [c.282] [c.593] [c.595] [c.813] [c.403] [c.308] [c.311] [c.26] [c.27] [c.150] Техническая энциклопедия том 25 (1934) — [ c.0 ]

mash-xxl.info

Силы сопротивления среды

Знакомясь с инерцией на при­мере снаряда, мы убедились, что после прекращения действия движущей силы длина пути, про­ходимого телом, зависит от соп­ротивления среды, в котором оно движется: в твердом теле, жидкостях или газах.

Юные техники в своей пра­ктической деятельности встре­чаются с сопротивлением каж­дой из этих сред. В мастерской школы и на производстве при изготовлении изделий приходится преодолевать сопротивление металлов, дре­весины, пластмасс и других твердых материалов. Чтобы уменьшить силу сопротивления материала режущему ин­струменту, сам инструмент должен быть остро заточен и тщательно отполирован. Это уменьшает трение и не толь­ко улучшает качество обрабатываемой поверхности и стой­кость инструмента за счет уменьшения его нагрева, но и заметно снижает затрату энергии на обработку. Умень­шению трения при обработке и отводу тепла способст­вует и применение смазывающе-охлаждающих жидкостей. Уменьшение угла заострения инструмента тоже облегчает резание.

Рис. 10. Маятник Максвелла.

Увеличение затраты энергии при работе затупившимся и неправильно заточенным инструментом особенно замет­но при ручной обработке.

При разрезании заготовок ручной ножовкой она часто заедает и даже ломается. Тяжело и медленно идет работа, но зато легко можно получить травму. Причина заедания пилы — трение боковых поверхностей полотна о стенку прорези. Успешно разрезать толстую заготовку можно толь­ко в том случае, если ширина прорези будет больше толщины полотна ножовки. А такую прорезь дают полотна с разведенными зубьями. Поэтому зубья пилы по дереву необходимо не только затачивать, но и разводить.

Жидкости и газы оказывают сопротивление движущимся в них телам гораздо меньшее, чем тела твердые: идущий чело­век легко преодолевает сопротивление воздуха, движущая­ся лодка спокойно раздвигает воду. Но как только скорость возрастает, сопротивление жидкостей и газов тоже стано­вится весьма ощутимым, ибо, чем выше скорость, тем боль­ше сопротивление среды. Например, сопротивление, кото­рое оказывает воздух свободно падающему парашютисту, настолько велико, что дает возможность парашютисту бе­зопасно опуститься на землю с большой высоты. Сопротив­ление воды с возрастанием скорости становится еще более заметным: носовая часть моторной лодки поднимается над водой тем выше, чем больше скорость движения. Вода на­дежно держит лыжника, которого буксирует катер.

На преодоление сил сопротивления среды приходится затрачивать дополнительные мощности, а следовательно, и дополнительное — и притом очень значительное — ко­личество топлива. Все это резко увеличивает вес транспорт­ных средств. Для воздушных и космических кораблей вес имеет решающее значение. Поэтому конструкторы борют­ся за снижение каждого килограмма веса самолетов, а для юных техников-авиамоделистов важен буквально каждый грамм веса модели.

При очень больших скоростях жидкости и газы приобре­тают непривычные свойства. Например, водой, выталки­ваемой из сопла со сверхзвуковой скоростью, можно про­бивать отверстия в твердых горных породах и даже в ме­талле, потому что водяная струя становится «твердой». При полете со скоростями, превышающими скорость звука (а скорость современных самолетов-истребителей превышает ее в 2—3 раза), пилот в случае аварии не только не может выброситься из самолета, но даже и вы­сунуть руку из кабины — поток воздуха мгновенно срежет
ее, как бритвой. Поэто­му современные скоро­стные самолеты-истреби — тели оборудованы ката­пультой, которая с по­мощью взрывного заряда выбрасывает пилота из кабины вместе с его крес­лом. В момент ката­пультирования ограж­дение защищает пилота от удара со встречным воздушным потоком. Только после того как пилот отлетит от пада­ющего самолета на бе­зопасное расстояние, он раскрывает парашют.

Сила сопротивления среды зависит не только от ее агрегатного состо­яния и скорости движе­ния, но и от формы дви­жущегося тела и степени гладкости его поверхно­сти (рис. И).

Рис. 11. Зависимость силы сопротив­ления воздуха от формы тела.

Совсем недавно, 20— —25 лет назад, у само­лета все было «на ви­ду» — колеса, шасси, крепление крыльев. В процессе борьбы за увеличение скорости, маневренности и улуч­шение других летных характеристик самолетостроителям пришлось убрать внутрь все, что выступало наружу, даже головки заклепок — вместо полукруглых стали применять потайные. Для снижения веса самолета, не в ущерб его прочности, авиаконструкторы разработали сложные формы прокатных профилей, а для уменьшения трения всю на­ружную поверхность самолета стали тщательно заглажи­вать, «зализывать», и покрывать лаком. Самолет, автомо­биль и корабль приобрели обтекаемые формы с небольшими изменениями сечений и плавными переходами между ними. Наилучшую форму помогает определить испытание кон­
струкции или ее модели в аэродинамической трубе (рис. 12).

Форма продольного сечения самолета определяется его скоростью: для дозвуковых аппаратов она характеризуется сферической головной частью и заостренной хвостовой. При сверхзвуковых скоростях продольное сечение само­лета в головной части похоже на острый конус, а хвостовая часть — плоская, как бы обрубленная.

Тяжелый самолет, наделенный большой инерцией, при посадке требует очень длинных взлетно-посадочных полос и больших аэродромов. Это и сложно и дорого. Поэтому авиационные конструкторы стремятся использовать силу сопротивления среды для уменьшения пробега самолета после посадки. Например, у некоторых самолетов делают тормозные парашюты, которые летчик выпускает сразу же после приземления машины, а у сверхзвукового пассажир­ского лайнера «ТУ-144» (рис. 13) торможение производит­ся при помощи опускания лобового обтекателя, который в полете служит для придания самолету сверхзвуковой формы.

Сопротивление движению тела в различных средах раз­лично: наибольшее — в твердой среде, гораздо меньше — в жидкостях, наименьшее — в газах.

При большой скорости движения твердого тела в жид-

5 ^»ИЗМЕРИТЕЛЬ уж СКОРОСТИ ВОЗДУХА

Вентилятор Рис. 12. Аэродинамическая труба.

msd.com.ua

Устойчивость на курсе

К основным маневренным качествам судна относятся: ходкость, циркуляция и управляемость. Для уверенного, а правильного управления маломерным судном судоводителю необходимо знать эти качества, другие маневренные элементы и факторы, влияющие на управляемость судна.

Ходкость — это способность судна двигаться с определенной скоростью при заданной мощности двигателя, преодолевая при этом силы сопротивления движению.

На ходкость судна влияют четыре вида сопротивления:

  • cопротивление трения – зависит от площади смоченной поверхности судна, от качества ее обработки и степени обрастания;
  • сопротивление формы — зависит от обтекаемости корпуса судна, которая и свою тем лучше чем острее кормовая оконечность и чем больше длинна судна по сравнению с шириной;
  • волновое сопротивление — зависит от формы носовой оконечности и длины судна, чем длиннее судо тем меньше волнообразование;
  • брызговое сопротивление — зависит от отношения ширины корпуса к его длине.
  • Вывод:

    1. Наименьшее сопротивление воды испытывают водоизмещающие судна узким корпусом, круглоскулыми обводами и заостренными носовыми и кормовыми оконечностями.
    2. У глиссирующих судов, при отсутствии волнения, широкий плоскодонный корпус с т ранцевой кормой обеспечивает наименьшее сопротивление воды при наибольшей гидродинамической подъемной силе.

    Более мореходны глиссирующие суда с килеватым или полукилеватым корпусом. Повышение скорости этих судов достигается продольными реданами и скуловыми брызгоотбойниками.

    Циркуляцией судна называется кривая, которую описывает центр тяжести судна за время его поворота на 360 о с переложенным на борт рулем (рис.1). Эта кривая близка к окружности, а диаметр служит мерой поворотливости судна.

    У маломерных судов диаметр циркуляции составляет, как правило, две — три длины корпуса. Скорость судна на циркуляции уменьшается до 30%. Кроме диаметра циркуляции следует знать и ее время, т.е. время, за которое судно сделает поворот 360 о .

    Названные элементы циркуляции зависят от водоизмещения судна и характера размещения груза по его длине, а также от скорости хода. На малой скорости диаметр циркуляции меньше.

    Рассмотрим порядок определения элементов циркуляции катера (рис. 2).

    Рис.2. Определение элементов циркуляции

    Катер на заданном ходу пересекает под прямым углом (90 о ) створ АА1. В момент пересечения створа руль перекладывается право на борт, включается секундомер и секстаном измеряется горизонтальный угол а между створом и знаком Б. При повороте катера на 180 о и пересечении им створа АА1 на обратном курсе останавливается секундомер и измеряется угол.

    Показания секундомера будут соответствовать времени так называемой неустановившейся циркуляции, т.е. поворота катера на 180 о .

    Для определения диаметра циркуляции берется крупномасштабная карта (план), отложив на которой измеренные углы наносятся точка М1 и точка М2. Расстояние между этими точками есть диаметр циркуляции.

    С достаточной точностью диаметр циркуляции можно определить и без измерения углов секстаном. Для этого в моменты пересечения створа АА1 за борт бросаются легкие вехи или буйки, а затем при помощи линя измеряется расстояние между ними. Это расстояние и принимается за диаметр циркуляции.

    Управляемость — это способность судна удерживать на ходу заданное направление движения- при неизменном положении руля (устойчивость на курсе) и изменять на ходу направление своего движения под действием руля.

    Понятие «устойчивость на курсе» и «поворотливость” являются противоречивыми, однако эти качества присущи практически всем судам и характеризуют управляемость.

    На управляемость влияет много факторов и причин, главными из которых являются действие руля, работа винта и их взаимодействие.

    Действие руля на переднем ходу

    На переднем ходу при выключенном двигателе и прямом положении руля встречные струи воды обтекают корпус и руль симметрично, не вызывая сил, уклоняющих нос или корму судна (рис. 3).

    Рис.3. Руль «прямо»

    При отклонении же руля на некоторый угол вправо (рис. 4) на него начинают давить встречные струи с силой F, а с левой стороны руля образуется разряженное пространство.

    Рис.4. Руль «вправо»

    Сила F является равнодействующей сил F1 и F2. При этом сила F2 действует в противоположенном направлении движению катера и следовательно уменьшает его скорость, а сила F1 отбрасывает руль с кормой мой влево, тем самым обеспечивается поворот носа катера вправо. На этом примере делается вывод: нос катера на переднем ходу покатится в ту сторону, в какую положен руль.

    Действие руля на заднем ходу

    На заднем ходу при выключенном двигателе и прямом положении руля сил, уклоняющих корму не появляется. Поэтому катер будет двигаться без изменения направления (рис. 5).

    Рис.5. Руль «прямо»

    Если руль положить вправо, то встречные струи воды начнут давить на его левую сторону с кой – то силой F перпендикулярно рулю (рис. 6).

    Рис.6. Руль «вправо»

    Разложив эту силу на составляющие, видно, что сила F2 направлена в противоположном направлении движению и значит уменьшает скорость. Сила F1 уклоняет корму вправо, т.е. в сторону поворота руля. Таким образом, на заднем ходу корма катера уклоняется в сторону перекладки руля. Рассмотренные примеры показывают, что скорость поворота судна будет тем больше, чем на угол большой угол повернут руль. Но при увеличении угла поворота руля возрастает и тормозная сила, что существенно замедляет поступательное движение судна. Практикой подтверждается, что руль при поворотах работает наиболее эффективно при его перекладке на угол 30- 35 о .

    Действие работы винта на переднем ходу

    При работающем винте, отбрасываемая им струя воды оказывает определенное действие на корпус судна и перо руля, тем самым влияя на устойчивость на курсе и поворотливость судна. Частицы воды при этом движутся не по прямой линии, а образуют вихревой поток в виде спирали. Рассмотрим как работающий винт правого вращения с четырьмя лопастями влияет на устойчивость судна (рис. 7).

    Рис.7. Силы набрасываемой струи

    Лопасть 1 винта при движении по часовой стрелке сверху вниз бросает воду с силой F1 которая направлена вниз и никакого влияния на смещение кормы в сторону не оказывает. Лопасть 2 бросает воду с силой F2 на нижнюю часть пера руля и стремиться отклонить корму влево Сила F3 при движении лопасти 3 снизу вверх направлена вверх и на отклонение кормы в сторону не влияет. Лопасть 4 при движении слева направо бросает воду с силой F4 на верхнюю часть пера руля. Эта сила стремится отклонить корму вправо. Таким образом на перо руля действуют две противоположно направленные сипы F2 и F4 Учитывая, что в нижней части руля гидростатическое давление всегда больше, чем в верхней, то сила F2 превышает силу F4 и уклоняет корму влево.

    Вывод: при вращении винта из-за набрасывания воды на руль возникает ряд сил, которые при своем взаимодействии образуют только одну силу набрасываемой струи F1 давление которой на руль стремится сместить корму судна влево и изменить его курс вправо.

    При аналогичном рассмотрении примера с винтом левого вращения вывод будет противоположным, т.е. сила набрасываемой струи F стремится уклонить корму вправо, а курс судна изменить влево. Лопасти вращающегося винта встречают сопротивление воды, которое называется силой реакции (рис. 8).

    Рис.8. Силы реакции

    Движению лопасти 1 противодействует сила реакции R1, которая стремится столкнуть лопасть, а вместе с ней и корму судна влево. Сила R2 стремится оттолкнуть лопасть 2 вверх, а следовательно, и поднять корму. Движению лопасти З противодействует сила реакции R3, направленная слева направо и стремящаяся оттолкнуть лопасть, а вместе с ней и корму вправо. Сила реакции R4 направлена вниз и стремится осадить корму.

    Таким образом, силы реакции R2 и R4 на отклонение кормы в какую-либо сторону влияния не оказывают, но они являются причиной дрожания кормы, которая хорошо наблюдается на быстроходных катерах.

    В то же время силы R1 и R3 оказывают действие на корму, стремясь ее отклонить в противоположных направлениях.

    В связи с тем, что сила R3 действует в более плотной среде больше силы R1. Сложив эти две силы получается одна результатирующая сила реакции R, вращении винта будет стремиться уклонять корму катера вправо, а нос разворачивать влево.

    В случае, если на катере установленный винт левого вращения, то сила реакции R будет уклонять корму влево, а нос разворачивать вправо.

    Корме сил набрасываемой струи и реакции при движении катера вперед возникает еще и сила попутного потока.На переднем ходу катер своим корпусом вытесняет воду, образуя за кормой разряженное пространство. Вытесненная корпусом вода, обтекая борта, устремляется в то пространство и заполняет его. Поскольку этот процесс во время движения идет непрерывно, то с кормы катера образуется и действует попутный поток воды, называемый попутным следом. Этот поток оказывает непрерывное давление на кормовые обводы судна и на лопасти винта. Максимальную величину сила потока имеет на поверхности воды, а на глубине уровня киля исчезает полностью.

    Давление потока на кормовые обводы распределяется равномерно и практически никакого влияния на отклонение кормы не оказывает. Этого нельзя сказать о давлении силы потока на лопасти винта. Попутный поток с наибольшей силой Н давит на лопасть, которая находится при вращении винта в крайнем верхнем положении (рис. 9).

    Рис.9. Действие силы попутного потока

    Разложив эту силу на составляющие, получается, что сила h по своей величии значительно больше силы i и расположена перпендикулярно к лопасти. Эта сила h и будет уклонять корму в влево, а нос вправо. При винте левого вращения на переднем ходу сила попутного потока h будет стремиться уклонить корму вправо, а нос судна влево. Сила попутного потока при движении судна оказывает свое действие и тогда, когда винт не вращается.

    Рассмотренные примеры позволяют сделать заключение, что на устойчивость судна, имеющего передний ход руль а положении прямо, влияют три силы (рис. 10):

    • сила попутного потока h
    • Рис.10. Действие сил на корму судна

    • На установившемся переднем ходу моторного судна, имеющего один винт правого вращения и руль в диаметральной плоскости, нос судна стремится уклоняться вправо. Чтобы удержать судно на курсе необходимо переложить руль на несколько градусов влево.
    • При винте левого вращения на переднем ходу с рулем в положении «прямо» нос судна будет уклоняться влево.
    • Влияние работы винта на заднем ходу

      Рассмотрение этого вопроса производится для моторного судна (катера) с четырех лопастным винтом правого шага с установившимся задним ходом и с положением руля “прямо”. При атом на заднем ходу винт вращается против часовой стрелки.

      На заднем ходу движение воды происходит также как и на переднем по спирали, но отбрасывается она теперь не на руль, а под корму катера (рис. 11).

      Рис.11. Силы набрасываемой струи на заднем ходу

      Лопасти 1 и З толкают воду с силами F1 — направленной вниз и F3 — вверх. Эти силы никакого влияния на уклонение кормы не оказывают. Лопасть 2 набрасывает струю на левую часть борта в районе киля под острым углом. В связи с этим сила F2, которая стрёмится уклонить корму вправо слишком мала, чтобы оказывать существенное влияние. Лопасть же 4 бросает воду на правую подводную часть борта под прямым углом(90 о ) и следовательно силы F4 значительно больше противоположной силы F2. В результате действия силы набрасываемой струи F1 на заднем ходу корма судна будет уклоняться влево.

      Рассмотрев действие сил реакции на заднем ходу по аналогии с ранее рассмотренным случаем их действия на переднем ходу, делается заключение, что результирующая сила реакции R уклоняет корму влево (рис.12).

      Рис.12. Силы реакции на заднем ходу

      При движении судна на заднем ходу, вне зависимости вращается винт или нет, возникает сила сопротивления встречной воды корпусу (N). Кроме того, при вращении винта, последний “засасывает воду” за кормой, вызывая тем самым течение воды навстречу движению корпуса судна (рис. 13), что приводит к возникновению еще одной силы всасываемой струи М.

      Рис.13. Сила сопротивления и сила всасываемой струи

      Эти две силы в данном случае при нахождении руля в положении “прямо” никакого действия на уклонение кормы не оказывают.

      Таким образом, на установившемся заднем ходу судна, имеющего винт правого вращения и руль в положении “прямо”, под влиянием работы винта образуются (рис. 14):

    • сила набрасываемой струи F;
    • сила реакции R;
    • сила сопротивления встречной воды N;
    • сила всасываемой струи М
    • Рис.14. Сила действующие на заднем ходу

    • На установившемся заднем ходу судно, имеющее один винт правого вращения и руль в положении “прямо’, уклоняется кормой влево, а носом вправо.
    • При тех же условиях, но с винтом левого шага корма уклоняется вправо, а нос судна влево.
    • Поворотливость судна

      Поворотливость на переднем ходу

      При перекладке руля, например вправо, на установившемся переднем ходу с винтом правого вращения на руль помимо силы встречного потока F, действует и сила воды, отбрасываемой винтом назад, давление которой в 1.3 — 1,7 раз больше давления F. Эта сила называется силой винтовой отработки Q (рис. 15), резко увеличивающей эффективность действия руля, т.е. поворотливость судна.

      Рис.15. Силы встречного потока и винтовой отработки

      Для винта правого шага действие силы винтовой отработки значительно больше при руле, положенном направо, а для винта левого шага — на левый борт.

    • На переднем ходу при винте правого вращении судно поворачивается лучше вправо и хуже влево, а при винте левого вращения — лучше влево и хуже вправо.
    • Для судна с винтом правого вращения диаметр циркуляции вправо будет меньше диаметра циркуляции влево.
    • Поворотливость на заднем ходу

      При положении руля «прямо» на заднем ходу корма под действием сил набрасываемой ст и реакции отклоняется влево. Если переложить руль влево, то на него начнут действовать силы сопротивления встречной N и всасываемой струи М в том же направлении, что и ранее действовавшие силы F и R (рис 16).

      Рис.16. Силы, действующие на заднем ходу. Руль «лево»

      Действуя сообща эти четыре силы уклоняют корму влево. Если руль переложить на правый борт (рис. 17), то силы N и М будут противодействовать силам F и R.

      Рис.17. ССилы, действующие на заднем ходу. Руль «право»

      Вывод: На заднем ходу при винте правого вращения судно лучше поворачивается кормой влево и хуже вправо, а при винте левого вращения — лучше кормой вправо и хуже влево.

      Особенности действия сил в начальный период вращения винта

      Если стоящему судну, имеющему один винт и руль в положении «прямо», дать передний ход. то в первые секунды корма будет уклоняться в сторону вращения винта. Но как только судно начнет движение это уклонение сначала прекратится, а потом корма пойдет в другую сторону. Это явление объясняется тем, что до начала движения судна вперед, работающий винт тянет корму в сторону своего вращения за счет действия силы реакции R.

      Как только начнется поступательное движение судна вперед, на руль оказывает большее действие сила набрасываемой струи F. При даче стоящему судну заднего хода, в начальный момент корма будет уклоняться в противоположную сторону вращения (шага) винта.

    • Для удержания одновинтового судна на прямом курсе в момент включения реверса (дачи переднего хода) судоводитель должен переложить руль на определенный угол в сторону вращения винта:
        • при винте правого вращения — руль вправо;
        • при винте левого вращения — руль влево.
      • Для удержания судна на курсе при даче заднего хода руль следует переложить несколько на борт, противоположный вращению винта на задний ход: при винте правого вращения — руль вправо; при винте левого вращения — руль влево.
      • Для удержания судна на курсе при начале его поступательного движения после дачи хода руль на непродолжительное время одерживается (перекладывается на некоторый угол в нужную сторону), а затем устанавливается в положение «прямо».
      • Особенности управляемости судна при переходе с переднего хода на задний

        При проведении швартовых операций или необходимости срочно остановить судно (опасность столкновения, предотвращение посадки на мель, оказание помощи человеку за бортом и др.) приходится переходить с переднего хода на задний. В этих случаях судоводитель должен учитывать, что в первые секунды при перемене работы винта правого вращения с переднего хода на задний, корма стремительно покатится влево, при винте левого вращения — вправо.

        Причины, влияющие на управляемость

        Кроме руля и вращающегося винта на устойчивость и поворотливость судна влияют и другие причины, а также целый ряд конструктивных особенностей судна: отношения главных размерений. формы обводов корпуса, параметров руля и винта. Управляемость зависит и от условий плавания: характера загрузки судна, гидрометеорологических факторов.

        www.club-of-captains.ru

        Это интересно:

        • Приказ 585 рк Приказ 585 рк Введите E-mail и Вам на почту будет выслан новый пароль! Регистрация Первый раз на Pharmnews.kz? Войдите, чтобы читать, писать статьи и обсуждать всё, что происходит в мире. А также, чтобы настроить ленту исключительно под себя. Войти, используя соцсети Вы […]
        • Доказательства арбитраж Средства доказывания (виды доказательств) в арбитражном процессе, особенности их исследования. Доказывание в арбитражном процессе выступает как деятельность логического характера лиц, участвующих в деле, и суда по установлению наличия или отсутствия обстоятельств, имеющих значение для […]
        • Закон рк печать О печати юридического лица и процедуре ее уничтожения В соответствии с пунктом 2 статьи 33 Гражданского кодекса Республики Казахстан (далее – ГК РК), « юридическое лицо имеет печать со своим наименованием». Исходя из буквального значения и понимания данного пункта, юридическое лицо […]
        • Какие нужны документы собрать на пенсию Какие нужны документы для оформления пенсии по старости? Законодательство РФ предусматривает три различных вида пенсий по старости (п. 1 ст. 3 Закона от 28.12.2013 N 400-ФЗ; п. п. 3, 6 ст. 5, пп. 5, 8 п. 1 ст. 4 Закона от 15.12.2001 N 166-ФЗ): 1) страховая пенсия по старости, назначаемая […]
        • Когда полицейский уходит на пенсию Пенсионный возраст в Америке в 2018 году Среди рядовых граждан вопрос пенсионных выплат поднимается довольно часто. Существуют большие отличия пенсионного возраста и размера пенсий в разных странах. В Америке пособие социального страхования могут получать все американские граждане, чей […]
        • Средняя заработная плата в россии в 2018 году для алиментов Размер средней заработной платы – один из макроэкономических показателей. Он определяется как среднее значение ежемесячного дохода работающей группы населения в России. Это значение используется для актуального расчета алиментов. Средняя заработная плата также учитывается при вычислении […]
        • Как узнать долги по налогам юридическому лицу Как юридическому лицу оформить отсрочку по налогу? Законодательство России позволяет российским организациям пользоваться в ряде случаев весьма значимой привилегией — отсрочкой по уплате налога. Какие есть основания для получения данной отсрочки? Каким образом она оформляется […]
        • Земельные споры и порядок их разрешения Земельные споры и порядок их рассмотрения: магистерские диссертации, дипломные и курсовые работы по Земельному праву СКОЛЬКО СТОИТ ЗАКАЗАТЬ КАЧЕСТВЕННУЮ АВТОРСКУЮ РАБОТУ? Динамично развивающееся и зачастую противоречивое законодательство в сфере охраны и рационального использования […]