Bazele teoretice ale controlului navelor. Forțe și momente care acționează asupra navei Forțe externe care acționează asupra corpului navei clasificarea

1. Concepte și definiții generale

Controlabilitatea este capacitatea unei nave de a se deplasa de-a lungul unei anumite traiectorii, de ex. menține o direcție dată de mișcare sau o schimbă sub influența dispozitivelor de control.

Dispozitivele principale de control de pe o navă sunt comenzile de direcție, comenzile de propulsie și comenzile de control activ.

Controlabilitatea combină două proprietăți: stabilitatea cursului și agilitate .

Stabilitatea cursului- aceasta este capacitatea navei de a menține direcția de mișcare dreaptă. Stabilitatea cursului poate fi automată, atunci când nava este capabilă să mențină cursul fără a acționa comenzile (cârme), și operațională, atunci când nava este menținută pe un anumit curs folosind comenzile.

Agilitatea este capacitatea unei nave de a schimba direcția de mișcare și de a descrie o traiectorie a unei curburi date.

Agilitatea și stabilitatea cursului corespund scopului principal al oricărui dispozitiv de control: de a întoarce nava și de a asigura mișcarea acesteia într-o direcție constantă. În plus, orice mijloc de control trebuie să contracareze influența factorilor externi de forță. În conformitate cu aceasta, R.Ya. Pershits a introdus o definiție a unei componente atât de importante a controlabilității precum ascultarea.

Conformitatea este capacitatea unei nave de a învinge rezistența la manevrare sub anumite influențe externe. În absența influenței externe, rolul său poate fi jucat de propria instabilitate pe parcurs.

Supunerea în coma a introdus conceptul sensibilitate, ceea ce înseamnă capacitatea navei de a răspunde cât mai repede posibil la acțiunea comenzii, în special la deplasarea cârmei.

Impingerea elicei. Pentru ca o navă să se deplaseze cu o anumită viteză, trebuie să i se aplice o forță motrice pentru a depăși rezistența la mișcare. Puterea utilă necesară pentru a depăși rezistența este determinată de formula: Np = R V, unde R este forța de rezistență; V - viteza de deplasare.

Forța motrice este creată de un șurub de lucru, care, ca orice mecanism, cheltuiește o parte din energie în mod neproductiv. Puterea cheltuită pentru a roti șurubul este: Nз= M n, unde M este momentul de rezistență la rotație a șurubului; n este viteza de rotație a șurubului.

Raportul dintre puterea utilă și puterea consumată se numește coeficient de propulsie al complexului corp-propulsie:

h = RV/ Mn

Coeficientul de propulsie caracterizează necesarul de energie al navei pentru a menține o viteză dată. Puterea centralei electrice (puterea efectivă Ne) a navei trebuie să fie mai mare decât puterea cheltuită la rotirea elicei, deoarece există pierderi în linia arborelui și cutia de viteze:

Ne = RV/ h hv hр,

unde hв, hр sunt coeficienții de eficiență ai arborelui și cutiei de viteze.

Deoarece, cu o mișcare liniară uniformă, forța de împingere a elicei este egală cu forța de rezistență, formula de mai sus poate fi utilizată pentru a estima aproximativ împingerea elicei în modul cursă completă (Vo):

Re = Ne h hv hp / Vo,

unde coeficientul de propulsie este determinat de formula Lapp:

unde L este lungimea vasului între perpendiculare:

n - viteza de rotație a elicei, s -1.

Forța maximă a elicei se dezvoltă în modul de acostare - cu aproximativ 10% mai mult decât forța elicei în modul de viteză maximă.

Forța de împingere a elicei atunci când funcționează în marșarier este de aproximativ 70-80% din împingerea elicei în regim de viteză maximă.

Rezistenta la miscarea vasului

Apa are proprietăți de vâscozitate și greutate, care provoacă două tipuri de rezistență atunci când vasul se mișcă: vâscos și ondulat. Rezistența vâscoasă are două componente: frecare și formă.
Rezistența la frecare depinde de suprafața și rugozitatea suprafeței umede a carcasei. Rezistența formei depinde de contururile corpului. Rezistența valurilor este asociată cu formarea valurilor navei în timpul interacțiunii carenei unei nave în mișcare cu apa înconjurătoare.

Pentru a rezolva probleme practice, rezistența apei la mișcarea vasului este considerată proporțională cu pătratul vitezei:

R = kV²,

unde k este un coeficient de proporționalitate în funcție de pescajul navei și de gradul de încrustare a carenei.

După cum sa menționat în secțiunea anterioară, forța de antrenare la viteză maximă poate fi calculată folosind următoarea formulă:

Ro = Ne h hv hp / Vo.

Se determină valorile de rezistență intermediare (R) pentru orice viteză de deplasare:

Inerția vasului și a maselor de apă atașate

Egalitatea forțelor de rezistență ale mediului la mișcarea vasului și împingerea elicei determină mișcarea uniformă înainte a navei. La schimbarea vitezei de rotație a șurubului, această egalitate de forțe este încălcată.
Pe măsură ce împingerea crește, viteza vasului crește, iar pe măsură ce împingerea scade, aceasta scade. Schimbarea vitezei are loc pentru o lungă perioadă de timp, până când inerția navei este depășită și forțele de împingere și rezistență ale elicei sunt din nou egalizate. Măsura inerției este masa. Cu toate acestea, inerția unei nave care se deplasează într-un mediu acvatic depinde nu numai de masa vasului în sine.

Corpul vasului atrage particulele de apă adiacente în mișcare, ceea ce consumă energie suplimentară. Ca urmare, pentru a oferi navei o oarecare viteză, va fi necesară o funcționare mai lungă a centralei electrice.
La frânare, este necesar să se stingă nu numai energia cinetică acumulată de vas, ci și energia particulelor de apă implicate în mișcare. Această interacțiune a particulelor de apă cu carena este similară cu o creștere a masei navei.
Această masă suplimentară (masă adăugată de apă) pentru navele de transport variază între 5 și 10% din deplasarea lor în timpul mișcării longitudinale a navei și aproximativ 80% din deplasarea în timpul mișcării transversale.

2. Forțele și momentele care acționează asupra navei pe măsură ce aceasta se mișcă

Când se ia în considerare mișcarea unei nave, se utilizează un sistem de coordonate XYZ dreptunghiular, asociat cu centrul de greutate al navei. Direcția pozitivă a axelor: X - spre nas; Y - spre partea tribord; Z - jos.

Toate forțele care acționează asupra navei sunt împărțite în trei grupuri: condus, extern și reactiv.

Forțele motrice includ create prin mijloace de control: forța de împingere a elicei, forța laterală a cârmei, forțele create de mijloacele active de control.

Forțele externe includ presiunea vântului, valuri de mare, curenți.

Forțele reactive includ apărute ca urmare a mișcării navei sub influența forțelor motrice și externe. Ele sunt împărțite în inerțială- cauzate de inerția vasului și a maselor de apă atașate și care apar numai în prezența accelerațiilor. Direcția de acțiune a forțelor de inerție este întotdeauna opusă accelerației care acționează.

Forțele neinerțiale sunt cauzate de vâscozitatea apei și sunt forțe hidrodinamice.

Atunci când se analizează forțele care acționează asupra navei, acesta este considerat ca o aripă verticală a unui profil simetric față de planul liniei centrale (DP).

În legătură cu o navă, principalele proprietăți ale aripii sunt formulate după cum urmează:

dacă nava se mișcă liniar într-un flux de apă sau aer la un anumit unghi de atac, atunci în plus față de forțele de tracțiune, îndreptată opus mișcării, apare o forță de ridicare, îndreptată perpendicular pe fluxul care se apropie. Ca urmare, rezultanta acestor forțe nu coincide cu direcția fluxului. Mărimea forțelor rezultante este proporțională cu unghiul de atac și cu pătratul vitezei curgerii care se apropie;

punctul de aplicare al forței rezultante este deplasat de-a lungul DP din centrul aripii spre flux. Cu cât este mai mare magnitudinea acestei deplasări, cu atât unghiul de atac este mai ascuțit. La unghiuri de atac apropiate de 90 de grade, punctul de aplicare al forței rezultante coincide cu centrul velei(pentru suprafața navei) și centru de rezistență laterală(pentru partea subacvatică);

în raport cu partea subacvatică a carenei navei: unghiul de atac este unghiul de derivă, iar pentru partea de suprafață - unghiul cuspid (KA) al vântului aparent;

centrul de rezistenţă laterală coincide de obicei cu centrul de greutate al navei, iar poziţia centrului velei depinde de amplasarea suprastructurilor.

În absența vântului și a cârmei în poziție dreaptă, prima ecuație diferențială a mișcării navei poate fi reprezentată ca:

unde Mx este masa vasului luând în considerare masa de apă adăugată.

Mișcare uniformă: nu există accelerație, deci forța de inerție Mx dV/dt=0. Două forțe egale și opuse acționează asupra navei: rezistența la apă și împingerea elicei.

La modificarea împingerii elicei este încălcată egalitatea forțelor de împingere a elicei și rezistența la mișcarea navei; aceasta determină apariția forțelor de inerție, apare accelerația și nava începe să se miște mai repede sau mai încet. Forțele inerțiale sunt direcționate împotriva accelerației, de exemplu. prevenirea schimbărilor de viteză.

Cu forța de tracțiune în creștere Există 3 forțe care acționează asupra navei:împingerea elicei - înainte, forta de rezistenta- înapoi, forța de inerție a revenit.

Când forța de tracțiune scade: forța de tracțiune - înainte; Cu rezistență la nămol- înapoi; forța de inerție – înainte

În timpul manevrei de oprire:Curezistență la nămol- înapoi; forța de inerție - înainte;

Când invers:

a) înainte ca nava să se oprească: forta de rezistenta- înapoi; forta de tractiune - spate; forța de inerție este înainte.

b) după oprire și începerea mișcării înapoi: forta de rezistenta- înainte;

forta de tractiune - spate; forța de inerție este înainte. Notă:

înainte - direcția spre prova navei; spate – direcție spre pupa navei.

Forțele care acționează asupra unei nave atunci când se întoarce

Nava se întoarce sub influența cârmei deplasate. Dacă țineți cârma la bord pentru o anumită perioadă de timp, nava va efectua o mișcare numită circulație. În acest caz, centrul de greutate al vasului va descrie o curbă de circulație, similară ca formă cu un cerc.
Începutul circulației este considerat a fi momentul în care cârma începe să se miște. Circulația se caracterizează prin viteze liniare și unghiulare, rază de curbură și unghi de deriva.
Procesul de circulație este de obicei împărțit în trei perioade: manevrare - continuă în timpul deplasării cârmei; evolutiv - începe din momentul în care cârma este răsturnată și se termină când caracteristicile de circulație capătă valori de echilibru; constant - începe de la sfârșitul celei de-a doua perioade și continuă atâta timp cât volanul rămâne în poziția comutată.

Cârma navei este considerată ca o aripă verticală a unui profil simetric. Prin urmare, atunci când este deplasat, apare o forță de ridicare - forța laterală a volanului Рр.

Să aplicăm centrului de greutate al navei două forțe egale cu Pru și direcționate opus, P"ru și P""ru. Aceste două forțe sunt compensate reciproc, adică nu afectează carena navei.

Apoi asupra navei acționează următoarele forțe și momente:

forța de tracțiune a cârmei Ррх - reduce viteza navei;

moment de forta Rru R""ru - intoarce nava spre carma deplasata;

forța P "ru - mută centrul de greutate în direcția opusă virajului.

Forțe care acționează asupra unei nave în perioada evolutivă a circulației

Virajul vasului sub influenta momentului de forta Pru P""ru duce la aparitia unui unghi de deriva. Corpul navei începe să acționeze ca o aripă. Apare o forță de ridicare - o forță hidrodinamică R. Să aplicăm două forțe Ry egale și direcționate opus R"y R""y la CG-ul navei.

Apoi, pe lângă forțele și momentele care acționează în modul de circulație manevrabilă, apar următoarele:

forța de tracțiune Rx - reduce și mai mult viteza navei;

momentul forței Ry R"y - favorizează rotirea; viteza unghiulară de întoarcere crește;

forţa R""y - compensează forţa R"ru şi traiectoria este îndoită în direcţia virajului.

Forțe care acționează în timpul perioadei de circulație constantă

De îndată ce nava începe să se miște pe o cale curbă, apare forța centrifugă Rc. Fiecare punct de-a lungul lungimii vasului își descrie traiectoria în raport cu centrul comun O.
În acest caz, fiecare punct are propriul unghi de deriva, ale cărui valori cresc pe măsură ce se deplasează spre pupa. În conformitate cu proprietățile aripii, punctul de aplicare a forței hidrodinamice R este deplasat spre pupă dincolo de centrul de greutate al navei.

Ca urmare:

forța Rtskh - reduce viteza navei;

Forța Rtsu - previne modificări ale razei de circulație;

momentul creat de forța hidrodinamică Ru împiedică creșterea vitezei unghiulare de rotație;

toți parametrii de circulație tind spre valorile lor staționare.

Din punct de vedere geometric, traiectoria de circulație se caracterizează prin:

Rezoluția OMI A.751 (18) „Standarde intermediare pentru manevrabilitatea navelor” a propus următoarele valori pentru navele nou construite:

1) deplasare directă (avans) - nu mai mult de 4,5 lungimi de navă;

2) diametrul tactic – nu mai mult de 5 lungimi de nave.

Controlabilitatea navei la deplasarea în marșarier

Atunci când o navă se mișcă în sens invers cu cârma în poziție, asupra navei acționează următoarele forțe și momente (vezi figura):

forța laterală a volanului Rru;

momentul forțelor Rru și Rru întoarce nava în direcția opusă cârmei deplasate;

forţa hidrodinamică Rу formează un moment care împiedică o viraj;

aruncarea oblică a apei pe cârmă reduce unghiul efectiv al cârmei cu o sumă egală cu unghiul de deriva și, în consecință, valoarea forței laterale a cârmei scade.

Factorii de mai sus determină controlabilitatea mai slabă a navei în sens invers în comparație cu înainte.

Forțe și momente asociate acțiunii vântului

Când se iau în considerare forțele și momentele vântului, se utilizează viteza aparentă a vântului.

În conformitate cu proprietatea aripii, atunci când este expusă vântului, apare o forță aerodinamică A.

Prin descompunerea forței aerodinamice în componente longitudinale și transversale și aplicând două forțe egale și direcționate opus Ay și A"y la CG, obținem:

putere Ah - crește viteza navei;

momentul forțelor Ау și А "у - întoarce nava spre partea dreaptă;

forta A""y - determina miscarea laterala, ceea ce duce la aparitia unui unghi de deriva a si a unei forte hidrodinamice R;

componenta longitudinala a fortei hidrodinamice Rx - reduce viteza vasului;

momentul forțelor Ry R""y, acționând în aceeași direcție cu momentul forțelor Ау și А"у, întoarce și mai mult nava;

forța R"y provoacă mișcare laterală opusă mișcării de la forța A"y.

Pentru a menține nava pe curs, este necesară deplasarea cârmei la un anumit unghi pentru a crea un moment de forță laterală a cârmei Pru, compensând momentele de forțe aero- și hidrodinamice.

O elice care funcționează realizează simultan mișcare de translație cu viteza vasului V în raport cu apa netulburată și mișcare de rotație cu viteza unghiulară w = 2p n. Fiecare lamă de elice este tratată ca o aripă separată.

Când un flux de apă este aruncat pe o elice, se creează o forță pe fiecare paletă care este proporțională cu pătratul vitezei curgerii și unghiului de atac. Expandand aceasta forta in doua directii perpendiculare una pe cealalta, se obtine: forta de tractiune indreptata de-a lungul axei de rotatie a elicei si forta de tractiune care actioneaza in planul discului elicei tangential la cercul descris de punctele de pe paleta elicei. în timpul rotației sale.

Deoarece elicea de funcționare este situată în spatele carenei navei, atunci când se mișcă, fluxul de apă curge pe palele elicei cu viteze inegale și în unghiuri diferite. Ca urmare, există o inegalitate a forțelor de tracțiune și de tracțiune pentru fiecare lamă, ceea ce duce la apariția, pe lângă împingerea elicei, a unor forțe laterale care afectează controlabilitatea unui vas cu un singur rotor.

Principalele cauze ale forțelor laterale sunt:

un flux de apă care trece de carenă în timp ce se mișcă;

reacția apei la o elice de lucru;

proiecția neuniformă a unui jet de apă de la o elice care funcționează pe cârma sau corpul navei.

Să luăm în considerare influența acestor motive asupra funcționării elicelor cu pas fix (FSP) și a elicelor cu pas reglabil (CVP) cu rotație dreaptă.

Impactul fluxului asociat

În partea superioară a elicei, viteza debitului de apă asociat datorită formei contururilor corpului va fi mai mare decât în partea inferioară a acesteia, ceea ce duce la o creștere a unghiului de atac al debitului de apă pe paleta superioară. . Acest lucru poate fi demonstrat luând în considerare mișcarea unui element de paletă situat pe o rază r față de axa de rotație a elicei.

Când elicea funcționează, elementul paletă ia parte la mișcarea de rotație cu o viteză liniară egală cu 2pr●n și la mișcarea de translație cu viteza vasului V.

Viteza reală de mișcare înainte a unei secțiuni a paletei elicei este redusă cu valoarea DV a vitezei de curgere asociate. Ca urmare, unghiul de atac crește la o valoare, ceea ce duce la o creștere a forțelor dРх și dРу.
Prin integrarea dРх și dРу de-a lungul lungimii palei, obținem valorile forțelor de împingere (P1) și forțelor de tracțiune (Q1) create de paleta elicei în poziția superioară. Aceste forțe vor fi mai mari decât forțele P3 și Q3 create de lama în poziția inferioară. Inegalitatea fortelor Q1 si Q3 determina aparitia unei forte laterale DQ = Q1 - Q3, care tinde sa intoarca pupa navei spre stanga in directia fortei mai mari.

Reacția apei la elice

Funcționarea elicei este influențată de apropierea suprafeței apei. Ca urmare, aerul se scurge în palele din jumătatea superioară a discului elicei. În acest caz, lamele superioare suferă mai puțină forță de reacție a apei decât cele inferioare. Ca urmare, apare o forță de reacție laterală a apei, care este întotdeauna îndreptată în direcția de rotație a elicei - în cazul în cauză, spre dreapta.

Când elicea se rotește, un flux de apă învolburat curge pe palatul cârmei în părțile sale inferioare și superioare la diferite unghiuri de atac. În partea inferioară puterea de atac este mai mică decât în partea superioară.

Ca urmare, apare o forță laterală care tinde să rotească pupa spre dreapta.

Efectul general al șurubului: pentru majoritatea navelor cu o elice cu pas fix și o elice cu pas fix, sau reciproc.

În acest caz, fluxul asociat este menținut. Totuși, spre deosebire de cazul discutat mai sus, fluxul asociat reduce unghiul de atac.

În consecință, forța de rezistență dPy pe fiecare element de lamă scade. În poziţia superioară, această scădere este mai pronunţată decât în poziţia inferioară, deoarece în partea inferioară viteza fluxului de trecere este mai mică. Prin urmare, forța de tracțiune rezultată a palelor pentru elicea fixă va fi direcționată spre stânga.

Marea majoritate a navelor au elice cu elice cu rotație stângă. Pentru o elice rotativă, la schimbarea modului de funcționare din înainte în înapoi, sensul de rotație este menținut, se modifică doar pasul elicei: elicea cu pas stânga devine o elice cu pas drept. În consecință, forța de tracțiune rezultată a palelor, precum și a navelor cu elice cu pas drept, va fi direcționată spre stânga.

Reacția apei la elice

Forța laterală a reacției apei asupra elicei, așa cum sa menționat mai sus, este întotdeauna îndreptată în sensul de rotație al elicei: atât pentru elicea fixă, cât și pentru elicea rotativă, spre stânga.

Jetul cu elice atacă pupa navei.

Ca urmare, se creează o presiune hidrodinamică crescută și alimentarea se va deplasa: atât pentru elicea fixă, cât și pentru elicea rotativă, spre stânga.

Efectul general al șurubului: pupa merge spre stânga.

Nava se mișcă înapoi, elicea se rotește înapoi.

Pe măsură ce vasul începe să se miște înapoi, fluxul de trecere dispare.

Reacția apei la elice: La stânga.

: La stânga.

Efectul general al șurubului: pupa merge spre stânga.

4. Influența elicelor asupra controlabilității unei nave cu mai multe rotoare

Majoritatea navelor moderne de pasageri, a spărgătoarelor de gheață și a navelor de mare viteză de tonaj mare sunt echipate cu centrale electrice cu doi sau trei arbori. Principala caracteristică a navelor cu mai multe rotoare în comparație cu navele cu un singur rotor este controlabilitatea lor mai bună.
Elicele navelor cu două șuruburi, precum și elicele laterale ale a trei nave antrenate cu șuruburi, sunt situate simetric față de planul liniei centrale și au sensul opus de rotație, de obicei același cu cel lateral. Să luăm în considerare controlabilitatea navelor cu mai multe rotoare folosind exemplul unei nave cu două rotoare.

Când elicele funcționează simultan înainte sau înapoi, forțele laterale cauzate de curgerea asociată, reacția apei asupra elicei și jetul de la elice aruncate pe cârmă sau carenă se compensează reciproc, deoarece elicele au sensul opus de rotație. . Prin urmare, nu există nicio tendință ca pupa să se încline într-o direcție sau alta, ca într-un vas cu un singur rotor.

Un șurub merge înainte, celălalt se oprește.

Folosind tehnica binecunoscută, aplicați CG două forțe egale cu forța de împingere a elicei Rl (în figură funcționează elicea din stânga) și forțe direcționate opus, obținem:

forța P""l face ca nava să avanseze;

momentul fortelor Rl si R"l intoarce pupa spre elicea de functionare;

Din hidrodinamică se știe că o elice care funcționează accelerează fluxul de apă care curge în jurul contururilor pupei, iar presiunea hidrodinamică din partea laterală a elicei în funcțiune scade. Datorită diferenței de presiune se generează o forță Pd. Aplicând două forțe egale Rd și direcționate opus P"d și P""d la CG al navei se obține: - momentul forțelor Pd și P""d întoarce pupa spre elicea de lucru; forța P"d - deplasează CG al navei către elicea de lucru .

Astfel, mișcarea considerată a unei nave cu două șuruburi este aproximativ similară cu mișcarea unei nave cu un singur șurub cu cârma deplasată.

Un șurub funcționează înapoi, celălalt se oprește.

După ce am efectuat postură și raționament similar cu secțiunea anterioară, putem obține o concluzie generală că pupa navei se înclină în direcția opusă elicei care lucrează înapoi. De remarcat faptul că forța Rd în cazul în cauză este creată din cauza jetului de la elice care funcționează în spate, aruncat pe partea din spate a carenei.

Întoarcerea navei pe loc când elicele lucrează una împotriva celeilalte

O navă cu două șuruburi se poate întoarce aproape pe loc atunci când elicele funcționează în direcții opuse (o elice funcționează înainte, iar cealaltă funcționează în sens invers). Viteza de rotație este selectată în așa fel încât forțele de împingere ale șuruburilor să fie aceleași ca mărime.
Egalitatea aproximativă a forțelor este atinsă atunci când mașinii care merge înainte i se dă cu un pas mai puțină viteză decât mașinii care merge înapoi. De exemplu: lovitură mică înainte - lovitură medie înapoi.
Momentul de răsucire este creat nu numai datorită poziționării elicelor pe părțile opuse ale DP, ci și datorită diferenței de presiune a apei pe părțile laterale ale valvolei pupei, creată de jeturile direcționate opus de la elice.

Dezavantajele navelor cu două șuruburi includ eficiența redusă a cârmei situate în DP. Așadar, la viteze mici, când cea mai mare parte a forței generate pe volan atunci când acesta este deplasat este creată de un jet de apă aruncat de elice asupra volanului, principala metodă de control este manevrarea utilajelor.

Nave cu trei șuruburi combină calitățile pozitive de manevră ale navelor cu un singur și dublu șurub și au o manevrabilitate mai mare, inclusiv la viteze mici. În mișcarea înainte, elicea din mijloc crește eficiența cârmei datorită jetului elicei aruncat pe ea. În sens invers, elicea din mijloc asigură mișcarea înainte, iar virajele sunt efectuate prin funcționarea elicelor laterale.

5. Principalii factori care influențează controlabilitatea vasului

5. Principalii factori care afectează controlabilitatea navei

Factori de proiectare.

Raportul dintre lungime și lățimea vasului ( LIVRE). Cu cât acest raport este mai mare, cu atât manevrabilitatea vasului este mai proastă, care este asociată cu o creștere relativă a forțelor de rezistență la mișcarea laterală a vasului. Prin urmare, navele late și scurte au o manevrabilitate mai bună decât cele lungi și înguste.

Coeficient de completitudine generală (d). Pe măsură ce coeficientul d crește, agilitatea se îmbunătățește, adică. Cu cât contururile navei sunt mai pline, cu atât este mai bună manevrabilitatea acestuia.

Designul și locația volanului. Designul cârmei (aria sa și alungirea relativă) are un efect redus asupra îmbunătățirii manevrabilității navei. Locația sa are o influență semnificativ mai mare. Dacă cârma este situată într-un flux elicoidal, atunci viteza apei care curge pe cârmă crește datorită vitezei suplimentare de curgere cauzată de fluxul elicoidal, ceea ce asigură o îmbunătățire semnificativă a agilității.

La navele cu două șuruburi, cârma situată în DP are o eficiență relativ scăzută. Dacă pe astfel de nave sunt instalate două palete de cârmă în spatele fiecărei elice, atunci agilitatea crește brusc.

Viteza navei

Forma circulației și principalele sale caracteristici geometrice (extensie, deplasare înainte, deplasare inversă) depind de viteza inițială a vasului. Dar diametrul circulației stabilite la același unghi al cârmei rămâne constant și nu depinde de viteza inițială.

În condiții de vânt, controlabilitatea depinde în mod semnificativ de viteza navei: cu cât viteza este mai mică, cu atât influența vântului asupra controlabilității este mai mare.

Elemente de aterizare a navei

Tunde. Creșterea trimului la pupa duce la o deplasare a centrului rezistenței laterale din secțiunea mediană spre pupa, prin urmare stabilitatea capului navei crește și agilitatea acestuia se deteriorează.
Pe de altă parte, înrăutățirea probei înrăutățește drastic stabilitatea cursului - nava devine yawy, ceea ce complică manevrarea în condiții înghesuite. Prin urmare, ei încearcă să încarce nava astfel încât să aibă o ușoară tăiere la pupa în timpul călătoriei.

Bancă. Rotirea navei perturbă simetria fluxului în jurul carenei. Suprafața suprafeței scufundate a țurțului părții cu călcâi devine mai mare decât aria corespunzătoare a țâșnii părții înălțate.

Ca urmare, nava tinde să se sustragă în direcția opusă rulării, adică. spre direcția de cea mai mică rezistență.

Proiect. O modificare a pescajului duce la o modificare a zonei de rezistență laterală a părții scufundate a carenei și a zonei de vânt. Ca urmare, odată cu creșterea pescajului, stabilitatea capului navei se îmbunătățește și agilitatea acesteia se înrăutățește, iar cu o scădere a pescajului, se întâmplă invers.
În plus, o scădere a pescajului determină o creștere a suprafeței velei, ceea ce duce la o creștere relativă a influenței vântului asupra controlabilității navei.

Toate forțele (încărcăturile) care acționează asupra corpului navei pot fi împărțite în două categorii:

-Permanent, valabil pe toata perioada de functionare.

-Aleatoriu, valabil pentru orice perioadă de timp sau periodic.

În funcție de natura impactului asupra corpului, forțele constante sau aleatorii pot fi static sau dinamic.

Nava este, de asemenea, supusă sarcinilor (în timpul exploatării):

Gravitație - Forțe (constante) care acționează asupra navei tot timpul. Acestea includ forțele gravitaționale ale corpului, mecanismele, încărcătura și proviziile.

Forțele de presiune hidrostatică (forțele de susținere) sunt forțe constante care echilibrează forțele gravitaționale magnitudinea forțelor de susținere depinde de pescajul vasului;

Forțele de rezistență la apă (în timpul mișcării vasului) sunt forțe constante, a căror magnitudine depinde de viteza și pescajul vasului.

Forțele inerțiale sunt forțe aleatorii, a căror apariție depinde de condițiile de funcționare, de exemplu, în timpul rulării.

Reacția blocurilor de chilă (când se andocează o navă) este o forță aleatorie, a cărei magnitudine depinde de distribuția sarcinii de-a lungul lungimii navei în momentul andocării și de numărul de blocuri de chilă sub fundul navei.

Alte forțe operaționale sunt aleatorii, în principal de natură dinamică: impacturi asupra debarcaderului în timpul acostării, la sol, valuri care lovesc corpul, inundarea punții cu apă în timpul unei furtuni.

Pentru a contracara sarcinile de mai sus și a preveni deformările reziduale, carena navei trebuie să aibă rezistență generală longitudinală, transversală și locală.

A) Rezistența longitudinală totală:

Când o navă plutește în apă calmă, gravitația și forțele de susținere acționează asupra corpului acesteia. Aceste sarcini sunt reduse în mod convențional la un sistem plat de forțe aplicate unui plan vertical care trece de-a lungul vasului prin mijlocul lățimii sale. Forțele gravitaționale de-a lungul lungimii navei sunt distribuite inegal, în funcție de tipul navei, de locația navei navei de-a lungul lungimii navei, de cantitatea de marfă din cală, de cantitatea și distribuția proviziilor pentru nave și de balast. . Distribuția forțelor de susținere de-a lungul lungimii navei este proporțională cu volumul subacvatic al carenei, adică cea mai mare presiune hidrostatică a apei va acționa de-a lungul părții mijlocii a lungimii carenei cu o scădere treptată spre capete.

Pentru a calcula rezistența longitudinală totală a carenei unei nave, aceasta este împărțită în 20 de compartimente teoretice. Se calculează mărimea forțelor gravitaționale ale corpului, mecanismelor, sarcinilor și echipamentului pentru fiecare compartiment teoretic și apoi se construiește o curbă a forței gravitaționale pe scara acceptată. Curba în trepte rezultată arată în mod clar mărimea gravitației în fiecare compartiment teoretic și natura distribuției acestor forțe de-a lungul lungimii vasului. Se calculează și mărimea forțelor de susținere pentru fiecare compartiment teoretic și se trasează curba acestuia. Această curbă poate fi treptă, ceea ce este mai convenabil pentru a o compara cu curba gravitațională, sau netedă, deoarece modificarea volumului subacvatic de-a lungul lungimii are loc fără probleme. Curbele sunt trasate pe aceeași scară, ceea ce face posibilă adăugarea lor. Rezultatul este o curbă de sarcină. Uneori poate exista un exces de forțe de susținere, atunci distribuția sarcinii va cauza curba navei, la care apar tensiuni de tracțiune sau compresiune în punte. Dacă sarcina de pe navă este distribuită diferit, adică în partea de mijloc a navei va exista un exces de forțe gravitaționale, iar la extremități va exista un exces de forțe de susținere, atunci nava va experimenta abatere, iar tensiunile din punte se vor schimba de semn.

B) Puterea locală:

Forța locală este capacitatea zonelor sau locurilor individuale ale corpului de a rezista la sarcinile care acționează asupra lor. Când se ia în considerare rezistența locală, carena navei este împărțită într-un număr de elemente structurale: podele, cadre, rezervoare, plăci.

- Etaje- un sistem de grinzi longitudinale și transversale care se intersectează ale ansamblului, legate prin înveliș și sprijinite pe un contur de sprijin rigid (laterale, pereți, punți).

Există diferite tipuri de podele: fund, lateral, punte, pereți. Grinzile care alcătuiesc podeaua sunt împărțite în grinzi de direcție principală- grinzi deseori distanțate dintr-o direcție și bretele transversale - grinzi puternice care intersectează grinzile direcției principale și le susțin.

- Rama cadru– formată din grinzi transversale ale fundului, lateralelor și punții, situate în același plan transversal vertical. Folosind metodele de mecanică structurală a navei, se determină deformațiile la efort în grinzi și nodurile cadrului.

- Farfurie- aceasta este partea de înveliș care se află între grinzi și se sprijină pe acestea. Plăcile carenei percep direct sarcina și o transmit grinzilor cadrului navei. O anumită parte din două plăci adiacente este inclusă în grinda fixată ca flanșă atașată. Astfel, grinda setului constă dintr-un perete vertical, o centură liberă și o centură atașată, adică are aspectul unui fascicul în I.

20. Elementele principale ale corpului navei: Prova (față sau prova), pupa (spate sau pupa), fund, fund (la navele mari), fund dublu (între puntea de jos și cea de jos), laterale (tribord și babord), punte (acoperă coca în partea de sus) , punți: superior - principal, precum și al doilea, al treilea etc. (punțile sunt numărate de sus în jos), Twindeck - spațiul dintre punți, în interiorul carenei navei este împărțit de pereți longitudinali transversali într-un număr de Compartimente, Forepeak - primul compartiment de prova , Afterpeak - ultimul compartiment de la pupa, Suprastructurile și rufurile sunt amplasate pe punte (pot fi cu un singur nivel sau cu mai multe niveluri), Tank - suprastructură de prova (capete, rezervoare cu combustibil și apă dulce, balast sunt depozitate), Jut - suprastructura de la pupa, Suprastructura mijlocie - situată între castelul de prun și caca Elementele echipamentului navei sunt amplasate pe puntea principală și pe punțile de castel și caca. Elementele echipamentului navei sunt un complex de structuri, produse și mecanisme care asigură funcționarea normală și sigură a navei. Navele maritime au de obicei dispozitive de guvernare, ancora, acostare, remorcare, salvare, catarg, marfă, copertine și balustrade.

21/ 22/ 23- sisteme de bază ale carcasei navei:

sistem de încadrare transversală a cocii: cu acest sistem, grinzile direcției principale la toate etajele (grinzi - în punte, cadre - în lateral, podele - în partea de jos sunt situate peste vas. Distanța dintre ele este determinată în funcție de regulile Registrului și, în funcție de lungimea vasului, variază între 500 - 800 mm. Sistemul de montare transversală este avantajos pe spărgătoare de gheață și nave de gheață, deoarece asigură o bună stabilitate a foilor de fund în timpul comprimării transversale a gheții. vas prin gheață Avantaje: simplitate de proiectare, ușurință de îmbinare a secțiunilor pe rampă, fără un număr mare de conexiuni longitudinale, este mai ușor să se asigure etanșeitatea pereților transversali.
Sistem longitudinal de încadrare a carenei navei: cu acest sistem de încadrare, în toate etajele din mijlocul lungimii corpului navei, grinzile direcției principale sunt situate de-a lungul navei. În acest caz, capetele vasului sunt asamblate folosind un sistem transversal, deoarece la extremităţi sistemul longitudinal este ineficient. Utilizarea unui sistem longitudinal în partea de mijloc a lungimii vasului permite o rezistență longitudinală ridicată. Prin urmare, acest sistem este utilizat pe nave lungi care experimentează momente de încovoiere mari. Un număr mare de nervuri longitudinale de rigidizare asigură o bună stabilitate a nervurilor longitudinale ale punții și fundului sub sarcini de compresiune longitudinale, ceea ce permite utilizarea tablelor de înaltă rezistență. oțel aliat de grosime mai mică. Ca urmare, capacitatea de transport a navei crește. Număr mic de lucrări de îndoire. Dezavantaje: instalarea unui set de cadru înalt care aglomerează calele, un număr mare de găuri în setul transversal pentru trecerea rigidizărilor longitudinale, dificultate la îmbinarea secțiunilor pe rampă.
Sistem combinat de încadrare a cocii: cu un singur sistem de încadrare, podelele punții și inferioare în partea de mijloc a lungimii carenei sunt construite folosind un sistem de încadrare longitudinală, iar tavanele laterale în partea din mijloc și toate podelele de la capetele navei sunt construite folosind un sistem de încadrare transversală. Această combinație de sisteme de fixare a podelei face posibilă rezolvarea mai rațională a problemelor legate de rezistența globală longitudinală și locală a carenei, precum și asigurarea unei bune stabilități a punții și a foilor de fund atunci când sunt comprimate. Sistemul combinat este utilizat pe navele de marfă uscată cu un tonaj mare și pe cisternele cu laturi joase. Utilizarea acestui sistem duce la o creștere a capacității de transport a navei, deoarece Datorită plasării raționale a grinzilor cadrului în secțiunea transversală a corpului, este posibilă reducerea grosimii tablelor și profilelor laminate.
p. 45, 46, 47 – desene.

Design de jos:

Partea inferioară a navei este formată din podele inferioare, care sunt părți ale fundului închise între părți laterale și pereți. În timpul funcționării navei, etajele inferioare suferă următoarele sarcini: presiunea hidrostatică a apei, presiunea uniform distribuită sau concentrată a încărcăturii în cală, sarcini concentrate și vibraționale în compartimentul navei, efectul hidrodinamic al valurilor la capetele navei. nava, forțele de îndoire longitudinală generală, reacțiile blocurilor de chilă atunci când nava este andocată, presiunea hidrostatică a setului de testare.
Podea de jos fără un al doilea fund, asamblat folosind un sistem de turnare transversal. Setul de jos este format din grinzi în T cu o secțiune transversală. Grinzile au un perete vertical și o centură orizontală. O chilă verticală este instalată în planul central de-a lungul întregului vas. Paralel cu acesta la o distanță de 1100-2200 mm. Lămpile inferioare sunt amplasate. Flore solide sunt instalate peste vas în fiecare cadru. Decupaje rotunde sau ovale sunt realizate în pardoseli și stringers pentru a reduce greutatea suprapunerii nervurilor de rigidizare sunt sudate între decupaje pe pereții pardoselilor. În pereții cadrului transversal și longitudinal din partea de jos, sunt tăiate cozi de rândunică - găuri pentru curgerea apei și trecerea rolelor proeminente ale cusăturilor de oțel. Acest tip de fund este folosit pe navele mici de marfă uscată.
podea de jos fără un al doilea fund, asamblat folosind un sistem de turnare longitudinală. Acest design este de obicei utilizat în rezervoarele petroliere. O trăsătură caracteristică este prezența unui număr mare de rigidizări longitudinale inferioare. În partea inferioară a rigidizărilor longitudinale, fantele sunt realizate sub formă de pieptene, ceea ce îmbunătățește condițiile de sudare a grinzilor la fund și asigură drenarea produselor petroliere în orice parte. În zona părții de santină, rigidizările longitudinale inferioare de pe navele lungi sunt trecute prin pereții etanși transversali fără tăiere. O chilă verticală înaltă este instalată în planul central.
etaj inferior cu un al doilea fund, asamblat folosind un sistem transversal. A doua podea de jos asigură rezistența longitudinală generală a carenei, ușurința depozitării încărcăturii și întreținerea calei și previne pătrunderea încărcăturii în vas dacă există o gaură în fund. Spațiul dublu de fund rezultat este folosit pentru depozitarea proviziilor lichide pentru nave și pentru primirea balastului. O chilă verticală este instalată în planul central. Barele inferioare sunt paralele cu chila pe fiecare parte. Flore solide, impenetrabile, între paranteze sau ușoare sunt instalate peste vas. Flore impenetrabile aliniază compartimentele cu fundul dublu. Pe unele nave, a doua pardoseală de jos din lateral poate fi pliată sau abordată orizontal în lateral.
podea inferioară cu un al doilea fund, asamblat folosind un sistem de turnare longitudinală. Este folosit pe nave mari de marfă uscată și, recent, pe cisterne. O chilă verticală este instalată în mijlocul lățimii navei, în acest caz, pot fi amplasate ceva mai rar decât în cazul unui sistem transversal de instalare, dar numărul acestora pe fiecare parte depinde și de lățimea vasului; și variază de la unu la trei. Nervurile de rigidizare longitudinale inferioare ale celui de-al doilea fund sunt situate de-a lungul fundului și sub podeaua celui de-al doilea fund. Pe a doua pardoseală inferioară sunt amplasate flore solide și impermeabile.

Orez. Pagină 49-52

Designul plăcii: partea laterală a navei este formată din planșee laterale, care sunt secțiuni ale părții laterale închise între pereții etanși transversali, punte și fund.

1. suprapunere laterală asamblată folosind un sistem de construcție transversal. (nave de marfă uscată, spărgătoare de gheață și tancuri de dimensiuni reduse. Placa laterală este susținută de cadre obișnuite.

2. podea inferioară cu un al doilea fund, asamblat folosind un sistem de turnare longitudinală. Acest design este utilizat pe cisterne de mare capacitate și transportoare de minereu petrolier.

O navă ca structură de inginerie este un sistem complex care găzduiește mecanisme de alimentare, cale de marfă, spații de locuit și de serviciu, sisteme de susținere a vieții, rezervoare și facilități de depozitare pentru aprovizionarea navelor cu apă, combustibil, alimente etc. Forma și caracteristicile de proiectare ale Navele depind de caracteristici atât de importante precum rezistența, rezistența la apă, capacitatea de încărcare și imposibilitatea de scufundare.

Acești indicatori sunt interconectați, uneori contradictori. Astfel, rezistența insuficientă a carenei navei în condiții de funcționare poate provoca scurgeri de apă. În același timp, creșterea factorului de siguranță prin creșterea structurilor portante și a grosimii pielii duce la scăderea capacității de încărcare.

Satisfacerea cerințelor conflictuale duce la necesitatea de a găsi o combinație optimă a caracteristicilor vasului. Soluția la această problemă se realizează ținând cont de forțele și momentele forțelor care acționează asupra corpului navei din greutatea încărcăturii, depozitele navei, structurile carenei în sine și presiunea apei.

Forțe care acționează asupra carenei navei. Natura distribuției forțelor de presiune a apei pe carenă este prezentată pe o scară de 1. Aceste forțe tind să deformeze corpul navei. Mărimea presiunii lor asupra unei singure zone este direct proporțională cu adâncimea acestei zone. Astfel, o navă cu un pescaj de 10 m experimentează o presiune a apei la fund de aproximativ 100 kPa. Coca singură nu este capabilă să reziste la o asemenea presiune, așa că sunt folosite structuri speciale de rezistență pentru a întări carena

Rezistența transversală a vasului este asigurată de structura cadru a planșeelor, grinzilor și cadrelor. Florele sunt elemente care întăresc fundul. Laturile sunt susținute de cadre legate de flore prin intermediul bracket-urilor zigomatice. Puntea, pe care sunt amplasate suprastructuri și uneori încărcătură, este întărită cu grinzi. Astfel de structuri (uneori cu un set incomplet de elemente) sunt plasate de-a lungul vasului la o distanță de 500^-800 mm una de alta. Aceste distanțe se numesc distanță. Rezistența transversală este prevăzută cu o anumită marjă pentru a reduce daunele aduse carenei atunci când este ancorată la un dig, o altă navă, precum și din cauza impactului de la valuri, sloiuri de gheață etc.

Rezistența longitudinală a unei nave (prin îndoire) depinde de distribuția uniformă a structurilor navei și a încărcăturii de-a lungul lungimii navei, precum și de caracteristicile valurilor. În mod ideal, absența deformațiilor longitudinale de încovoiere în apă calmă este asigurată atunci când forța de sprijin F și forța de greutate P în orice secțiune a vasului DI de-a lungul lungimii sale sunt egale (3). În acest caz, forțele de greutate și forțele de susținere se compensează reciproc pe toată lungimea vasului și nu suferă momente de încovoiere. Cel mai rău caz în acest sens este opțiunea de încărcare a navei când cele două cale exterioare sunt încărcate, iar cele din mijloc sunt goale sau invers (4). În acest caz, nava se confruntă cu momente mari de încovoiere care pot duce la deteriorarea carenei chiar și în apă calmă.

În condiții de funcționare, din cauza încărcării neuniforme, în carcasă pot apărea solicitări constante, ceea ce duce la necesitatea de a avea o anumită marjă de rezistență longitudinală.

În condiții dificile, nava, aflându-se în vârful valului (5, a), experimentează forțe de încovoiere care tind să întindă puntea și să comprime fundul. În partea de jos a undei are loc o deformare de natură opusă (5, b). Cel mai periculos lucru este ca un vas să fie pe un val a cărui lungime este egală cu lungimea vasului.

Pentru a preveni ruperea navei pe val, sistemul de încadrare este echipat cu nervuri de rigidizare longitudinale, care, împreună cu placarea punții și fundului, precum și placarea laterală, asigură rezistența longitudinală a navei.

În timpul îndoirii generale a navei, curelele individuale de placare sunt încărcate inegal. Cele mai încărcate sunt placarea inferioară și a punții, precum și coardele superioare și inferioare ale placajului lateral.

Sisteme de kit pentru carenă. În funcție de scopul vasului, se folosesc trei sisteme de montare diferite: transversal, longitudinal, mixt (6).

În sistemul de încadrare transversală, grinzile principale (netăiate) traversează vasul (flori, rame, grinzi). Acest sistem este cel mai des folosit la construcția remorcherilor, spargetoarelor de gheață etc. În sistemul de încadrare longitudinală, grinzile principale sunt longitudinale, sunt de asemenea realizate continue, iar grinzile transversale la intersecțiile cu cele principale sunt tăiate și sudate la lor. Sistemul de recrutare longitudinal este utilizat la cisternele care nu au un al doilea fund.

Placarea exterioara si pardoseala. Schema schematică a placajului exterior. Placarea exterioară și acoperirea punții: asigură impermeabilitatea carenei și, împreună cu trusa, rezistența longitudinală (într-o măsură mai mare) și transversală (într-o măsură mai mică). Placa exterioară este din tablă de oțel cu grosimea de 3-20 mm. Lungimea foilor este de 6-8 m, lățimea 1,5-2 m Foile de placare exterioară sunt așezate de-a lungul corpului navei. Ele formează curele (vezi 7), care au denumiri speciale. Centura superioară a placajului lateral se numește shearstrak. De jos, există curele laterale, zigomatice, inferioare și cu caneluri. Între curele de palplanșe ale părților stânga și dreaptă există o centură numită chilă orizontală. Stratul de forfecare și chila orizontală sunt făcute mai groase, deoarece suportă cea mai mare sarcină. Pe pomeții din mijlocul vasului sunt sudate chilele laterale, care servesc la reducerea amplitudinii ruliului. Navele care navighează pe gheață au o centură de gheață lângă linia de plutire.

Foile de tablă sunt așezate de-a lungul vasului paralel cu planul liniei centrale. Cureaua cea mai exterioară - stringerul de punte - este realizată după forma laturii, astfel încât să se alăture strâns cu aceasta. Coarda de punte este de obicei făcută mai groasă.

La navele de pasageri, de pescuit și unele alte nave, pardoseala din oțel este acoperită cu pardoseală din lemn din scânduri de pin de 50-60 mm grosime și 100 mm lățime. Protejează puntea de uzura prematură, servește drept izolație pentru spațiile de sub punte și creează condiții de lucru mai confortabile pentru oameni. Pentru a asigura rezistenta la apa, canelurile pardoselii din lemn sunt calfateate cu câlți rășinos și umplute cu rășină.

Cea mai exterioară cherestea a punții de lemn (în lateral), numită talie de apă, este adiacentă unei benzi de oțel verticală sudată de șansa de punte. Canalul de scurgere a apei dintre această bandă și marginea laterală care iese deasupra punții se numește cale navigabilă. Apa de pe căile navigabile curge peste bord prin deschideri speciale - doboare.

Pe părțile deschise ale punții de-a lungul părții laterale a navei, este instalat un gard de 900-1000 mm înălțime sub forma unui parapet sau balustradă. Parapetul este realizat din tabla de otel si ranforsat cu rafturi speciale. În partea superioară a acestuia este sudată o bandă. Balustrada este formata din stalpi metalici cu un cablu de otel intins intre ei.

Scurgerea rapidă a apei de pe punte și reducerea inundațiilor este asigurată prin vărsare transversală și foraj longitudinal.

Pereţii navei. Pentru a asigura imposibilitatea de scufundare, nava, de regulă, este împărțită în compartimente prin pereți speciali, care o protejează de inundarea completă în caz de deteriorare locală a carenei. Pereții etanși întăresc corpul navei și servesc la închiderea spațiilor navei în diverse scopuri.

Pereții care nu au uși, decupaje sau gâturi se numesc etanșe. Aceștia, sprijiniți, de regulă, de elementele adecvate ale ansamblului, sunt cei care asigură în primul rând imposibilitatea de scufundare. Dacă este necesar să existe o comunicare între compartimentele adiacente, atunci ușile din pereți sunt impermeabile, închise cu încuietori speciale.

Lucrările de laborator 2.1 (2 ore) se desfășoară pe această temă.

Când nava se deplasează pe un curs drept și cârma este poziționată în planul central, în absența vântului și a curentului, forța de împingere a propulsoarelor este echilibrată de forțele de rezistență la apă la mișcarea carenei navei. Cârma și carena curg simetric în jurul jeturilor de apă și nicio forță nu deviază nava. Când schimbați volanul la un anumit unghi α , pe partea orientată spre fluxul din jur, apare presiune crescută pe volan și presiune scăzută pe partea opusă a volanului. Diferența de presiune pe părțile laterale ale lamei cârmei creează o forță R, apăsarea pe lama cârmei și în funcție de viteza de curgere a apei pe lama cârmei, unghiul de deplasare, forma și aria lamei cârmei. După deplasarea cârmei, nava, prin inerție, continuă să se deplaseze în linie dreaptă o perioadă de timp, apoi se întoarce în direcția deplasării cârmei. Să luăm în considerare acțiunea forței R pe navă în primul moment după întoarcerea cârmei.

Să distrugem forța R conform regulii paralelogramului în două componente ale forței: RU– perpendicular pe DP-ul navei forța de direcție, Și Rx – regizat de DP forta de franare. Să aplicăm două forțe egale și direcționate opus la CG-ul navei P 1Și R 2, paralelă și egală cu forța RU. Puterile RUȘi R 2 formează o pereche de forțe și momentul lor de cotitură Domnul numit cuplul de virareMr = Ru 0,5L unde 0,5L este umărul perechii de forţe Ru şi P 2 . Forta RU atunci când se deplasează pe un curs drept este determinat de formula:

Ru = k 1 k 2 s p 0.5рSp(k υ υ) 2 (α+β s) Unde:

k 1 – coeficient ținând cont de creșterea forței de direcție din instalarea șaibelor de direcție (1,15-1,2);

k 2 – coeficient care ține cont de influența apropierii lamei cârmei de corpul navei (1,05-1,3 cu un decalaj mai mic, un coeficient mai mare);

с р – coeficient unghiular. 5,15/1+(2S r / h r 2) unde h r este înălțimea lamei cârmei, m;

ρ este densitatea masei apei (pentru apa dulce 102 kgf s 2 /m 4);

Sр – aria lamei cârmei, m 2 ;

k υ – coeficient. ținând cont de modificarea vitezei de curgere a apei pe palatul cârmei datorită acțiunii elicei și carenei navei (1,1-1,55, mai mult la împingere, mai puțin la navele simple);

υ – viteza de curgere a apei pe palatul cârmei, m/s;

α – unghiul cârmei, grade;

β с este unghiul de teșire al curgerii apei în spatele pupei cauzat de contururile vasului. (pentru nave cu unu și trei șuruburi β c = 2-4 0, pentru nave cu șuruburi duble cu 2 cârme β c = 0 0).

Din figură se poate observa că atunci când cârma este deplasată pe navă, încep să acționeze următoarele: momentul de întoarcere Domnul , îndreptată spre devierea lamei cârmei; forta RU , deplasând nava în direcția opusă virajului și forței Rx , crescând rezistența la mișcare. O creștere a rezistenței la deplasarea cârmei reduce viteza navei (atunci când se deplasează în linie dreaptă și menține nava pe cursă cu schimbări de 5 grade ale cârmei, se pierde până la 2% din viteză), astfel încât deplasarea cârma nu trebuie să depășească 1 0 .

Deplasarea și deriva navei în direcția opusă virajului cârmei atinge cea mai mare valoare în pupa navei, de care trebuie luată în considerare atunci când se fac viraje și revoluții în apropierea pericolelor.

După ce a depășit forțele de inerție, nava începe să se miște pe o traiectorie curbă - circulație. În acest moment, nava, ca orice corp fizic care se mișcă de-a lungul unei curbe, este supusă forței centrifuge CU , îndreptată în direcția opusă virajului. Se aplică pe centrul de greutate al navei și este proporțional cu masa acesteia m , pătratul vitezei υ s mișcarea de translație și este invers proporțională cu raza de curbură a traiectoriei mișcării r . C=mus2/r .

Această forță este cu umărul h (distanța dintre centrul de greutate și centrul vasului) creează un moment de înclinare Mkr = Ch, ceea ce face ca vasul să se rostogolească în direcția opusă virajului vasului, lucru care trebuie luat în considerare și atunci când faceți o viraj bruscă și viraj. (reduceți viteza și unghiul de virare). Circulația, perioadele și elementele sale, vezi mai sus.

După oprirea propulsoarelor, presiunea apei pe palatul cârmei scade brusc. Pe măsură ce viteza scade, nava devine mai puțin receptivă la cârmă și poate pierde controlul.. Când elicea funcționează „în spate” pe partea cârmei orientată spre elice, se creează o presiune redusă, prin urmare, atunci când cârma este deplasată „la dreapta”, prova navei se înclină spre stânga și invers, adică. pupa vasului se înclină spre cârmă.

Forța de presiune asupra volanului la mers înapoi în primul moment este determinată de formula: Ru = c y 0,5S ρ υ 2 , luați în considerare acțiunea forței R când barca se deplasează în marșarier. Deformarea volanului determină un moment de întoarcere de la câteva forțe R și R 1, o creștere a rezistenței la apă la mișcarea carenei navei și o scădere a vitezei datorită acțiunii forței R x, iar nava se îndreaptă spre schimbarea cârmei. La circulația în marșarier, sub influența forței de direcție, presiunea apei în partea din spate a lateral crește (forță R 1 y), spre care este deplasat volanul. Această forță creează un moment de viraj opus momentului de viraj al cârmei, iar momentul de viraj total în momentul inițial de circulație în pupa este egal cu diferența dintre momentele de virare și rezistența la apă a carenei navei. Prin urmare, chiar și cu o presiune egală asupra volanului, agilitatea în treapta înainte este mai bună decât în marșarier. Cu toate acestea, la ceva timp după începerea virajului, viteza unghiulară începe să crească, iar forțele hidrodinamice din partea exterioară devin mai mari decât forța dinamică. R 1 y cauzate de deplasarea volanului. În acest moment, momentul de viraj al navei este suma momentului cârmei și a momentului de poziție, ceea ce determină o creștere a vitezei de viraj. Mărimea momentului pozițional este apropiată de mărimea momentului cârmei, astfel încât deplasarea cârmei în direcția opusă poate să nu dea efectul dorit și să nu scoată vasul din circulație. Având în vedere acest fenomen, viteze mari de viraj și de conducere nu ar trebui permise la mers înapoi. Pentru a scoate vasul din circulație, ar trebui să inversați „înainte” și să conduceți vasul înainte.

Toate forțele care acționează asupra navei sunt împărțite în trei grupuri:

Propulsie;

Extern;

Reactiv.

LA conducere forțele includ forțele create prin mijloace de control: forța elicei, forța laterală a cârmei, forțele create de mijloacele active de control.

LA extern Forțele includ presiunea vântului, valurile mării și presiunea curentă.

LA reactiv forțele includ forțele care apar ca urmare a mișcării navei sub influența forțelor motrice și externe. Ele sunt împărțite în inerțială- cauzate de inerția vasului și a maselor de apă atașate și care apar numai în prezența accelerațiilor. Direcția de acțiune a forțelor de inerție este întotdeauna opusă accelerației care acționează. Non-inerțial forțele sunt cauzate de vâscozitatea apei și a aerului și sunt forțe hidrodinamice și aerodinamice.

IMPINGEREA ELICEI ȘI REZISTENTA LA MIȘCAREA VASA.

Pentru ca o navă să se deplaseze cu o anumită viteză, trebuie să i se aplice o forță motrice pentru a depăși rezistența la mișcare. Puterea utilă necesară pentru a depăși rezistența este determinată de formulă

unde R este forța de rezistență; V - viteza de deplasare.

Forța motrice este creată de un șurub de lucru, care, ca orice mecanism, cheltuiește o parte din energie în mod neproductiv.

Raportul dintre puterea utilă și puterea consumată se numește coeficient de propulsie al complexului corp-propulsie. Coeficientul de propulsie caracterizează necesarul de energie al navei pentru a menține o viteză dată.

Forța maximă a elicei se dezvoltă în modul de acostare (în cazul în care nava este ancorată și vehiculul său are viteza maximă înainte). Această forță este cu aproximativ 10% mai mare decât împingerea elicei la viteză maximă. Impingerea elicei atunci când funcționează în marșarier pentru diferite nave este de aproximativ 70-80% din tracțiunea elicei la viteză maximă.

CABRARE.

Înclinarea este mișcarea oscilatorie pe care o face o navă în jurul poziției sale de echilibru.

Se numesc oscilații gratuit(pe ape liniştite), dacă sunt executate de navă după încetarea forţelor care au provocat aceste vibraţii (un zgomot de vânt, o smucitură a frânghiei de remorcare). Datorită prezenței forțelor de rezistență (rezistența aerului, frecarea apei), vibrațiile libere se estompează treptat și se opresc. Se numesc oscilații forţat, dacă apar sub influența unor forțe perturbatoare periodice (unde de impact).

Înclinarea este caracterizată de următorii parametri (Fig. 179):

amplitudinea θ- cea mai mare abatere de la pozitia de echilibru;

domeniul de aplicare- suma a două amplitudini consecutive;

perioada T- timpul pentru a finaliza două leagăne complete;

accelerare.

Laminarea face dificilă operarea mașinilor, mecanismelor și dispozitivelor din cauza impactului forțelor inerțiale rezultate, creează sarcini suplimentare asupra conexiunilor puternice ale corpului navei și are un efect fizic dăunător asupra oamenilor.

Orez. 179. Parametri de rulare: amplitudini θ 1 şi θ 2; θ 1 + θ 2 span.

Există mișcări de rostogolire, înclinare și ridicare. La rostogolire se produc oscilaţii în jurul unei axe longitudinale care trece prin centrul de greutate al vasului, când chilă- în jurul transversalului. Rotul cu o perioadă scurtă și amplitudini mari devine rafale, ceea ce este periculos pentru mecanisme și greu de tolerat de către oameni.

Perioada de oscilații libere a unui vas în apă calmă poate fi determinată prin formula T = c(B/√h, Unde ÎN- latimea vasului, m; h- înălțimea metacentrică transversală, m; Cu- coeficient egal cu 0,78 - 0,81 pentru navele de marfa.

Din formula reiese clar că pe măsură ce înălțimea metacentrică crește, perioada de rulare scade. Atunci când proiectează o navă, ei se străduiesc să obțină o stabilitate suficientă cu o rulare moderată lină. Când navighează în mare agitată, navigatorul trebuie să cunoască perioada oscilațiilor proprii ale navei și perioada valului (timpul dintre două creste adiacente care lovesc nava). Dacă perioada oscilațiilor naturale ale navei este egală sau apropiată de perioada undei, atunci apare un fenomen de rezonanță, care poate duce la răsturnarea navei.

La inclinare, este posibil fie ca puntea sa se inunde, fie daca prova sau pupa sunt expuse, acestea vor lovi apa (transtire). În plus, accelerațiile care apar în timpul tanarului sunt semnificativ mai mari decât în timpul rulării. Această circumstanță trebuie luată în considerare la alegerea mecanismelor instalate în prova sau pupa.

Pitch vertical cauzată de o schimbare a forțelor de susținere pe măsură ce un val trece pe sub navă. Perioada mișcării verticale este egală cu perioada undei.

Pentru a preveni consecințele nedorite ale efectelor tangajului, constructorii de nave folosesc mijloace care contribuie, dacă nu la încetarea completă a tanajului, atunci cel puțin la moderarea sferei acestuia. Această problemă este deosebit de acută pentru navele de pasageri.

Pentru a modera inclinarea și inundarea punții cu apă, un număr de nave moderne ridică în mod semnificativ puntea în prova și pupa (pură), măresc cambra cadrelor prova și proiectează nave cu un castel de prun și caca. În același timp, în nasul rezervorului sunt instalate viziere deflectoare de apă.

Pentru a modera ruliul, sunt utilizați stabilizatori de rulare pasivi necontrolați sau activ controlați.

Sedativele pasive includ: cule chile, care sunt plăci de oţel instalate pe 30 - 50% din lungimea vasului în zona santinei de-a lungul liniei de curgere a apei (Fig. 180). Acestea sunt simple în design, reduc amplitudinea de înclinare cu 15-20%, dar oferă o rezistență suplimentară semnificativă la apă la mișcarea vasului, reducând viteza cu 2-3%.

Orez. 181. Tancurile pasive la bord și poziția lichidului în ele atunci când nava se balansează în rezonanță cu valul.

Aceste rezervoare sunt eficiente în condiții de pompare cu o perioadă lungă de timp. În toate celelalte cazuri, nu se moderează, dar chiar îi măresc amplitudinea.

ÎN tancuri active(Fig. 182) apa este pompată prin pompe speciale. Cu toate acestea, instalarea unei pompe și a unui dispozitiv automat care controlează funcționarea pompei complică și crește semnificativ costul proiectării.