Благовещенский С.Н., Холодилин А.Н. Справочник по статике и динамике корабля. Динамика корабля. Том 2

Подождите немного. Документ загружается.

1.0

0,9

пд

0,7

0,6

0,5

Ofi

0.3

0,2

0.1

•0,1

-02.

\У

л.

0,90

ичоо

0.9-

0,6

0.5

O,k

0.Э

0.2

0.1

-0,1

-иг

0,73

0,60

0,90

sc-1.00

coat

Рис.

4.5

181

Дисперсия процесса перемещения скорости и ускорения качки выражается

зависимостями

СО

D-

f(a-

)

S>)<to;

i= f(°-«0

)

s>)<fo.

(4.20)

где

= — cos e.

В том случае, когда судно не имеет

хода,

параметр q = 0 и формулы переходят

обычные соотношения спектральной теории случайных функций, а псевдоспектр S

приобретает смысл спектральной плотности.

Для приближенных расчетов качки судна, движущегося под курсовым

углом

волне, можно пользоваться следующими формулами:

Sin

(a);

(4.21)

где

COQ,

(OJ, (0^, — собственные частоты бортовых, вертикальных и килевых коле-

баний

соответственно, с"

; 2ve, 2vj, 2v^, — линейные коэффициенты демпфирования,

с"

; 8 — курсовой

угол;

— кажущаяся частота, с"

; Sj (a) — спектральная

плотность волнения, м

-с; g — ускорение силы тяжести, м-с"

; о — истинная ча-

й фф й б

стота, с"

формуле

; Хф

С. Н.

g ур , ;

— поправочный коэффициент, который может быть вычислен по

Благовещенского

—— IV 7

•и г

(4.22)

где г — поперечный метацентрический радиус, м; х' и к" берутся из графиков

рис.

4.5, остальные обозначения

соответствуют

поправочным коэффициентам

С. Н. Благовещенского (см. § 7)

18.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ АМПЛИТУД КАЧКИ

В нормах Регистра

СССР

(1967 г.) определены расчетные амплитуды качки

для нормирования остойчивости морских судов. Выполнение условного расчет-

ного давления ветра, кренящего и опрокидывающего моментов проведено

4-й главе тома 1 Справочника.

В данном параграфе рассматривается только способ определения амплитуд

качки

132

Условную расчетную амплитуду качки круглоскулого судна,

не снабженного

скуловыми килями

(рис. 4.6, а),

вычисляют

по

формуле

1/n

XY.

(4.23)

где

1т

—

амплитуда бортовой качки, град;

X и Y —

множители;

(табл.

4.5),

Таблица

4.5

Значение

Категории

амплитуд

качки

И III

множителя У к расчету условных амплитуд

качки

tfr-alB

0,03

26,0

23,8

0,04

26,0

23,8

0,05

26,1

23,8

0,06

26,9

24,2

0,07

29,0

25,2

0,08

34,2

27,1

0,09

42,3

30,0

0,10

51,1

34,6

0,11

51,1

40,6

0,12

51,1

50,2

0,13 и

выше

51,1

где

S —

ширина;

(г — а) —

начальная поперечная метацентрическая высота,

м;

—

поперечный метацентрическии

ра-

диус;

а —

отстояние центра тяжести

g) б)

от центра величины судна

по вер-

тикали;

где

(

1 п \

l+g--y-J,

а—коэф-

Рис.

4.6

фйциент

полноты ватерлинии,

Т —

осадка судна,

(табл.

4.6).

Если

судно имеет скуловые (брусковый) кили,

то

расчетная амплитуда качки

где

коэффициент

находят

функции

бет»

= Мш.

(4-24)

10», (4.25)

Таблица

4.6

Значение функций f

(u) и f

(и) к расчету условных амплитуд

качки

Функции

Ы«)

0,8

1,69

0,672

0,9

2,02

0,540

1,0

2,34

0,430

1.1

2,68

0,350

Аргумент

1,2

3,02

0,298

1,3

3,36

0,255

1,4

3,74

0,220

1,5

4,13

0,190

1,6

4,48

0,168

1,7

4,91

0,150

1,8

бо-

лее

5,30

0,133

133

где Zg —'возвышение ЦТ судна над основной плоскостью, S

— суммарная габа-

ритная

площадь скуловых килей (боковой проекции "брускового

киля),

— изме-

ряемое в миделевом сечении судна расстояние от продольной оси, проходящей через

центр тяжести судна до середины высоты скулового киля (брускового киля)

(рис.

4.6, б). Эта же формула

(4.25)

применима для брускового киля с заменой

индекса «1» на «2». При наличии на

судне

и скуловых килей, и брускового киля общий

коэффициент

получается суммированием q

+ q

= q

Значение

коэффициента k к

расчету

условных

амплитуд качки судна со скуловыми килями или

брусковым килем

s.» • • ° !

2 3 4 5 6

более

А ... 1,00 0,93 0,87 0,80 0,74 0,67 0,61

При

ходе

судна под произвольным курсовым

углом

к волнению проверяют опас-

ные режимы усиленной качки по универсальной диаграмме Ю. В. Ремеза (рис. 4.7).

Она

построена на основе известных графиков В. Г. Власова.

За

опасные режимы принимаются такие, при которых кажущийся период лежит

пределах

Тс Т

1,3

к=^

5,7 '

где Т

— собственный период качки судна.

Опасные сочетания скорости судна и курсового

угла

при бортовой качке оце-

ниваются по длине волны или по балльности волнения, или по высоте волны 3%-ной

обеспеченности.

На

диаграмме нанесены кажущиеся периоды

^ X

к==

1,25 КХГ+0.514», cos ф

Кажущийся период т

= со

соответствует

статической постановке

судна

на

волну при попутном волнении. Это имеет место при

0,614»,

где Ф — курсовой

угол;

— скорость судна, уз; X — длина волны, м.

Значения

слева от пунктирной кривой, соответствующей значению т

= оо,

определяют случай обгона волной судна на попутном волнении.

Участки нижнего графика универсальной диаграммы, заштрихованные гори-

зонтальными линиями, имеют

малую

килевую качку, а заштрихованные вертикаль-

ными

—

малую

бортовую качку.

Пример

1. Задано v

= 8 уз, ф = 60°; замерено т

= 8 с. Из точки нижнего

графика, отвечающей скорости 8 уз и курсовому

углу

60°, проводим вертикальную

прямую до пересечения с кривой т

= 8 с, что

соответствует

X = 130 м. (Если

известна длина волны, то неизвестный кажущийся период ищем в точке пересечения

горизонтальной линии, соответствующей длине волны, и упомянутой вертикальной

линии).

По верхней шкале диаграммы ищем интервалы периодов 7V1.3 и

/0,7,

что

соответствует

6,2 си 11,5 с соответственно. Через точки пересечения горизон-

тальной прямой X = 130 м и кривых- 6,2 и 11,5 с проводим вертикальные прямые.

Ограниченная зона нижнего графика определяет опасные зоны бортовой качки, при-

мыкающие к резонансу.

Пример

2. Определим резонансные сочетания v

и ф для судна, имеющего

Ге = 12 с, на волне X ~ 30 м (рис. 4.8). Находим точки пересечения С и D гор изон-

тальной прямой X = 30 м с кривыми т

= Т$ — 12 с. Проводим через эти точки вер-

тикали,

определяющие собой резонансные сочетания курсовых

углов

и скоростей.

По

верхней вспомогательной шкале снимаем значения т

, соответствующие грани-

цам резонансных зон (приближенно 9 и 17 с).

134

Яысшпо

доты J% ной Летчеятам

Волнение

Ыппы

•£

.«л

§-

Находим точки C

, C

, D

£>

пересечения горизонтальной прямой %= 30 м

с кривыми т

= 9 с и т

= 17 с. Через полученные точки проводим вертикальные'

прямые,

определяющие границы резонансных зон Эти зоны на нижнем графике

заштрихованы.

Пример

3. Определим резонансные сочетания v

и <р для

судна,

имеющего

Г„ = 16 с, при высоте волны h

= 4,5 м (рис. 4.9).

Из

значений высот 4,5 м по шкалам А и В проводим горизонтальные прямые

до пересечения с кривой т

= TQ = 18 с (точки М и N). Через точки М и N про-

водим вертикальные прямые, соответствующие резонансным значениям; полученная

зона

заштрихована двойной штриховкой. По верхней шкале снимаем значения

Ге/0,7

= 23 с и

Гд/1,3

= 12 с. Находим точку М

пересечения горизонтальной пря-

мой

к = 30 м и кривой т

= 12 с и точку N

пересечения той же горизонтали с кри-

вой г

= 23 с. Через точки iW, и N

проводим вертикальные прямые, определяющие

границы резонансной зоны.

Условия попадания

судна

в резонанс килевой качки определяются аналогичным

образом относительно собственного периода килевой качки 7\к.

Нормирование

остойчивости по Нормам Речного Регистра

РСФСР

рассмотрено

главе

4 тома 1. Здесь приведена только методика определения амплитуд качки.

Расчетные амплитуды бортовой качки в

(град) для

судов

с закругленными

скулами и <5ез килей принимаются по данным табл. 4.7 в зависимости от

коэффи-

циента т = т,т

/я

Таблица 4.7

Расчетные амплитуды качки 6

(град)

Тип

судна

м-сп

0,40

0,60

0,80

Коэффициент

1,00

1,20

1,40

^32

1,60

1,80

Значение

величины т

для расчета амплитуд качки

ht/D

. 0,10 0,15 0,25 0,50 0,75 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00

менее и более

. . 0,42 0,52 0,78 1,38 1,94 2,40 3,00 3,30 3,50 3,60

Обозначения:

Л — начальная поперечная метацентрическая высота; D —

водоизмещение; zg — амплитуда центра тяжести

судна;

В — ширина

судна.

Значение

величины пц для расчета амплитуд качки

2,50 3,00 3,50 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00

менее и более

1,00 0,90 0,81 0,78 0,81 0,87 0,92 0,96 0,99 1,00

Значение

величины щ для расчета амплитуд качки

BIT

Коэффициент

об-

щей полноты

0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80

менее и более

1,00 0,95 0,86 0,77 0,72 0,69 0,67 0,66

При

наличии скуловых килей расчетная амплитуда качки уменьшается 6^ =•

"•

, где k ^ 1 поправочный множитель, определяемый по нормам в зависимости

от формы

судовых

обводов

138

глава

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПАРАМЕТРОВ

КАЧКИ КОРАБЛЯ

§ 19.

ОПЫТОВЫЕ

БАССЕЙНЫ

ДЛЯ

МОРЕХОДНЫХ

ИСПЫТАНИЙ

И УСЛОВИЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ КАЧКИ

Исследование качки моделей

судов

может производиться

как в

открытых

во-

доемах,

так и в

опытовых бассейнах. Возможность проведения испытаний

открытых

водоемах

значительной степени зависит

от

условий погоды.

обычных бассейнах,

приспособленных

для

проведения

ходовых

испытаний (узкие прямоугольные

бас-

сейны),

можно моделировать качку

на

тихой воде,

на

волнении при отсутствии

хода,

при

ходе

только

на

встречном

или

попутном волнении

специальных опытовых

бассейнах

для

мореходных испытаний возможно проводить опыты

при

различных

курсовых

углах

хода

модели судна.

табл.

5.1

приведены некоторые характеристики

отдельных бассейнов

для

мореходных испытаний. Такие бассейны создаются

в на-

стоящее время

во

всех

крупных гидродинамических лабораториях,

так как они

достаточно универсальны

при

проведении испытаний мореходных качеств моделей

судов

Таблица

5.1

Опытовые бассейны

для

мореходных испытаний

Наименование бассейна

Фелтен (Англия)

Вагенинген (Голлан-

дия)

Хаслар (Англия)

Тейлоровский

(США)

Митака

(Япония)

Оттава (Канада)

Хельсинки. Техноло-

гический университет

(Финляндия)

Гамбург

(ФРГ)

Иокогама

(Япония)

Университет Куши

(Япония)

Нагасаки.

Техниче-

ский

институт (Япония)

Митака

(Япония)

Токио.

Университет

(Япония)

Калифорния

(США)

Мичиган.

Универси-

тет (США)

Размеры,

30,5X30,5X2,45

100X24,5X2,5

122X61X5,5

106,5X76,3X6,1

80X80X4,15

121,9X60,9

40X40X3

300X18X6

70X30X3

28X25X1,8

60X30X3,5

80X80X4,5

50X30X2,5

120X48

30,5X24,4X1,8

Тип волнопродук-

тора

Плунжерный

Пластинчатый

Плунжерный

Пневматиче-

ский

Пластинчатый

Пневматиче-

ский

Плунжерный

Щитовой

Пневматиче-

ский

Максималь-

ные парамет-

ры волн,

Длина

4,58

4,5

6,0

12,0

8,0

20,0

Высо-

та

0,23

0,20

0,30

0,61

0,40

139

Для создания волн в бассейне применяются следующие типы волнопродукторов:

плунжерный, пластинчатый, или щитовой и пневматический. Плунжерный волно-

продуктор имеет частично погруженное волнообразующее тело, которое совершает

возвратно-поступательные вертикальные перемещения и создает достаточно ста-

бильную систему волн.

Щитовые волнопродукторы, или, как их иногда называют, волнопродукторы

типа качающейся стенки, расположенной в торце бассейна, представляют собой

пластины,

совершающие

угловые

колебания. Разновидность этого типа волнопро-

дуктора — пластинчатый волнопродуктор «змеиного типа», впервые примененный

Вагенингенском опытовом бассейне. Волнопродуктор состоит из системы пластин

шириной

0,6 м, которые позволяют путем фазовых изменений менять направление

волн от нуля до 90°.

Широкое

распространение получили щитовые волнопродукторы фирмы «Кемпф

Реммерс». Данные о волнопродукторах, изготовляемых этой фирмой, приведены

табл. 5.2. Управление волнопродуктором осуществляется через гидравлическую

систему, имеется специальная приставка, обеспечивающая создание системы нере-

гулярных волн, путем подбора в различной комбинации 20 синусных составляющих.

Приставка

типа

W14—V12

достаточно компактная и весит всего 35 кг.

Стоимость пневматического волнопродуктора выше стоимости предыдущих,

кроме того, при его использовании появляются трудности в создании относительно

крутых

волн с отношением АцД :^ 1/15. В бассейне Тейлора пневматические волно-

продукторы расположены вдоль

двух

смежных сторон бассейна под прямым

углом

один к

другому.

На одной стороне имеется 13

воздуходувок,

на

другой

— 8. Приводы

воздуходувкам

общей мощностью

2500

л. с. обеспечивают создание волн высотой

до 0,6 м и-длиной от 0,9 до 12 м. Специальный клапанный механизм позволяет

регу-

лировать интенсивность волнообразования. Волнопродуктор может создавать плоские

пространственные волны. Как показал Е. Ф. Сахно, пневматические волнопро-

дукторы по сравнению с волнопродукторами механического типа имеют следующие

преимущества:

высокую точность и регулярность воспроизводимых волн;

простоту и безынерционность изменения параметров волнения, что обеспечи-

вает получение волн заданной нерегулярности;

отсутствие

«разгона»

при введении волнопродуктора в режим волнообразования

при

выходе

его в режим холостого

хода;

отсутствие движущихся деталей, работающих в воде.

При

моделировании качки в опытовом бассейне необходимо выполнение гео-

метрического, кинематического и динамического подобия модели и натуры. Дина-

мическое подобие обеспечивается при равенстве чисел Фруда и Струхаля модели

натуры

гя:'

~гш'

(5.1)

где L — характерная длина (длина судна); v— скорость судна; g — ускорение силы

тяжести; со — собственная частота колебаний, индекс «н» — натура, индекс «м» —

модель.

Кроме

этого, предполагается соблюдение неравенств

Re » Sh; Re » Fr";

(5.2)

Эти неравенства, как правило, соблюдаются автоматически, если размеры модели

не

слишком малы. Однако, начиная с масштаба 1/50, а иногда и ранее, сказывается

140