Расчет элементов циркуляции и инерционных характеристик судна
Мш — момент на швартовых Рзх — упор винта на швартовых на заднем ходу, тс Т1 — время первого периода, с Т2 — время второго периода, с Тр — время реакции судна на перекладку руля, с Тц — период циркуляции, с Д0 — диаметр установившейся циркуляции, м Дт — тактический диаметр циркуляции, м Дк — диаметр циркуляции кормовой оконечности судна, м. В соответствии с Резолюцией ИМО А.160 (ES.IV… Читать ещё >
Расчет элементов циркуляции и инерционных характеристик судна (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по выполнению курсовой работы по дисциплине «Управление судном»
Тема: «Расчет элементов циркуляции и инерционных характеристик судна»
1. Общие положения курсовой работы
В соответствии с Резолюцией ИМО А.160 (ES.IV) и параграфа 10 Правила II/I Международной конвенции о подготовке и дипломировании моряков и несению вахты 1978 г. на каждом судне должна быть представлена информация о маневренных характеристиках.
Выполнение курсовой работы по дисциплине «Управление судном» предусматривает более глубокое изучение вопросов, связанных с определением маневренных элементов судна.
Задание по КР включает в себя расчеты элементов циркуляции и инерционны свойств судна, а также составление типовой таблицы маневренных элементов по полученным результатам.
Курсовая работа выполняется курсантами 5 курса судоводительского факультета в 10 семестре после изучения Раздела 3 (темя 13−17) типовой программы дисциплины «Управление судном».
Курсовая работа включает следующие темы:
Определение элементов циркуляции судна расчетным способом.
Расчет инерционных характеристик судна, включающих в себя пассивное торможение, активное торможение и разгон судна при различных режимах движения.
Расчет увеличения осадки судна при плавании на мелководье и в каналах.
Составление таблицы маневренных элементов судна на основании результатов расчета (расчетно-графическая часть работы).
Курсовая работа оформляется в соответствие с существующими требованиями.
Размерность физических величин в используемых формулах должна соответствовать приведенной в разделе «Условные обозначения», если в тексте МУ не оговорено иное.
После проверки курсовой работы преподавателем учащийся в назначенный срок защищает ее на кафедре.
2. Условные обозначения
? — объемное водоизмещение, м3
D — весовое водоизмещение судна, т
L — длина судна между перпендикулярами, м В — ширина судна, м
d — осадка, м
V0 — скорость полного хода, м/с
Vн — начальная скорость для конкретного маневра, м/с Св — к-т общей полноты См — к-т полноты мидельшпангоута Сд — к-т полноты ДП Су — к-т подъемной силы пера руля
? — пропульсивный коэффициент
?11 — коэффициент присоединенной массы
? — угол поворота судна, град
? — угол дрейфа судна на циркуляции, град
?р — угол перекладки руля, град
? — угол крена, град
? — угол дифферента, град
lр — длина пера руля, м
hр — высота пера руля, м
?р — относительное удлинение пера руля Ар — площадь пера руля, м2
Ад — площадь погруженной части ДП судна, м2
Ам — площадь погруженной части мидельшпангоута, м2
Dв — диаметр гребного винта, м
Hв — шаг винта, м
n0 — частота вращения винта, 1/с
Ni — индикаторная мощность главного двигателя, л.с.
Nе — эффективная мощность, л.с.
Мш — момент на швартовых Рзх — упор винта на швартовых на заднем ходу, тс Т1 — время первого периода, с Т2 — время второго периода, с Тр — время реакции судна на перекладку руля, с Тц — период циркуляции, с Д0 — диаметр установившейся циркуляции, м Дт — тактический диаметр циркуляции, м Дк — диаметр циркуляции кормовой оконечности судна, м
l1 — выдвиг, м
l2 — прямое смещение, м
?S — ширина полосы движения на циркуляции, м
S0 — инерционная постоянная, м
Sт — тормозной путь при активном торможении, м
tт — время активного торможения, с
Sп — тормозной путь при пассивном торможении, м
tп — время пассивного торможения, с
Sр — путь разгона судна, м
tр — время разгона судна, мин
g — ускорение свободного падения, м/с2
3. Задание по разделу «Определение элементов циркуляции судна»
Все элементы циркуляции определяются для двух водоизмещений судна (в грузу и в балласте) с полного переднего хода с положением руля «на борт» (35°) и «полборта» (15°).
Результаты расчета сводятся в таблицу и по ним строится кривая циркуляции для двух водоизмещений и двух перекладок руля.
В грузу | В балласте | ||||
Д0, м | |||||
Дт, м | |||||
l1, м | |||||
l2, м | |||||
?, ° | |||||
Дк, м | |||||
Тц, мин | |||||
?S, м | |||||
3.1 Методика расчета элементов циркуляции
Диаметр установившейся циркуляции с некоторыми допущениями рассчитывается по эмпирической формуле Шенхера.
где К1 — эмпирический коэффициент, зависящий от отношения ;
.
Таблица значений коэффициента К1
0,05 | 0,06 | 0,07 | 0,08 | 0,09 | 0,10 | 0,11 | 0,12 | 0,13 | 0,14 | 0,15 | ||
К1 | 1,41 | 1,10 | 0,85 | 0,67 | 0,55 | 0,46 | 0,40 | 0,37 | 0,36 | 0,35 | 0,34 | |
Площадь пера руля определяется по формуле:
где, А — эмпирический коэффициент, определяемый по формуле:
.
Коэффициент подъемной силы пера руля Су может быть найден по формуле:
где ;
(в расчете принимать).
Тактический диаметр циркуляции можно определить по формулам:
— в грузу: ;
— в балласте: ,
где Дт — тактический диаметр циркуляции при перекладке руля «на борт».
Зависимость тактического диаметра циркуляции от угла перекладки руля выражается формулой:
.
Выдвиг и прямое смещение рассчитываются по формулам:
где К2 — эмпирический коэффициент, определяемый по формуле:
где — относительная площадь пера руля, выраженная в процентах от площади погруженной части ДП:
.
Угол дифферента определяется по формуле:
.
Диаметр циркуляции кормовой оконечности судна можно определить по формуле:
где .
Поступательная скорость на установившейся циркуляции определяется по приближенным формулам:
при перекладке руля «на борт» ;
при перекладке руля «пол борта»
Период установившейся циркуляции определяется по формуле:
.
Ширина полосы движения судна на циркуляции определяется по формуле:
.
3.2 Методика построения циркуляции судна
Кривую эволюционного периода циркуляции можно построить из дуг окружностей переменных радиусов. После поворота судна на угол 180° радиус циркуляции считается постоянной величиной.
Величина радиуса циркуляции постоянно уменьшается от наибольшего значения в начале поворота до значения поворота радиуса установившейся циркуляции.
Относительные значения радиусов неустановившейся циркуляции в зависимости от угла поворота судна и угла перекладки руля показаны в таблице:
Таблица значений Rн/Rц
Угол перекладки руля, град. | Угол поворота судна, град. | ||||||
120−160 | |||||||
2,20 | 1,80 | 1,30 | 1,15 | 1,10 | 1,06 | ||
4,40 | 3,20 | 1,90 | 1,60 | 1,40 | 1,30 | ||
где Rн — радиус неустановившейся циркуляции;
R0 — радиус установившейся циркуляции.
Порядок построения циркуляции:
1. Проводим линию первоначального курса и откладываем на ней в выбранном масштабе отрезок пути судна, пройденного за маневренный период:
.
2. Рассчитываем средний радиус поворота судна на угол 10° по данным таблицы. Для этого, например, выбираем из таблицы от ношение радиусов Rн/Rц при углах поворота на 5° и 10° при р = 35. Эти значения будут равны 4,4 и 3,2.
Отсюда: .
Затем рассчитываем средние радиусы поворота судна в интервалах от 10° до 30° и т. д.
3. Кривую циркуляции судна строим (аппроксимируем) из ряда дуг окружностей различных радиусов до угла поворота на 180°.
4. Построив кривую циркуляции в эволюционном периоде завершаем построение, описав окружность радиусом установившейся циркуляции до угла поворота на 360° (рис. 1)
Рис. 1. Схема построения циркуляции судна
4. Задание по разделу «Определение инерционных характеристик судна»
Инерционные характеристики должны быть рассчитаны при маневрах ППХ-ПЗХ, СПХ-ПЗХ, МПХ-ПЗХ, ППХ-СТОП, СПХ-СТОП, МПХ-СТОП, разгон из положения СТОП-ППХ.
Перечисленные характеристики представляются в виде графиков для водоизмещений судна в грузу и в балласте. Результаты расчета сводятся в таблицу:
груз | балласт | ||||||
ППХ | СПХ | МПХ | ППХ | СПХ | МПХ | ||
Ам, м2 | ххх | ххх | ххх | ххх | |||
R0, т | ххх | ххх | ххх | ххх | |||
S1, м | |||||||
V2, м/с | |||||||
М1, т | ххх | ххх | ххх | ххх | |||
S2, м | |||||||
Мш | ххх | ххх | ххх | ххх | ххх | ||
Рзх, т | ххх | ххх | ххх | ххх | ххх | ||
S3, м | |||||||
Т3, с | |||||||
Sт, с | |||||||
tт, с | |||||||
Тср, с | |||||||
Sсв, м | |||||||
С | ххх | ххх | ххх | ххх | |||
Тр, мин. | ххх | ххх | ххх | ххх | |||
Sр, кб. | ххх | ххх | ххх | ххх | |||
4.1 Методика определения инерционных характеристик судна
4.1.1 Активное торможение
Активное торможение рассчитывается в три периода.
Расчет ведется до полной остановки судна (Vк = 0).
Принимаем, .
Определяем сопротивление воды движению судна на полном ходу по формуле Рабиновича:
где .
Инерционная постоянная:
где m1 — масса судна с учетом присоединенной массы:
Упор винта на заднем ходу:
где ;
Nе =? • Ni;
? может быть определена по формуле Эмерсона:
.
Путь, пройденный в первом периоде:
S1 = Vн • Т1
Скорость судна в конце второго периода:
.
Путь, пройденный судном во втором периоде:
.
Путь, проходимый судном в третьем периоде:
.
Время третьего периода:
Общий путь и время торможения:
Sт = S1 + S2 + S3
tт = t1 + t2 + t3
4.1.2 Пассивное торможение
Расчет ведется до скорости Vк = 0,2 • V0.
Определяем время пассивного торможения:
.
4.2 Разгон судна
Расчет судна ведется до скорости Vк = 0,9 • V0
Определяем путь и время разгона по эмпирической формуле:
Sр = 1,66 • С
где С — коэффициент инерционности, определяемый по выражению:
где Vк, узлы;
Nе, л.с.
5. Расчет дополнительных данных для таблицы маневренных элементов
5.1 Увеличение осадки судна на мелководье
Величина увеличения осадки судна на мелководье может быть рассчитана по формулам института гидрологии и гидромеханики Украины (формула Г. И. Сухомела), модифицированным А. П. Ковалевым [13]:
при
при
где — отношение глубины моря к средней осадке;
k — коэффициент, зависящий от отношения длины к ширине судна.
Таблица для определений k:
L/B | |||||||
k | 1,35 | 1,03 | 0,80 | 0,62 | 0,55 | 0,48 | |
Результаты расчета представляются в виде графика зависимости dк = f (V) при соотношении h/d = 1,4; 2,0; 3,0.
Дополнительное приращение осадки при плавании в канале:
где k' - коэффициент, зависящий от отношения площадей сечения канала и погруженной части мидельшпангоута.
Таблица для определения k'
Ак/Ам | ||||||||
k' | 0,98 | 0,61 | 0,44 | 0,35 | 0,24 | 0,18 | 0,15 | |
Результаты расчета представляются в виде графика зависимости dк = f (V) при соотношении h/d = 1,4 и Ак/Ам = 4; 6; 8.
5.2 Увеличение осадки судна от крена
Увеличение осадки при различных углах крена рассчитывается по формуле:
Результаты расчета представлены в табличной форме для углов крена до 10?.
5.3 Определение запаса глубины на ветровое волнение
Волновой запас глубины определяется в соответствии с приложением 3 РШС89 для высот волн до 4 метров и представляется в табличной форме.
5.4 Маневр «Человек за бортом»
Одним из видов маневра судна «Человек за бортом» является разворот с выходом на контркурс. Выполнение этого маневра зависит от выбора угла отклонения судна от первоначального курса (?). Величина угла? определяется по формуле:
где Тп — время перекладки руля с борта на борт (Тп = 30 сек);
Vср — средняя скорость на циркуляции, определяемая из выражения:
Построение схемы маневра выполняется по данным циркуляции, рассчитанным в разделе 3.
1. Войткунский Я. И. и др. Справочник по теории корабля. — Л.: Судостроение, 1983.
2. Демин С. И. Приближенное аналитическое определение элементов циркуляции судна. — ЦБНТИ ММФ, экспресс-информация, серия «Судовождение и связь», вып. 7 (162), 1983, с. 14−18.
3. Знамеровский В. П. Теоретические основы управления судном. — Л.: Издательство ЛВИМУ, 1974.
4. Карапузов А. И. Результаты натурных испытаний и расчет маневренных элементов судна типа «Прометей». Сб. Безопасность мореплавания и ведения промысла, вып. 79. — Л.: Транспорт, 1987.
5. Мастушкин Ю. М. Управляемость промысловых судов. — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981.
6. Рекомендаций по организации штурманской службы на судах Минморфлота СССР (РШС89). — М.: Мортехинформреклама, 1990.
7. Справочник капитана (под общей редакцией Хабура Б.П.). — М.: Транспорт, 1973.
8. Судовые устройства (под общей редакцией Александрова М.Н.): Учебник. — Л.: Судостроение, 1988.
9. Цурбан А. И. Определение маневренных элементов судна. — М.: Транспорт, 1977.
10. Управление судном и его техническая эксплуатация (под общей редакцией Щетининой А.И.). — М.: Транспорт, 1982.
11. Управление судами и составами (Соларев Н.Ф. и др.). — М.: Транспорт, 1983.
12. Управление крупнотоннажными судами (Удалов В.И., Массанюк И. Ф., Матевосян В. Г., Ольшамовский С.Б.). — М.: Транспорт, 1986.
13. Ковалев А. П. К вопросу о «проседании» судна на мелководье и в канале. Экспресс-информация, серия «Безопасность мореплавания», вып 5,1934. — М.: Мортехинформреклама.
14. Гире И. В. и др. Испытания мореходных качеств судов. — Л.: Судостроение, 1977.
15. Ольшамовский С. Б., Миронов А. В., Маричев И. В. Совершенствование маневрирования крупнотоннажными судами. Экспресс-информация, серия «Судовождение связь и безопасность мореплавания», вып. 11 (240). — М.: Мортехинформреклама, 1990.
16. Экспериментальное и теоретическое определение маневренных элементов судов НМП для составления формуляров маневренных характеристик. Отчет о НИР УДК. 629.12.072/076. — Новороссийск, 1989.