4.2. Основные зависимости расчетного метода

Изменение V судна происходит под влиянием сил тяги или упора движителя и сопротивления воды. Масса судна при ускорении порождает силу инерции, препятствующую изменению скорости движения [24;256;28;29, 31].

Способности судна изменять V своего движения во времени под совместным влиянием перечисленных сил при различных начальных условиях называют (инерционными тормозными характеристиками) ИТХ.

Пренебрегая, влиянием воздушной среды и сопротивлением руля, в случае прямолинейного движения имеем:

(4.1)

где m - масса судна с присоединенной массой воды;

R – сила, сопротивления воды;

P_е – сила упора винта или винтов () «+» торможение и «-» передний ход;

сила инерции, и ее знак зависит от ускорений;

m=1.1Δ·10³ (кг) (4.2)

R=КV²=·/2··V² (4.3)

 - безразмерный гидродинамический коэффициент, зависящий от формы и шероховатости подводной части корпуса;

 - плотность среды;

 - площадь смоченной поверхности корпуса судна.

(4.4)

(4.5)

n – число оборотов винта в секунду;

Д_В – диаметр винта;

К_Р – коэффициент упора, зависящий от поступи винта _P.

При разгоне судна:

(4.6)

При установившемся движении

(4.7)

(4.8)

Зависимости ИТХ определяется по формулам:

,

. (4.9)

Для определения пути разгона

(4.10)

Далее получим:

;

(4.11)

Формулы (4.9) и (4.11) позволяют определить t и S разгона с места при V=0 до V=V_{перехода}. Для практического использования формул применяют К, которое определяет из эксперимента при разгоне судна из неподвижного состояния до некоторой VV_уст.

Имея t^э для заданной V и зная V_уст. получим:

(4.12)

Для расчета элементов разгона при других загрузках судна, т.е. при заданных осадках, величину коэффициента уточняют:

(4.13)

 - площадь смоченной поверхности, при которой определяется к.

В практике судовождения вместо формул (3.35) и (3.36) элементы разгона можно определить, используя специальные диаграммы, входом в которые служат величины: ∆/К и V/V_уст. Вид диаграммы приведен на рисунке 4.3.

Диаграмма состоит из нижней и верхней частей. Нижняя часть диаграммы связывает между собой параметры , V/V_н, ∆/К и V_нt, а верхняя - , V/V_н, ∆/К и S. По диаграмме легко определить один из параметров по трем известным. В диаграмме следующая размерность величин: водоизмещение судна ∆ – в тоннах, скорость V – в узлах, коэффициент сопротивления К – в т/м (кНс²/м²).

4.3. Расчеты торможения

Дифференциальное уравнение в этом случае имеет вид:

(4.14)

В общем случае коэффициент К изменяется в процессе торможения в ɑɑзависимости от скорости или числа Рейнольдса, но на практике достаточную точность получают считая К постоянным. Анализ натурных испытаний показывает постоянное возрастание упора винта в процессе активного торможения от 0 до P_max.

Процесс этого изменения выражается функцией относительно скорости:

(4.15)

V_н – скорость судна в начале активного торможения;

V – текущее значение скорости;

P_max – сила упора max возросшая к моменту остановки судна.

После подстановки получаем дифференциальное уравнение активного торможения:

. (4.16)

где .

Величина ɑ - это отношение max силы упора винта к силе сопротивления воды при V начальном.

– коэффициент активного торможения. Очевидно, что при пассивном торможении =0.

Решение уравнения (4.16) зависит от значения коэффициента , и с учетом этого решения данного дифференцированного уравнения относительно времени и пути при различных величинах имеют вид:

(4.17)

(4.18)

(4.19)

(4.20)

(4.21)

(4.22)

(4.23)

Выше приведенные формулы позволяют определять элементы пассивного и активного торможения со стандартной ошибкой 5-7% по сравнению с результатами натурных испытаний [9;22;28].

Для применения формул необходимо определять коэффициент сопротивления К и силу упора винта P_max для получения коэффициента .

Условия выполнения реверса на судах с различными пропульсивными комплексами могут значительно отличаться, а поэтому тормозные характеристики судов существенно зависят от типа силовых установок и движителя. Для современных судов характерны ДВС с ВФШ, парогазовая турбина с ВФШ, электродвигатель с ВФШ и те же СЭУ с ВРШ.

Для повышения эффективности торможения судна применяются специальные тормозные устройства, особенно это характерно для многотоннажных наливных судов. Специальное тормозное устройство делится на следующие типы:

• выдвижные тормозные щиты;

• тормозные парашюты;

• пассивные трубопроводные системы;

• рули специальной конструкции.