2.3.2 Цистерны типа «Флюм»
Флюм–цистерны занимают промежуточное положение между закрытыми пассивными и плоскими цистернами. Считается, что эти цистерны обладают Фрамовским эффектом, и в то же время благодаря интенсивному демпфированию в соединительном канале они не порождают «паразитных» колебаний судна в зонах частот, отдаленных от резонансных. Демпфирование в цистернах типа Флюм обусловлено преимущественно наличием резко переменного по сечению водяного канала, в котором поток жидкости дважды претерпевает внезапное сужение и расширение. Это сопротивление приводит к падению гидродинамического напора. Этой потере напора соответствует безразмерный коэффициент демпфирования жидкости в цистернах.
,
(2.49)
где Н– амплитуда колебаний воды в бортовом отсеке;
;
(2.50)
kпс– отношение площадей поперечного сечения бортового отсека и водяного соединительного канала Fδ/Fk, kc– то же для среднего отсека Fc/Fk;Мж– масса жидкости.
Удары жидкости в верхние крышки цистерн Флюм нежелательны, поэтому демпфирование в них должно быть существенным. Следовательно, уширенный средний отсек соединительного канала весьма полезен.
Выражение для момента инерции свободной поверхности цистерны имеет вид [4] :
(2.51)
Тогда изменение начальной метацентрической высоты определяется формулой
(2.52)
При одинаковой протяженности отсеков цистерн по ширине судна формула (2.52) упростится. Например, если принять l0=lk=lc=B/5, то вычисление момента инерции свободной поверхности можно рассчитывать по формуле
(2.53)
Частота свободных колебаний жидкости в цистернах типа Флюм может быть рассчитана приближенно по формуле
;
.
Рис.2.6 Цистерна типа Флюм
Приведенная длина цистерн определяется вполне очевидной приближенной формулой [1]:
(2.54)
Уравнения движения системы «судно–цистерна» будут иметь вид
.
(2.55)
Коэффициенты α, b1– такие же как и для закрытых цистерн.
–
коэффициент,
учитывающий влияние формы цистерн на
их статическое действие.
При использовании цистерн типа Флюм следует учитывать, что [4]:
1. Наиболее благоприятно действие цистерн, настроенных на частоту свободных колебаний судна. Они обеспечивают эффективность умерения бортовой качки (приблизительно на 50%) при весьма слабом раскачивании судна на нерезонансных режимах качки (рис.2.7).
2.Демпфирование в
цистернах позволяет значительно
уменьшить боковые пики на амплитудных
кривых качки, а также сгладить фазовую
кривую, приблизив ее к оптимальному
виду. Оптимальный безразмерный
коэффициент демпфирования
близок
к 0,3–0,4 (рис.2.8).
3. Увеличение свободной поверхности цистерн сверх некоторого установленного расчетом и опытом значения, отвечающего примерно 20%-му снижению начальной остойчивости судна, не дает существенного выигрыша в эффективности и поэтому не может быть рекомендовано (рис.2.9)
Оптимальным следует считать такое размещение цистерн на судне, при котором их свободная поверхность в положении равновесия находится на уровне центра тяжести судна. Некоторый выигрыш получается при подъеме цистерн вверх (рис.2.10)
Рис.2.7 Влияние частотной настройки цистерн на амплитуду и на фазу качки
Рис.2.8 Влияние демпфирования цистерн на амплитуду и на фазу качки
Рис.2.9 Влияние размеров цистерн на амплитуду и на фазу
Рис.2.10 Влияние высоты расположения цистерн на амплитуду качки