Файл: Корытов Н.В. Расчеты по динамике корабля учеб. пособие.pdf

Расположение грешного бин­ т а относительно руля.

Буль&ообразкал наЭеяка на пере руля

Соосньие гребные бинты, про­ тивоположного вращение.

Расположение бинта относи­ тельно корпуса и быступо-

юшдзс частей,

г'ис. 17. Средства повышения прспульсивяых качеств корабля

97

ложного вращения достигаются следующие улучшения пропульсивных качеств корабля:

-более высокий к.п.д. движителя по сравнению с равяоупорньш одиночным винтом за счет использования энер­ гии, затрачиваемой на закручивание струи потока, отбрасы­ ваемой винтом;

-меньший оптимальный диаметр (до 10%) и меньшая нагрузка, на лопасти винтов, что обусловливает более высо­ кую допустимую нагрузку на единицу площади диска винта;

-повышение пропульсивного коэффициента за счет увеличения коэффициента влияния корпуса (до 12%);

-улучшение кавитационных качеств, в частности уменьшение опасности возникновения эрозии на лопастях, вследствие уменьшения нагрузки на лопасти винтов.

Кроме отмеченного,при использовании соосных винтов противоположного вращения улучшаются также эксплуатацион­ ные качества корабля; увеличивается устойчивость движения корабля вследствие компенсации вращающих моментов винтов; снижается уровень вибрации, передаваемой на корпус, за счет увеличения общего числа лопастей движителя.

Соосные винты пока не получили широкого применения в кораблестроении вследствие трудностей, связанных с разра­ боткой сложной системы валопровода, обеспечивающей про­ тивоположное вращение винтов. Кроме того, в настоящее время нет общепринятого метода расчета этих винтов, не исследовано влияние ряда геометрических элементов передне­ го и заднего винтов на гидродинамические и кавитационные характеристики движительного комплекса.

Рассмотрим возможные средства повышения конструктивно­ го к.п.д. винта, который учитывает профильные потери, обусловленные вязкостью жидкости. Снижение профильных потерь может быть достигнуто за счет:

а) выбора наивыгоднейшей профилировки лопастей (ре­ шение задачи о проектировании гребного винта с наимень­ шими профильными потерями);

98

б) уменьшения диаметра ступицы винта и использова­ ния рациональной компоновки обтекателя ступицы с рулем; в) применения высокопрочных материалов для изготов­ ления винта, что позволяет уменьшить относительную толщи­ ну лопасти, а следовательно, и профильное сопротивление; г) тщательной обработки поверхности лопасти в целях

снижения общей шероховатости их, а следовательно, и со­ противления трения.

Влияние корпуса на пропульсивный коэффициент

Рассмотрим теперь, как влияют на величину пропудьсивного коэффициента характеристики взаимодействия винта с корпусом и режим работы гребного винта. К.п.д. гребного винта зависит от нагрузки винта: с роотом коэффициента нагрузки бр к.п.д. идеального движителя снижается (см.фор­ мулу 2.18). При заданном числе оборотов коэффициент на­ грузки у винта, создающего определенное значение упора, возрастает с увеличением коэффициента попутного потокаw Это объясняется уменьшением скорости перемещения винта

vp =(i-w)v относительно воды. Поэтому, чем больше попутный поток, тем меньше, при прочих равных условиях, .к.п.д. винта. Увеличение коэффициента засасывания-t также при­ водит к повышению ё? вследствие необходимости возрастания упора; следовательно, и в этом случае к.п.д. винта г\9 снижается. ^

Коэффициент влияния корпуса Чк = "рт^ 1 в м выше, чем больше коэффициент попутного потока и чем меньше коэф­ фициент засасывания. При постоянном коэффициенте засасыва­ ния увеличение т\ с возрастанием w обычно превосходит падение т\9 . Поэтому увеличение коэффициента попутного потока, при прочих равных условиях, повышает пропульсивный коэффициент комплекса винт-корпус. Увеличение коэффициен­ та засасывания всегда приводит к снижению .

99

мероприятия, позволяющие выровнять поле скоростей. Это достигается рациональным выбором кормовых обводов корпуса, места расположения винта относительно корпуса, оптималь­ ным расположением выступающих частей (кронштейнов или выкружек гребных валов) по потоку. В некоторых случаях гребной винт проектируется с учетом радиальной неравно­ мерности поля скоростей потока в месте его расположения. По данным экспериментов кораблей при обычной неравномерно­ сти поля скоростей численные значения коэффициента ъг на­ ходятся в пределах 0,98-1,02. При выполнении расчетов ходкости на начальных стадиях проектирования можно при­ нимать 1г=1,0.

О пропульсивном коэффициенте многовального корабля

Особенностью компоновки комплекса винты-корпус много­ вального корабля является то, что расстояние между осями гребных винтов на этом корабле значительно меньше, чем на двухвальных кораблях. Кроме того, винты одного борта не разделены между собой корпусом. Поэтому на многовальном корабле может возникнуть взаимное влияние гребных винтов, которое заключается в том, что один винт попадает в не­ равномерное поле вызванных скоростей другого. Возникающая вследствие этого нестационарность обтекания лопастей винта приводит к изменению его гидродинамических характеристик, усилению вредных последствий, связанных с кавитацией, вибрацией корпуса и валопровода.

Поэтому на кораблях с трехили четырехвальными установ­ ками гребные винты необходимо располагать таким образом, чтобы по возможности исключить взаимное влияние винтов друг на друга. Для этого средние винты смещаются по длине в корму на некоторое расстояние по отношению к бортовым винтам. По ширине корабля винты размещаются так, чтобы не было перекрытия их дисков в осевом направлении. В против­ ном случае расположенный впереди винт будет нарушать

101

работу винта, находящегося позади, вызывая его вибрацию и снижая пропульсивный коэффициент.

Обычно рекомендуется гребные винты размещать таким образом, чтобы поперечное расстояние между осями винтов составляло не менее (1,15*1,20)-Б ' .

На пропульсивный коэффициент многовадьного корабля зна­ чительное влияние оказывает направление вращения винтов. При надлежащем выборе направления вращения задних винтов может быть достигнут существенный контрпропеллерный эффект за счет использования энергии, затраченной на закручива­ ние струи передних винтов.

Как показали эксперименты, бортовые винты должны иметь наружное направление вращения, когда из верхнего положения лопасть удаляется от корпуса. При внутреннем направлении вращения создаются благоприятные условия для попадания атмосферного воздуха к средним винтам. При этом интенсив­ ность засасывания воздуха возрастает с увеличением коэф­ фициента нагрузки гребных винтов.

Таким образом, с точки зрения обеспечения высоких пропульсивных качеств, могут быть сформулированы следующие рекомендации относительно выбора направления вращения гребных винтов многовадьного корабля:

а) бортовые винты для устранения опасности прососа воздуха к средним винтам должны быть: левый - левого вращения, правый - правого;

б) средние винты для использования контрпропеллерно­ го эффекта от струй бортовых винтов должны быть: левый - правого вращения, правый - левого;

в) для трехвального корабля направление вращения среднего винта безразлично.

102

Г Л А В А Ш РАСЧЕТЫ КАЧКИ КОРАБЛЯ

§ 16. Параметры, определяющие качку корабля

Качку корабля как обычный колебательный процесс принято рассматривать в виде совокупности отдельных гармонических колебаний. Поэтому мгновенные отклонения качающегося

5.,илибг- начальная фаза, характеризующая положе­ ние колеблющегося корабля в начальный момент времени ( t = О).

Таким обраэом, качка корабля характеризуется тремя параметрами:

-амплитудой или размахом;

-периодом иди частотой;

-сдвигом фазы колебаний по отнонеяию к внешнему воздействию.

Наибольшее отклонение корабля от положения равновесия называется амплитудой качки.

Продолжительность одного полного колебания, совершае­ мого кораблем, называется периодом качки К .

103

Число полных колебаний, совершаемых кораблем за проме­ жуток времени,, равный 2.0U с, называется частотой качки со . Частота со связана с периодом качки 'Ь зависимостью

23С

Чем меньше амплитуда и чем больше период, тем плавнее качка. Наряду с амплитудой колебаний g m в теории качки используется понятие размаха колебаний, равного удвоенной амплитуде (2- ут )

В практических задачах расчета качки угол 8 может характеризовать разность фаз между колебаниями корабля и колебаниями частиц жидкости, участвующих в волновом движе­ нии.

Основными видами качки корабля являются:

-бортовая качка - вращательное колебательное движе­ ние в поперечной плоскости;

-килевая качка - вращательное колебательное движе­ ние в продольной плоскости;

-вертикальная качка - поступательное колебательное движение вдоль вертикальной оси.

Дальнейшее изложение вопросов расчета качки корабля будем вести применительно к бортовой качке.

Расчетные формулы и зависимости для других видов качки приведем по аналогии с формулами для бортовой качки.

Бортовая качка корабля на тихой воде (в линейной поста­ новке задачи) описывается дифференциальным уравнением второго порядка:

но продольной оси, проходящей через центр тяжести корабля;

/Р*,- момент инерции присоединенной массы отно­ сительно той же оси;

Ne - коэффициент сопротивления качке;

Dh — поперечный коэффициент остойчивости.

104

В уравнении (3.2) член (их+й"3у. )-8 является моментом инерционных гидродинамических сил с учетом присоединенно­

105