Файл: Скворцов, М. И. Теория и практика решения задач кораблевождения с учетом влияния систематических ошибок учебник.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.10.2024
Просмотров: 85
Скачиваний: 0
§ 2.2. В Л И Я Н И Е ВЕТРА НА ПУТЬ И СКОРОСТЬ КОРАБЛЯ
Учет влияния ветра и волнения моря на путь и ско рость корабля является не только необходимой предпосыл кой повышения точности счислений, но и основой выбора оптимального по избранному критерию (обычно — по вре мени) маршрута перехода в соответствии с прогнозом по
годы. Как известно |
[65], [66], |
уже при первых эксперимен |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
тальных |
|
плаваниях |
|
транс |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
портных |
|
судов приближен |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
но оптимальными |
маршру |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
тами |
через |
Атлантический |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
океан |
сокращение |
времени |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
перехода |
составляло |
|
в сред |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
нем |
2—3%. |
|
Заметим, |
что |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
дрейфомеры, |
которыми |
ос |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
нащаются |
современные |
над |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
водные |
корабли, |
позволяют |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
измерять |
угол |
или |
скорость |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
дрейфа |
в |
любой |
настоящий |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
момент |
времени, |
но |
оказы |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
ваются |
бесполезными, |
если |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
надо |
предвидеть, |
каков |
бу |
||||||
Рис. |
2.1. |
Система |
прямоугольных |
дет дрейф |
при |
некоторых |
||||||||||
заданных |
|
условиях, |
т. е. |
|||||||||||||
координат. |
Продольная |
и |
попе |
|
||||||||||||
проблемы |
|
предвычисления |
||||||||||||||
речная составляющие вектора |
ско |
|
||||||||||||||
рости |
перемещения |
корабля |
отно |
дрейфа |
не |
снимают. |
Даже |
|||||||||
|
сительно |
водной среды |
|
самый |
точный |
лаг |
|
не |
мо |
|||||||
жет |
решить |
проблемы |
предвычисления |
скорости |
|
хода |
||||||||||
корабля |
при |
заданных |
метеорологических |
условиях. |
|
|||||||||||
Выберем жестко связанную с кораблем систему прямо угольных координат (рис. 2.1) таким образом, чтобы ось Ох была горизонтальна, параллельна диаметральной плоскости и направлена к носу корабля, а ось Оу гори зонтальна и направлена в сторону правого борта. Введем обозначения^
V'— вектор относительной скорости (скоро сти перемещения корабля относительно водной среды);
Vp —скорость относительного перемещения;
а — угол дрейфа (угол между осью Ох и на правлением вектора Vp);
60
Кл . = V cose—скорость |
хода |
(продольная |
проекция |
||||||||||
|
|
вектора |
относительной |
скорости); |
|
||||||||
Vy |
— V s i n « — скорость |
дрейфа |
|
(поперечная |
проекция |
||||||||
|
|
вектора |
относительной |
скорости); |
|
|
|||||||
|
W— вектор |
скорости относительного |
|
(«кажу |
|||||||||
|
|
щегося») ветра (вектор скорости потока |
|||||||||||
|
|
воздуха, -обдувающего надводную часть |
|||||||||||
|
|
корпуса корабля, определяемый в систе |
|||||||||||
|
|
ме |
координат, жестко |
связанной |
с |
ко |
|||||||
|
|
раблем); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
W — скороств |
относительного ветра; |
|
|
|
||||||||
|
qw—курсовой |
|
угол |
относительного |
ветра |
||||||||
|
|
(угол |
между |
осью |
Ох |
и |
направлением, |
||||||
|
|
противоположным |
|
направлению |
векто |
||||||||
|
|
ра |
¥ ) |
. _ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Определение |
вектора |
W затрудняется |
турбулентностью, |
||||||||||
зависимостью от |
высоты |
над |
поверхностью |
моря, |
|
влия |
|||||||
нием |
надстроек |
корабля. |
Поэтому |
будем |
считать, |
что |
|||||||
всегда применяется единообразная методика измерений и обработки их результатов: скорость и направление отно сительного ветра измеряются в возможно более высоко рас положенной точке, где вызываемые надстройками возму щения ветрового потока минимальны, в течение времени
осреднения, не меньшего 100 секунд. По |
результатам каж |
||
дого |
измерения рассчитывается вектор |
истинного |
ветра, |
по ряду значений которого вычисляется |
его среднее_ зна |
||
чение, а по последнему — среднее значение вектора |
W ско |
||
рости |
относительного ветра. |
|
|
Дрейф. Применяемые ныне способы косвенного оцени вания угла ветрового дрейфа самоходного судна исходят из следующих основных допущений:
— вектор W считается не зависящим от высоты над
поверхностью |
моря и неизменным по времени; |
||
— можно |
отвлекаться от |
вызываемых |
качкой и |
рысканием |
корабля изменений |
приложенных |
к нему |
сил. |
|
|
|
Тогда зависимость между проекциями на ось Оу сумм сил, приложенных к подводной и надводной частям кор
пуса корабля, выражается |
уравнением |
|
1 - CyoPoSnVl |
= ± CyPSH W\ |
(2.23) |
61
где р0 —плотность воды; Р—плотность воздуха;
S„ — площадь проекции подводной части корпуса корабля на диаметральную плоскость;
5 Н — площадь проекции надводной части на диаме тральную плоскость корабля;
С0 — коэффициент поперечной составляющей силы
давления воды на подводную часть корпуса;
Су — коэффициент |
поперечной |
составляющей |
силы |
|
давления воздуха на надводную часть корпуса. |
||||
Опубликованные в литературе |
способы предвычисления |
|||
угла ветрового дрейфа |
можно разделить на две группы. |
|||
К первой относятся |
способы, |
в |
которых для |
реше |
ния уравнения (2.23) относительно угла дрейфа использу ются значения коэффициентов Су0 и Су, наблюденные в модельном эксперименте, при продувках сдвоенных моде лей подводной и надводной частей корабля в аэродинами ческой тру.бе [45], [81, ч. 10], [20], [21]. Эти способы позво ляют получить правильное представление о характере за
висимости угла дрейфа |
от факторов, |
его |
определяющих, |
но при распространении |
полученных |
ими |
результатов на |
натуру возможны значительные систематические ошибки,
обусловленные приближённостью подобия модели |
натуре |
||
и |
пренебрежением |
неравномерностью ветрового |
потока. |
В |
способах второй |
группы [54], [77] зависимости, |
исследо |
ванные в модели с точностью до постоянных коэффициен |
|||
тов, используются для |
определения этих |
коэффициентов из |
||||
наблюденных в |
натуре |
значений |
углов |
дрейфа. |
||
Применив к |
подводной |
части |
корпуса |
основные выво |
||
ды теории подъемной |
силы |
крыла малого |
удлинения [77], |
|||
можно принять |
|
|
|
|
|
|
где |
с0 , |
Cj—постоянные коэффициенты; |
||||
|
/о ( а ) —некоторая |
функция |
угла |
дрейфа; |
||
X = |
2T2:Sa—удлинение |
|
подводной |
части корпуса ко |
||
|
|
рабля; |
|
|
|
|
|
|
Т — средняя |
осадка. • |
|
|
|
Для |
надводной части |
корпуса |
можно• считать |
|||
|
|
Cy |
= |
c7fx(qw), |
|
(2.25) |
62
где |
с7 |
— постоянный |
коэффициент; |
|
|
|
||||||||
Л (<7IP) — некоторая |
|
функция |
курсового |
угла относи |
||||||||||
|
|
|
тельного |
ветра. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Введем |
обозначения: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
— разность средних осадок корабля: факти |
|||||||||||
|
|
|
ческой |
|
и |
при |
нормальном |
водоизмеще |
||||||
|
|
|
нии, м; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
L—длина |
корабля |
по |
ватерлинии, |
м; |
|||||||
5 п ( н ) , 5 Н ( Н ) — п л о щ а д и |
проекций |
подводной |
и |
надводной |
||||||||||
|
|
|
частей |
корпуса |
при |
нормальном |
водоизме |
|||||||
|
|
|
щении, |
м2 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Тогда |
приближенно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
S« = |
Л |
_ |
^ |
_ |
|
. V |
i= |
( 1 |
_ |
W |
) ф 1 ! , |
(2.26) |
||
° п |
V |
|
лп(н) |
н'(н) / |
Л П ( Н ) |
|
|
|
°>n(H) |
|
||||
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
kx = |
^ |
m |
+ / " " " Z.. |
|
|
(2.27) |
||||
С. |
И. Демин |
предложил |
[20] |
за |
один из |
|
аргументов |
|||||||
при предвычислении угла ветрового дрейфа принимать не относительную скорость V а ее продольную проекцию (скорость хода) Vx. Это, безусловно, целесообразно, по скольку по принципу устройства величину V непосред ственно измеряют только забортные лаги. Остальные же относительные лаги, если они правильно сконструированы и установлены, должны измерять величину \'х. Считая от
ношение |
плотностей |
воды и воздуха величиной постоян |
|
ной и пренебрегая изменением |
коэффициента Сн 0 , проис |
||
ходящим |
вследствие |
изменения |
удлинения подводной ча |
сти корпуса при отклонении водоизмещения от нормаль ного (при большой величине AT это изменение может быть учтено введением дополнительного поправочного коэффи
циента), получим |
уравнение |
(2.23) |
в |
виде |
|
|
|
/о (*.) sec2 |
а = х ^ , |
|
(2.28) |
||
где |
|
|
|
|
|
|
/? 1 |
= |
( 1 - ¥ П - ^ / : |
1 Ы ; |
(2.29) |
||
х — коэффициент, |
зависящий |
от типа |
корабля |
(для всех |
||
однотипных кораблей |
одинаковый). |
|
|
|
||
63