Контроль и регулирование движения судна (стр. 3 из 4)

М_Р = М_ТВ + М_ДВ

Аналогично наибольшие расчетные перерезывающие силы как для прогиба, так и для перегиба определяют алгебраическим суммированием наибольших значений перерезывающих сил, возникающих на тихой воде F_TB, с дополнительной волновой перерезывающей силой F_ДВ:

F_Р = F_ТВ + F_ДВ.

Способность корпуса выдерживать нагрузки, действующие на отдельные его перекрытия и связи, определяет местную прочность. Среди местных нагрузок выделяют гидростатическое давление при аварийных затоплениях отсеков, сосредоточенные и распределенные силы при приеме и снятии грузов в районе грузоподъемных устройств, реакции кильблоков при постановке в док, сосредоточенные силы при швартовке и буксировке, силы обжатия корпуса льдом при ледовой проводке судна.

Давление воды на поперечное сечение корпуса определяют с учетом движения судна на волнении, т. е. нагрузки на днище q_Д и на борта q_б вычисляют по осадке уровня волновой ватерлинии. Прочность палубных перекрытий должна обеспечивать восприятие поперечной равномерно распределенной нагрузки q_н.

Правилами постройки ледоколов и транспортных судов для плавания в ледовых условиях предусматривается комплекс конструктивных мероприятий по подкреплению корпуса, обеспечивающих безопасность плавания во льдах.

Днищевые перекрытия речных судов проверяют также на восприятие реакции платформ и кильблоков косяковых тележек при подъеме судов на слипы.

Регистром Украины утверждается инструкция по погрузке, выгрузке и балластировке для судов каждого типа. Отклонение от инструкции может привести к нарушению прочности, поэтому выполнение ее должно строго соблюдаться командным составом судна.

Прогиб (перегиб) судна можно уменьшить или устранить перемещением груза или запасов ближе к оконечностям (мидель-шпангоуту).

Использование моделирующих приборов для контроля загрузки с учетом необходимой посадки, остойчивости и прочности позволяет быстро и достаточно точно проверить несколько вариантов загрузки и выбрать приемлемый, а иногда и оптимальный вариант.

С ростом скорости, и размеров судов при плавании на волнении участились случаи слеминга, приводящего к повреждению днища и бортов судна. В наиболее тяжелых случаях повреждения охватывают до 30% длины судна в носу, а прогибы достигают 300 мм. что приводит к разрыву связей и обшивки корпуса, затоплению носовых трюмов.

Условия появления слеминга: волнение с встречных курсовых углов;

близость кажущегося периода волнения собственному периоду килевой качки; кажущаяся крутизна волны не менее 1/50; скорость вертикальных колебаний корпуса не менее 3,5 м/с. Днищевой слемннг появляется при осадке носом менее 0,04 - 0,05 длины судна.

Для судоводителя важно объективно оценить интенсивность удара вря слемииге для решения вопроса о поддержании скорости без опасения повредить корпус.

Регулирование и контроль за обеспечением местной прочности палубных перекрытий, платформ, двойного дна, люковых закрытий осуществляется: путем назначения для каждого перекрытия допускаемых удельных нагрузок. Величины этих нагрузок указаны на чертежах палуб судовой документации и обычно лежат в пределах 1,0—10 тс/м².

Ходкость—способность судна развивать с помощью движителей заданную скорость, преодолевая сопротивление окружающей среды — воды и воздуха. Сила сопротивления движению судна зависит от физических свойств среды. Важнейшими физическими характеристиками жидкости являются плотность и вязкость.

Плотностью называется величина, определяемая отношением массы вещества к занимаемому им объему, т/м³

r = m/V₁

где т — масса жидкости, т;

V₁ — объем, м⁸.

Вязкость (внутреннее трение) — свойство жидкостей оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. При течении вязкой жидкости в трубе ее скорость возрастает от нулевого значения у стенки трубы до максимального значения на оси. Между слоями, движущимися с разными скоростями, действуют касательные силы внутреннего трения: слой, перемещающийся быстрее, увлекает за собой слой, движущийся медленнее, а тот в свою очередь тормозит первый. Вязкость жидкостей увеличивается с понижением температуры; она характеризуется коэффициентами динамической h и кинематической v вязкости.

Вязкость жидкости, а также шероховатость поверхности вызывают изменение скорости обтекания вблизи поверхности корпуса. Благодаря молекулярным силам сцепления частицы воды, непосредственно соприкасающиеся с обшивкой корпуса, как бы прилипают к ней и движутся со скоростью, равной скорости судна. По мере удаления от поверхности корпуса скорость частиц в слое воды уменьшается. На некотором удалении частицы имеют скорость невозмущенного потока. Зона, в которой наблюдается изменение скоростей движения частиц жидкости, называется пограничным слоем.

Относительное смещение слоев воды в пограничном слое и изменение при этом гидродинамического давления вдоль смоченной поверхности корпуса вызывают сопротивление движению судна.

Полное сопротивление движению судна складывается из пяти основных составляющих:

R = R_T + R_Ф + R_B + R_BЧ + R_возд

Сопротивление трения R_T — равнодействующая сил трения, возникающих вследствие вязкости воды между корпусом движущегося судна и ближайшими к нему слоями воды пограничного слоя. Сопротивление трения зависит от скорости судна, размеров и формы смоченной поверхности корпуса и степени ее шероховатости:

R_T = x_T (r/2) v² W

где x_T — безразмерный коэффициент сопротивления трения;

v — скорость судна, м/с;

W — площадь смоченной поверхности корпуса, м².

Площадь смоченной поверхности определяют по теоретическому

чертежу или эмпирической формуле:

W = L(1,36T + 1,13dВ),

где L, В, Т — главные размерения судна, м;

d — коэффициент полноты водоизмещения корпуса.

Снижение сопротивления трения на практике достигают устранением шероховатости наружной обшивки, периодическими очисткой и окраской подводной части корпуса стойкими и самополирующимися красками мелкой зернистости, планомерной борьбой с обрастанием корпуса водорослями и ракушками у судов смешанного плавания.

Сопротивление формы R_Ф образуется при понижении давления воды за кормой судна и появлении добавочных сил, препятствующих его движению. Равнодействующая сил, возникающих вследствие разности гидродинамических давлений вдоль корпуса и зависящих от его формы, называется сопротивлением формы:

R_Ф = x_Ф(r/2) v² W

где x_Ф — безразмерный коэффициент сопротивления формы.

Сопротивление формы может быть уменьшено при проектировании корпуса судна путем улучшения его обтекаемости, увеличения отношения L/B и обеспечения примыкания кормовых ветвей ватерлинии к ДП в подводной части корпуса под возможно меньшими углами.

Волновое сопротивление R_B обусловлено влиянием волн на распределение гидродинамических давлений вдоль смоченной поверхности судна:

R_В = x_В(r/2) v² W

где x_В — безразмерный коэффициент волнового сопротивления (находят по специальным графикам, составленным по результатам модельных испытаний судна).

Для уменьшения волнового сопротивления задаются возможно большими значениями отношения L/B и коэффициента продольной полноты. При прочих равных условиях достигается значительное уменьшение волнового сопротивления у катамаранов. С целью снижения волнового сопротивления корпуса морских судов изготовляют с носовыми бульбами.

Сопротивление формы и волновое сопротивление образуют остаточное сопротивление, определяемое по модельным испытаниям судна в опытовом бассейне:

R_O = R_Ф + R_B

Сопротивление выступающих частей R_BЧ образуется сопротивлением рулей, насадок, кронштейнов гребного вала и других выступающих частей корпуса. Конструкторы стремятся уменьшить сопротивление выступающих частей, придавая им хорошо обтекаемую форму и сокращая их число.

Сопротивление воздуха R_В03Д характеризует воздействие на судно воздушной среды. При проектировании судна для уменьшения сопротивления воздуха надстройкам придают обтекаемую форму и максимально уменьшают их размеры.

Двигатели, с помощью которых судно приводится в движение, называются главными. Главные двигатели вместе с оборудованием, необходимым для их работы, составляют главную энергетическую установку судна.

На морских судах в качестве главных двигателей устанавливают двигатели внутреннего сгорания (дизели), реже — паровые и газовые турбины. На судах старой постройки сохранились паровые машины. Все перечисленные двигатели являются тепловыми, т. е. вырабатывают механическую энергию из тепловой. Теплота выделяется при сгорании нефтяного топлива или, в атомных установках, при делении атомных ядер.

Тепловые двигатели различают по роду рабочего тела, при расширении которого теплота превращается в работу. В двигателях внутреннего сгорания и газовых турбинах рабочим телом служит смесь газов, получаемая при сгорании топлива. В паровых машинах и турбинах рабочим телом служит водяной пар.