Расчет элементов циркуляции и инерционных характеристик судна

Расчет элементов циркуляции и инерционных характеристик судна

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«МОРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕНАЯ АКАДЕМИЯ

ИМЕНИ АДМИРАЛА Ф.Ф.УШАКОВА»

Кафедра «Управление судном»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по выполнению курсовой работы по дисциплине "Управление судном"

Тема: "Расчет элементов циркуляции и инерционных характеристик судна"

Методические указания составлены:

доцентом Мироновым А.В.,

ст. преподавателем Кирилловым С.А.

Утверждены на заседании кафедры

Новороссийск

1.      Общие положения курсовой работы

В соответствии с Резолюцией ИМО А.160 (ES.IV) и параграфа 10 Правила II/I Международной конвенции о подготовке и дипломировании моряков и несению вахты 1978 г. на каждом судне должна быть представлена информация о маневренных характеристиках.

Выполнение курсовой работы по дисциплине «Управление судном» предусматривает более глубокое изучение вопросов, связанных с определением маневренных элементов судна.

Задание по КР включает в себя расчеты элементов циркуляции и инерционны свойств судна, а также составление типовой таблицы маневренных элементов по полученным результатам.

Курсовая работа выполняется курсантами 5 курса судоводительского факультета в 10 семестре после изучения Раздела 3 (темя 13-17) типовой программы дисциплины «Управление судном».

Курсовая работа включает следующие темы:

Определение элементов циркуляции судна расчетным способом.

Расчет инерционных характеристик судна, включающих в себя пассивное торможение, активное торможение и разгон судна при различных режимах движения.

Расчет увеличения осадки судна при плавании на мелководье и в каналах.

Составление таблицы маневренных элементов судна на основании результатов расчета (расчетно-графическая часть работы).

Курсовая работа оформляется в соответствие с существующими требованиями.

Размерность физических величин в используемых формулах должна соответствовать приведенной в разделе «Условные обозначения», если в тексте МУ не оговорено иное.

После проверки курсовой работы преподавателем учащийся в назначенный срок защищает ее на кафедре.

2.      Условные обозначения

Δ       -        объемное водоизмещение, м3        -        весовое водоизмещение судна, т         -        длина судна между перпендикулярами, м

В       -        ширина судна, м -        осадка, м   -        скорость полного хода, м/сн         -         начальная скорость для конкретного маневра, м/с

Св     -        к-т общей полноты

См    -        к-т полноты мидельшпангоута

Сд     -        к-т полноты ДП

Су     -        к-т подъемной силы пера руля

η       -        пропульсивный коэффициент

λ11    -        коэффициент присоединенной массы

α       -        угол поворота судна, град

β       -        угол дрейфа судна на циркуляции, град

δр     -        угол перекладки руля, град

θ        -        угол крена, град

ψ       -        угол дифферента, градр       -        длина пера руля, мр    -        высота пера руля, м

λр     -        относительное удлинение пера руля

Ар    -        площадь пера руля, м2

Ад     -        площадь погруженной части ДП судна, м2

Ам    -        площадь погруженной части мидельшпангоута, м2в        -        диаметр гребного винта, мв      -        шаг винта, м       -        частота вращения винта, 1/с -         индикаторная мощность главного двигателя, л.с.е  -        эффективная мощность, л.с.

Мш   -        момент на швартовых

Рзх    -        упор винта на швартовых на заднем ходу, тс

Т1     -        время первого периода, с

Т2     -        время второго периода, с

Тр     -        время реакции судна на перекладку руля, с

Тц     -        период циркуляции, с

Д0     -        диаметр установившейся циркуляции, м

Дт     -        тактический диаметр циркуляции, м

Дк     -        диаметр циркуляции кормовой оконечности судна, м      -        выдвиг, м   -         прямое смещение, м

ΔS     -        ширина полосы движения на циркуляции, м  -        инерционная постоянная, мт     -        тормозной путь при активном торможении, мт       -        время активного торможения, сп  -        тормозной путь при пассивном торможении, мп     -        время пассивного торможения, ср  -        путь разгона судна, мр         -        время разгона судна, мин   -        ускорение свободного падения, м/с2

3.      Задание по разделу «Определение элементов циркуляции судна»

Все элементы циркуляции определяются для двух водоизмещений судна (в грузу и в балласте) с полного переднего хода с положением руля «на борт» (35°) и «полборта» (15°).

Результаты расчета сводятся в таблицу и по ним строится кривая циркуляции для двух водоизмещений и двух перекладок руля.

циркуляция инерционный судно

.1      Методика расчета элементов циркуляции

Диаметр установившейся циркуляции с некоторыми допущениями рассчитывается по эмпирической формуле Шенхера [3].

,

где    К1 - эмпирический коэффициент, зависящий от отношения ;

.

Таблица значений коэффициента К1

Площадь пера руля определяется по формуле:

,

где    А - эмпирический коэффициент, определяемый по формуле:

.

Коэффициент подъемной силы пера руля Су может быть найден по формуле:

,

где    ;

 (в расчете принимать ).

Тактический диаметр циркуляции можно определить по формулам:

в грузу:                                  ;

в балласте:                   ,

где    Дт - тактический диаметр циркуляции при перекладке руля «на борт».

Зависимость тактического диаметра циркуляции от угла перекладки руля выражается формулой:

.

Выдвиг и прямое смещение рассчитываются по формулам:

,

,

где    К2 - эмпирический коэффициент, определяемый по формуле:

,

где    - относительная площадь пера руля, выраженная в процентах от площади погруженной части ДП:

.

Угол дифферента определяется по формуле:

.

Диаметр циркуляции кормовой оконечности судна можно определить по формуле:

,

где    .

Поступательная скорость на установившейся циркуляции определяется по приближенным формулам:

при перекладке руля «на борт»              ;

при перекладке руля «пол борта»                  

Период установившейся циркуляции определяется по формуле:

.

Ширина полосы движения судна на циркуляции определяется по формуле:

.

.2      Методика построения циркуляции судна

Кривую эволюционного периода циркуляции можно построить из дуг окружностей переменных радиусов. После поворота судна на угол 180° радиус циркуляции считается постоянной величиной.

Величина радиуса циркуляции постоянно уменьшается от наибольшего значения в начале поворота до значения поворота радиуса установившейся циркуляции.

Относительные значения радиусов неустановившейся циркуляции в зависимости от угла поворота судна и угла перекладки руля показаны в таблице:

Таблица значений Rн/Rц

где    Rн - радиус неустановившейся циркуляции;- радиус установившейся циркуляции.

Порядок построения циркуляции:

.        Проводим линию первоначального курса и откладываем на ней в выбранном масштабе отрезок пути судна, пройденного за маневренный период:

.

.        Рассчитываем средний радиус поворота судна на угол 10° по данным таблицы. Для этого, например, выбираем из таблицы от ношение радиусов Rн/Rц при углах поворота на 5° и 10° при р = 35. Эти значения будут равны 4,4 и 3,2.

Отсюда:     .

Затем рассчитываем средние радиусы поворота судна в интервалах от 10° до 30° и т.д.

.        Кривую циркуляции судна строим (аппроксимируем) из ряда дуг окружностей различных радиусов до угла поворота на 180°.

.        Построив кривую циркуляции в эволюционном периоде завершаем построение, описав окружность радиусом установившейся циркуляции до угла поворота на 360° (рис. 1)

Рис. 1. Схема построения циркуляции судна

4.      Задание по разделу «Определение инерционных характеристик судна»

Инерционные характеристики должны быть рассчитаны при маневрах ППХ-ПЗХ, СПХ-ПЗХ, МПХ-ПЗХ, ППХ-СТОП, СПХ-СТОП, МПХ-СТОП, разгон из положения СТОП-ППХ.

Перечисленные характеристики представляются в виде графиков для водоизмещений судна в грузу и в балласте. Результаты расчета сводятся в таблицу:

.1      Методика определения инерционных характеристик судна

.1.1   Активное торможение

Активное торможение рассчитывается в три периода.

Расчет ведется до полной остановки судна (Vк = 0).

Принимаем , .

Определяем сопротивление воды движению судна на полном ходу по формуле Рабиновича:

,

где    .

Инерционная постоянная:

,

где    m1 - масса судна с учетом присоединенной массы:

Упор винта на заднем ходу:

,

где    ;е = η ∙ Ni;

η может быть определена по формуле Эмерсона:

.

Путь, пройденный в первом периоде:= Vн ∙ Т1

Скорость судна в конце второго периода:

.

Путь, пройденный судном во втором периоде:

.

Путь, проходимый судном в третьем периоде:

.

Время третьего периода:

Общий путь и время торможения:

т = S1 + S2 + S3т = t1 + t2 + t3

.1.2   Пассивное торможение

Расчет ведется до скорости Vк = 0,2 ∙ V0.

Определяем время пассивного торможения:

,

.

.2      Разгон судна

Расчет судна ведется до скорости Vк = 0,9 ∙ V0

Определяем путь и время разгона по эмпирической формуле:р = 1,66 ∙ С

,

где    С - коэффициент инерционности, определяемый по выражению:

,

где    Vк, узлы;е, л.с.

5.      Расчет дополнительных данных для таблицы маневренных элементов

.1      Увеличение осадки судна на мелководье

Величина увеличения осадки судна на мелководье может быть рассчитана по формулам института гидрологии и гидромеханики Украины (формула Г.И. Сухомела), модифицированным А.П. Ковалевым [13]:

   при  

     при  

где    - отношение глубины моря к средней осадке;- коэффициент, зависящий от отношения длины к ширине судна.

Таблица для определений k

Результаты расчета представляются в виде графика зависимости dк = f(V) при соотношении h/d = 1,4; 2,0; 3,0.

Дополнительное приращение осадки при плавании в канале:

,

где    k' - коэффициент, зависящий от отношения площадей сечения канала и погруженной части мидельшпангоута.

Таблица для определения k'

Результаты расчета представляются в виде графика зависимости dк = f(V) при соотношении h/d = 1,4 и Ак/Ам = 4; 6; 8.

.2      Увеличение осадки судна от крена

Увеличение осадки при различных углах крена рассчитывается по формуле:

Результаты расчета представлены в табличной форме для углов крена до 10º.

.3      Определение запаса глубины на ветровое волнение

Волновой запас глубины определяется в соответствии с приложением 3 РШС-89 для высот волн до 4 метров и представляется в табличной форме.

.4      Маневр «Человек за бортом»

Одним из видов маневра судна «Человек за бортом» является разворот с выходом на контркурс. Выполнение этого маневра зависит от выбора угла отклонения судна от первоначального курса (α). Величина угла α определяется по формуле:

где    Тп - время перекладки руля с борта на борт (Тп = 30 сек);ср - средняя скорость на циркуляции, определяемая из выражения:

Построение схемы маневра выполняется по данным циркуляции, рассчитанным в разделе 3.

Литература

1.      Войткунский Я.И. и др. Справочник по теории корабля. - Л.: Судостроение, 1983.

.        Демин С.И. Приближенное аналитическое определение элементов циркуляции судна. - ЦБНТИ ММФ, экспресс-информация, серия «Судовождение и связь», вып. 7(162), 1983, с.14-18.

.        Знамеровский В.П. Теоретические основы управления судном. - Л.: Издательство ЛВИМУ, 1974.

.        Карапузов А.И. Результаты натурных испытаний и расчет маневренных элементов судна типа «Прометей». Сб. Безопасность мореплавания и ведения промысла, вып. 79. - Л.: Транспорт, 1987.

.        Мастушкин Ю.М. Управляемость промысловых судов. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981.

.        Рекомендаций по организации штурманской службы на судах Минморфлота СССР (РШС-89). - М.: Мортехинформреклама, 1990.

.        Справочник капитана (под общей редакцией Хабура Б.П.). - М.: Транспорт, 1973.

.        Судовые устройства (под общей редакцией Александрова М.Н.): Учебник. - Л.: Судостроение, 1988.

.        Цурбан А.И. Определение маневренных элементов судна. - М.: Транспорт, 1977.

.        Управление судном и его техническая эксплуатация (под общей редакцией Щетининой А.И.). - М.: Транспорт, 1982.

.        Управление судами и составами (Соларев Н.Ф. и др.). - М.: Транспорт, 1983.

.        Управление крупнотоннажными судами (Удалов В.И., Массанюк И.Ф., Матевосян В.Г., Ольшамовский С.Б.). - М.: Транспорт, 1986.

.        Ковалев А.П. К вопросу о «проседании» судна на мелководье и в канале. Экспресс-информация, серия «Безопасность мореплавания», вып 5,1934. - М.: Мортехинформреклама.

.        Гире И.В. и др. Испытания мореходных качеств судов. - Л.: Судостроение, 1977.

.        Ольшамовский С.Б., Миронов А.В., Маричев И.В. Совершенствование маневрирования крупнотоннажными судами. Экспресс-информация, серия «Судовождение связь и безопасность мореплавания», вып. 11(240). - М.: Мортехинформреклама, 1990.

.        Экспериментальное и теоретическое определение маневренных элементов судов НМП для составления формуляров маневренных характеристик. Отчет о НИР УДК. 629.12.072/076. - Новороссийск, 1989.

Исходные данные