Na toto téma se provádí laboratorní práce 2.1 (2 hodiny).

Když se plavidlo pohybuje po přímém kurzu a kormidlo je umístěno ve středové rovině, za nepřítomnosti větru a proudu je tahová síla pohonů vyvážena silami odporu vody vůči pohybu trupu lodi. Kormidlo a trup proudí symetricky kolem protiproudů vody a žádné síly nevychylují plavidlo. Při posunutí volantu do určitého úhlu α , na straně obrácené k proudění kolem se objeví zvýšený tlak na volant a snížený tlak na opačné straně volantu. Rozdíl tlaků na stranách listu kormidla vytváří sílu R, tlakem na list kormidla a v závislosti na rychlosti proudění vody na list kormidla, úhlu posunu, tvaru a ploše listu kormidla. Po posunutí kormidla se loď setrvačností ještě nějakou dobu pohybuje v přímém směru a poté se otočí ve směru posunu kormidla. Uvažujme o působení síly R na loď v prvním okamžiku po otočení kormidla.

Pojďme rozebrat sílu R podle pravidla rovnoběžníku na dvě složky síly: RU– kolmo k DP plavidla řídící síla, A Rx – v režii DP brzdná síla. Aplikujme dvě stejné a opačně nasměrované síly na těžiště lodi P 1 A R 2 rovnoběžné a rovné síle RU. Síly RU A R 2 tvoří dvojici sil a jejich točivý moment pan volal kroutící moment řízeníMr = Ru 0,5L kde 0,5L je rameno dvojice sil Ru a P 2 . Platnost RU při pohybu po přímém kurzu je určeno vzorcem:

Ru = k 1 k 2 s p 0,5 рSp (k υ υ) 2 (α+β s) Kde:

k 1 – součinitel zohledňující nárůst řídicí síly z instalace podložek řízení (1.15-1.2);

k 2 – koeficient, který zohledňuje vliv blízkosti listu kormidla k trupu plavidla (1,05-1,3 s menší mezerou, větší koeficient);

с р – úhlový koeficient. 5,15/1+ (2S r / h r 2) kde h r je výška listu kormidla, m;

ρ je hmotnostní hustota vody (pro sladkou vodu 102 kgf s 2 /m 4);

Sр – plocha listu kormidla, m 2 ;

k υ – koeficient. zohlednění změny rychlosti proudění vody na list kormidla v důsledku působení vrtule a trupu lodi (1,1-1,55, více při tlačení, méně u jednotlivých lodí);

υ – rychlost proudění vody na list kormidla, m/s;

α – úhel kormidla, stupně;

β с je úhel zkosení vodního toku za zádí způsobený obrysy plavidla. (pro jedno a tříšnekové lodě β c = 2-4 0, pro dvoušnekové lodě se 2 kormidly β c = 0 0).

Z obrázku je vidět, že při posunutí kormidla na loď začnou působit: moment otáčení pan , směřující k výchylce listu kormidla; platnost RU , posunutí lodi ve směru opačném k zatáčce a síle Rx , zvyšující se odpor vůči pohybu. Zvýšení odporu při posunu kormidla snižuje rychlost lodi (při přímém pohybu a udržování lodi v kurzu s 5stupňovými posuny kormidla se ztratí až 2% rychlosti), takže posunutím kormidla směrovka by neměla překročit 10 .

Posun a drift plavidla ve směru opačném k otáčení kormidla dosahuje největší hodnoty na zádi plavidla, což je třeba vzít v úvahu při zatáčkách a otáčkách v blízkosti nebezpečí.

Po překonání sil setrvačnosti se loď začne pohybovat po zakřivené trajektorii – cirkulaci. V tomto okamžiku je loď, stejně jako každé fyzické tělo pohybující se po křivce, vystavena odstředivé síle S , směřující ve směru opačném k zatáčce. Je aplikován na těžiště lodi a je úměrný její hmotnosti m , čtverec rychlosti υ s translační pohyb a je nepřímo úměrný poloměru zakřivení trajektorie pohybu r . C=mυs2/r .

Tato síla je s ramenem h (vzdálenost mezi těžištěm a středem plavidla) vytváří klopný moment Mkr = Ch, což způsobí, že se plavidlo převalí v opačném směru, než je zatáčka plavidla, což je také třeba vzít v úvahu při provádění ostré zatáčky a zatáčky (snížit rychlost a úhel natočení volantu). Cirkulace, její periody a prvky, viz výše.

Po zastavení pohonů prudce klesá tlak vody na list kormidla. Jak rychlost klesá, loď hůře reaguje na kormidlo a může ztratit kontrolu.. Při pohybu lodního šroubu „dozadu“ na straně kormidla přivrácené k lodnímu šroubu vzniká snížený tlak, proto se při posunutí kormidla „doprava“ naklání příď plavidla doleva a naopak, tzn. záď plavidla se naklání směrem ke kormidlu.

Síla tlaku na volant při couvání v prvním okamžiku je určena vzorcem: Ru = c y 0,5S ρ υ 2 , zvažte působení síly R když se loď pohybuje zpětně. Vychýlení volantu způsobuje točivý moment z několika sil R a R1, zvýšení odporu vody vůči pohybu trupu lodi a snížení rychlosti v důsledku působení síly R x a loď se snáší směrem k posunu kormidla. Při zpětném oběhu se vlivem síly řízení zvyšuje tlak vody na zadní část boku (síla R 1 y), směrem k němuž je volant posunut. Tato síla vytváří otočný moment opačný k otočnému momentu kormidla a celkový otočný moment v počátečním okamžiku oběhu v zádi je roven rozdílu mezi řídícími momenty a vodním odporem trupu lodi. Proto je i při stejném tlaku na volant agilita při řazení vpřed lepší než při zpátečce. Po určité době po začátku zatáčky se však úhlová rychlost začíná zvyšovat a hydrodynamické síly z vnější strany jsou větší než dynamická síla. R 1 r způsobené přeřazením volantu. V této době je moment otáčení plavidla součtem momentu kormidla a momentu polohy, což způsobuje zvýšení rychlosti otáčení. Velikost polohového momentu se blíží velikosti kormidlového momentu, takže posunutí kormidla v opačném směru nemusí dát požadovaný efekt a nevyřadí plavidlo z oběhu. Vzhledem k tomuto jevu by při couvání neměly být povoleny vysoké rychlosti otáčení a jízdy. Chcete-li nádobu vyřadit z oběhu, měli byste couvat „vpřed“ a řídit nádobu dopředu.

§ 24. Síly působící na trup plovoucího plavidla

Trup lodi plovoucí na vodě je vystaven stálým a dočasným silám. Konstanty zahrnují statické síly, jako je hmotnost plavidla a tlak vody na ponořenou část trupu - podpůrné síly. Dočasné síly zahrnují síly, které se objevují, když se loď houpe na drsné vodní hladině: setrvačné síly hmot lodi a odporové síly vody.

Síly působící na loď plovoucí dál klidná voda, i přes rovnost jejich výslednic jsou po délce těla rozmístěny nerovnoměrně. Podpůrné síly, jak známo, jsou rozloženy po délce podle objemu trupu ponořeného do vody a jsou charakterizovány tvarem útvaru podél rámů. Hmotnostní síly jsou rozloženy po délce trupu v závislosti na umístění jeho prvků, jako jsou přepážky, nástavby, stožáry, mechanismy, instalace, břemena atd. Ve skutečnosti se ukazuje, že v jednom úseku po délce korby trupu převažují tíhové síly nad podpěrnými silami a na druhé straně - naopak.

Rýže. 39. Prohnutí trupu lodi způsobené nerovnoměrným rozložením sil na něj působících. 1 - křivka síly hmotnosti; 2 - křivka podporových sil.

Z neúměrného rozložení po délce tělesa vznikají tíhové a podpěrné síly celkové vybočení lodní trup (obr. 39).

Při plavbě lodi po drsném povrchu působí na její trup podpůrné síly, které neustále mění svou velikost v jednotlivých úsecích délky lodi. Tyto síly dosahují své maximální hodnoty, když se loď pohybuje po kurzu kolmém ke směru vlny, jejíž délka je rovna délce lodi. Když vrchol vlny prochází blízko středové části, ve střední části trupu se tvoří přebytečné podpůrné síly a na koncích je jich nedostatek. V tomto případě má za následek nerovnoměrné rozložení podpěrných sil ohyb pouzdra(obr. 40, a). Po krátké době se loď přesune na dno vlny, zatímco přebytečné podpůrné síly se přesunou do konců, což způsobí vychýlení trupu(obr. 40, b).

Vlivem kývání plavidla, ke kterému dochází ve vlnách, působí na trup setrvačné síly, které na něj působí dodatečně, a při plavbě vysokou rychlostí proti velké přilétající vlně, kdy spodní část přídě narazí na vodu ( jev slamming), vznikají další rázová nebo dynamická zatížení.

VLASTNOSTI SETRVAČNÉ BRZDY NÁDOBÍ

Síly a momenty působící na loď.

Systém rovnic pohybu lodi v

Vodorovná rovina.

Manévrovací vlastnosti plavidla.

Požadavky na obsah informací o

Manévrovací vlastnosti plavidla.

Obecná informace o nájezdovém brzdění

Vlastnosti plavidla.

7. Vlastnosti couvání různé typy

Lodní pohonné systémy.

Brzdění plavidla.

Plavidlo jako objekt kontroly.

Dopravní námořní plavidlo se pohybuje na rozhraní dvou médií: vody a vzduchu, přičemž zažívá hydrodynamické a aerodynamické vlivy.

Aby bylo dosaženo specifikovaných parametrů pohybu, musí být nádoba řízena. V tomto smyslu loď je řízený systém. Každý řízený systém se skládá ze tří částí: řídicí objekt, řídicí zařízení a řídicí zařízení (stroj nebo člověk)

Řízení – Jedná se o takovou organizaci procesu, která zajišťuje dosažení určitého cíle odpovídajícího úkolu řízení.

Když loď pluje po širém moři, úkolem řízení je při zajišťování jeho přechodu z jednoho bodu do druhého po přímé trajektorii, udržování daného kurzu a jeho periodickém upravování po obdržení pozorování. V tomto případě kurz je řízená souřadnice, a proces udržování jeho konstantní hodnoty je účel řízení.

Okamžitá hodnota řady souřadnic určuje stav plavidla tento moment. Tyto souřadnice jsou: kurz, rychlost, úhel driftu, boční posunutí vzhledem k obecnému kurzu a atd. Oni jsou výstupní souřadnice. Naproti tomu souřadnice, které jsou důvody pro řízený pohyb se nazývají vstup . Tento úhel kormidla a otáčky vrtule . Při volbě hodnot vstupních souřadnic se řídicí zařízení (autopilot, navigátor) řídí hodnotami výstupních souřadnic. Tento vztah mezi účinkem a příčinou se nazývá zpětná vazba.

Uvažovaný řízený systém je uzavřený, protože obsluhuje ovládací zařízení (navigátor). Pokud ovládací zařízení přestane fungovat, pak se systém stane otevřeným a chování ovládacího objektu (plavidla) bude určováno stavem, ve kterém jsou ovládací prvky upevněny (úhel kormidla, frekvence a směr otáčení vrtule).

V disciplíně "Řízení lodi" jsou studovány úkoly řízení lodi, jejíž pohyb nastává v těsné blízkosti překážek, tzn. ve vzdálenostech srovnatelných s velikostí samotného řídicího objektu, což vylučuje možnost považovat jej za bod (např. jako v kurzu „Navigace“).

Síly a momenty působící na loď

Všechny síly působící na loď jsou obvykle rozděleny do tří skupin: hnací, vnější a reaktivní.

K stěhovákům se vztahuje na síly vytvářené ovládacími prvky, které udělují nádobě lineární a úhlový pohyb. Mezi tyto síly patří: tah vrtule, boční síla kormidla, síly vytvářené aktivními řídicími zařízeními (ACS) atd.

Na vnějšízahrnují tlak větru, mořské vlny a proudy. Tyto síly ve většině případů narušují manévrování.

K reaktivnímuse vztahuje na síly a momenty vyplývající z pohybu plavidla. Reakční síly závisí na lineární a úhlové rychlosti nádoby. Podle své podstaty se reaktivní síly a momenty dělí na setrvačné a neinerciální. Setrvačné síly a momenty jsou způsobeny setrvačností nádoby a připojených hmot tekutiny. Tyto síly vznikají pouze tehdy, když přítomnost zrychlení - lineární, úhlová, dostředivá. Setrvačná síla je vždy směrována ve směru opačném ke zrychlení. Při rovnoměrném přímočarém pohybu nádoby nevznikají setrvačné síly.

Neinerciální síly a jejich momenty jsou způsobeny viskozitou mořské vody, jedná se tedy o hydrodynamické síly a momenty. Při zvažování problémů s ovladatelností se používá pohyblivý souřadnicový systém spojený s plavidlem s počátkem v jeho těžišti. Kladný směr os: X – k nosu; Y – směrem k pravoboku; Z – dolů. Pozitivní odečet úhlu se provádí ve směru hodinových ručiček, avšak s výhradami ohledně úhlu posunu, úhlu driftu a úhlu směru větru.

Za kladný směr posunu kormidla se považuje posun, který způsobí cirkulaci ve směru hodinových ručiček, tzn. posun na pravobok (kormidlo se otáčí proti směru hodinových ručiček).

Za kladný úhel snosu se považuje úhel, při kterém proudění vody přichází z levé strany, a proto vytváří kladnou příčnou hydrodynamickou sílu na trup lodi. Tento úhel driftu nastává na pravém oběhu cévy.

Obecný případ pohybu lodi je popsán soustavou tří diferenciálních rovnic: dvě rovnice sil podél podélné osy X a příčné osy Y a rovnice momentů kolem svislé osy Z.

Pevnost plavidla- schopnost jeho těla nezřítit se nebo změnit svůj tvar pod vlivem stálých a dočasných sil

Síly působící na trup plovoucího plavidla

Na trup lodi působí dočasné a trvalé síly. Dočasné síly zahrnují síly, které vznikají při kývání lodi na drsné vodní hladině: setrvačné síly hmot lodi a síly odporu vody. Konstanty zahrnují statické síly, hmotnost plavidla a tlak vody na ponořenou část trupu - nosné síly. Síly působící na loď plovoucí na klidné vodě jsou i přes stejné výslednice rozloženy nerovnoměrně po délce trupu. Podpěrné síly jsou po délce rozloženy podle objemu trupu ponořeného do vody a vyznačují se tvarem útvaru podél rámů. Hmotnostní síly jsou rozloženy po délce trupu v závislosti na umístění jeho prvků, jako jsou stěžně, přepážky, mechanismy, nástavby, instalace, zatížení atd. Ukazuje se, že v jednom úseku po délce trupu jsou nosné síly převažují nad váhovými silami a na druhé straně - naopak.

Prohnutí trupu lodi způsobené nerovnoměrným rozložením sil, které na něj působí. 1 - křivka síly hmotnosti; 2 - křivka podporových sil.
Nerovnoměrné rozložení hmotnosti a podpůrných sil po délce trupu má za následek celkové podélné ohýbání trupu lodi. Tyto síly dosahují své maximální hodnoty, když se loď pohybuje po kurzu kolmém ke směru vlny, jejíž délka je rovna délce lodi. Když vrchol vlny prochází blízko středové části, ve střední části trupu se tvoří přebytečné podpůrné síly a na koncích je jich nedostatek.

V tomto případě má nerovnoměrné rozložení podpěrných sil za následek ohyb tělesa (a). Po krátké době se loď přesune ke dnu vlny, zatímco přebytečné podpůrné síly se přesunou ke koncům, což způsobí vychýlení trupu (b). Vlivem kývání plavidla, ke kterému dochází ve vlnách, působí na trup setrvačné síly, které na něj působí dodatečně, a při plavbě vysokou rychlostí proti velké přilétající vlně, kdy spodní část přídě narazí na vodu ( jev slamming), vznikají další rázová nebo dynamická zatížení.

Koncept síly lodi

Síla lodi je schopnost jejího trupu neměnit svůj tvar a nezřítit se pod vlivem dočasných a trvalých sil. Rozlišuje se obecná a místní síla plavidla.

Celková podélná pevnost lodního trupu je jeho schopnost odolat vnějším silám působícím po jeho délce.

Celkovou pevnost plavidla zajišťuje vodotěsný plášť, kterým je trup a horní paluba, podlaha ostatních palub, podélné přepážky s jejich nosnými konstrukcemi a všechny konstrukční spoje o délce větší než je výška boku.

Místní pevnost trupu je schopnost jeho jednotlivých konstrukcí odolávat dodatečným silám: především tlaku mořské vody a soustředěnému zatížení.

Pro zajištění lokální pevnosti jednotlivých konstrukcí je zajištěno speciální lokální vyztužení.

Lodní konstrukce musí být kromě pevnosti také stabilní, to znamená, že by neměly měnit svůj tvar vlivem tlakových sil (např. by nemělo docházet k vyboulení palub, prohýbání přepážek apod.). Pro zajištění potřebné stability konstrukcí se na ně instalují další výztuhy nebo jiné výztuhy.

Výpočet celkové pevnosti lodi spočívá v určení velikosti jejích pevných spojů a výpočtu vnitřních napětí, která v nich vznikají pod vlivem působících sil. Pokud výsledná napětí nepřekračují hodnoty povolené pro daný materiál, pak je pevnost nádoby zajištěna; pokud je to naopak, pak by se měla zvětšit velikost vazeb a znovu vypočítat pevnost. Pro takový výpočet je potřeba znát moment odporu průřezu uprostřed délky trupu lodi.

Ve stavební mechanice se těleso bere jako dutý kompozitní nosník složité struktury. Výpočet takového nosníku spočívá ve výpočtu momentu odporu tzv. ekvivalentního nosníku, což je běžný kompozitní nosník, jehož jednotlivé části mají plošné a výškové uspořádání podobné odpovídajícím prvkům pevných spojů trupu. podílí se na zajištění podélné pevnosti plavidla. Přibližně nejmenší hodnota momentu odporu je určena vzorcem

kde η je koeficient využití plochy průřezu rovný 0,5-0,55;

F - plocha průřezu podélných spojů;

H – výška boku lodi. Vnitřní napětí bvn během ohýbání nosníku, jak je známo, se zjistí podle vzorce

kde M je největší ohybový moment po délce nádoby. Ohybový moment závisí na výtlaku a délce nádoby a je vyjádřen vztahem

kde k je koeficient proporcionality pohybující se od 20 do 40 v závislosti na typu plavidla.

Všechny síly působící na loď jsou rozděleny do tří skupin:

Pohon;

Externí;

Reaktivní.

NA řízení síly zahrnují síly vytvářené řídicími prostředky: tah vrtule, boční síla směrového kormidla, síly vytvářené aktivními řídicími prostředky.

NA externí Síly zahrnují tlak větru, mořské vlny a aktuální tlak.

NA reaktivní síly zahrnují síly vznikající v důsledku pohybu plavidla pod vlivem hnacích a vnějších sil. Dělí se na inerciální- způsobené setrvačností plavidla a připojených mas vody a vyskytující se pouze za přítomnosti zrychlení. Směr působení setrvačných sil je vždy opačný než působící zrychlení. Neinerciální síly jsou způsobeny viskozitou vody a vzduchu a jsou to hydrodynamické a aerodynamické síly.

TLAČ VRTULE A ODOLNOST PROTI POHYBU NÁDOBÍ.

Aby se loď mohla pohybovat určitou rychlostí, musí na ni působit hnací síla, která překoná odpor vůči pohybu. Užitečný výkon potřebný k překonání odporu je určen vzorcem

kde R je odporová síla; V - rychlost pohybu.

Hnací sílu vytváří pracovní šroub, který jako každý mechanismus vynakládá část energie neproduktivně.

Poměr užitečného výkonu k vynaloženému výkonu se nazývá propulzní koeficient komplexu tělo-pohon. Koeficient pohonu charakterizuje potřebu energie plavidla k udržení dané rychlosti.

Maximální tah vrtule se vyvine v režimu kotvení (v případě, že loď kotví a její vozidlo má plnou rychlost vpřed). Tato síla je přibližně o 10 % větší než tah vrtule při plné rychlosti. Tah vrtule při zpětném chodu u různých plavidel je přibližně 70-80 % tahu vrtule při plné rychlosti.

PITCHING.

Pitching je oscilační pohyb, který loď dělá kolem své rovnovážné polohy.

Oscilace se nazývají volný, uvolnit(na klidné vodě), pokud je provádí loď po odeznění sil, které tyto vibrace způsobily (duch větru, trhnutí vlečného lana). Vlivem přítomnosti odporových sil (odpor vzduchu, vodní tření) volné vibrace postupně slábnou a ustávají. Oscilace se nazývají nucený, pokud k nim dochází vlivem periodických rušivých sil (dopadajících vln).

Pitching je charakterizován následujícími parametry (obr. 179):

amplituda θ- největší odchylka od rovnovážné polohy;

rozsah- součet dvou po sobě jdoucích amplitud;

období T- čas na dokončení dvou plných swingů;

akcelerace.

Válcování znesnadňuje ovládání strojů, mechanismů a zařízení vlivem vznikajících setrvačných sil, vytváří dodatečné zatížení pevných spojů lodního trupu a má škodlivý fyzický vliv na lidi.

Rýže. 179. Parametry valení: amplitudy θ 1 a θ 2; θ 1 + θ 2 rozpětí.

Existují pohyby rolování, náklonu a zvedání. Na válec k kmitům dochází kolem podélné osy procházející těžištěm nádoby, kdy kýl- kolem příčné. Válcování s krátkou periodou a velkými amplitudami se stává nárazovým, což je nebezpečné pro mechanismy a pro lidi je těžké to tolerovat.

Dobu volných kmitů nádoby v klidné vodě lze určit vzorcem T = c(B/√h, Kde V- šířka plavidla, m; h- příčná metacentrická výška, m; S- koeficient rovný 0,78 - 0,81 pro nákladní lodě.

Ze vzorce je zřejmé, že jak se metacentrická výška zvětšuje, perioda rolování se snižuje. Při návrhu plavidla se snaží dosáhnout dostatečné stability při mírném plynulém odvalování. Při plavbě na rozbouřeném moři musí navigátor znát periodu vlastních oscilací lodi a periodu vlny (dobu mezi dvěma sousedními hřebeny, které zasáhly loď). Pokud je perioda vlastních kmitů lodi rovna nebo blízká periodě vlny, pak dochází k rezonančnímu jevu, který může vést k převrácení lodi.

Při nahazování je možné, že se paluba zaplaví, nebo pokud je příď či záď odkrytá, narazí na vodu (bouchnutí). Navíc zrychlení vznikající při naklánění jsou podstatně větší než při válcování. Tuto okolnost je třeba vzít v úvahu při výběru mechanismů instalovaných v přídi nebo zádi.

Vertikální sklon způsobené změnou podpůrných sil při průchodu vlny pod lodí. Perioda vertikálního pohybu se rovná periodě vlny.

Aby se předešlo nežádoucím důsledkům účinků pitchingu, používají stavitelé lodí prostředky, které přispívají, když ne k úplnému zastavení pitchingu, tak alespoň ke zmírnění jeho rozsahu. Tento problém je zvláště akutní u osobních lodí.

Aby se zmírnilo naklánění a zaplavování paluby vodou, řada moderních lodí výrazně zvedá palubu v přídi a zádi (naprostá), zvětšuje prohnutí rámů přídě a navrhuje lodě s přídí a hovínkem. Zároveň jsou v přídi nádrže instalovány průzory deflektorů vody.

Ke zmírnění náklonu se používají pasivní neřízené nebo aktivně řízené stabilizátory náklonu.

Mezi pasivní sedativa patří: cule kýly, což jsou ocelové pláty instalované přes 30 - 50 % délky plavidla v oblasti podpaží podél linie toku vody (obr. 180). Mají jednoduchý design, snižují amplitudu náklonu o 15-20%, ale poskytují významnou dodatečnou odolnost vůči vodě vůči pohybu plavidla a snižují rychlost o 2-3%.

Rýže. 181. Palubní pasivní nádrže a poloha kapaliny v nich, když se loď houpe v rezonanci s vlnou.

Tyto nádrže jsou účinné za podmínek čerpání s dlouhou periodou. Ve všech ostatních případech nemírní, ale dokonce zvyšují jeho amplitudu.

V aktivní tanky(obr. 182) voda je čerpána speciálními čerpadly. Instalace čerpadla a automatického zařízení, které řídí provoz čerpadla, však výrazně komplikuje a zvyšuje náklady na konstrukci.