Дрейф судна с остановленными двигателями

 Иногда судну приходится длительное время находиться в море с остановленными двигателями (ожидание светлого времени, неисправность двигателя, ожидание распоряжений и т. п.). При наличии ветра судно в данных обстоятельствах дрейфует с некоторой скоростью, направление которой в общем случае не совпадает с направлением действующего ветра.

При установившемся дрейфе аэродинамическая сила А уравновешивается гидродинамической силой R. Для равновесия судна по курсу необходимо, чтобы аэро- и гидродинамическая силы действовали в одной плоскости. При этом условии аэро- и гидродинамический моменты уравновешивают друг друга.

Указанному условию соответствуют положения судна носом или кормой строго против ветра, однако это случаи неустойчивого равновесия, так как при любом случайном отклонении ДП от данного направления возникает поперечная аэродинамическая сила, момент которой стремится развернуть судно еще больше от линии ветра. Одновременно возникает поперечная гидродинамическая сила, момент которой разворачивает судно в том же направлении, что и аэродинамический момент (рис. 3.5).

Действующие при свободном дрейфе силы и их моменты стремятся развернуть судно приблизительно лагом к ветру, следовательно, где-то вблизи этого направления и должно быть положение устойчивого равновесия. Данный вывод подтверждается опытом: суда в установившемся свободном дрейфе располагаются примерно лагом к ветру.

Рисунок 3.5  - Силы и моменты, действующие на судно в свободном дрейфе

Аналитическое определение условий устойчивого свободного дрейфа выражается системой трех уравнений (1.1), которые для случая установившегося режима, т. е. при отсутствии инерционных сил, а также равенства нулю силы упора винта и силы на руле, имеют вид:

                          Rx = Ax

Ry = Ay                                                                                (3.17)

                          M_R = M_A

Система (3.17) выражает условие равновесия аэро- и гидродинамических сил по осям X и Y, а также равновесие аэро- и гидродинамического моментов вокруг оси Z.

Продольная гидродинамическая сила R_x выражается зависимостью 3.18:

                                                             (3.18)

где С x — коэффициент продольной гидродинамической силы, который для движения с углом дрейфа может быть получен по эмпирической формуле 3.19:

                                          (3.19)

Продольная аэродинамическая сила А_х выражается приближенной формулой:

                          Ax = 1.3 QxW²cosq_W                           (3.20)

где Qx — лобовая площадь парусности, м².

Ранее были приведены формулы для выражения поперечных сил и их коэффициентов: (3.2), (3.6), (3.7) и (3.11).

Условие равновесия одновременно по осям X и Y можно получить, если поделить второе уравнение на первое системы (3.17):

                                                                                   (3.21)

Подставляя в найденное условие выражения (3.2), (3.6), (3.18) и (3.20), окончательно получим

                             (3.22)

Полученное выражение дает возможность для любого значения угла дрейфа «а» определить значение курсового угла ветра q_W  при котором обеспечивается равновесие сил по продольной и поперечной осям одновременно.

Второе условие устойчивого свободного дрейфа выражается равновесием аэро- и гидродинамического моментов относительно вертикальной оси, проходящей через ЦТ судна.

Если разделить третье уравнение на второе системы (3.17), то, учитывая, что отношение момента к силе равняется плечу этой силы, получим указанное условие в виде равенства плеч аэро- и гидродинамической сил:

                   ℓ_R = ℓ_A                                                                    (3.23)

Подставляя значения плеч из формул (3.3) и (3.4) и учитывая при этом, что ЦБС располагается, как правило, достаточно близко к ЦТ судна (ℓ_ЦБС= 0), получим окончательно второе условие равновесия при свободном дрейфе

                                         q_w= 2(а⁰ – 45⁰ + 180 ℓ_цп)                                  (3.24)

Рисунок 3.6 - Положение судна при свободном дрейфе в зависимости от знака смещения ЦП от ЦТ:

а) ЦП смещен в нос от ЦТ;  б) ЦП смещен в нос от ЦТ.

Положение устойчивого равновесия при дрейфе с остановленными двигателями будет иметь место при одновременном выполнении двух условий, выражаемых формулами (3.22) и (3.24).

На большинстве морских судов коэффициент 6 находится в пределах 0,6 - 0,8, а отношение d/L--в пределах 0,03 - 0,07, поэтому можно приближенно принять средние постоянные значения:

δ = 0.7; d/L = 0.05.

Положения судна при свободном дрейфе в зависимости от знака ℓ_цп и действующей силы показаны на рис.3.6.

При свободном дрейфе практически важно знать не только направление движения, но и скорость судна относительно воды V.

                                                      (3.25)

⇐ Предыдущая10111213141516171819Следующая ⇒

Поделиться: