Силы и моменты, действующие на судно.

Все силы, действующие на судно, по принятой в настоящее время классификации разделяются на три группы: движущие, внешние и реактивные.

К движущим относят силы, создаваемые средствами управления с целью придания судну требуемого линейного и углового движения. К таким силам относятся упор гребного винта, боковая сила руля, силы, создаваемые САУ, и т. п.

Внешними являются силы давления ветра, волнения моря, течения. Эти силы, обусловленные внешними источниками энергии, в большинстве случаев создают помехи при маневрировании.

Реактивными считаются силы и моменты, возникающие в результате движения судна под действием движущих и внешних сил. Реактивные силы зависят от линейных и угловых скоростей.

По своей природе реактивные силы и моменты разделяются на инерционные и неинерционные.

Инерционные силы и моменты обусловлены инертностью судна и присоединенных масс жидкости. Эти силы возникают только при наличии ускорений — линейного, углового, центростремительного.

Инерционная сила всегда направлена в сторону, противоположную ускорению. При равномерном прямолинейном движении судна инерционные силы не возникают.

Неинерционные силы и их моменты обусловлены вязкостью забортной воды, следовательно, являются гидродинамическими силами и моментами. При рассмотрении задач управляемости обычно, как уже отмечалось, используется связанная с судном подвижная система координат с началом в ц. т.(тG) Положительное направление осей: X — в нос; Y— в сторону правого борта; Z — вниз. Положительный отсчет углов принимается по часовой стрелке, однако с оговорками в отношении угла перекладки, угла дрейфа и курсового угла ветра.

За положительное направление перекладки руля принимают перекладку, вызывающую циркуляцию по часовой стрелке, т. е. перекладку на правый борт (перо руля при этом разворачивается против часовой стрелки).

За положительный угол дрейфа принимается такой, при котором поток воды набегает со стороны левого борта и, следовательно, создает положительную поперечную гидродинамическую силу на корпусе. Такой угол дрейфа возникает на правой циркуляции судна.

Общий случай движения судна описывается системой из трех диф­ференциальных уравнений движения: двух уравнений сил — по продольной X и поперечной Y осям и уравнения моментов вокруг вертикальной оси Z.

Эта система в несколько упрощенном варианте имеет вид (1.5):

                                                      (1.5)

где      m – масса судна

λ₁₁ – присоединенные массы при движении по оси X;

λ₂₂ - присоединенные массы при движении по оси Y;

V_X – проекция скорости судна на ось X;

V_Y - проекция скорости судна на ось Y;

ω - угловая скорость судна;

J - момент инерции судна относительно оси Z;

R_X – продольная гидродинамическая сила на корпусе;

R_Y – поперечная гидродинамическая сила на корпусе;

P_E – полезная сила упора винта;

P_PX – продольная сила давления воды на руль;

P_PY – поперечная сила руля;

A_X – продольная аэродинамическая сила;

A_Y – поперечная аэродинамическая сила;

M_R – момент гидродинамической силы на корпусе;

M_A – момент аэродинамической силы;

M_P – момент поперечной силы руля.

Первое уравнение системы характеризует движение судна по оси «X» при разгоне и торможении, поэтому его решение позволяют оценивать инерционно-тормозные характеристики судна. Второе уравнение описывает закономерности поперечного смещения судна. Третье уравнение, характеризующее угловое движение, используется при оценки управляемости судов. Из данной системы видно, что при равномерном и прямолинейном движении судна, левые части уравнений будут равны нулю, а поперечного движения не будет. Исходя из этого система уравнений примет вид:

                P_e = R_X + A_X + P_PX

                                          G

                                                                                                   V_X

   P_PX     P_e                   A_X          R_X

Рисунок 1.5 -  Силы, действующие на судно при прямолинейном движении

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: