Большие пассажирские суда . . . . Средние и малые пассажирские суда Большие сухогрузные суда . . . . Средние » » . . . . 2 глава
Рис. 4.22. Бульбовая форма носовой оконечности (рис. 4.22), что особенно эффективно на судах с высокой относительной скоростью (более 0,25—0,26), а также на тихоходных судах с большими коэффициентами общей полноты и малыми отношениями I./В, к которым относятся, например, современные танкеры. В частности, на танкерах типа «София» применение «бульбы» позволило на 5 % увеличить скорость при прежней мощности (что равносильно уменьшению мощности, необходимой для достижения заданной скорости, на 15 %, т. е. примерно на 2200 кВт). Применение бульбовых обводов в подводной части носовой оконечности позволяет без ухудшения ходкости сократить длину, увеличить ширину и коэффициент общей полноты, что, в свою очередь, приводит к снижению массы корпуса судна и соответственному повышению его грузоподъемности. Благодаря экономической эффективности таких обводов их широко применяют при создании крупных морских судов. Большое распространение получили в последние годы суда на подводных крыльях (СПК) (рис. 4.23). Благодаря укрепленным под корпусом судна пластинам (крыльям), оно по мере разбега и образования на крыльях подъемной силы приподнимается над водой. В результате резко уменьшается сопротивление воды движению судна, и оно развивает большую скорость при относительно небольшой мощности главного двигателя. Еще большую скорость развивают суда на воздушной подушке (СВП) (рис. 4.24). Такие суда имеют специальные вентиляторы, которые нагнетают воздух под днище и создают между ним и поверхностью воды воздушную подушку толщиной в несколько сантиметров. Для уменьшения энергетических затрат на поддержание воздушной подушки на новых СВП устанавливают
по периметру частично погруженные в воду жесткие (скеги) или гибкие ограждения. СВП может перемещаться вдоль водной поверхности со скоростью 50—60 уз при относительно небольшой мощности двигателей. Пассажирские СВП, в том числе и достаточно крупные, построенные в разных странах, свидетельствуют об их перспективности. Так как при движении судна под поверхностью воды полностью отсутствует волновое сопротивление, в последнее время появились проекты подводных транспортных судов, в частности, подводных танкеров водоизмещением 100 ООО—170 000 т, со скоростью до 30 уз. Однако строительство таких подводных танкеров пока еще нигде не начато. § 4.9. Качка
Качкой называют колебательные движения около положения равновесия, совершаемые свободно плавающим на поверхности воды судном. Качка судна возникает, как правило, на взволнованном море под действием набегающих волн. Но она может возникать и на тихой воде, если на судно действуют какие-либо внешние внезапно приложенные (динамические) силы, которыми могут быть шквал ветра, рывок буксирного троса, раскачивание подвешенного груза и пр.
Раскачивание судна под влиянием возмущающих периодических, т. е. действующих через определенные промежутки времени сил, например набегающих волн, называют вынужденными колебаниями судна. Такие колебания совершаются судном в течение всего времени действия возмущающих сил. Раскачивание судна на тихой воде под влиянием случайной возмущающей силы после прекращения ее действия называют свободными колебаниями судна. Благодаря наличию сил сопротивления качке (трения воды, сопротивления воздуха и пр.) свободные колебания постепенно затухают и прекращаются. Качка, как и любое колебательное движение, характеризуется следующими параметрами, или основными характеристиками (рис. 4.25): амплитудой — наибольшим отклонением от среднего до крайнего положения качающегося тела; размахом — суммой двух последовательных амплитуд; периодом — временем совершения двух полных размахов; частотой — количеством колебаний в единицу времени (величина, обратная периоду). Качка судна, вызывающая неприятные ощущения («морскую болезнь») у находящихся на нем людей, опасна и для установленных на судне механизмов и приборов, так как возникающие при изменении направления движения ускорения вызывают появление сил инерции, которые стремятся сдвинуть с фундаментов котлы, главные двигатели и другое оборудование, имеющее большую массу. Эти же силы нарушают нормальную работу механизмов и приборов, поэтому при проектировании судна, когда рассчиты-
вают фундаменты и крепления на них механизмов, учитывают действие сил, возникающих при качке, а судовое оборудование изготовляют в «морском исполнении». Различают бортовую, килевую и вертикальную качки. Бортовой качкой называют колебательные движения, совершаемые судном вокруг проходящей в ДП продольной оси (рис. 4.26). Она вызывается волнением при положении судна лагом к волне, т. е. параллельно гребням волн, или при косом курсе к волне, а также упомянутыми выше случайными динамическими силами. Бортовая качка наиболее опасна и неприятна, так как при относительно малом периоде (от 6—9 с у малых судов до 10—15 с у средних и больших судов) и больших амплитудах измеряемых в углах крена (10—30°), возникают большие ускорения, опасные для механизмов и неприятные для людей *. Период свободных колебаний при бортовой качке зависит от формы корпуса судна и распределения масс собственно судна и груза. Для приближенного определения периода свободных колебаний судна на тихой воде можно пользоваться известной «капитанской» формулой Тб = СВ/-\Пг, где Тб — период бортовой качки судна, с; В — ширина судна, м; Н — начальная поперечная метацентрическая высота, м; С — коэффициент, равный для грузовых судов 0,78—0,81, для пассажирских, промысловых баз и научно-исследовательских — 0,85—0,88.
Из приведенной формулы видно, что чем больше начальная метацентрическая высота Н, тем меньше период бортовой качки Тс, т. е. тем порывистее и тяжелее качка. В этом одно из основных затруднений, возникающих при проектировании судна, так как стремление увеличить остойчивость судна приводит к увеличению порывистости качки. Поэтому значение начальной метацентри- ческой высоты приходится выбирать минимально необходимым для обеспечения остойчивости, чтобы бортовая качка не была слишком порывистой. При плавании судна на волнении, период которого, т. е. время между набеганием на судно двух соседних гребней волн, равен или близок периоду собственных колебаний судна, амплитуды вынужденных колебаний судна достигают наибольших значений. Наступает явление резонанса, которое может привести даже к опрокидыванию судна. Судоводитель должен знать период * Наблюдения показывают, что нетренированный человек переносит без неприятных ощущений ускорения не более 0.1 земного ускорения, т. е. около 1 м/с2.
Рис 4.29. Вертикальная качка на волнении: а — всплытие на вершине волны; б — погружение на подошве волны собственных колебаний судна и период волны, который определяют в зависимости от длины волны, измеряемой расстоянием между сосед ними гребнями (рис. 4.27), по формуле т = 0,8 где <с — период волны, с; к — длина волны, м. В океане чаще всего встречаются волны длиной 90—100 м, высотой 4—5 м и периодом 7—9 с. Самые длинные из наблюдавшихся волн — 900 м (высота 18— 20 м). При изменении курса или скорости движения судна меняется кажущийся период набегающей волны и судно выходит из резонанса. Для правильного маневрирования на взволнованном море необходимо объективно оценивать сте пень волнения. В СССР волнение оценивается по девятибалльной шкале Главного управления гидрометслужбы в зависимости от высоты волны (см. табл. 8) [4]. Так как длина океанской волны в 15— 35 раз больше ее высоты (в зависимости от бассейна; в среднем — в 20 раз), то, зная степень волнения, можно определить длину и период волн.
Килевой качкой называют колебательные движения, совершаемые судном вокруг поперечной оси. Килевая качка возникает главным образом при движении судна поперек волны (рис. 4.28). Период килевой качки на тихой воде обычно меньше периода бортовой качки. Его можно приближенно определить по формуле Тк = 2,4 \ГТ, где Тк — период килевой качки, с; Г — осадка судна, м. Но вследствие большого сопротивления судна килевой качке и большой продольной остойчивости свободные колебания при килевой качке на тихой воде быстро затухают Поэтому при плавании судна в разрез волиы килевая качка представляет собой только вынужденные колебания и совершается с пе риодом возмущающей силы, т. е. с периодом набегающей волиы. При килевой качке не возникает опасности опрокидывания судна через нос или корму, однако вполне возможно нежелательное заливание или оголение оконечностей и удары корпуса о воду (слеминг). Кроме того, несмотря на малые по сравнению с бортовой качкой амплитуды, ускорения, возникающие при этом в оконечностях, значительно превосходят ускорения от бортовой качки и представляют опасность для расположенных там механизмов. Вертикальной качкой называют колебательные движения, совершаемые судном в вертикальной плоскости вверх и вниз и вызываемые изменением сил поддержания при прохождении волны Рис. 4 30. Схема цнипьия ску.ю- под судном. Если гребень волны вых (боковых) килей находится под средней частью, т. е. более полной, чем оконечности, сила поддержания увеличивается, и судно всплывает (рис. 4 29, с). Когда под средней частью судна находится подошва волны, силы поддержания уменьшаются, и судно погружается глубже (рис. 4.29, б). Период вертикальной качки равен периоду волны, а ее амплитуды, измеряемые в метрах, зависят от размеров судна и волнения. При плавании судна на взволнованном море оно испытывает одновременно бортовую, килевую и вертикальную качку. Успокоители качки. Для предотвращения неприятных последствий от действия качки на судах применяют успокоители качки, которые по характеру действия делятся на пассивные — неуправляемые, и активные — управляемые.
Самыми простыми успокоителями качки, применяемыми практически на всех судах, являются скуловые (боковые) кили (рис. 4.30). Они представляют собой стальные пластины, установленные в районе скулы примерно на */з длины судна в средней его части. Кили создают дополнительное сопротивление при бортовой качке и способствуют значительному уменьшению амплитуд — в 1,5— 2 раза (на период качки скуловые кили не влияют). Недостатком их является некоторое увеличение сопротивления воды из-за смоченной поверхности, что вызывает уменьшение скорости на 2—3 %. Скуловые кили относятся к числу пассивных успокоителей качки. Более значительное уменьшение амплитуд бортовой качки можно получить, установив активные боковые рули (рис. 4.31). П конструкции это такие же рули, как и обычные, но их располагают в плоскости, близкой к горизонтальной, и устанавливают с каждого борта по одному или по два. Рули поворачиваются вокруг своей оси таким образом, чтобы при колебании судна создавалась сила, противодействующая его наклонению на этот борт. После переваливания судна на другой борт рули поворачиваются так, что противодействующая сила создается в обратном направлении Рули приводятся в действие электрогидравличе- 4 Е. Г. Фрид
Недостатком активных боковых рулей является их сложность, высокая стоимость и способность эффективно работать только на ходу судна (при скорости не менее 10—15 уз). Но, несмотря на это, все океанские пассажирские лайнеры оборудуют успокоителями именно этого типа, так как они уменьшают амплитуды качки с 15—20° до 2—3°. Такими успокоителями оборудованы советские лайнеры типа «Иван Франко», «Белоруссия» и др. Для успокоения качки используют также специальные цистерны с переливающейся в них водой (рис. 4-32). Цистерны располагают по бортам и соединяют переливными трубами (в двойном дне) и воздушным каналом с разобщающим вентилем (в верхней части цистерн). Диаметр переливных труб и степень открытия вентиля на воздушном канале подбирают таким образом, чтобы при качке судна переливание воды с борта на борт несколько отставало от наклонения судна и тем самым создавало кренящие моменты, противодействующие наклонению. Успокоительные цистерны бывают пассивные, в которых вода переливается самотеком, и активные — в них воду перекачивают специальными насосами. Большое распространение получили в последнее время пассивные успокоители качки типа «Флюм», состоящие из трех цистерн, расположенных поперек судна и соединенных между собой отверстиями в переборках, или перетоками (рис. 4.33). Уменьшс ^ ', _ '^Р^ нне качки происходит за счет 'у _л; переливания жидкости из цистерны Вй|Я одного борта в цистерну противопо- Н ^^ ложного борта через среднюю цн- Рис. 4 32. Пассивные успокоительные цистерны. 1 — воздух; 2 — вода; 8 — переливная труба в двойном дне; 4 — соединительный воздушный канал, 5 — воздушный вентиль Рис. 4.33. Успокоительные цистерны (типа «Флюм» на танкере). / — рабочая жидкость (груз — нефть, или балласт); 2 — отверстия, 3 — продольные переборки
стерну. Сечеиия переливных отверстий (перетоков) подбирают заранее расчетным путем так, чтобы при качке судна образовывались препятствующие раскачиванию моменты от медленно перетекающей с борта на борт жидкости. Обычно в цистернах этого типа в качестве рабочей жидкости используют груз (на танкерах), топливо или жидкий балласт. Масса рабочей жидкости должна составлять примерно 2—3% водоизмещения судна. Цистерны типа «Флюм» уменьшают амплитуды качки в 1,3—1,6 раза. Успокоения килевой качки в принципе можно добиться, установив управляемые горизонтальные рули (типа боковых) в оконечностях судна, но пока такие успокоители практически не применяют Одним из средств уменьшения килевой качки является соответствующее проектирование формы носовой оконечности судна и, в частности, создание большого развала бортов выше ватерлинии в носу. Успокоителей вертикальной качки судна не существует. § 4.10. Управляемость Управляемость судна характеризуется двумя качествами: поворотливостью: т. е. способностью судна изменять по желанию судоводителя направление движения, и устойчивостью на курсе, т. е. способностью судна сохранять заданное ему прямое направление движения без отклонения в стороны. Неустойчивые на курсе суда называются рыскливыми. Как поворот, так и удержание на курсе осуществляют с помощью руля. Судно движется под действием упора Р. создаваемого движителем При перекладке руля, т. е. при повороте его на некоторый угол от среднего положения, иа одну сторону руля начинает действовать давление набегающего потока воды (рис 4 34), создающее силу Р.
Разложив силу Р иа два взаимно перпендикулярных направления — вдоль и пот рек судна — получим силы Рх и Ру. Если приложить условно в ЦТ судна две одинаковые, противоположно направленные, т. е. взаимно исключающие
Рис. 4.34. Схема сил, действующих на судно при перекладке руля Рис. 4 35. Элементы циркуляции судна: 10 — обратное смещение; /п — прямое смещение; /в — вы- двиг; р — угол дрейфа; О0 — диаметр циркуляции; От — тактический диаметр циркуляции друг друга силы, равные Ру, то получим систему сил. действующих на судно при перекладке руля. Таким образом, на судно кроме упора Р. уменьшенного на величину Рх, действует момент М = Ру*, поворачивающий судно, сила смещающая судно перпендикулярно к ДП, и небольшой момент т = доворячивающий судно в направлении разворота (момент т обоаз\ет<я благодаря смещению из ДП точки приложения сил к плоскости пера руля). Чем больше угол перекладки руля, скорость судна (скорость набегаюшего потока волы) и площадь боковой поверхности руля, тем больше будет абсолютное значение силы /?, я следовательно, и сил, поворачивающих судно. Сразу же после перекладки руля ня борт ИТ судна начиняет описывать в горизонтальной плоскости сложную кривую, называемую циркуляцией (рис. 4.35). После начала маневра судно начиняет дрейфовать в сторону, противоположную той, куда выполняется поворот. Так происходит потому, что появляющаяся при повороте руля сила будучи направлена перпендикулярно к движению судна, не только стремится повернуть его. но и сдвигает несколько вбок все судно (см. выше). Расстояние /„, котопое проходит при этом судно, называется обратным смешением. Перемещение судна в противоположную повороту сторону длится недолго, и вскоре судно под действием переложенного на борт руля начинает поворачиваться в заданную сторону. При этом ЦТ сулня начинает описывать правильную окружность, и ДП образует постоянный угол с направлением движения, называемый углом дрейфа р, который ппи максимальном угле перекладки руля (30— 35°) обычно не превышает 12—15°. Расстояние /п, которое проходит ЦТ судна от прямого направления движения до момента, когда судно повернуто на 90°. называется прямым смещением, а расстояние /п от начала маневра до поворота на 90° (в направлении прямого курса) называется выдвигом. Диаметр правильной окружности С0, которую начинает описывать судно после начала установившейся циркуляции, называется диаметром циркуляции, я расстояние От (в направлении, перпендикулярном к прямому курсу) от начала маневра до момента поворота на 180° называется тактическим диаметром циркуляции.
Поворотливость судна обычно оценивают по диаметру циркуляции, отнесенному к длине судиа. У большинства морских судов диаметр циркуляции равен 3—5, а у речных — 2—3 длинам судна. Устойчивость судна на курсе оце Совершая циркуляцию, судно в первый момент перекладки руля кренится в сторону перекладки, а затем, по мере развития циркуляции, начинает крениться в сторону, противоположную перекладке, т. е. в сторону, наружную от центра циркуляции Это происходит под действием момента гидродинамических сил бокового сопротивления воды, приложенных в ЦВ и в центре площади пера руля, а также под действием центробежных сил инерции, приложенных в ЦТ судна. У судов с малой остойчивостью крен на циркуляции на полном ходу может достигать 12—15°. На пассажирских судах креи на циркуляции более 7° нежелателен, а более 12° считается недопустимым. Управляемость судна является одним из важнейших мореходных качеств, обеспечивающих безопасность плавания судна, поэтому улучшению управляемости уделяется большое внимание. В частности, с этой целью на судах, к которым предъявляются высокие требования по управляемости, а также для обеспечения хорошей управляемости на малых холах и при швартовках, когда обычный руль неэффективен, применяют средства активного управления судами — подруливающие устройства, активные рули, вспомогательные движительно-рулевые колонки, поворотные насадки, а также крыльчатые и водометные движители. Контрольные вопросы 1. Назовите основные эксплуатационные и мореходные качества судна. 2. Что такое дедвейт судна? Его состав? 3 Что измеряют регистровыми тоннами? Чему равна одна регистровая тонна? 4. Напишите и объясните уравнение плавучести. 5. Что называют остойчивостью судна? Как увеличить остойчивость? Что такое начальная метацентрическая высота? 6 Чему равен один узел? 7. Назовите основные составляющие полного сопротивления воды движению су. на Что способствует их уменьшению? 8 Перечислите виды качки судна и ее основные параметры. 9. Чем характеризуется управляемость судна? Глава пятая АРХИТЕКТУРА СУДНА § 5.1. Архитектурно-конструктивные типы судов Архитектурно-конструктивный тип судна определяется его внешней формой, а также числом палуб основного корпуса. Внешняя форма судна зависит от формы основного корпуса; числа, расположения и формы надстроек и рубок; местоположения главных механизмов и формы дымовых труб; типа и расположения грузового устройства, рангоута (мачт) и т. д. Форма основного корпуса характеризуется формой штевней, линии седловатости и килевой линии, обводами кормовой оконечности, определяемыми количеством гребных винтов, формой борта на миделе и т. д. На рис. 5.1 показаны наиболее распространенные формы носовой оконечности морских судов. У обычных морских транспортных судов форштевень прямой, с наклоном вперед; это придает форме корпуса стремительность, улучшает всхожесть судна на волну и уменьшает заливаемость палубы. Транспортные суда ледового плавания, а также некоторые буксиры имеют так называемую полуледокольную форму носовой оконечности — с наклоном форштевня в подводной части на 40— 50° и с почти вертикальной надводной частью форштевня. Наклон форштевня в подводной части улучшает условия плавания в битом льду, а почти вертикальный форштевень в надводной части позволяет следовать судну за ледоколом при проводке через ледяные поля, упираясь носом в специальный выем в корме ледокола. Для улучшения ледовых качеств ледоколов их форштевень в подводной части выполняют с большим наклоном (примерно 25—30°).
На быстроходных пассажирских и сухогрузных судах носовая оконечность имеет бульбообразную форму в подводной части и клиперские образования в надводной. Наличие бульба, как указывалось выше, уменьшает волнообразование и способствует уменьшению сопротивления воды движению судна, а клиперский нос позволяет получить более стремительную форму и уменьшает заливаемость палубы (название «клиперский» перешло от парусных судов — клиперов, имевших аналогичную форму форштевня). В последние годы бульбовую форму носа широко применяют на танкерах и сухогрузных судах с умеренными скоростями (см. § 4.8). На супертанкерах получила распространение, наряду с бульбовой, носовая оконечность цилиндрической формы, несколько похожая на утюг. У небольших промысловых судов (траулеров, сейнеров и др.) форштевень имеет обычно округлую «ложкообразную» форму. Форма кормовой оконечности морских судов (рис. 5.2) может быть самой различной, однако наиболее часто встречаются крейсерская, обыкновенная и транцевая корма, а также крейсерская, срезанная в надводной части по форме транца. Для морских быстроходных транспортных судов (грузовых, пассажирских и пр.) наиболее характерна крейсерская корма. Обыкновенная корма с подзором типична для тихоходных и речных судов, транцевая — для специальных судов, быстроходных катеров и т. п. В последнее время транцевую форму кормы в надводной части и крейсерскую — в подводной широко применяют на морских транспортных и крупных промысловых судах. Форма кормовой оконечности в значительной мере зависит от количества гребных винтов. У одновинтового судна в ДП в районе расположения вннта делают достаточно большой вырез, или «окно», в ахтерштевне. У двухвинтового судна обводы в корме также должны обеспечивать размещение гребных винтов. Поэтому, когда говорят об архитектурном типе судна, обязательно указывают, сколько гребных винтов оно имеет. Форму подводной части кормы характеризует также форма и протяженность дейдвуда — узкой оконечности корпуса, в которую переходит килевая балка.
Седловатость верхней палубы, представляющая собой плавный подъем палубы от миделя в нос и в корму, также влияет и на внешний вид судна. Различают суда со стандартной седловатостью, определяемой по Правилам о грузовой марке, суда с уменьшенной или увеличенной седловатостью и суда без седловатости. Часто седловатость выполняют не плавно, а прямыми участками со сломами — два-три участка на половине длины судна. Благодаря Килевая линия большинства судов представляет собой горизонтальную прямую. Однако некоторые типы судов, например портовые буксиры, промысловые суда и пр., имеют наклонную килевую линию, т. е. так называемый конструктивный дифферент на корму (или, реже, на нос). Этим достигается лучшая поворотливость судна. Форма борта на миделе бывает плоской или, редко, скругленной, вертикальной или наклонной (у судов ледового плавания). По числу и расположению надстроек [5] различают следующие архитектурные типы судов (рис. 5.3): трехостровные, имеющие три надстройки: бак, среднюю надстройку и ют. Если сумма расстояний между надстройками составляет менее 25 % длины судна, то такое судно называют колодезным; двухостров- ные, имеющие две надстройки: чаще всего бак и ют. Эти суда также могут иметь удлиненный бак или удлиненный ют — в тех случаях, когда средняя надстройка сливается с баком или ютом; одноостровные, имеющие одну надстройку: бак или ют; со сплошной надстройкой по всей длине судна; гладкопалубные без надстроек, у которых имеются только рубки. Кроме перечисленных основных архитектурных типов судов встречаются квартердечные суда,- т. е. суда, имеющие квартердек— местный подъем верхней палубы на 0,8—1.2 м в кормовой части. Такие суда помимо квартердека могут иметь любые надстройки. Характерным признаком, отличающим конструктивный тип судна и присущим всем морским судам, является соответствие предельно допустимой по Правилам о грузовой марке осадки той осадке, которая назначена судну при его проектировании и принята в расчетах прочности корпуса. Если проектная осадка соответствует осадке по Правилам, то такое судно называют судном с минимальным надводным бортом, или полнонаборным, если же она меньше, то — судном с избыточным надводным бортом. Архитектурно-конструктивный тип с минимальным надводным бортом характерен для судов, перевозящих относительно тяжелые грузы: лес, зерно, руду, уголь, нефть, нефтепродукты и т. п. Суда, предназначенные для перевозки относительно легких грузов, имеют избыточный надводный борт. Суда с минимальным или избыточным надводным бортом могут иметь любые надстройки
Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|