 |
Силовые воздействия со стороны волнения. Редукционные коэффициенты.
|
|
|
|
Раздел 6. Ветро-волновые возмущения.-8 час.
Тема 6.1. Ветро-волновые возмущения. Модель регулярного волнения.-2 час. Основные соотношения для ординат волны и углов волнового склона для регулярного волнения. Учет движения ОМТ. Истинная и кажущаяся частота волнения.
Тема 6.2. Силовые воздействия со стороны волнения. Редукционные коэффициенты.-2 час. Связь сил и моментов, действующих на ОМТ с ординатой волны и углом волнового склона. Расчет редукционных коэффициентов для различных видов качек.
Тема 6.3. Нерегулярное волнение. Спектры морского волнения.-2 час. Двухмерные и трехмерные спектры ординат нерегулярного волнения. Типы спектров. Пересчет спектров волнения к кажущимся частотам. Расчет спектров сил и моментов, действующих на ОМТ со стороны волнения.
Ветро-волновые возмущения
Морское волнение связано с вертикальным круговым движением частиц жидкости. Движение носит колебательный характер, причем последовательные волны различаются по амплитуде, периоду и форме. В океане встречаются разнообразные волны:
-приливные с периодом 12-24 часа;
-долгопериодические – 5 мин.-12 ч., вызванные циклонами и землетрясениями (цунами);
-наиболее характерные ветровые гравитационные волны с периодом 1-30 с.
Последние практически всегда присутствуют на поверхности моря и содержат основную энергию морского волнения.
Регулярное волнение
Пространственный профиль волны в фиксированный момент времени 
(отсчитывается от центра масс вдоль направления ее распространения) имеет вид, рис. 6.1.
Рис.6.1
Длина волны - расстояние 
между вершинами Г(гребень) или подошвами П волн.
Высота волны - 
. Волновая ордината 
. Максимальное значение волновой ординаты - 
(амплитуда волны). 
. Угол наклона касательной в точке 
называется углом волнового склона 
. 
-скорость распространения волн.
|
|
|
Во времени в центре масс высота волны также изменяется по периодическому закону.
Угловая частота 
связана с периодом 
соотношением 
.
м/с. (6.1)
Длина волны
(6.2)
Скорость мелководных волн определяется глубиной акватории 
.
При глубине акватории больше четверти длины волны (
) волна считается глубоководной.
При синусоидальной форме бегущей волны волновая ордината изменяется по закону (вдоль направления распространения волн)
(6.3)
Т.к. 
, то
Угол волнового склона связан с ординатой
,
Откуда для малых углов
(6.4)
Обозначив 
, получим
. (6.5)
Кажущаяся частота
На движущемся МПО регулярное волнение воспринимается не со своей истинной частотой , а с новой преобразованной частотой 
, которая называется кажущейся.
Пусть МПО движется с постоянной скоростью 
под углом 
к направлению движения волн, рис.6.2
Рис.6.2
Координата точки встречи МПО с волной
.
Тогда закон изменения волновой ординаты в точке встречи корабля с волной
,
где
. (6.6)
Представляет кажущуюся частоту регулярного волнения, а – фактор относительного движения корабля на волне. Зависимости 
при различных значениях а представлены на графике, рис.6.3
Рис.6.3
Силовые воздействия со стороны волнения. Редукционные коэффициенты.
Бортовая качка представляет вращательное движение относительно оси ох.
. (6.7)
Амплитуда момента 
определяется редукционным коэффициентом 
. В соответствии с ОСТ
, (6.8)
где R – поперечный метацентрический радиус, h - поперечная метацентрическая высота, 
- коэффициент полноты ватерлинии,
,
где
, 
,
- коэффициент вертикальной полноты, I -знак факториала
,
где 
,
;
,
где 
,
;
,
,
где 
.
При 
или 
принимается 
=0.
|
|
|
Продольные и поперечные колебания представляют поступательные продольные и поперечные перемещения судна под действием сил 
, представляемых гармониками с амплитудами AFx, AFz, которые зависят от редукционных коэффициентов 
, 
.
Продольные колебания:
(6.9)
Поперечные колебания:
|
|
|
