Нагрузки, вызванные работой гребных винтов за корпусом

Действие нагрузок, связанных с работой гребных винтов за корпусом в непосредственной близости от него, представляет собой наиболее существенную причину вибрации судна.

Существуют два обстоятельства, определяющих такое взаимодействие винта с корпусом судна, в результате которого возникают вибрационные нагрузки второго вида. Во-первых, поток, набегающий на винт, оказывается вследствие влияния корпуса весьма неоднородным. Во-вторых, корпус и выступающие части судна образуют систему жестких экранов, вблизи которых движутся лопасти винта.

Оба отмеченные обстоятельства приводят к тому, что силы, действующие на лопасть, меняются в течение каждого оборота. Это влечет за собой изменение нагрузки на винт, которая передается через подшипники корпусу. Кроме того, лопасти гребного винта при каждом обороте проходят в непосредственной близости от экранов, образуемых обшивкой корпуса и выступающими частями, что является причиной пульсаций гидродинамических давлений на этих поверхностях.

Таким образом, винт, работающий за корпусом судна, возбуждает два вида вибрационной нагрузки: нагрузку, передающуюся корпусу через подшипники и непосредственно приложенную к обшивке в виде пульсирующих давлений.

1.3.1. Нагрузка, передающаяся корпусу через подшипники.

Неоднородность потока, набегающего на винт, создается вследствие нескольких причин, среди которых важнейшую роль играет так называемый попутный лоток —• вызываемое движением судна сложное поле скоростей, существующее за корпусом. Это поле имеет как регулярную составляющую обусловленную потенциальной частью потока, так и случайную связанную с турбулентностью попутного потока, вызванной отрывом пограничного слоя в кормовой оконечности судна.

Осевая V_x (направленная вдоль оси гребного вала) и окружная V_t составляющие скорости регулярной части попутного потока могут быть рассчитаны или измерены с использованием I модельного эксперимента. Это позволяет выполнить расчет периодических усилий, действующих на винт.

Осевую составляющую удобно представить в виде суммы

V_x = v₀ + v_x, (6.3)

где v₀ — скорость судна; v_x — зависящая от координат в плоскости диска винта составляющая осевой скорости.

Пример изменения v_x и V_t за один оборот лопасти двухвинтового судна показан на рис. 6.3. Величины соответствуют точкам на окружности радиуса r= 0,375 D, где D—диаметр винта. Для осевой составляющей скорости положительное направление принимается в корму, для окружной составляющей — при совпадении с направлением вращения лопасти. Отсчет углов 6 ведется от положения лопасти вертикально вверх от оси вращения.

Функции V_x (Ө) и V_t (Ө) — периодические и могут быть представлены в виде рядов Фурье на интервале 0 ≤ Ө ≤ 2π

При вращении винта с угловой частотой Ө имеем Ө = Ωt поэтому каждая k-я составляющая разложения (6.4) приводит к гармоничному колебанию скорости потока относительно лопасти с частотой w_k = kΩ. Силовое воздействие при этом совпадает с реакцией жидкости на лопасть, колеблющуюся с соответствующей частотой и амплитудой в однородном потоке.

При строгом решении задачи о колебаниях лопасти в потоке ее следует рассматривать как закрученное крыло конечного размаха и сложной формы в плане. Подобные задачи отличаются значительной сложностью, поэтому часто приходится удовлетворяться приближенными решениями.

Наиболее простые зависимости получаются при использовании предположений о двумерном обтекании сечений лопасти. Приняв это предположение, рассмотрим более подробно основы метода определения сил, действующих на лопасти гребного винта одновинтового судна.

РАЗДЕЛ 2 «Местная вибрация корабля. Вибрация набора судового корпуса. Свободные колебания однопролётной свободно опёртой балки.»

2.1 Расчётная схема, рис.1

Рис.1 Однопролетная свободно опертая балка.

2.2 Исходные данные.