Расчетно-экспериментальный метод определения характеристик торможения

Таблица инерционно – тормозных характеристик судна представляет собой линейные графики «время-скорость-расстояние» и позволяет определять любые два параметра по известному третьему. Линейны6е графики рассчитываются для следующих изменений режима движения судна:

-полный передний -стоп (ПХП - стоп);

-полный передний маневренный -стоп (ПХП_М - стоп);

-средний передний -стоп (СХП - стоп);

-малый передний –стоп (МХП -стоп);

-полный передний-полный задний (ПХП-ПХЗ);

-полный передний маневренный -полный задний (ПХП_к -ПХЗ);

-средний передний-полный задний (СХП-ПХЗ);

-малый передний-полный задний (МХП-ПХЗ);

-самый малый передний-полный задний (СМХП-ПХЗ).

Инерционный путь с переднего хода на стоп ограничивается значением, когда скорость судна уже не обеспечивает его управляемость или становится равной 20% от начальной.

Процесс торможения судна, идущего передним ходом, условно можно разделить на три периода:

Первый период(время t¹) длится с момента подачи команды по машинному телеграфу до момента прекращения подачи топлива на двигатель. В этот период судно следует с постоянной скоростью установившегося движения V. Путь судна, пройденный в этот период, определяется выражением S₀=V₀t. Для практических расчетов принимается t^я=5^С.

Второй период(время t²) для турбоходов при торможении с ПХП составляет примерно 1 минуту, а с других ходов уменьшается пропорционально уменьшению начальной скорости по сравнению со скоростью ПХП.

Для теплоходов при торможении с ПХП (возможно, ПХП и СХП) время зависит от V_рев., т.е. от максимального значения скорости при котором возможно уверенное реверсирование. При торможении с малых начальных скоростей t² принимается равным 15^С.

Движение судна в период пассивного торможения описывается дифференциальным уравнением:

где m – масса судна с учетом присоединенной массы воды, кг;

К – коэффициент общего сопротивления, кг/v.

Решение этого уравнения позволяет получить значение пути пассивного торможения (в м):

и значение времени (с) и скорости (м/c) на любом участке торможения:

(4.36)

Третий период (время t³) – это активный участок торможения судна при частоте вращения винта на задний ход в заданном режиме. Этот период длится с момента пуска двигателя на задний ход до момента остановки судна. Начальная скорость этого периода равна конечной скорости второго периода.

Процесс активного торможения описывается дифференциальным уравнением (4.16).

где a– коэффициент активного торможения (безразмерная величина).

Величина a является отношением максимальной силы упора (в момент остановки судна) к силе сопротивления воды при начальной скорости активного торможения V_н

Решение уравнения (4.16) позволяет получить время активного торможения t³ и тормозной путь S³. Вид решения уравнения (4.16) зависит от значения коэффициента a и представлен формулами (4.17¸4.22)

Случай, когда a=0, значит P_max=0 соответствует пассивному торможению судна.

Для практического применения формул (4.34¸4.36) и (4.17¸4.22) необходимо определить коэффициент сопротивления К, и силу упора винта P_max,чтобы получить коэффициент a. Способы получения этих величин будут рассмотрены ниже.

С целью сокращения трудоемких расчетов по формулам можно применить универсальную диаграмму (УД).

Под скоростью V_н подразумевается начальная скорость пассивного и активного торможения в зависимости от периода, для которого определяются элементы торможения. В соответствии с физическим смыслом движения при пассивном торможении коэффициент a имеет нулевое значение. При расчете торможения до полной остановки относительная скорость V/V_н=0.

Окончательно полное выражение времени и пути торможения судна получим суммированием отдельных их значений по трем параметрам.

Т=t¹+t²+t³

S=S¹+S²+S³ (4.38)

Кривые маневра активного торможения рекомендуется строить по точкам: t¹; t¹+t²; t¹+t²+t³_0,5; t¹+t²+t³_0.0 и по соответствующим значениям V и S.

Время t³_0,5 и путь S³_0,5 соответствует уменьшению текущей скорости на половину, т.е. V/V_н=0,5. Аналогично значения t_0.0 и S_0,0 соответствуют остановке судна (V=0).

При необходимости более точного построения участка «реверс-остановка судна» можно произвести расчет для моментов времени, когда скорость судна будет приобретать значения V/V³_н=0,9¸0,1.

Результаты расчетов удобно представить в табличном виде, как показано в табл. 4.2.

По результатам таблицы, строятся кривые торможения, как показано на рис. 4.4, и линейные графики инерционно-тормозных характеристик.

9.Расчет элементов циркуляции в различных условиях.

Центр тяжести судна с отклоненным рулем перемещается на траектории, которая называется циркуляцией. При этом различают три ее этапа:

· Маневренный – период, совпадающий с продолжительностью от команды до окончания перекладки руля;

· Эволюционный - период после перекладки руля до момента устанавливающего движения судна;

· Собственно циркуляция до тех пор пока руль остается отклоненным.

Д и а м е т р у с т а н о в и в ш е й с я ц и р к у л я ц и и (Дц) – это диаметр окружности, которую описывает центр тяжести судна в установившийся период. Обычно он измеряется в длинах корпуса судна.

Диаметр циркуляции зависит от угла перекладки руля (a_р). Эту зависимость можно представить на графике (рис.3.3. ).

Каждая кривая на графике соответствует определенной скорости. Как видно из графика, скорость влияет на изменение Д незначительно.

о б р а т н о е с м е щ е н и е (ℓ₃) имеет место в маневренный период и определяет наибольшее расстояние, на которое удаляется центр тяжести судна по нормали от первоначального курса в сторону, обратную повороту. Величина ℓ₃не превышает половины ширины судна. Несмотря на незначительную величину ℓ₃, ее необходимо учитывать при проведении маневра «координат» в целях уклонения от препятствия, внезапно обнаруженного прямо по курсу на малых дистанциях. При этом первый поворот необходимо делать на ветер с расчетом компенсировать обратное смещение ветровым давлением на корпус, а за счет второго поворота, в обратную сторону, отвести корму судна на максимальное расстояние от препятствия под ветер.

П р я м о е с м е щ е н и е (ℓ₂) – расстояние по перпендикуляру к направлению прямого курса, на которое сместился в сторону циркуляции центр тяжести судна к моменту его поворота на 90⁰. Величина прямого смещения колеблется в пределах 0,25¸0,5 Дц.

В ы д в и г (ℓ₁) – расстояние, проходимое центром тяжести судна в направлении прямого курса от момента начала перекладки руля до поворота судна на 90⁰. Величина выдвига лежит в пределах 0,6¸1,2 Дц. Точное звание величины выдвига для данного судна позволит правильно определить время начала поворота. кроме того, капитану необходимо учитывать влияние внешних факторов, которые могут значительно изменять величину выдвига. Особенно необходимо учитывать изменение величины выдвига при плавании на течении в стесненных условиях. При плавании по течению выдвиг в метрах будет увеличен на , где V_т – скорость течения; t_п – время поворота, с.

Новая величина выдвига на течении будет где ℓ₃ - величина выдвига при отсутствии влияния внешних факторов.

При плавании в этих же условиях против течения выдвиг уменьшится на и

Т а к т и ч е с к и й д и а м е т р ц и р к у л я ц и и судна (Дт) – кратчайшее расстояние между положением диаметральной плоскости судна на прямом и обратном курсах. Величина Дц для различных судов лежит в пределах 0,9¸1,2 Д.

П е р и о д ц и р к у л я ц и и (t_360°) – время, за которое судно совершит поворот на 360⁰; величина периода циркуляции зависит от геометрических характеристик судна, скорости его хода и угла перекладки руля. Период циркуляции в секундах можно подсчитать по формуле

где Rц – радиус окружности, описываемой центром тяжести судна на установившейся циркуляции, м;

V – скорость судна на циркуляции, м/с.

На основании проведения многочисленных ходовых испытаний были получены формулы для расчетов элементов циркуляции.

Они дают достаточно близкие к экспериментальным данным результаты.

(3.4) (3.5.)

(3.6) (3.7.) где F- фактор корпуса и руля;

y⁰ – угол дифферента судна в градусах. При дифференте на нос угол y имеет знак минус;

(3.8.) d⁰ –угол перекладки руля в градусах.

Величина S_P, h и f приведены в таблице.… ну там она где-то есть)) я её удалил)

Фактор корпуса и руля представляет собой комбинацию характеристик судна, влияющих на поворотливость судна, и определяется выражением:

(3.9) где s_к – коэффициент полноты диаметральной плоскости судна, рассчитываемой по площади подреза кормы; S_p% - относительная площадь поворотной части руля, выраженная в процентах от площади погруженной части диаметральной плоскости, определяемой произведением длины судна на среднюю осадку (LT_ср);

l-относительное удлинение руля. Коэффициент s_к определяется выражением:

где f-площадь кормового выреза, ограниченного кормовым перпендикуляром, базовой линией и контуром кормы (включая кронштейн полуподвесного руля);

Относительное удлинение руля l_p рассчитывается по формуле:

(3.11)где h_P – высота руля по баллеру, м; S_P – площадь пера руля (без кронштейна), м².

Относительная площадь пера руля выражается следующим образом:

(3.12)

Расчетные значения элементов циркуляции: и Д_т – отягощены неизбежными систематическими погрешностями, возникающими вследствие неучета ряда факторов, определяющих поворотливость конкретного судна. Поэтому необходимо выполнить экспериментальные определения элементов циркуляции. Обычно это выполняется только при какой либо посадке судна. Выполнив натуральные испытания, необходимо сопоставить результаты эксперимента и расчета для получения переходных коэффициентов.

; ; Пользуясь полученными переходными коэффициентами, можно определить экспериментально-расчетные значения элементов циркуляций для стационарных состояний судна в балласте и грузу. Для этого необходимо по формулам 3.4¸3.6 расчетные значения элементов, а затем умножить на соответствующие переходные коэффициенты. При экспериментальном обнаружении существенной несимметричности элементов правых и левых циркуляций переходные коэффициенты рассчитываются раздельно для сторон поворота.

10.Определение инерционно-тормозных характеристик и их использование.

14.Определение элементов разгона и торможения.

1.Определение коэффициентов сопротивления и активного торможения.

Коэффициент сопротивления К (кг/м) может быть получен расчетным путем со стандартной погрешностью около (9,4%) по формуле (3.50)

Площадь смоченной поверхности определяется по формуле (3.51) с учетом водоизмещения судна при экспериментальных измерениях.

где ∆_Т– водоизмещение судна т.

Точность определения коэффициента сопротивления значительно повышается при использовании экспериментально-расчетного метода. Для этого на глубокой воде выполняется реверс ПХПм - стоп. После выполнения команды замечают по лагу начальную скорость судна и одновременно пускают секундомер. После снижения скорости вдвое и больше замечают ее значение V и останавливают секундомер. Таким образом, экспериментально определяется V_н, V, и t, а коэффициент К рассчитывается по преобразованной формуле (5.38)

(4.39)

Значение К может быть определено с использованием УД по схеме

а=0→V/V_н→(∆/К)←V_нt. Экспериментальное значение К_э получит по формуле m=D_э 1,1.

Расчетное значение коэффициента сопротивления отягчено неизвестной погрешностью, возникающей вследствие неучета ряда факторов, определяющих форму и фактическое состояние корпуса судна. Относительное значение этой погрешности может быть получено в результате сравнения значений К из эксперимента и расчетным путем:

В дальней будем называть переходным коэффициентом, позволяющим рассчитывать значение К_э для нового водоизмещения и осадки, компенсируя указанную систематическую погрешность:

-где К'_расч. расчетное значение коэффициента сопротивления для нового значения водоизмещения и осадки.

-Максимальная сила упора на заднем ходу (в момент остановки судна) может быть рассчитана с использованием выражения:

-гдe P_шв сила упора изолированного винта на швартовых;

-С_уу- коэффициент влияния корпуса (коэффициент усиления упора). Для расчета значений P_шв и С_уу применяются формулы:

где: ρ– массовая плотность воды (1020 кг/м³;

n – частота вращения винта, (сб/с);

D_в – диаметр винта, м;

Ө - дисковое отношение винта;

Z – число лопастей;

Н/D_в – шаговое отношение винта, рад;

Sχ – площадь погруженной части мидель -шпангоута при эксперименте, м²;

А – площадь диска винта (А=nD²/4), м²

Повышение точности расчетов P_maxдостигается выполнением эксперимента активного торможения с полного переднего маневренного хода (ПХПМ) или СХМ на ПХЗ. В момент реверсирования двигателя («0» по тахометру) замечают начальную скорость активного торможения V³_н и пускают секундомер. Руль ставят в положение «прямо». Замечают и записывают частоту вращения винта h, развиваемую двигателем на заднем ходу. В момент остановки судна относительно воды останавливают секундомер. Таким образом получают значение времени t_0.0 в течение которого судно тормозится от начальной скорости V²_н до полной остановки при частоте вращения винта h.

Коэффициент активного торможенияаполучают при помощи универсальной диаграммы по схеме: V_нt®D/k®½V/V_н=0½®а, после чего рассчитывают экспериментальное значение силы упора.

Максимальная сила упора на заднем ходу P^расч_maxрассчитанная по формуле (3.66), также не учитывает ряд факторов, связанных с воздействием корпуса и винта судна. Экспериментальное определение P^Э_maxзначительно повышает оценку этой силы. Относительное значение неучтенной систематической погрешности определяется переходным коэффициентом g_P=P^Э_max/P^расч_max, который в дальнейшем используется при расчете P_max для любой частоты вращения винта и осадки. При этом точность расчетного метода повышается и величина силы упора называется экспериментально-расчетной:

Для построения линейных графиков (правая половина рис. 4.4 ) необходимо, задавшись удобным масштабом, построить центральную ось тормозных путей, официального через 1 кбт. Параллельно этой оси строят линейные графики инерционно-тормозных характеристик - слева для судна в грузу, справа для судна в балласте с использованием кривых, показанных на рис. 4.4. Для этого задаваясь значением . t через 1 мин. снимают с графика величины S, V. От точки на центральной оси, соответствующей значением S проводят горизонтальную линию до пересечения с осью линейного графика и делают отметку: слева 2 мин. справа значение V(2 мин.) и т.д. Последняя отметка будет соответствовать моменту снижения скорости до 0.2 V_н.

Для построения линейных графиков активного торможения по формулам (4.40-4.44) рассчитывают значение P^ЭР_max для судна в грузу и в балласте, а затем определяют коэффициент активного торможения, а для значений судна V³_н при ПХП, ПХПм, СХП, МХП, СМХП. При этом учитывается падение скорости во второй период (пассивного торможения) при помощи графика V=f(t), показанного на рис. 4.4.