Конструктивное устройство судна
План
судно плавучесть якорный движитель
1. Выполните эскиз поперечного
сечения судна, построенного по продольной системе набора. На каких судах
применяется продольная система набора?
. Плавучесть судна. Нормирование
плавучести морских судов. Сделать чертеж грузовой марки. Что регламентирует
грузовая марка
. Назначение якорного устройства.
Составные части, их расположение и назначение
. Движители быстроходных судов
Использованная литература
1. Выполните эскиз поперечного сечения судна,
построенного по продольной системе набора. На каких судах применяется
продольная система набора?
судно плавучесть якорный движитель
Конструкция всякого корпуса состоит из тонкой
оболочки и подкрепляющих ее ребер-балок, образующих так называемый набор
корпуса судна. Набор конструктивно расположен внутри корпуса, к нему своей
внутренней стороной прилегает наружная обшивка и настилы палуб, скрепленные с
ним сварными соединениями. В соответствии с расположением элементов набора его
разделяют на подпалубный, бортовой, днищевый и набор переборок. Конструкции,
образованные набором с оболочкой, представляют собою основные связи судового
корпуса, которые по их расположению разделяют на продольные и поперечные связи.
К продольным связям относятся: обшивка корпуса, настил палуб и платформ,
продольные переборки и все продольные балки набора. К поперечным связям по
аналогии следует отнести ту же обшивку, настил палуб и платформ, поперечные
переборки и все поперечные балки набора. Каждый из элементов этих связей
выполняет определенную работу в общей конструкции корпуса. Наружная обшивка
воспринимает непосредственно давление забортной воды, обшивка
переборок-давление воды на одну сторону в случае затопления отсека или давление
жидкости из граничащей с ней цистерны, а детали набора (продольные и поперечные
балки) являются опорами для обшивки и переборок, они воспринимают действующие
на них усилия и передают их на другие прочные части корпуса. Система продольных
и поперечных балок набора, перекрытых общей обшивкой или настилом, ограниченная
жестким опорным контуром, образует так называемое корпусное перекрытие. В
зависимости от преобладающего направления балок набора образуется определенная
система набора корпуса судна. В судостроении приняты разнообразные конструкции
корпуса, обусловленные типом судна, условиями его эксплуатации и перевозимыми
грузами, но все они в зависимости от главного направления балок набора могут
быть отнесены к одной из четырех основных систем набора: продольной,
поперечной, смешанной и комбинированной. Продольной называется такая система
набора корпуса, при которой балки главного направления расположены вдоль судна
(рис. 1, а). Конструкции этого набора воспринимают изгибающие усилия,
действующие вдоль продольной оси корпуса и обеспечивают прочность и
устойчивость перекрытий в продольном направлении, с меньшей затратой металла,
позволяя выиграть в весе корпуса. Элементы набора этой системы приведены на
рис. 2. На рис. 3 видно, что детали продольного набора, по сравнению с набором
по другим системам, занимают много места во внутренних помещениях судна,
затрудняя размещение габаритных грузов. Продольную систему набора применяют для
судов с большим отношением длины к ширине, таких, например, как быстроходные
или наливные суда.
Рис. 1.Системы
расположения основного набора корпуса судна:
а- продольная; б - поперечная; в - смешанная; г
- комбинированная.
- стрингеры; 2 - рамные шпангоуты; 3 -
шпангоуты; 4 - поперечные переборки; 5 - холостые шпангоуты (ледовое
подкрепление); 6 - вертикальный киль; 7 - радиальные (поворотные) шпангоуты.
Поперечной называется такая система набора
корпуса, при которой балки главного направления расположены поперек судна в
плоскости шпангоутов (рис. 1, б).
Рис. 2.
Элементы продольного набора корпуса. 1 - вертикальный киль; 2 - днищевые
стрингеры - кильсоны; 3 - скуловой стрингер (междудонный лист); 4- бортовые
стрингеры; 5 - подпалубные стрингеры - карлингсы.
Рис. 3.
Поперечное сечение корпуса танкера с продольной системой набора: а - с плоскими
продольными переборками; б - с гофрированными переборками (волнистый гофр); в -
с гофрированными переборками (коробчатый гофр). 1, 2, и 3 - подпалубные,
бортовые и днищевые ребра жесткости соответственно; 4 - днищевые кницы; 5 -
вертикальный киль; 6 - флор; 7 - продольные переборки; 8 - рамный шпангоут; 9 -
рамный бимс; 10 - карлингсы; 11 - подпалубные кницы.
Поперечная система набора применяется
преимущественно на морских транспортных судах с малым отношением длины к
ширине, у которых продольная прочность обеспечивается наружной обшивкой,
настилом палуб и вертикальным килем. К поперечной системе набора относятся
элементы, показанные на рис. 4. Смешанной называется такая система набора
корпуса, при которой балки представляют собой сетку, выполненную из непрерывных
и разрезных балок продольной и поперечной систем, расположенных в продольном и
поперечном направлениях - с некоторым преобладанием поперечных балок (рис. 1,
в). По этой системе строят суда с относительным удлинением, предназначаемые для
перевозки генеральных грузов.
Рис. 4.
Сечение корпуса судна с поперечной системой набора. 1 - шпангоут рамный
(усиленный); 2 - полубимс; 3 - бимс рамный (усиленный); 4 - бимс; 5 - бимсовая
кница; 6 - шпангоут; 7 - скуловая кница; 8 - флор сплошной (непроницаемый); 9 -
флор с вырезами; 10 - флор открытый (бракетный); 11- браке- ты; 12, 13 -
верхние и нижние балки соответственно.
Комбинированной называется такая система набора
корпуса, при которой балки продольной и поперечной системы представляют комбинацию
для различных перекрытий (рис. 1, в) в зависимости от преобладающих в них
нагрузок. Там, где растягивающие или сжимающие усилия достигают максимального
значения, например, на палубах и на днище, ставят набор по продольной, а борта
- по поперечной системе. Эта система позволяет наиболее рационально располагать
элементы набора корпуса и при максимальной прочности судна достичь минимального
его веса. Комбинированная система набора является наиболее прогрессивной и
успешно применяется на больших морских судах, предназначенных для смешанных
условий плавания (во льдах).
. Плавучесть судна. Нормирование плавучести
морских судов. Сделать чертеж грузовой марки. Что регламентирует грузовая марка
Плавучестью называют способность судна плавать
по определенную осадку при заданном количестве находящихся на нем грузов. На
плавающее судно (рис. 1) вертикально вниз действуют силы веса (тяжести),
пропорциональные нагрузке масс судна, а вертикально вверх -силы
гидростатические, пропорциональные массе вытесненной воды. Результирующая сил
веса Р равна сумме сил веса (тяжести) самого судна и всех грузов, находящихся
на нем, приложена в центре тяжести (ЦТ) судна в точке G и всегда направлена
вертикально вниз. Результирующая гидростатических сил, определяемых давлением воды
на поверхность судна, приводится к вертикальной силе yV, направленной вверх и
называемой силой поддержания, или силой плавучести. Согласно закону Архимеда,
вес, или водоизмещение (масса), плавающего тела равны весу или массе
вытесненной им воды: P=yV или D = сV, где V -объем подводной части судна, м3; у
- удельный вес воды, н/м3 или тс/м3; D - масса судна, т; с - плотность воды,
т/м3; P- вес судна в целом, кН или тс.
Рис. 1.
Схема сил, действующих на судно.
ила поддержания yV приложена в центре тяжести
подводного объема - точке С, которую называют центром величины (ЦВ). Объем V
называется объемным водоизмещением и служит мерой плавучести. Следует различать
понятия веса и массы судна. Масса выражает инерционные и гравитационные
свойства судна, является скалярной величиной и измеряется в тоннах (т). Вес
судна является векторной величиной и измеряется в килоньютонах (кН) или
тонна-силах (тс). Масса судна в тоннах численно равна его весу в тонна-силах.
Так как под действием сил Р и yV судно находится в равновесии, то необходимо,
чтобы эти силы были равны и действовали по одной прямой в противоположные
стороны. Если обозначить координаты точек G и С по длине, ширине и высоте судна
соответственно хg и хc, yg и ус, zg и zc, то условия равновесия плавающего
судна можно выразить следующими уравнениями:
=yV или D = сV; xg=xc; yg = yc.
Так как судно симметрично ДП, то точки G и С
должны лежать в этой плоскости, т. е. уg=yc=0. У наводных судов центр тяжести G
лежит выше центра величины С, т. е. zg>zc.
Так как объем подводной части корпуса можно
выразить через главные размерения и коэффициент общей полноты, т. е.
=дLBT,
то водоизмещение (массу) судна можно представить
в виде
=сдLBT.
Водоизмещение D (нагрузка масс) и координаты центра
тяжести (центра масс) определяются расчетом, учитывающим массу и местоположение
отдельных составляющих нагрузки масс судна.
Рис. 2.
Определение площади шпангоута.
Объемное водоизмещение, а также координаты центра
величины С определяют по теоретическому чертежу методом трапеций в табличной
форме. Вычисления начинают с определения площади шпангоутов. С этой целью
площадь каждого шпангоута разбивают следами ватерлиний на n-е число участков, и
криволинейные кромки заменяют прямыми (рис. 2). Расчеты будут тем точнее, чем
большее число ватерлинии проведено. Площадь шпангоута определяется как
удвоенная сумма площадей трапеций, вписанных в этот шпангоут. Далее на прямой в
определенном масштабе отмечают теоретические шпангоуты, восстанавливают
перпендикуляры и на них также в масштабе отмечают соответствующие площади
шпангоутов. Полученные точки соединяют плавной линией, которая характеризует
изменение площади поперечного сечения судна по длине и называется строевой по
шпангоутам (рис. 3). Если найти площадь фигуры, ограниченной строевой по
шпангоутам, то она с учетом масштаба будет равна объемному водоизмещению судна.
Площадь строевой по шпангоутам определяется так же, как и площадь шпангоутов.
Рис. 3.
Строевая по шпангоутам.
Объемное водоизмещение можно определить,
пользуясь строевой по ватерлиниям, представляющей собой кривую, абсциссы
которой в принятом масштабе дают площади ватерлиний в зависимости от осадки.
Площадь фигуры, ограниченной строевой по ватерлиниям, в соответствующем
масштабе равна объемному водоизмещению по заданную осадку. Площадь ватерлиний,
а также площади фигуры, ограниченной строевой по ватерлиниям, находят так же,
как и площади шпангоутов, методом трапеций. Для этой же цели можно использовать
специальный прибор, называемый планиметром. Если для разных осадок определить
объем погруженной части корпуса и соответствующее этим осадкам водоизмещение,
то можно построить график, называемый грузовым размером (рис. 4). Пользуясь
грузовым размером, можно определить изменение средней осадки от приема или
расходования груза или по заданному водоизмещению определить осадку судна.
Рис. 4.
Грузовой размер.
Для обеспечения безопасности плавания каждое
судно должно обладать запасом плавучести. Под запасом плавучести понимается
количество грузов, которое судно может принять сверх находящихся на нем до
полного погружения. Мерой запаса плавучести служит объем надводной
непроницаемой части судна от действующей ватерлинии до верхней палубы, имеющей
водонепроницаемые закрытия. В этот объем могут входить и надстройки, если они
также имеют водонепроницаемые закрытия. В случае попадания воды внутрь корпуса
осадка судна увеличивается, но оно остается на плаву. Запас плавучести зависит
от величины надводного борта: чем он больше, тем больше запас плавучести.
Исходя из этого, Регистр назначает каждому судну
в зависимости от его размеров, назначения и района плавания минимальный
надводный борт, который фиксируют в «Свидетельстве о грузовой марке»,
выдаваемом каждому судну. Обычно запас плавучести составляет 30-50 %
водоизмещения, на танкерах 15-25%, на пассажирских судах до 100%. Чтобы
избежать перегрузки судна при эксплуатации, установленное значение надводного
борта фиксируют путем нанесения на каждом борту судна грузовой марки, состоящей
из палубной линии, знака грузовой марки и марок, применяемых со знаком грузовой
марки. Различают обычную международную грузовую марку и специальные грузовые
марки, которые наносят на борт некоторых судов помимо обычных марок (лесовозы,
пассажирские суда загранплавания) или взамен них (наливные суда, морские суда
внутреннего плавания).
Грузовая марка имеет следующий вид:
В международную грузовую марку входит следующий
ряд марок:
. Летняя грузовая марка Л (S - summer) -
минимальный надводный борт для летнего плавания судна в морской воде.
. Зимняя - З (w - winter) - зимний надводный
борт, который получают увеличением летнего на 1/48 летней осадки.
. Зимняя грузовая марка для северной Атлантики -
ЗСА (WNA - winter north atlantic). У судов длиной более 100,5 м этот
минимальный борт совпадает с нормальным зимним. У судов дайной менее 100,5 м он
увеличен на 50 мм, т.к. условия плавания судов сравнительно малых размеров
более тяжелые.
. Тропическая - Т (Т- tropical) - получена путем
уменьшения летнего надводного борта на 1/48 летней осадки.
. Грузовая марка для пресной воды - П (F - fresh
water) - положение этой марки по высоте определяется вычитанием из летнего
надводного борта значения изменения осадки судна при переходе из морской воды в
пресную.
. Тропическая марка для пресной воды - ТП (ТF -
tropical fresh water) - ее получают уменьшением тропического надводного борта
на величину изменения осадки при переходе из соленой в пресную.
Буквы Р С на марке обозначают - регистр СССР.
Для лесовозов существует специальная лесная
грузовая марка, которая наносится левее знака грузовой марки. Она уменьшает
надводный борт, т.к. лес придает судну дополнительную плавучесть. Пассажирские
марки обозначаются литерами С1, С2, СЗ и т.д., расположены перпендикулярно
вертикальной линии в корму. Существует специальная грузовая марка для судов
внутреннего плавания. Она имеет вид:
Назначение минимального надводного борта этих
судов зависит от района плавания этих судов. Судам, совершающим международные
рейсы, регистром выдается ''международное свидетельство о грузовой марке",
которое составляется на русском и английском языках.
. Назначение якорного устройства. Составные
части, их расположение и назначение
Якорное устройство служит для обеспечения
надежной стоянки в море, на рейде и в других местах, удаленных, от берега,
путем крепления за грунт с помощью якоря и якорной цепи. В его состав входят:
якоря, якорные цепи (канаты), якорные машины, якорные клюзы и стопоры. Якоря в
зависимости от их назначения разделяют на:
становые, предназначенные для удержания судна в
заданном месте;
вспомогательные -для удержания судна в заданном
положении во время стоянки на основном якоре.
К вспомогательным относится кормовой якорь -
стоп-анкер, масса которого составляет 1/3 массы станового. Размеры, массу и
количество якорей назначают по Правилам Регистра в зависимости от размеров
корпуса и надстроек судна. Держащая сила якоря в среднем в 10 раз больше его
массы. Основными частями якоря являются веретено и лапы. Якоря различают по
подвижности и количеству лап (до четырех) и наличию штока. К безлапым относят
мертвые якоря (грибовидные, винтовые, железобетонные), используемые при
установке плавучих маяков, дебаркадеров и других плавучих сооружений.
На морских судах в качестве становых и
стоп-анкеров применяют двулапые якоря: бесштоковые, с поворотными лапами (якоря
Холла, Грузона х) и штоковые, с неподвижными лапами (адмиралтейские). Штоковые
якоря обладают значительно большей держащей силой, чем бесштоковые (у
адмиралтейского она равна 10 - 12 массам самого якоря), но наличие штока
затрудняет их уборку и отдачу. Поэтому на крупных судах, как правило, применяют
тяжелые бесштоковые якоря Холла, легко убираемые в клюзы.
Существуют якоря повышенной держащей силы (с
поворотными лапами и штоком в виде поперечных утолщений на лапах). К этому типу
относят якорь Матросова, применяемый на катерах и буксирах.
На малых судах и баржах используют многолапные
бесштоковые якоря, называемые кошками. Суда ледового плавания снабжают
специальными однолапыми бесштоковыми ледовыми якорями, предназначенными для
удержания судна у ледового поля. Якорная цепь служит для крепления якоря к
корпусу судна.
Она состоит из звеньев, образующих смычки длиной
25-27 м, соединенные одна с другой при помощи специальных разъемных звеньев.
Смычки образуют якорную цепь длиной от 50 до 300 м. В зависимости от
расположения в якорной цепи различают: якорную (крепящуюся к якорю);
промежуточные и коренную смычки. Крепят якоря к якорной цепи при помощи якорных
скоб. Чтобы предупредить скручивание цепи, в нее включают поворотные звенья -
вертлюги.
е
- вертлюга,- звена общего, калибром 16-82 мм,
-й
категории прочности.
Для
крепления и экстренной отдачи коренного конца якорной цепи применяют
специальное устройства с откидным гаком - глаголь-гак, позволяющим легко
освободить судно от вытравленной якорной цепи. Устройство для быстрой от дачи
якорной цепи, устанавливаемое в цепном ящике, должно иметь дистанционный привод
управления, выведенный на открытую или другую палубу в доступном месте. Якорные
цепи различают по калибру - диаметру поперечного сечения прутка звена. Звенья
цепей калибром более 15 мм должны иметь распорки - контрфорсы.
Якорные
цепи:
-
звено;
-
контрфорс;
-
концевое звено;
-
соединительная скоба;
-
вертлюг;
-
якорная скоба;
-
скоба якоря
В
походном положении якорную цепь хранят в цепном ящике с деревянной обшивкой.
Для обеспечения самоукладки якорной цепи цепные ящики имеют обычно круглое
сечение, диаметр которого составляет около 30 - 35 калибров якорной цепи.
Якорными машинами для подъема якоря служат лебедки с горизонтальной осью
вращения барабана - брашпили.
Брашпиль
электрический:
-
двигатель;
-
червячный редуктор;
-
цилиндрические шестерни;
-
цепная звездочка;
-
ленточный тормоз;
-
турачка (швартовный барабан);
-
грузовой вал.
Или
с вертикальной осью вращения барабана - шпили.
Якорный
шпиль:
-
электродвигатель;
-
редуктор (червячный);
-
вертикальный вал;
-
грузовой вал;
-
цепная звездочка;
-
швартовный барабан;
-
колодочный тормоз.
Брашпиль,
устанавливаемый в ДП (деометральной плоскости), обслуживает якорные цепи
правого и левого бортов (на супертанкерах применяют полубрашпили - раздельные
брашпили, смещенные от ДП к бортам). Отдача якоря происходит за счет
собственной массы. При этом во избежание чрезмерного разгона якорная цепь,
сматывающаяся через звездочку брашпиля, притормаживается ленточным тормозом. На
оси звездочек брашпиля, по ее концам, обычно устанавливают турачки (барабаны
для наматывания швартовных тросов при швартовке). Благодаря наличию специальных
муфт турачки могут работать при неподвижной звездочке и наоборот. Шпиль
обслуживает только одну якорную цепь каждого борта. Механизм шпиля разделяют
обычно на две части: верхнюю, состоящую из звездочки со швартовным барабаном и
находящуюся над палубой, и нижнюю, состоящую из двигателя и редуктора,
располагаемых под палубой.
Тормозят
вытравливаемую якорную цепь с помощью колодочного тормоза. Брашпили и шпили
имеют электрический, электрогидравлический или паровой привод. В случае
необходимости небольшие шпили могут иметь ручной привод. Они приводятся во
вращение вручную при помощи вымбовок - съемных деревянных рычагов, вставляемых
в выемки швартовного барабана.
Якорные
клюзы.
Якорные
клюзы предназначенны для уборки цепи и уборки якоря. В зависимости от типа и
назначения судна различают клюзы обычные, открытые и с нишей. Обычные клюзы
устанавливают на большинстве транспортных, промысловых и вспомогательных судов;
их изготовляют литыми или сварными. Открытые клюзы, представляющие собой
массивную отливку с желобом для прохода якорной цепи и веретена якоря,
устанавливают в месте соединения палубы с бортом. Их применяют на низкобортных
судах, на которых обычные клюзы в виде труб, оканчивающихся бортовыми и
палубными раструбами, нежелательны, так как через них на волнении на палубу
попадает вода. Клюзы с нишей в бортовой обшивке позволяют убирать якорь
заподлицо с обшивкой, уменьшая тем самым возможность повреждения при движении
во льдах, буксировке и швартовках. Их предусматривают на судах ледового
плавания, буксирах, спасателях, пассажирских и промысловых судах.
Стопоры
предназначены для крепления якорных цепей и удержания якоря в клюзе в походном
положении. Для этого используют винтовые кулачковые стопоры, закладные стопоры
- стопоры с закладным звеном, и эксцентриковые (на малых судах). Для более
надежного закрепления якоря служат дополнительные цепные стопоры, короткие
цепные смычки, пропускаемые через якорную скобу и закрепляемые двумя концами к
обухам на палубе.
С
помощью талрепа, включенного в один конец цепи, подтягивают якорь в клюз до
плотного прилегания лап к наружной обшивке. Глаголь-гак, включенный в другой
конец цепи, служит для быстрой отдачи стопора.
.
Движители быстроходных судов
Некавитирующие
широколопастные гребные винты. Основная проблема, которую приходится решать,
проектируя винты высокоскоростных судов, - максимальное отдаление кавитации.
Это достигается, во-первых, использованием на всех радиусах сегментного сечения
профиля, а, во-вторых, высоким дисковым отношением. Последнему обстоятельству
эти винты и обязаны своим наименованием - широколопастные.
В
отечественной практике распространение получили широколопастные гребные винты
Г.А. Звездкиной, которая построила соответствующие расчетные диаграммы. В их
основе - испытания серии трех лопастных винтов с дисковым отношением АЕ/А0
= 0,5; 0,8; 1,1 и шаговым отношением Р/D = 0,6 -
1,6. Диаграммы построены по методу Э. Э. Папмеля, с их помощью можно решать все
задачи, связанные с проектированием гребных винтов.
Обработка
экспериментальных данных Г.А. Звездкиной, проведенная под руководством автора,
позволили представить ГДХ широколопастных винтов в аналитическом виде:
где
Кт и Kq- коэффициенты упора и момента;
Кт
= Кт/Кт max - нормализованный коэффициент упора;
J =J/Jmax -
нормализованная относительная поступь;
Кт
max - коэффициент упора в швартовном режиме (J = 0),
Jmax, Kqo
- относительная поступь нулевого упора и соответствующий ей коэффициент
момента.
Были
аппроксимированы также необходимые для проектирования гребных винтов линии
оптимальных значений всех коэффициентов задания. Для удобства пользования они
представлены так, чтобы по известному значению соответствующего коэффициента
задания находить искомые характеристики (P/D, J)
оптимального винта:
Выражения
(4.81) - (4.85) полностью описывают ГДХ всех винтов серии, а (4.86) - (4.89)
позволяют решать проблему выбора оптимального винта при любых типах задания.
Кроме того, они могут использоваться и для винтов с промежуточными значениями
дискового отношения (в диапазоне Ae/Aо
= 0,5-1,1).
Минимально
допустимое с точки зрения прочности дисковое отношение определяется по формуле,
полученной с использованием методики В. М. Лаврентьева:
где
Т - упор; D - диаметр винта; [ơ]-допускаемые напряжения.
Проверка
винта на кавитацию осуществляется на заключительной стадии расчета, когда
геометрические характеристики ( Ae/Ao, P/D) и режим
работы винта (J) уже
известны. Отсутствие второй стадии кавитации обеспечивается условием J>Jkp, а величина
последнего определяется выражением
где
ơо - осевое
число кавитации, а коэффициенты а и b
определяются в зависимости от шагового отношения:
Выражение
(4.91) справедливо в диапазоне 0,7 ≤ ơо (АЕ/Ао) ≤
1,0, вполне достаточном для проверки винтов, работа которых может
сопровождаться кавитацией. Винты, установленные на наклонных гребных валах (СПК
с МПК, глиссирующие суда), работают в равномерно скошенном поле скоростей,
когда угол атаки б элемента за один оборот изменяется в достаточно широких
пределах. В результате в одном положении (б > 0) на лопасти кавитация может
наблюдаться на засасывающей, в другом б <0 - на нагнетающей поверхности, а в
третьем, промежуточном, б = 0 - вообще отсутствовать. Наибольшую опасность с
точки зрения возникновения эрозии представляет кавитация нагнетающей
поверхности. Для устранения последней методами вихревой теории проводят
корректировку геометрических элементов (P/D =ѓ(r), дc =ѓ(r)) гребного
винта.
Взаимодействие
гребного винта с корпусом быстроходного судна в значительной степени
определяется типом судна и компановкой движительного комплекса. Так, например,
на глиссирующих судах и СПК с малопогружными крыльями (МПК) обычно
устанавливают наклонные гребные валы, у мореходных СПК с АУПК винты располагают
за гондолами. Систематические данные по коэффициентам взаимодействия
некавитирующих гребных винтов с корпусом быстроходных судов отсутствуют, чаще
всего при расчетах используют известные результаты судов-прототипов.
Сильнокавитирующие
гребные винты. Предотвратить кавитацию гребного винта при высоких скоростях
движения (хS > 35- 40
уз) практически невозможно, остается приспособить его для работы в этих
условиях. Первая стадия кавитации сопровождается интенсивной эрозией и ведет к
разрушению гребного винта. Поэтому в качестве расчетного режима принимается
вторая стадия - развитая кавитация, а соответствующие гребные винты называют
сильнокавитирующими. Характерной особен-ностью этих винтов является зависимость
их ГДХ от числа кавитации ơо. Кривые действия гребного винта
перестают быть однозначными: при фиксированной поступи коэффициенты упора,
момента и КПД принимают различные значения в функции от ơо. Так, на
рис. 4.23 приведены характе-ристики трехлопастного сильнокавитирующего гребного
винта (СКГВ) с сегментным профилем сечения лопасти, имеющего
Ae/Ao=1,1, Р/D = 1,2.
Построение
диаграмм СКГВ существенно затрудняется: для каждого фиксированного значения
числа кавитации ơо надо
строить свои диаграммы (корпусную и машинную). Сложно и пользование ими:
интерполяция для промежуточных значений ơо сопряжена с потерей
необходимой точности расчетов. Поэтому чаще всего при проектировании СКГВ
пользуются непосредственно кривыми действия отдельных винтов. Процедура при
этом выглядит следующим образом: определяют осевое число кавитаций ơо в
зависимости от типа задания, рассчитывают соответствующий коэффициент Kdt или Knт. На ГДХ СКГВ
наносят параболу, отвечающую расчетному значению коэффициента задания.
Точка
пересечения этой параболы с зависимостью KT(J) при
известном значении ơо
соответствует режиму работы рассматриваемого СКГВ, при котором он выполняет
условия задания.
Проделав
подобную операцию с кривыми действия всех винтов серии, строят зависимость ŋо
= ѓ(P/D), максимуму
которой отвечает шаговое отношение оптимального (выполняющего условия задания и
имеющего при этом наивысший КПД) винта. Частично-погруженные гребные винты. В
последнее время пристальное внимание проектантов высокоскоростных судов
приковано к пересекающим свободную поверхность частично погруженным гребным
винтам (ЧПГВ). Их ступица обычно располагается над водой, касаясь ее
поверхности; гребной вал наклонный, лопасти могут иметь сегментный или
клиновидный профиль сечения. При фиксированном погружении ГДХ ЧПГВ напоминают
таковые для СКГВ, работающего в режиме развитой кавитации при ơо = const. В этом
сходстве нет ничего удивительного: на лопастях ЧПГВ развиваются атмосферные
каверны, заполненные воздухом.
Основные
достоинства ЧПГВ:
)
устранение сопротивления выступающих частей валопровода (гребного вала, его
кронштейнов), которое на глиссирующих судах может составлять (25-30) % полного,
а на спортивных доходит до 50 % и более;
)
большая защищенность гребного винта, располагающегося за корпусом, а не под его
днищем (на глиссирующих судах и скеговых СВП) или под крылом (на СПК с МПК);
)
полное устранение опасности кавитации и связанной с ней эрозии;
)
высокий КПД.
Однако
ЧПГВ пока не находят широкого применения. Асимметрия обтекания приводит к
появлению боковой силы, величина которой соизмерима с упором, а также к
повышенной виброактивности ЧПГВ. Кроме того, создаваемый ими упор на низких
поступях слишком мал, чтобы обеспечить выход судна на расчетный режим. Первый
недостаток устраняется путем установки двух винтов противоположного вращения.
Для повышения упора в переходном режиме следует увеличивать погружение винта.
Частично это достигается автоматически, за счет изменения посадки судна, в
случае необходимости можно использовать специальные профилированные насадки,
устанавливаемые перед винтом. Основной путь снижения виброактивности ЧПГВ -
увеличение числа их лопастей. Тормозит использование ЧПГВ и то, что процессы,
сопровождающие их работу, недостаточно изучены. Теоретическое исследование
проблемы затрудняет существенная нестационарность характера обтекания лопасти,
которая попеременно движется в воздухе, пересекая свободную поверхность в воде.
Определенные трудности возникают и при моделировании работы ЧПГВ: кроме подобия
по числу Фруда необходимо обеспечить и подобие по числам кавитации и Вебера.
Последнее условие, моделирующее силы поверхностного натяжения, невыполнимо в
принципе; требуемое число кавитации можно получить только в специальном
кавитационном бассейне .
Ограниченное
применение на быстроходных судах находят и воздушные движители. Они
устанавливаются только в тех случаях, когда не имеется контакта с водной
поверхностью в расчетном режиме движения (амфибийные СВП, экранопланы). Чаще
всего в качестве движителей подобных судов используют воздушные винты
изменяемого шага, имеющие узкие лопасти с довольно большой относительной
толщиной.
Применение
воздушных винтов на судах других типов не оправданно в силу того, что при
характерных для судостроения скоростях (хS ≤ 60
уз) эффективность движителей, работающих в воздухе, значительно ниже, чем у
гидравлических.
Использованная
литература
. Жинкин В.Б. Теория и устройство
корабля. Издательство: Судостроение. СПб.2002. 408с
. http://piratbit.net/ Движители
быстроходных судов М.А. Мавлюдов, А.А. Русецкий, Ю.М. Садовников, Э.А. Фишер.
. Смирнов Н.Г. Теория и устройство
судна. - Учебник для речных училищ и техникумов. М.: Транспорт, 1992. - 248с.
.
http://crew-help.com.ua/stati_out.php?id=52&tema=an
.
http://moryak.biz/modules.php?name=Content&pa=showpage&pid=217