Видеодневник инноваций
Подлодки Корабли Карта присутствия ВМФ Рейтинг ВМФ России и США Военная ипотека условия
Поиск на сайте

Главная / Издания / Литература / Книжная полка / Г.М. Алексеев. Особые случаи морской практики

§ 14. Расчет скорости буксировки и прочности буксирного троса

Скорость буксировки в обычных нештормовых условиях определяется расчетом сопротивления воды движению как буксируемого, так и буксирующего судов. Это суммарное сопротивление и должно быть преодолено упором винта буксирующего судна. Оно равно:


где R — общее сопротивление;

RO — сопротивление буксирующего судна;

RB — сопротивление буксируемого судна. Общее сопротивление R равно и прямо противоположно упору винта Р. Так как источником скорости является упор винта, то движение вперед буксирующего и буксируемого судов возможно лишь с уменьшенной скоростью буксирующего судна при нормальной работе его машин. В этом случае происходит уменьшение сопротивления воды движению буксирующего судна, и освободившаяся таким образом мощность может быть использована на движение буксируемого судна. Разница между упором винта и сопротивлением буксирующего судна при уменьшенной скорости движения и есть та сила, которая используется на продвижение буксируемого судна. Эту силу называют тягой на паке Fг, Максимальной скоростью при буксировке будет та скорость, при которой сопротивления буксирующего и буксируемого судов в сумме составят силу, равную упору винта Р. Эта скорость легко определяется, если построить суммарный график сопротивления, буксирующего и буксируемого судов в зависимости от скорости. Весь расчет сводится к следующему:

1) определяется максимальный упор винта буксирующего судна, причем определение можно производить двумя способами:

а) рассчитать упор винта по его элементам;

б) определить сопротивление воды движению буксирующего судна при максимальной скорости. Это сопротивление будет равно упору винта;

2) определяется сопротивление воды движению буксирующего судна при различных скоростях одним из методов, применяемых в теории корабля;

3) определяется сопротивление воды движению буксируемого судна при различных скоростях так же, как для буксирующего судна (при расчете по этому пункту необходимо учесть сопротивление винтов).

Для определения увеличения мощности из-за наличия винтов следует использовать следующие формулы, предложенные инж. В. П. Жуковым:

а) для одного застопоренного гребного винта


б) для одного проворачиваемого гребного винта


где D — диаметр винта в м;

V — скорость буксировки в узлах;

Nlb — мощность в л. с. Пересчет индикаторной мощности, затрачиваемой на сопротивление винтов, на силу сопротивления производится следующим способом


где Rb — сопротивление винта в кг;

V' — скорость буксировки в м/сек;

Nlb — индикаторная мощность, затрачиваемая на сопротивление винта.

Для грубых расчетов можно принимать увеличение сопротивления буксируемого судна на 75% при больших винтах (у судов с поршневыми мялооборотными двигателями) и на 45% при сравнительно небольших винтах (у турбинных и дизельных судов с большим числом оборотов двигателя).

Если винтов несколько, то сопротивление определяется суммированием сопротивлений от каждого винта;

4) составляется график суммарного сопротивления, который затем применяется для определения скорости буксирования и силы тяги на гаке.

При вычислении сопротивления как буксирующего, так и буксируемого судна составляется таблица сопротивлений (табл. 2).

Таблица 2



Имея таблицу сопротивлений, строят график сопротивлений. График строится в прямоугольной системе координат. По оси абсцисс откладывают скорости в узлах, а по оси ординат — силы в тоннах. Отдельно строят кривые сопротивления буксирующего и буксируемого судов и суммарный график сопротивлений. Такой график, построенный на основании табл. 2, представлен на рис. 27.


Рис. 27

Пользуясь графиком, разберем конкретный пример. Допустим, что максимальный упор винта буксировщика равен 11 т.

Требуется определить скорость буксировки и силу тяги на гаке Fг.

По оси ординат откладываем отрезок Од, равный 11 т. Через точку д проводим линию да параллельно оси абсцисс до пересечения с кривой суммарного сопротивления в точке а. Из точки а опускаем перпендикуляр на ось абсцисс и находим на этой оси точку б. Отрезок об представляет собой скорость буксирования, которая в рассматриваемом случае равна 7,6 узла.

Для определения тяти на гаке Fг отыскиваем точку пересечения перпендикуляра аб с кривой сопротивления буксируемого судна. Обозначив эту точку буквой в, проводим через нее линию вг параллельно оси абсцисс до пересечения с осью ординат в точке г. Отрезок Ог представит собой тягу на гаке Fг, которая в рассматриваемом случае равна 6,3 т.

Это и есть то усилие, на которое следовало бы рассчитывать буксирный трос, если не учитывать сопротивления буксирного троса, воздушного сопротивления и иных усилий, которые возникают при плавании на волнении вследствие качки, рысканья и т. д., не говоря уж об орбитальном движении судов.

Выше изложен прямой и сравнительно точный метод определения скорости буксирования, если не считать решения этого вопроса в опытовом бассейне, где результаты модельных испытаний дадут более точное решение.

Приближенные методы для определения сопротивления воды движению буксируемого судна

В разное время различными авторами и организациями предложены приближенные формулы для определения натяжения буксирного каната.

Принцип расчета сводится к тому, что определяют сопротивление воды движению буксируемого судна на той скорости, при которой возможно осуществить буксировку.

Для определения скорости буксирования приходится строить суммарный график сопротивления и поступать так, как уже описано выше.

Упор винта Р может быть рассчитан по такой известной формуле.


Nl — индикаторная мощность в л. с;

P = R — упор винта в кг;

V — скорость судна в м/сек;

n — пропульсивный коэффициент.

Другой вид этой формулы, выраженной через шаг винта и число оборотов, имеет вид


где Nl — индикаторная мощность в л. с,

n — число оборотов в минуту при данной мощности;

р — шаг винта в футах;

n — пропульсивный коэффициент;

R — упор винта в англ. тоннах.

Для определения упора винта в формулах (53) и (54) необходимо задаваться только пропульсивным коэффициентом n, остальные величины обычно известны.

Имеется еще ряд формул для определения упора винта, из которых:

а) формула инженер-механика Афанасьева


где D — водоизмещение судна в англ. тоннах;

L — длина корабля без подзора в футах;

В — наибольшая ширина подводной части в футах;

V — скорость в узлах;

d — величина, которая зависит от сопротивления гребных винтов и равна для одного вращающегося или заторможенного винта 0,10, для двух винтов, разобщенных от машины, 0,15, для вращающихся соединенных с машинами, 0,30, для застопоренных 0,50;

б) английская формула


где D — водоизмещение в англ. тоннах;

V — скорость в узлах;

K — коэффициент, равный для глубокосидящих кораблей 4000, для мелкосидящих—3000.

в) французская формула


где S — площадь подводной части мидель-шпангоута в м2;

V — скорость буксировки в узлах;

К — коэффициент, который зависит от типа судна и выбирается по табл. 3.

Таблица 3



Для определения тягового усилия, которое может развивать судно, ЭПРОН применял такую формулу


где IНР — индикаторная мощность машины в л. с;

V — скорость в узлах, соответствующая принятой индикаторной мощности и развиваемая судном при этой мощности.

Регистр СССР рекомендует определять тяговое усилие по следующей формуле:


Все перечисленные -приближенные формулы, кроме формулы Афанасьева, не учитывают влияния винтов буксируемого судна и дают ошибку, доходящую до 17—18%. Особенно большие ошибки дают формулы (58) и (59), которые доходят до 30% в сторону завышения тягового усилия. По-видимому они дают тягу винта на швартовах.

Значение этих приближенных формул состоит в том, что когда сделан расчет тягового усилия, его необходимо проверить другим способом. Кроме того, не всегда имеется возможность произвести точный расчет тягового усилия. В этом случае будут годны и приближенные формулы, позволяющие быстро рассчитать тяговое усилие.

Прочность троса не рекомендуется рассчитывать на полученное выше тяговое усилие, поскольку оно соответствует благоприятным условиям работы, которые редко встречаются в море.

Адмирал Найт, один из видных специалистов по морской практике, рекомендует для получения расчетного тягового усилия в буксирном тросе для средних условий погоды и состояния моря увеличить полученный по формулам результат в 3—4 раза, а при неблагоприятных условиях погоды в 5—6 раз.

Наибольшей нагрузкой на буксирную линию, которую можно с достоверностью вычислить, является тяга винта на швартовах, т. е. нагрузка в штормовых условиях. Эту нагрузку и следует брать как расчетную.

Согласно правилам Регистра СССР запас прочности в буксирной линии должен быть равным 6.

Умножив тяговое усилие на швартовах на 6, получим разрывное усилие буксирного каната, по которому нетрудно подобрать прочные размеры буксирной линии.

При плавании на волнении на буксирную линию накладываются усилия, на которые невозможно ее спроектировать. Однако всякая буксирная линия допускает некоторые условия, при которых возможна безопасная буксировка. Для определения этих условий акад. А. Н. Крылов рекомендовал делать проверку буксирной линии на конечную нагрузку, равную половине ее разрывной нагрузки, т. е. он предлагал коэффициент запаса прочности, равный 2, для нагрузок, возникающих при плавании на взволнованном море.

Таким образом, мы получили следующие нагрузки на буксирную линию;

1) нагрузку, равную тяге на гаке в условиях плавания на тихой воде;

2) нагрузку, которая может быть приложена в штормовых условиях, равную тяге винта на швартовах;

3) нагрузку, которая может быть допущена в условиях плавания на взволнованном море.

Отсюда вытекает такой порядок выполнения расчета.

1. За расчетную нагрузку принимают тягу винта на швартовах.

2. Эту нагрузку увеличивают в 6 раз и подбирают прочные размеры буксирной линии на эту увеличенную нагрузку, как на разрывную.

3. Проверяют условия плавания при отсутствии ветра на мертвой зыби при нагрузках: а) начальной, равной тяге на гаке в нормальных условиях; б) конечной, равной половине разрывного усилия буксирной линии.

4. Проверяют условия плавания в шторм и на волнении при нагрузках: а) начальной, равной тяге винта на швартовах; б) конечной, равной половине разрывного усилия буксирной линии. Формула Регистра СССР FГ = IHP/100 (в т), дающая в весьма простой форме тягу винта для расчета буксирной линии, очень полезна при установлении размеров буксирной линии в первом приближении.

Вперед
Оглавление
Назад

Главное за неделю