Der Umlaufdurchmesser des Gefäßes beträgt normalerweise. Quantifizierung der Gefäßzirkulation

25.10.2021

ANWEISUNGEN

zur Durchführung von Studienleistungen in der Disziplin "Ship Management"

Thema: « Berechnung von Zirkulationselementen und Trägheitseigenschaften des Behälters »

1. Allgemeine Bestimmungen der Studienleistungen

Gemäß IMO-Resolution A.160 (ES.IV) und Paragraph 10 der Regel II/I des Internationalen Übereinkommens über die Ausbildung, Zertifizierung und Wachdienst von Seeleuten, 1978, müssen jedem Schiff Informationen zur Manövrierfähigkeit zur Verfügung gestellt werden.

Die Studienarbeit in der Disziplin "Ship Management" bietet eine vertiefte Auseinandersetzung mit Fragen der Definition der manövrierfähigen Elemente des Schiffes.

Die CR-Aufgabe umfasst die Berechnungen der Zirkulationselemente und der Trägheitseigenschaften des Schiffes sowie die Erstellung einer typischen Tabelle der manövrierbaren Elemente basierend auf den erhaltenen Ergebnissen.

Die Studienleistungen werden von Kadetten des 5. Studienjahres der Fakultät für Schifffahrt im 10. Semester nach dem Studium des Abschnitts 3 (Thema 13-17) des Regelstudiengangs "Schiffsmanagement" erbracht.

Die Kursarbeit umfasst folgende Themen:

1. Berechnung der Elemente der Schiffszirkulation.

2. Berechnung der Trägheitseigenschaften des Schiffes, einschließlich passiver Bremsung, aktiver Bremsung und Beschleunigung des Schiffes in verschiedenen Bewegungsarten.

3. Berechnung der Zunahme des Schiffstiefgangs bei Fahrten in seichtem Wasser und in Kanälen.

4. Erstellen einer Tabelle der manövrierfähigen Elemente des Schiffes auf der Grundlage der Berechnungsergebnisse (rechnerischer und grafischer Teil der Arbeit).

Studienleistungen werden nach den bestehenden Anforderungen erstellt.

Die Dimension der physikalischen Größen in den verwendeten Formeln muss der im Abschnitt „Symbole“ angegebenen entsprechen, sofern im Text des BE nicht anders angegeben.

Nach Prüfung der Studienleistungen durch den Dozenten verteidigt der Student zum vereinbarten Zeitpunkt diese im Fachbereich.

2. Symbole

Δ - Volumenverdrängung, m 3

D - Gewichtsverlagerung des Schiffes, t

L ist die Länge des Gefäßes zwischen den Senkrechten, m

B - Breite des Schiffes, m

d - Entwurf, m

V 0 - volle Geschwindigkeit, m / s

V n - Anfangsgeschwindigkeit für ein bestimmtes Manöver, m / s

C in - to-t der vollständigen Vollständigkeit

C m - to-t der Vollständigkeit des Mittelrahmens

C d - bis t Vollständigkeit von DP

Mit y - to-t Hubkraft des Ruderblattes

η - Vortriebskoeffizient

λ 11 - Koeffizient der hinzugefügten Masse

α - der Drehwinkel des Schiffes, Grad

β - Driftwinkel des Gefäßes auf der Zirkulation, deg

δ p - Ruderlagewinkel, Grad

θ - Rollwinkel, Grad

ψ - Trimmwinkel, Grad

l p - Ruderblattlänge, m

h p - die Höhe des Ruders, m

λ p - relative Länge des Ruderblattes

A p ist die Fläche des Ruders, m 2

A d - die Fläche des untergetauchten Teils des DP des Schiffes, m 2

A m ist die Fläche des untergetauchten Teils des Mittelrahmens, m 2

D in - der Durchmesser des Propellers, m

H in - Gewindesteigung, m

n 0 - Rotordrehzahl, 1 / s

N i - angezeigte Leistung des Hauptmotors, PS

N e - Wirkleistung, PS

M w - der Moment an den Festmacherleinen

P zx - Propellerstopp an Festmacherleinen rückwärts, tf

T 1 - Zeitpunkt der ersten Periode, s

T 2 - Zeitpunkt der zweiten Periode, s

T p ist die Reaktionszeit des Schiffes auf die Ruderlage, s

T c - Umlaufdauer, s

D 0 - Durchmesser der stationären Zirkulation, m

D t - Taktischer Umlaufdurchmesser, m

D k - der Durchmesser der Zirkulation des hinteren Endes des Schiffes, m

l 1 - Erweiterung, m

l 2 - Vorwärtsverschiebung, m

ΔS ist die Breite der Fahrspur auf dem Umlauf, m

S 0 - Trägheitskonstante, m

S t - Bremsweg bei aktiver Bremsung, m

t t - aktive Bremszeit, s

S p - Bremsweg beim passiven Bremsen, m

t p - passive Bremszeit, s

S p - Beschleunigungsweg des Schiffes, m

t p - Beschleunigungszeit des Schiffes, min

g - Erdbeschleunigung, m / s 2

3. Aufgabenstellung für den Abschnitt „Bestimmung der Elemente der Schiffszirkulation“

Alle Zirkulationselemente werden für zwei Schiffsverschiebungen (beladen und Ballast) aus voller Vorwärtsfahrt mit der Ruderstellung „an Bord“ (35°) und „Halbbord“ (15°) ermittelt.

Die Berechnungsergebnisse werden in einer Tabelle zusammengefasst und daraus die Umlaufkurve für zwei Verschiebungen und zwei Ruderlagen gebildet.

3.1 Methodik zur Berechnung von Umlaufelementen

Der Durchmesser der festgestellten Zirkulation wird mit einigen Annahmen nach der Schencher-Reichsformel berechnet.

wobei K 1 ein vom Verhältnis abhängiger empirischer Koeffizient ist;

Wertetabelle des Koeffizienten K 1

	0,05	0,06	0,07	0,08	0,09	0,10	0,11	0,12	0,13	0,14	0,15
K 1	1,41	1,10	0,85	0,67	0,55	0,46	0,40	0,37	0,36	0,35	0,34

Die Fläche des Ruders wird durch die Formel bestimmt:

wobei A ein empirischer Koeffizient ist, der durch die Formel bestimmt wird:

Der Auftriebsbeiwert des Ruderblattes C y kann durch die Formel ermittelt werden:

(berücksichtigen).

Der taktische Umlaufdurchmesser lässt sich nach den Formeln ermitteln:

- geladen: ;

- im Vorschaltgerät: ,

wobei D t der taktische Durchmesser der Zirkulation ist, wenn das Ruder "an Bord" verschoben wird.

Die Abhängigkeit des taktischen Umlaufdurchmessers vom Ruderwinkel wird durch die Formel ausgedrückt:

Extension und Forward Offset werden nach den Formeln berechnet:

wobei K 2 ein empirischer Koeffizient ist, der durch die Formel bestimmt wird:

wo ist die relative Fläche des Ruderblatts, ausgedrückt als Prozentsatz der Fläche des untergetauchten Teils des DP:

Der Trimmwinkel wird durch die Formel bestimmt:

Der Durchmesser der Zirkulation des hinteren Endes des Schiffes kann durch die Formel bestimmt werden:

Die Translationsgeschwindigkeit bei stationärem Umlauf wird durch die Näherungsformeln bestimmt:

beim Verschieben des Ruders "an Bord";

beim Verschieben des Ruders "Bordboden"

Die Dauer des stetigen Umlaufs wird durch die Formel bestimmt:

Die Breite der Fahrspur des Schiffes auf dem Umlauf wird durch die Formel bestimmt:

3.2 Methodik zur Konstruktion des Gefäßkreislaufs

Die Kurve der evolutionären Zirkulationsperiode kann aus Kreisbögen mit veränderlichen Radien konstruiert werden. Nach einer Drehung des Gefäßes um 180° gilt der Umlaufradius als konstant.

Der Wert des Umlaufradius nimmt vom größten Wert zu Beginn des Umlaufs bis zum Wert des Umlaufradius des etablierten Umlaufs ständig ab.

Die relativen Werte der Radien der instationären Zirkulation in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Schiffes und dem Winkel der Ruderverschiebung sind in der Tabelle aufgeführt:

Wertetabelle von R n / R c

wobei R n der Radius der instationären Zirkulation ist;

R 0 - Radius der stetigen Zirkulation.

Die Reihenfolge des Gebäudeumlaufs:

1. Wir zeichnen die Linie des Anfangskurses und tragen darauf im ausgewählten Maßstab das Segment der Schiffsbahn ein, das während der Manövrierzeit durchquert wurde:

2. Berechnen Sie den durchschnittlichen Drehradius des Schiffes bei einem Winkel von 10 ° gemäß der Tabelle. Dazu wählen wir beispielsweise aus der Tabelle das Verhältnis der Radien R n / R c bei Drehwinkeln von 5° und 10° bei p = 35. Diese Werte betragen 4,4 und 3,2.

Dann berechnen wir den durchschnittlichen Wenderadius des Schiffes in den Intervallen von 10 ° bis 30 ° usw.

3. Die Umlaufkurve des Gefäßes wird (angenähert) aus einer Anzahl von Kreisbögen unterschiedlicher Radien bis zu einem Drehwinkel von 180° aufgebaut.

4. Nachdem wir die Zirkulationskurve in der Evolutionsperiode konstruiert haben, vervollständigen wir die Konstruktion, indem wir den Kreis mit dem Radius der etablierten Zirkulation bis zu einem Drehwinkel von 360 ° umschreiben (Abb. 1)

Reis. 1. Schema zum Aufbau des Umlaufs des Schiffes

4. Aufgabenstellung für den Abschnitt „Bestimmung der Trägheitseigenschaften des Behälters“

Die Trägheitseigenschaften sollten während der Manöver PPKh-PZKh, SPKh-PZKh, MPKh-PZKh, PPKh-STOP, SPKh-STOP, MPKh-STOP, Beschleunigung aus der Position STOP-PPKh berechnet werden.

Die aufgeführten Kenngrößen werden in Form von Diagrammen für die Schiffsverdrängung in Ladung und in Ballast dargestellt. Die Berechnungsergebnisse sind in einer Tabelle zusammengefasst:

Ladung			Ballast
PPH	SPH	MPH	PPH	SPH	MPH
A m, m 2	xxx	xxx	xxx	xxx
R 0, t	xxx	xxx	xxx	xxx
S 1, m
V 2, m / s
M 1, t	xxx	xxx	xxx	xxx
S 2, m
M w	xxx	xxx	xxx	xxx	xxx
P zx, t	xxx	xxx	xxx	xxx	xxx
S 3, m
T 3, s
S t, s
t t, so
T cf, s
S sv, m
MIT	xxx	xxx	xxx	xxx
Tr, mind.	xxx	xxx	xxx	xxx
Sp, kb.	xxx	xxx	xxx	xxx

4.1 Verfahren zur Bestimmung der Trägheitseigenschaften eines Schiffes

4.1.1 Aktives Bremsen

Aktives Bremsen wird in drei Perioden berechnet.

Die Berechnung erfolgt bis zum vollständigen Stillstand des Schiffes (V k = 0).

Wir akzeptieren , .

Wir bestimmen den Widerstand des Wassers gegen die Bewegung des Schiffes bei voller Geschwindigkeit nach der Rabinovich-Formel:

wo .

Trägheitskonstante:

wobei m 1 die Masse des Behälters ist, unter Berücksichtigung der zusätzlichen Masse:

Schraubenanschlag rückwärts:

wo ;

N e = ∙ N i;

η kann durch die Emerson-Formel bestimmt werden:

Der zurückgelegte Weg in der ersten Periode:

S 1 = V n ∙ T 1

Schiffsgeschwindigkeit am Ende der zweiten Periode:

Der Weg, den das Schiff in der zweiten Periode zurückgelegt hat:

Der vom Schiff in der dritten Periode zurückgelegte Weg:

Zeitpunkt der dritten Periode:

Gesamtbremsweg und -zeit:

S t = S 1 + S 2 + S 3

tt = t1 + t2 + t3

4.1.2 Passives Bremsen

Die Berechnung erfolgt bis zur Drehzahl V k = 0,2 ∙ V 0.

Bestimmen Sie den Zeitpunkt der passiven Bremsung:

4.2 Beschleunigung des Schiffes

Die Berechnung des Schiffes erfolgt bis zur Geschwindigkeit V к = 0,9 ∙ V 0

Bestimmen Sie die Weg- und Beschleunigungszeit mit der empirischen Formel:

S p = 1,66 ∙ С

wobei C der Trägheitskoeffizient ist, bestimmt durch den Ausdruck:

wo V zu, Knoten;

5. Berechnung zusätzlicher Daten für die Tabelle der manövrierbaren Elemente

5.1 Erhöhung des Tiefgangs des Schiffes in flachem Wasser

Das Ausmaß der Zunahme des Tiefgangs des Schiffes im flachen Wasser kann mit den Formeln des Instituts für Hydrologie und Hydromechanik der Ukraine (Formel von G.I.Sukhomel), modifiziert von A.P. Kovalev:

bei

wo ist das Verhältnis der Meerestiefe zum mittleren Tiefgang;

k ist ein Koeffizient, der vom Verhältnis der Länge zur Breite des Gefäßes abhängt.

Tabelle für Definitionen von k:

Die Berechnungsergebnisse werden in Form eines Diagramms der Abhängigkeit d zu = f (V) mit dem Verhältnis h / d = 1,4 und A zu / A m = 4 dargestellt; 6; acht.

5.2 Erhöhung des Fersenzuges

Die Zunahme des Tiefgangs bei verschiedenen Krängungswinkeln wird nach der Formel berechnet:

Die Berechnungsergebnisse werden für Wankwinkel bis 10º tabellarisch dargestellt.

5.3 Bestimmung des Tiefenspielraums für Windwellen

Die Wellentiefenreserve wird gemäß Anlage 3 RShS-89 für Wellenhöhen bis 4 Meter ermittelt und tabellarisch dargestellt.

5.4 Mann-über-Bord-Manöver

Eine der Manöverarten des Schiffes „Mann über Bord“ ist eine Kehrtwende mit Zugang zum Gegenkurs. Die Ausführung dieses Manövers hängt von der Wahl des Abweichungswinkels des Schiffes vom Anfangskurs (α) ab. Der Wert des Winkels α wird durch die Formel bestimmt:

wobei T p die Zeit ist, in der das Ruder von einer Seite zur anderen verschoben wird (T p = 30 Sekunden);

V cf - durchschnittliche Umlaufgeschwindigkeit, bestimmt aus dem Ausdruck:

Die Konstruktion des Manöverschemas erfolgt nach den in Abschnitt 3 berechneten Umlaufdaten.

Literatur

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Die Änderung der Motorlast während der Beschleunigung des Schiffes kann in Abb. 2.19. Bei einer Installation mit direkter Übertragung auf den Festpropeller beginnt der Propeller bei fehlenden Entkupplungskupplungen während des Motorstarts gleichzeitig zu rotieren. Im ersten Moment ist die Geschwindigkeit des Schiffes nahe Null, so dass sich die Belastung des Dieselmotors entsprechend ändert Ankerschraubencharakteristik bis er die Regelcharakteristik des Motors (Abschnitt 1-2) schneidet, was einer bestimmten Stellung des Steuerhebels des Allmodusreglers entspricht. Außerdem nimmt mit zunehmender Geschwindigkeit des Schiffes die Last entsprechend der Regelcharakteristik des Motors ab (Abschnitt 2-3). An Punkt 3 beendet das Schiff die Beschleunigung auf die ermittelte Geschwindigkeit Schrauben charakteristisch II. Die weitere Beschleunigung bis zum Erreichen der erforderlichen Geschwindigkeit des Schiffes erfolgt entsprechend der Schraubenkennlinie (Abschnitte 3-5 ÷ 13-14) Dazu wird der Bedienhebel des All-Mode-Reglers in mehreren Zwischenstufen Positionen, die den Regeleigenschaften des Motors entsprechen. Üblicherweise ist bei jeder Zwischenstellung der Motorsteuerkennlinie eine Verzögerung erforderlich, um die entsprechende Bootsgeschwindigkeit zu erreichen und den thermischen Zustand des Motors herzustellen. Die schraffierten Bereiche entsprechen der zusätzlich zur Beschleunigung des Schiffes aufgewendeten Motorarbeit. Die gestufte Beschleunigung des Schiffes ermöglicht es, den Motor weniger zu betreiben und die Möglichkeit seiner Überlastung auszuschließen.

Reis. 2.19. Änderung der Motorlast während der Schiffsbeschleunigung

Bei einer Notbeschleunigung des Schiffes wird der Bedienhebel des All-Mode-Reglers nach dem Anlassen des Motors sofort von der Stellung in die Stellung entsprechend der Kurbelwellen-Nenndrehzahl überführt. Das Gestell der Hochdruck-Kraftstoffpumpe wird vom Regler in die Position bewegt, die der maximalen Kraftstoffzufuhr entspricht. Dies führt dazu, dass die Änderung der Wirkleistung und Drehzahl der Kurbelwelle während der Beschleunigungszeit nach einer steileren Schneckenkennlinie erfolgt (in Abb. 2.19 - nach der Kennlinie entsprechend der Relativgeschwindigkeit des Schiffes = 0,4). An Punkt 15 erreicht der Motor die externe Motornenndrehzahlkennlinie. Bei weiterer Beschleunigung des Schiffes ändert sich die Belastung des Motors entsprechend der externen Nenndrehzahlkennlinie des Motors (Abschnitt 15-14). Punkt 14 charakterisiert die Belastung des Motors am Ende der Beschleunigung des Schiffes.

In Abb. 2.19 zeigt die Dynamik von Laständerungen am Motor während der Beschleunigung des Schiffes unter der Annahme, dass in einem Fall (bei langsamer Beschleunigung des Schiffes) die Lasten hauptsächlich durch die Position der Propellerkennlinie bestimmt werden, und während Durch die schnelle Beschleunigung des Schiffes erreicht der Motor die externe Nenndrehzahlkennlinie. In diesem Fall wird der Motor hinsichtlich des wirksamen Drehmoments überlastet.

Oben haben wir den Übertaktungsmodus in Gegenwart eines Festpropellers betrachtet. Die Installation mit einem CPP ermöglicht einen schnelleren Ablauf des Beschleunigungsprozesses des Schiffes durch die Möglichkeit, die effektive Leistung der Motoren voll auszunutzen und höhere Schubeigenschaften des Schiffes zu erzielen.

Die Betriebsbedingungen des Motors während der Beschleunigung des Schiffes hängen von der Methode zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr und vom Bewegungsgesetz der Motorsteuerung ab.

Änderung der Motorlast während der Schiffsumwälzung. Je nach Art der Lastwirkung auf die Hauptmaschinen sollte das gesamte Umlaufmanöver des Schiffes in Ein- und Ausstiegsabschnitte und einen Bewegungsabschnitt mit konstantem Umlaufradius unterteilt werden. In den ersten beiden Abschnitten arbeiten die Motoren in instationären Modi, die durch Änderungen der Schiffsgeschwindigkeit, des Driftwinkels und des Ruderwinkels verursacht werden. Unter Beibehaltung des Umlaufradius arbeiten die Triebwerke unter stationären Bedingungen, die sich jedoch von denen unterscheiden, die sich während des geraden Kurses des Schiffes abspielten. Im Umlauf bewegt sich das Schiff nicht nur entlang des Radius, sondern auch mit einer Drift; seine Drehzahl sinkt bei gleicher Drehzahl der Propellerwelle, die Propeller arbeiten in einer schrägen Wasserströmung und ihr Wirkungsgrad nimmt ab. Dies erhöht die Belastung des Motors. Die Erhöhung der Motorbelastung hängt von der Geschwindigkeit, der Form der Umgehung des Schiffsrumpfs, der Konstruktion der Ruder und dem Winkel ihrer Verschiebung ab.

Die krummlinige Flugbahn des Schwerpunkts G, wenn das Ruder in einen bestimmten Winkel verschoben und in dieser Position gehalten wird, heißt Verkehr

Es gibt 4 Umlaufperioden:

Vorläufige Frist- die Zeit vom Moment der Befehlsgabe an den Rudergänger bis zum Beginn der Ruderblattverschiebung.
Manövrierfähige Umlaufdauer- bestimmt durch den Beginn und das Ende der Ruderlage. jene. zeitlich mit der Dauer der Ruderverschiebung zusammenfällt.
Evolutionäre Zirkulationszeit- beginnt ab dem Zeitpunkt des Endes der Ruderlage und endet, wenn die Bewegungselemente einen stetigen Charakter annehmen.
Steady-State-Umlaufperiode- beginnt ab dem Moment, in dem sich der Schwerpunkt bei unverändertem Lenkrad entlang einer geschlossenen Geraden bewegt.

Bewegungselemente des Gefäßes im Kreislauf: dt - taktischer Durchmesser des Kreislaufs; Дц - Durchmesser der stetigen Zirkulation; l 1 - Verlängerung - der Abstand zwischen den Positionen des Schwerpunkts des Schiffes im Anfangsmoment der Zirkulation und nach einer Drehung um 90 °: l 2 - Rückwärtsverdrängung; l 3 - Vorwärtsverdrängung - der Abstand von der Linie des Anfangskurses zum Schwerpunkt des Schiffes nach einer 90°-Drehung. B-Driftwinkel

In der anfänglichen evolutionären Umlaufperiode wirkt das von der LF entfernte Ruder auf eine hydrodynamische Kraft, von der eine Komponente senkrecht zur LF gerichtet ist, und bewirkt, dass das Schiff abdriftet. Unter der Wirkung des Propelleranschlags und der Seitenkraft bewegt sich das Schiff vorwärts und verschiebt sich auf die der Ruderlage gegenüberliegende Seite. Daher kommt es zusammen mit der Drift zu einer Rückwärtsverschiebung des Schiffes in die der Kurve entgegengesetzte Richtung. Die Umlaufbahn ist im ersten Moment verzerrt. Die Rückwärtsverschiebung nimmt ab, wenn die auf den Schwerpunkt des Schiffes ausgeübte und aus der Kurve nach außen gerichtete Trägheitskraft zunimmt. Die umgekehrte Verdrängung bewegt das Gefäß aus dem Kreislauf. Und obwohl es die halbe Breite des Schiffes nicht überschreitet, muss es insbesondere bei scharfen Kurven in Enge berücksichtigt werden.

Während der Dauer des Umlaufs werden die auf das Ruder und den Schiffsrumpf wirkenden Kräftemomente ausgeglichen und das Schiff bewegt sich im Kreis. Eine Verletzung der Parameter der Schiffsbewegung kann auftreten, wenn sich der Ruderwinkel, die Schiffsgeschwindigkeit oder unter dem Einfluss äußerer Kräfte ändern.

Die wichtigsten Elemente der Zirkulation eines Gefäßes sind Durchmesser und Periode. Der Umlaufdurchmesser charakterisiert die Drehbarkeit des Schiffes. Unterscheiden Sie zwischen dem taktischen Durchmesser der Zirkulation Dt und dem Durchmesser der etablierten Zirkulation Dc.

Der taktische Umlaufdurchmesser Dt ist der Abstand zwischen dem Anfangskurs des Schiffes und nach seiner Drehung um 180° und beträgt 4-6 Längen von Seetransportschiffen.

Der Durchmesser der stationären Zirkulation Dc ist der Durchmesser des Kreises, auf dem sich der Schwerpunkt des Schiffes während der stationären Zirkulation bewegt. Der taktische Umlaufdurchmesser ist ca. 10 % größer als der etablierte Umlaufdurchmesser.

Der Durchmesser der Zirkulation hängt von vielen Faktoren ab: Länge, Breite, Tiefgang, Last, Schiffsgeschwindigkeit, Trimm, Roll, Seiten- und Verlegewinkel, Anzahl der Propeller und Ruder usw.

Beim Umlaufen. DP des Schiffes stimmt nicht mit der Tangente an die gekrümmte Bahn des Schwerpunkts überein. Dadurch bildet sich ein Driftwinkel P. Der Bug des Schiffes wird einwärts der Umlaufkurve verlagert und das Heck bewegt sich nach außen. Mit zunehmender Geschwindigkeit nimmt der Driftwinkel zu und umgekehrt. Aufgrund des Driftwinkels nimmt das Gefäß im Kreislauf einen Wasserstreifen mehr als seine Größe auf. Dies muss von Skippern beim Manövrieren und Ausweichen unter beengten Fahrbedingungen berücksichtigt werden.

Das nächste Element, das die Drehbarkeit des Schiffes charakterisiert, ist die Umlaufdauer. Dies ist die Zeit, die das Schiff braucht, um sich um 360 ° zu drehen. Es hängt von der Geschwindigkeit des Bootes und dem Ruderwinkel ab. Mit zunehmender Geschwindigkeit und Ruderlage verkürzt sich die Umlaufdauer. Wenn das Ruder im Anfangsmoment verschoben wird, tritt ein Rollen des Schiffes in Richtung der Kurve auf. Es verschwindet zu Beginn der Kurve in der Kurve, und bei weiterer Bewegung erhält das Schiff eine Rolle in die entgegengesetzte Richtung der Kurve. Dies erklärt sich dadurch, dass zunächst das Krängungsmoment M "cr auf das Schiff wirkt, das sich aus der Kraft P - dem Wasserdruck auf das Ruder und der Kraft R des Seitenwiderstands ergibt. Bei weiterer Drehung des Schiffes wird die Fliehkraft Trägheitskraft K, die auf den Schwerpunkt des Schiffes ausgeübt wird, beginnt auf ihn einzuwirken ( G) und nach außen gerichtet zur Kurve, und die Kraft des Seitenwiderstands R. Diese beiden Kräfte bilden ein Moment M "cr, deutlich größer als M" cr, der das Schiff an Bord gegenüber dem verschobenen Ruder krängt (gegenüber der Kurve).

Der Umlaufdurchmesser bei vollem Hub und an Bord angebrachtem Ruder ist direkt proportional zum Steuerarm ¾ (L - B) und umgekehrt proportional zum seitlichen Widerstandsarm 1/8 (L + 3B).

Der Wert des stationären Umlaufdurchmessers eines Schiffes mit großer Tonnage beträgt ungefähr:

Oder (1.3)

wobei L und B die Länge zwischen den Loten und der Breite des Schiffes sind, m;

Umlauflänge C = πD. Der Driftwinkel β im Rotationszentrum beträgt V = L / C. 180°. Die angegebenen Abhängigkeiten ermöglichen es, die Zirkulationselemente in Abhängigkeit vom L/B-Verhältnis zu finden. Dieses Verhältnis ist der Grund für unterschiedliche Umlaufdurchmesser von Behältern mit annähernd gleichem Eigengewicht. Die Berechnungsergebnisse sind in der Tabelle dargestellt. 2.

Tabelle 2.

Zirkulationselemente in Abhängigkeit von L / B

PFUND	Ts.V.	D	C	β
	1/3 Liter	4 Liter	12,6 Liter
	1/32 Liter	3,8 Liter	12,0 Liter
	5/14 Liter	3,6 Liter	11,3 Liter
	3/8 Liter	3,3 Liter	10,5 Liter
	2/5 Liter	3,0 Liter	9,4 Liter

Das Drehzentrum des Schiffes (Ts.V.), als Konzept - der Punkt, um den sich das Schiff dreht, wird in der Arbeit von Henry H. Hoyer betrachtet. Auf dem Vorwärtskurs des Schiffes, Ts.V. etwa ¼ der Bootslänge vom Bug entfernt sein. Beim Rückwärtsfahren befindet es sich etwa ¼ der Länge vom Heck entfernt. Über die Verbreitung von C.V. befindet sich im Bug bei den Werten der Länge des Schiffes, die in der zweiten Spalte der Tabelle angegeben sind. 2.

Beim Navigieren eines Schiffes ist es wichtiger, den größten Durchmesser der Schiffszirkulation (Dt) zu kennen, der taktisch genannt wird. Sein Wert für ein Schiff in Ballast kann durch die empirische Formel bestimmt werden:

(1.4)

für ein nach der Formel beladenes Schiff:

(1.5)

wobei C in - Koeffizient der Vollständigkeit der Verschiebung.

In dieser Arbeit, basierend auf der Verarbeitung von Feldversuchen für eine ungefähre Schätzung des Wertes von Dt, wurde die folgende Formel erhalten:

wobei e die Basis der natürlichen Logarithmen ist.

In dieser Arbeit werden die folgenden Formeln angegeben, um die Elemente der stationären Zirkulation eines Schiffes mit großer Tonnage zu bestimmen.

Winkelgeschwindigkeit der Rotation:

wo: V - lineare Geschwindigkeit bei stetiger Zirkulation, Knoten;

D C - Durchmesser der stetigen Zirkulation, m.

Umlaufdauer:

Der Zeitpunkt der Schiffswende in einem bestimmten Winkel φ ° wird aus dem Ausdruck bestimmt:

T = T cφ ° / 360 °, min.

Die Abhängigkeit des Umlaufdurchmessers D vom Ruderwinkel kann durch die Formel ausgedrückt werden:

(1.9)

wobei D t der taktische Durchmesser der Zirkulation beim Ruderwinkel α p = 35° "an Bord" ist.

Die Breite der Fahrspur des Schiffsrumpfes beim Abbiegen wird durch die Formel bestimmt:

DS q = L sin β + B cos β (1.10)

wobei: β der Driftwinkel des Gefäßes im Umlauf ist;

S c - Spurbreite, m.

Der Driftwinkel des Gefäßes auf der Zirkulation kann durch die Näherungsformel bestimmt werden:

(1.11)

Bei großen Schiffen kann die Rückzirkulationsverdrängung erheblich sein.

Mit einiger Näherung finden wir diesen Wert durch die Formel:

(1.12)

wobei l 3 die umgekehrte Verschiebung des Schwerpunkts des Schiffes ist.

Dann kann der Extrempunkt des Hecks unter Berücksichtigung von l 3 um einen Abstand von der Umlaufkurve abweichen, der durch die Formel bestimmt wird:

;

Die Ausdehnung des Schiffes lp beim Anfangskurs bei einer Drehung in einem Winkel von weniger als 90 ° (l 1 - die Ausdehnung des Schiffes bei einer Drehung um 90 ° ist in der Tabelle der manövrierbaren Elemente angegeben) kann näherungsweise durch die Formel bestimmt werden :

(1.13)

wobei: V 0 - die Geschwindigkeit des Schiffes zum Zeitpunkt des Beginns der Kurve;

R cf ist der Krümmungsradius der Zirkulation im Wendeabschnitt, R cf = 1,2 D t / 2, wenn das Ruder in einem Winkel von nicht mehr als 20° verschoben wird;

DК - der Drehwinkel des Schiffes (IK 2 - IK 1 = DК);

t MP ist die Reaktionszeit des Schiffes auf das verschobene Ruder (Totraum).

Der Wert der Relativgeschwindigkeit bei stationärem Umlauf für ein Schiff mit großer Tonnage kann nach folgender empirischer Formel ermittelt werden:

(1.14)

Um das Schiff auf den Gegenkurs zu wenden, muss die Breite des Fahrwassers (Wasserfläche der Schiffswende) mindestens betragen:

(1.15)

Berechnungen der Zirkulationselemente "manuell", nach den Formeln, die unter den Bedingungen der Arbeit des Schiffsführers auf der Brücke angegeben sind, werden viel Zeit in Anspruch nehmen, daher ist es erforderlich, dass die Informationen über die Drehbarkeit in einem Computer oder auf einem Poster vorliegen in Form einer speziellen Tablette (Abb. 1.6).

Reis. 1.6. Abbiegen mit dem Zirkulationstablett

Die Zirkulationsplatte ist ein Raster aus Richtungen (Radien) und Abständen (konzentrische Kreise), auf dem Zirkulationskurven unter verschiedenen Ruderwinkeln aufgetragen sind. Bei Schiffen mit großer Tonnage werden diese Kurven unter Berücksichtigung der Bewegung auf der Zirkulation der Schiffsenden (in Abb. 1.4) aufgetragen, die für die Zirkulation der linken Seite bei einer Ruderverschiebung um 10° dargestellt ist.

Sie können Ihr Tablet wie folgt verwenden. Auf Pauspapier im Maßstab des Tablets wird ein Diagramm des Fairways (Kanals) im Wendebereich mit den Markierungen des alten IK 1 und des neuen IK 2 sowie ein oder zwei der bequemsten Orientierungspunkte aufgebracht. Dann wird Pauspapier auf die Platte aufgebracht, so dass die IR-Linie mit dem Radius der OO-Platte übereinstimmt. Verschieben Sie das Transparentpapier entlang dieses Radius, wählen Sie den gewünschten Umlauf aus und fahren Sie mit dem Ruderlagenwinkel des ausgewählten Umlaufs auf einen neuen Kurs.

Die Drehbarkeit des Schiffes bedeutet seine Fähigkeit, die Bewegungsrichtung unter dem Einfluss des Ruders (Steuerung) zu ändern und sich entlang der Bahn einer bestimmten Krümmung zu bewegen. Die Bewegung eines Schiffes mit verschobenem Ruder entlang einer gekrümmten Bahn nennt man Verkehr... (Verschiedene Punkte des Schiffsrumpfes bewegen sich während der Zirkulation entlang unterschiedlicher Flugbahnen, daher ist die Flugbahn des Schiffes, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, die Flugbahn seines Schwerpunkts.)

Bei dieser Bewegung wird der Bug des Schiffes (Abb. 1) nach innen der Zirkulation gerichtet, und der Winkel a0 zwischen der Tangente an die Trajektorie des Schwerpunkts und der diametralen Ebene (DP) wird genannt WinkelDrift im Umlauf.

Der Krümmungsmittelpunkt dieses Abschnitts der Flugbahn wird als Zirkulationszentrum (CC) bezeichnet und der Abstand vom CC zum CG (Punkt O) - Umlaufradius.

In Abb. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass sich unterschiedliche Punkte entlang der Schiffslänge entlang von Trajektorien mit unterschiedlichen Krümmungsradien mit einem gemeinsamen CC bewegen und unterschiedliche Driftwinkel aufweisen. Für einen Punkt am hinteren Ende sind der Umlaufradius und der Driftwinkel maximal. Auf DP das Schiff hat einen besonderen Punkt - Schaukelstange(ПП), wobei der Driftwinkel gleich Null ist. Die Position des ПП, bestimmt durch die Senkrechte vom CC zum DP, ist vom Schwerpunkt entlang des DP zum Bug um etwa 0,4 der Schiffslänge verschoben; die Größe dieser Verschiebung variiert auf verschiedenen Schiffen in kleinen Grenzen. Für Punkte auf der LB, die sich auf gegenüberliegenden Seiten der LB befinden, haben die Driftwinkel entgegengesetzte Vorzeichen. Die Winkelgeschwindigkeit des zirkulierenden Schiffes nimmt zunächst schnell zu, erreicht ein Maximum und nimmt dann, wenn sich der Angriffspunkt der Kraft Yo zum Heck hin verschiebt, leicht ab. Wenn sich die Kraftmomente von RuiYo ausgleichen, nimmt die Winkelgeschwindigkeit einen konstanten Wert an.

Der Umlauf des Schiffes ist in drei Perioden unterteilt: Manövrierfähig, gleich der Ruderschaltzeit; evolutionär - vom Ende der Ruderverschiebung bis zu dem Moment, in dem die Linear- und Winkelgeschwindigkeiten des Schiffes stationäre Werte annehmen; stetig - ab Ende der Evolutionsperiode und solange das Ruder in der verschobenen Position bleibt. Die Elemente, die eine typische Zirkulation charakterisieren, sind (Abb. 2):

Extension l1 ist die Strecke, um die sich der Schwerpunkt des Schiffes vom Moment der Ruderverschiebung bis zur Kursänderung um 90 ° in Richtung des Anfangskurses bewegt;

Die Vorwärtsverschiebung l2 ist der Abstand von der Anfangsposition des Schiffsschwerpunkts zu seiner Position nach einer Drehung um 90 °, gemessen entlang der Normalen zur Anfangsbewegungsrichtung des Schiffes;

Rückverlagerung l3 ist die Strecke, um die unter dem Einfluss der Seitenruderkraft der Schiffsschwerpunkt von der Linie des Anfangskurses entgegen der Drehrichtung verschoben wird;

Taktischer Umlaufdurchmesser DT - der kürzeste Abstand zwischen dem DP des Schiffes zu Beginn der Kurve und seiner Position zum Zeitpunkt der Kursänderung um 180 °;

Der Durchmesser des stetigen Umlaufs Dust ist der Abstand zwischen den Positionen des DP des Schiffes für zwei aufeinanderfolgende Kurse, die sich um 180° unterscheiden, bei einer stetigen Bewegung.

Es ist unmöglich, eine klare Grenze zwischen der Evolutionsperiode und der etablierten Zirkulation zu ziehen, da die Veränderung der Bewegungselemente allmählich verblasst. Es kann bedingt davon ausgegangen werden, dass die Bewegung nach einer Drehung von 160-180° einen Charakter in der Nähe des stationären Charakters annimmt. Somit erfolgt das praktische Manövrieren des Schiffes immer in einem instationären Modus.

Bequemer ist es, die Zirkulationselemente beim Manövrieren in dimensionsloser Form auszudrücken - in Rumpflängen:

In dieser Form ist es einfacher, die Agilität verschiedener Schiffe zu vergleichen. Je kleiner der dimensionslose Wert, desto besser die Agilität.

Zirkulationselemente eines konventionellen Transportschiffes sind für einen gegebenen Ruderwinkel praktisch unabhängig von der Anfangsgeschwindigkeit bei stationärem Motorbetrieb. Wenn jedoch die Propellerdrehzahl beim Verschieben des Ruders erhöht wird, macht das Schiff eine steilere Kurve. , als mit dem unveränderten Modus der Hauptmaschine (MA).

Anbei zwei Zeichnungen.

Abb. 1 Abb. 2

Durch Zirkulation wird die Flugbahn genannt, die durch den Schwerpunkt des Schiffes beschrieben wird, wenn sich das Ruder in einem konstanten Winkel bewegt. Die Zirkulation ist durch Linear- und Winkelgeschwindigkeiten, Krümmungsradius und Driftwinkel gekennzeichnet. Der Winkel zwischen dem Vektor der Lineargeschwindigkeit des Schiffes und dem DP heißt Driftwinkel... Diese Eigenschaften bleiben nicht während des gesamten Manövers konstant.

Es ist üblich, die Zirkulation in drei Perioden zu unterteilen: agil, evolutionär und stationär.

Manövrierfähiger Zeitraum- der Zeitraum, in dem das Ruder in einen bestimmten Winkel verschoben wird. Von dem Moment an, in dem das Ruder zu drehen beginnt, beginnt das Schiff in die entgegengesetzte Richtung zum Ruder zu driften und beginnt gleichzeitig, sich in Richtung des Ruders zu drehen. Während dieser Zeit geht die Flugbahn des Schiffsschwerpunkts von einer geraden Linie in eine gekrümmte über, wobei der Krümmungsmittelpunkt auf der Seite der Seite liegt, die der Seite des Ruderstapels gegenüberliegend ist; die Geschwindigkeit des Schiffes sinkt.

Evolutionsperiode- der Zeitraum vom Ende der Ruderverschiebung bis zum Ende der Änderung des Driftwinkels, der Linear- und Winkelgeschwindigkeit. Dieser Zeitraum ist gekennzeichnet durch eine weitere Geschwindigkeitsabnahme (bis zu 30 - 50%), eine Änderung der Rolle nach außen und ein scharfes Entfernen des Hecks nach außen.

Dauer der stetigen Zirkulation- Der Zeitraum, der nach dem Ende des evolutionären Zeitraums beginnt, ist durch das Gleichgewicht der auf das Schiff wirkenden Kräfte gekennzeichnet: Propelleranschlag, hydrodynamische Kräfte auf Ruder und Rumpf, Fliehkraft. Die Flugbahn des Schiffsschwerpunkts wird in eine Flugbahn eines regelmäßigen Kreises oder nahe daran umgewandelt.

Geometrisch ist die Umlaufbahn durch folgende Elemente gekennzeichnet:

Tun – Durchmesser der stetigen Zirkulation- der Abstand zwischen den diametralen Ebenen des Schiffes auf zwei aufeinanderfolgenden Kursen, die sich bei stetiger Bewegung um 180 ° unterscheiden;

Dц – Taktischer Umlaufdurchmesser- der Abstand zwischen den Positionen des DP des Schiffes vor Beginn der Wende und zum Zeitpunkt der Kursänderung um 180 °;

l1 – voranschreitend- der Abstand zwischen den Positionen des Schiffsschwerpunkts vor dem Inverkehrbringen bis zum Zirkulationspunkt, an dem sich der Schiffskurs um 90 ° ändert;

l2 – Vorwärtsspannung- der Abstand von der Anfangsposition des Schiffsschwerpunkts zu seiner Position nach einer 90°-Drehung, gemessen entlang der Normalen zur Anfangsbewegungsrichtung des Schiffes;

l3 – umgekehrte Vorspannung- die größte Verschiebung des Schiffsschwerpunkts infolge einer Drift in die der Ruderlage entgegengesetzte Richtung (die Rückwärtsverschiebung überschreitet normalerweise nicht die Schiffsbreite B und fehlt auf einigen Schiffen überhaupt);

Tts–Umlaufdauer- der Zeitpunkt der Schiffswende um 360°.

Reis. 1.8. Flugbahn des Schiffes im Umlauf

Die vorstehenden Charakteristiken der Zirkulation bei Seetransportschiffen mittlerer Tonnage mit voller Ruderverschiebung an Bord lassen sich in Bruchteilen der Schiffslänge und durch den Durchmesser der festgestellten Zirkulation durch folgende Verhältnisse ausdrücken:

Dо = (3 6) L; Dts = (0,9 1,2) Dy; l1 = (0,6 ÷ 1,2) Dо;

l2 = (0,5 ÷ 0,6) Dо; l3 = (0,05 ÷ 0,1) Dо; Tts = πDо / Vts.

Normalerweise sind die Werte Tun; Dts; l1; l2; l3 ausgedrückt in relativer Form (dividiert durch die Länge des Schiffes L) - es ist einfacher, die Agilität verschiedener Schiffe zu vergleichen. Je kleiner das dimensionslose Verhältnis, desto besser die Agilität.

Die Umlaufgeschwindigkeit für Schiffe mit großer Tonnage wird ° bei an Bord verschobenem Ruder um 30% und bei einer Drehung um 180 ° um die Hälfte reduziert.

Folgende Bestimmungen sind zu beachten:

a) die Anfangsgeschwindigkeit hat weniger Einfluss auf Tun, wie viele für seine Zeit und seinen Fortschritt, und nur Hochgeschwindigkeitsschiffe sind wahrnehmbar Tun nach oben;

b) wenn das Schiff in die Umlaufbahn eintritt, erhält es auf der Außenseite eine Krängung, deren Wert nach den Regeln des Registers 12 ° nicht überschreiten darf;

c) wenn während des Umlaufs die Drehzahl der Hauptmaschine erhöht wird, macht das Schiff eine steilere Kurve;

d) Bei der Zirkulation unter beengten Verhältnissen ist zu beachten, dass das Heck- und Bugende des Schiffes einen Streifen von beträchtlicher Breite beschreiben, der der Breite des Fahrwassers entspricht.