Физика /1.Теоретическая физика

К.п.н. Мищик С.А.

Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф.Ушакова ,

Россия

Системность динамической прикладной физики

морского флота

Системность динамической прикладной физики морского флота проявляется в применении действий системного анализа. Базисной характеристикой динамических параметров судна являются координаты, скорость, ускорение и действующие силы при его движении.

Способность судна двигаться в окружающей среде с заданной скоростью при определенной мощности главных двигателей является ходкость. Судно движется на границе двух сред — воды и воздуха. Плотность воды в 800 раз больше плотности воздуха поэтому сопротивление воды больше воздушного.

Вследствие вязкости воды между корпусом судна и ближайшими к корпусу слоями воды возникают силы сопротивления трения R_T. Сопротивление трения зависит от скорости, от смоченной поверхности корпуса судна и от степени шероховатости. Сопротивление трения определяют расчетным путем.

При обтекании корпуса судна вязкой жидкостью происходит перераспределение гидродинамических давлений по его длине. Равнодействующая этих давлений является сопротивлением формы R_Ф. Сопротивление формы зависит от скорости судна и от его формы. Волновое сопротивление R_В возникает из-за образования волн в зонах повышенного и пониженного давления при движении судна. Сопротивление выступающих частей R_ВЧ зависит от сопротивления трения и от формы выступающих частей. Воздушное сопротивление R_ВОЗД движению судна можно определить путем продувки надводной части модели в аэродинамической трубе.

Тогда полное сопротивление движению судна определяется как сумма отдельных составляющих

R= R_Ф + R_T + R_В + R_ВЧ + R_ВОЗД

Это сопротивление является буксировочным, так как оно равно усилию в тросе, возникающему при буксировке судна. Мощность, необходимая для буксировки судна со скоростью v, есть буксировочная мощность (кВт или л. с):

EPS = Rv / 102 или EPS = Rv / 75,

где R — полное сопротивление, Н ; v — скорость судна м/с.

Мощность на фланце главного двигателя больше буксировочной, так как при ее определении необходимо учитывать пропульсивный коэффициент η (η=η_Pη_K, где η_P — коэффициент полезного действия движителя, а η_K — коэффициент влияния корпуса), КПД редуктора η_РЕД, КПД валопровода η_В : N_e=EPS / η η_РЕД η_В

Скорость судна на волнении уменьшается. Поэтому на судах мощность двигателя увеличивают с целью получения заданной скорости на определенном волнении.

В процессе движения судна возникает проблема управляемости, которая определяет способность судна быть поворотливым и устойчивым на курсе. Поворотливость — есть способность судна подчиняться действию руля, а устойчивость на курсе — способность сохранять заданное направление движения. Способность судна самопроизвольно отклоняться от курса под влиянием внешних сил является рыскливость.

Для обеспечения требуемой управляемости в кормовой части судна устанавливают один или несколько рулей. Если на движущемся со скоростью v судне переложить руль на угол α, то на одну сторону руля начнет действовать давление набегающего потока воды — равнодействующая гидродинамических сил Р, приложенная в центре давления и направленная перпендикулярно к поверхности руля. Приложим в центре тяжести судна взаимно уравновешенные силы P₁ и Р₂, равные и параллельные Р. Силы Р и Р₂ образуют пару сил, момент которой М_ВР поворачивает судно вправо, М_ВР = Рℓ, где плечо пары ℓ= GA cosα + a.

Центр тяжести судна находится на мидель-шпангоуте, а величина а мала. Тогда GA = 0,5L; ℓ=0,5Lcosα и M_ВР=0,5PLcosα. Силу Р₁ разложим на составляющие Q = P₁ cosα = P cosα и R = P₁ sinα = Psinα. Сила Q вызывает дрейф — перемещение судна перпендикулярно к направлению движения, а сила R уменьшает его скорость.

Элементами циркуляции судна являются: D_Ц – диаметр циркуляции; D_Т – тактический диаметр циркуляции; β – угол дрейфа. После перекладки руля на борт ЦТ судна начнет описывать в горизонтальной плоскости кривую, постепенно переходящую в окружность – циркуляцию. Диаметр окружности D_Ц, – есть диаметр циркуляции. Расстояние между ДП до начала циркуляции и после поворота судна на 180° — тактический диаметр циркуляции D_T. Мерой поворотливости судна является отношение диаметра циркуляции к длине судна. Угол между ДП судна и касательной к траектории есть угол дрейфа β .

При движении на циркуляции судно кренится на борт, противоположный перекладке руля, под действием центробежной силы инерции, приложенной в центре тяжести судна, и гидродинамических сил, приложенных к подводной части судна и рулю.

Литература:

Л. Р. Аксютин и др. Справочник капитана дальнего плавания. М.: Транспорт, 1988. – С.248