Технические науки / 4.Транспорт

М.Г. Балашов, К.В. Абрамян, О.Ю. Шевченко, Т.Г. Катарага

Севастопольский национальный технический университет

МОДЕЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОДОЛЬНОЙ КАЧКИ ПОЛУПОГРУЖНЫХ ПЛАВУЧИХ КРАНОВ В РАБОЧЕМ ПОЛОЖЕНИИ БЕЗ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ КОЛОН

Постановка задачи. При неблагоприятных гидрометеорологических условиях, когда использование понтонных плавучих кранов затруднительно, находят применение полупогружные плавучие краны (ППК) – плавкраны высокой мореходности. Основной проблемой на сегодняшний день является отсутствие общей методики проектирования таких судов с учетом их конструктивных особенностей и ходовых характеристик.

Анализ известных исследований. Экспериментальные работы качки плавучего крана от волнения проведены ЦКБ "Коралл". Исследованиями были охвачены плавкраны понтонного типа с различными соотношениями главных размерений и получены амплитудно-частотные характеристики качки.

Целью работы является экспериментальная оценка углов крена и дифферента, а также вертикальных перемещений на начальных этапах проектирования с использованием модели ППК, в условиях волнения с переменной длинной волны в рабочем положении при изменении горизонтального клиренса.

Полученные результаты. В мореходном бассейне кафедры Океанотехники и кораблестроения СевНТУ были проведены исследования по определению параметров качки плавучих кранов на полупогружном основании.

При проведении экспериментов были использованы приборы и программное обеспечение для обеспечения, замера и фиксации полученных результатов. Для измерений параметров перемещений исследуемой модели на волнении был использован прибор, который содержит два микроакселерометра и гироскопический датчик угловой скорости. Тарировка системы отслеживания перемещений модели проводилась с помощью математического маятника, так как частота колебаний маятника соответствует периоду колебаний волновых возмущений в бассейне.

Чтобы найти углы крена и дифферента прибор устанавливается на ось маятника и вместе с осью отклоняется на различные углы; отклонение с соответствующим кодом, фиксируется с помощью программного обеспечения поставляемого с прибором. Находятся тарировочные уравнения для угла дифферента .

Ускорения по осям х, у, z также получены с помощью маятника: ось маятник отводилась до угла 25 градусов с промежутками через каждые 5 градусов (5, 10, 15, 20, 25 градусов) и самостоятельно совершала затухающие колебания. После пересчета тарировочное уравнение вертикальных колебаний имеет вид .

Серия испытаний модели ППК проводилась при осадке модели 180 мм (рабочая). Каждая серия испытаний по качке включала в себя исследования для трех длин волны (1200, 1300 и 1500 мм) с навешенным максимальным грузом за носовым транцем модели ППК при горизонтальных клиренсах 0/55/110/165/220 мм. Масса груза принимается равной 4% от рабочего водоизмещения модели плавучего крана, что составляет 2,69 кг. В опытовом бассейне получены экспериментальные данные (величины колебаний модели) для трех вариантов ППК (6 колонн; 8 колонн; и 6 колонн с удлиненными средними). Модель кранового судна представляет собой полупогружное двухкорпусное сооружение с шестью и восьмью прямоугольными стабилизирующими колоннами. Описание модели приведено в [1].

Эксперимент необходимо проводить при продолжительности работы двигателя волнопродуктора 3…5 мин. Этого достаточно для статистической обработки данных и получения результатов. В результате проведения опыта получаем коды, которые с помощью тарировочных зависимостей переводятся в физические величины.

Расчет колебаний для всех расчетных случаев ППК выполнен в программах "Качка (X-Y)" (крен и дифферент) и "Качка (Z)" (вертикальные) и представлен на рисунке 1а и 1б соответственно.

Все полученные значения для удобства дальнейшего использования представлены коэффициентами динамичности в зависимости от относительного горизонтального клиренса:

– килевые колебания – в отношении ψ₀/φ₀

где ψ₀ – углы дифферента, град.; φ₀ – угол волнового склона, град.,

– вертикально-килевые колебания – в отношении z₀/r₀

где z₀ – вертикальные перемещения, м; r₀ – амплитуда волны, м.

Угол волнового склона рассчитывается для каждой длины волны φ₀ = π×h_B/λ,

где h_B – высота волны, м; λ – длина волны, м.

Относительный горизонтальный клиренс

где – горизонтальный клиренс, м; – ширина одного понтона, м.

Рисунок 1а

Выводы. Проведенные экспериментальные исследования позволили получить зависимости коэффициентов динамичности и от относительного горизонтального клиренса . Кроме этого установлено, что длина волны практически не оказывает влияния на колебания судна. Угол волнового склона для всех расчетных длин волнения составляет 9,015±0,25 град.

Рисунок 1б

Исходными данными для этого является величина горизонтального клиренса, ширина понтона, число стабилизирующих колонн и курсовой угол (b=0⁰ и 90⁰)набегающих волн , где b – курсовой угол, – число стабилизирующих колонн. По относительному клиренсу, курсовому углу и числу стабилизирующих колонн, используя графики 1а и 1б, определяем коэффициенты динамичности килевой и вертикальной качки. Безразмерная форма коэффициентов позволяет вычислить угол дифферента и величину вертикальных колебаний при известном (расчетном) угле волнового склона и амплитуды волны.

Перспективы дальнейших исследований. В дальнейшем предполагается выполнить исследования поперечной качки на модели полупогружных плавучих кранов.

Литература:

1. Балашов М.Г. Модельные исследования ходкости полупогружных плавучих кранов / М.Г. Балашов // Вестник СевНТУ. Сер. Механика, энергетика, экология: сб. науч. тр. – Севастополь, 2008. – Вып. 88. – С.35 – 39.