Расчет скорости и пройденного расстояния при торможении судна

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

m — масса судна, т

m₁ = m(l-k_||) — масса судна с учетом присоединенных масс, т

k_|| — коэффициент присоединенных масс при движении по оси ОХ; в задачах принято k_|| = 0,1 V_H — скорость судна до начала маневра, м/с

V — мгновенное значение скорости, м/с

V₀ — скорость полного хода, м/с

R₀ — сопротивление корпуса судна на скорости V₀, кН

t — время от начала маневра, с

S — расстояние, пройденное за время t после маневра, м

— инерционная характеристика судна, м

Р_е — движущая (при Р_е < 0 — тормозящая) сила винта, кН

P _з.х — максимальный упор заднего хода, кН

ДВС — двигатель внутреннего сгорания (дизель)

ГТЗА — главный турбозубчатый агрегат (турбина)

ВФШ — винт фиксированного шага

ВРШ — винт регулируемого шага

 

Свободное торможение судна с ВФШ после прекращения подачи топлива в дизель или закрытия стопорного клапана паровой машины или турбины можно условно разделить на 2 периода. В первом периоде набегающий поток вращает винт и двигатель, поддерживая равновесие между моментом на винте, работающем в режиме гидротурбины, и моментом трения валопровода и двигателя. В этом периоде отрицательный упор (сопротивление) винта сохраняет при­мерно постоянное значение Р_е < 0. Скорость и пройденный путь в этом периоде определяются по формулам:

 

Сопротивление винтов в первом периоде свободного торможения составляет примерно 0,2R₀. По мере уменьшения скорости судна частота вращения винта в режиме гидротурбины уменьшается и на скорости, близкой к V = 0,6 V₀, винт останавливается. Продолжительность первого периода (при V_н >0,6V₀)

(4.3)

Расстояние, пройденное в первом периоде, определяется по формуле (4.2) для V = 0,6 V₀.

Если свободное торможение осуществляется со скорости Vн £ 0,6 V₀, винт останавливается практически мгновенно и t₁ = 0, S₂ = 0.

Во втором периоде сопротивление застопоренного винта уменьшается пропорционально V² и может учитываться в долях от сопротивления корпуса. Во втором периоде

(4.4)

(4.5)

В задачах принято е_вт = 0,5.

Здесь V₁ — скорость в конце первого периода (V₁ = 0,6V₀, если Vн > 0,6К₀; V₁ = V_н если Vн £ 0,6 V₀) Время падения скорости от V₁ до V₀

В соответствии с НШС— 82 расчет по формулам (4.4) и (4.5) ведется до V = 0,2 V₀.

Активное торможение судов с ГТЗА начинается с подачей пара на турбину заднего хода и может рассчитываться в один период по формулам (4.1) и (4.2), где Р_е — средний упор винта на задний ход в режиме активного торможения. Постепенность нарастания упора может быть учтена введением коэффициента

Активное торможение судов с ДВС в режиме экстренного торможения может рассчитываться в один период по формулам (4.1) и (4.2). Постепенность нарастания упора учитывается введением коэффициента Р_е = 0,8Р₃._Х. Следует помнить, что вследствие недостаточного момента, развиваемого дизелем на контрвоздухе, при движении судна полным ходом экстренный пуск дизеля на задний ход может быть невозможным или потребовать нескольких попыток запуска. В режиме нормального торможения запуск двигателя на задний ход производится при частоте вращения винта, снизив­шейся до 20—30% от номинальной (это примерно соответствует V = 0,6V₀). Расчет нормального торможения ведут в два периода. В первом периоде, от отсечки топлива до подачи контрвоздуха, происходит свободное торможение судна с вращающимся винтом и расчет ведется по формулам (4.1), (4.2) и (4.3) до V₁ = 0,6К₀ с учетом | Р_е | = 0,2/R₀ (совпадает с первым периодом свободного торможения). Во втором периоде от подачи контрвоздуха до остановки судна расчет ведется по формулам (4.1) и (4.2), в которые подставляется | Ре| = 0.8Р_3.х. и V_H = V₁.

Если торможение осуществляется с малого или самого малого хода, то нормальное торможение совпадает с экстренным и расчет ведется в один период. Продолжительность второго периода

Расстояние, пройденное во втором периоде, определяется по (4.2) для V = 0.

Торможение судов с ВРШ зависит от скорости перекладки лопастей, внешней характеристики двигателя, разворота судна вследствие боковых сил на винте и ряда других причин, теоретический учет которых сложен и недостаточно надежен. Приближенный расчет инерционно-тормозных свойств судна с ВРШ может быть осуществлен:

а) в свободном торможении в один период по формулам (4.4) и (4.5), где e_вт = 0,7.

б) в активном торможении по (4.1) и (4.2), как при экстренном торможении судов с ВФШ (Р_е = P _з.х)

В приводимых задачах рассчитывается перемещение судна в первоначальном направлении без учета его смещения с линии пути.

Пример 1. Определить скорость судна с ВФШ и ДВС через t = 60 с после команды СТОП и пройденное за это время расстояние. То же через t = 900 с. Масса судна т = 10 000 т, скорость полного хода V₀ = 7,5 м/с, сопротивление воды на скорости полного хода R₀ = 350 кН, начальная скорость V_H = 7,2 м/с.

Решение. Масса судна с учетом присоединенных масс

mi= 1,1*10 000= 11 000 т.

Инерционная характеристика судна

Продолжительность первого периода (до остановки винта)

Скорость в конце первого периода V₁ = 0,6V₀ = 4,5 м/с. Расстояние, пройденное в первом периоде,

Через t = 60 с после команды СТОП (t < t₁)

Через t — 900 с после команды СТОП (t < t₁).

Продолжительность второго периода

t₂ = t — t₁ = 900 — 115 = 785 с.

Скорость через 785 с после первого периода

Расстояние, пройденное во втором периоде,

Расстояние, пройденное за 900 с после команды СТОП,

Задачи 1 — 10. Определить скорость судна через t = 60 с после команды СТОП и пройденное за это время расстояние.

То же через t = 900 с.

Номер задачи	m, т.	V0, м/с	R0, kH	Двигатель	vn. м/с
а	б	в
		6,1		ДВС, ВФШ	6,1	5,0	3,0
		8,8		ДВС, ВРШ	8,8	7,0	4,0
		8,7		ДВС, ВРШ	8,7	6,5	4,0
		7,5		ДВС, ВФШ	7,5	5,5	3,4
		7,2		ДВС, ВФШ	7,2	5,0	3,0
		7,7		ГТЗА, ВФШ'	7,7'	5,6	3,5
		9,5		ДВС, ВРШ	9,5	7,0	4,0
		8,2		ГТЗА, ВФШ	8,2	7,6	3,3
		7,5		ГТЗА, ВРШ	7,5	5,8	3,4
		7,7		ГТЗА, ВРШ	7,7	4,5	2,6