Фактическая тяга судна определяется по зависимости:

Р_РФ = Р_РН - Δ Р_Р (4)

где Р_РФ ­­­­­­­­­­­– фактическая тяга траулера в кН,

Р_РН – тяга нового судна в кН,

ΔР_Р – потеря тяги, в кН.

ΔР_Р = Во + В₁∙V (5)

где В_i – коэффициенты;

V – скорость судна, узл.

Во = ΔР_{Р МДК} (6)

где ΔР_{Р МДК} – потеря тяги судна из-за износа машино-движительного комплекса, кН;

ΔР_{Р МДК} = ΔР_{Р МДК} =А₁ (∆Ne) - A₁₁ (∆Ne) ² (7)

где A₁ и A₁₁ – коэффициенты уравнения тяги судов, (см. табл. 5)

∆Ne = Ne_ИЗМ – Ne _ТР , (8)

Ne_ИЗМ – мощность, пошедшая на винт, измеренная во время работы ГД на винт при нулевом упоре (рассчитывается по (2) и (3)).

Ne_ТР. = ( 2∙πρ∙К₂∙n_С³∙D⁵)∙10^-3 + ( 1 - η_ВП) ∙ Ne_{ГД НОМ} (9)

где ρ – плотность морской воды, кг/м³ ,

К₂ – гидродинамический коэффициент момента и мощности винта (для свободных винтов К₂ = 0,005, для винтов в насадках К₂ = 0,007 при нулевом упоре),

n_С – частота вращения винта в с^-1,

D – диаметр винта, м,

η_ВП – КПД валопровода ,

Ne_ТР – мощность, потребная для вращения гребного вала и винта при нулевом упоре, определенная теоретическим расчетом, кВт.

(10)

В₁ – коэффициент в уравнении (5);

ΔР_РСХ – определяется по уравнению (1), для чего надо рассчитать Ne (по (2) и (3)) и взять из условия задачи V_СХ.

Задача № 1.

Дано: тип судна РТМ «Атлантик»; = 95 %; Ne _{ГД НОМ} = 1700 квт; N _ВГ = 100 кВА; η_ВГ = 0,93; V _ТР = 5,5 узл.

Определить: тягу нового судна Р_РН.

Задача № 2

Дано: тип судна БМРТ типа «Прометей»; = 95 %; Ne _{ГД НОМ} = 2850 квт; N _ВГ = 150 кВА; η_ВГ = 0,95; V _ТР = 5,7 узл.

Определить: тягу нового судна Р_РН.

Задача № 3

Дано: тип судна РКТС пр. А488 типа “Моонзунд”; = 95 %; Ne _{ГД НОМ} = 5300 квт; N_ВГ = 1000 кВА; η_ВГ = 0,95; V _ТР = 6,0 узл.

Определить: тягу нового судна Р_РН.

Задача № 4

Дано: 1) тип судна БМРТ типа «Прометей»; 2) режим свободного хода: V_СХ = 13 узл. при _ГД = 95 %; Ne_{ГД НОМ} = 2850 квт; N_ВГ = 0 кВА; 3) Режим работы ГД на винт при нулевом упоре: V = 0 узл, _ГД = 25 %, N_ВГ = 0 кВА; η _ВГ = 0,97; ρ_В = 1040 кг/м³; К₂ = 0,007, n _C = 3.567 1/c, D = 2.9 м, η_ВП = 0,97;

Определить: фактическую тягу траулера на скорости траления V_ТР = 5,7 узла при _ГД = 90 %; N_ВГ = 150 кВА; η_ВГ = 0,95.

Содержательный модуль: Физическое моделирование орудий лова

Тема Методика расчетов масштабов подобия

Геометрическое, статическое, кинематическое и динамическое подобие. При геометрическом подобии необходимо соблюдать по­стоянным лишь один масштаб линейных размеров С_l=l_M/l_H. Дополни­тельным условием (критерием) геометрического подобия является равенство всех углов () между соответствующими линиями на модели и натуре, т. е.

 = idem. (6.1)

Статическое подобие имеет место, если при моделировании обеспечено постоянство масштабов линейных размеров Cl и масштабов действующих сил C_R=R_M/R_H Необходимо, чтобы внешние силы, приложенные к геометрически подобным модели и натуре, были одинаково ориентированы относительно осей координат. Условие _M = _H при этом также должно выполняться.

В некоторых случаях статического подобия масштабы Сl и C_R между собой не связаны и могут выбираться произвольно. Един­ственным критерием подобия является условие (6.1). Такое поло­жение имеет место при рассмотрении форм равновесия гибких сис­тем и их моделей без учета удлинения.

В других случаях статического моделирования требуется вы­полнение дополнительных условий и масштабы C_l и C_R оказыва­ются зависимыми между собой. Форма этой связи определяется исходя из природы действующих сил и соответствующих физических законов. Так, если моделируются силы плавучести или веса оснастки подбор орудий лова, то упомянутая связь имеет вид:

(6.2)

P_H=V_H(_H-_C.H)

P_М=V_М(_М- _C.М)

где _М — объемный вес материала деталей оснастки модели; _H — объемный вес материала деталей оснастки натуры; _C.М — объем­ный вес среды, в которой осуществляется моделирование; _C.H — объемный вес натурной среды (воды).

При моделировании процесса растяжения гибкой нити крите­рием подобия является e=idem. Связь между мас­штабами C_l и C_R будет различной в зависимости от свойств ма­териала нити. Так, если растяжение нити происходит по закону Гука, то

C_R = C_l²E_M/E_H. (6.3)

Соотношения статического подобия широко используются для решения задач промышленного рыболовства. К их числу, напри­мер, относится определение элементов гибкой нити, ее натяжения и реакций в точках закрепления. В соответствии с материалами гла­вы 3 такие задачи решаются аналитически, однако в более слож­ных ситуациях, когда нагрузка распределена неравномерно по длине нити или когда требуется получить решение при перемеще­нии точек подвеса, целесообразно применить метод статического моделирования.

С этой целью гибкая нить раскрепляется на вертикальном щите. Так как растяжение нити практически отсутствует, то необ­ходимым и достаточным условием подобия является соблюдение постоянства значений двух масштабов Сs и C_R, не связанных между собой.

Результаты таких опытов могут быть использованы для опре­деления реакций в точках закрепления полоски сети, находящейся под действием сил тяжести и сопротивления. Расчетная схема к такой задаче показана на рис. 53. На основе пересчета данных опытов с гибкой нитью для схемы на рис. 53 построены графи­ки, приведенные в приложении 19 [1]. С их помощью рассчитываются горизонтальные (R₁, R₂) и вертикальные (Т₁, Т₂) составляющие реакции в точках закрепления сети в за­висимости от соотношения внешних сил (Q/R) и геометрических характеристик сети (H/S). На статическом подобии базируется метод механической имитации, представляющий собой разновидность известного метода механической аналогии.

Подобие называется кинематическим, когда сохранены постоянными зна­чения масштаба линейных размеров Cl и времени Сt. В некоторых случаях соб­людение этого условия является доста­точным, чтобы системы были кинематически подобными, и потому взаимосвязь между масштабами Cl и Ct отсутствует. Примером может служить движение двух подобных шатунно-кривошипных механизмов. В большинстве же случаев постоянство значений масштабов Cl и C_t не является дос­таточным для обеспечения подобия. Необходимо выполнение, кроме того, дополнительного условия, определенным образом связывающего эти масштабы. Форма связи зависит от физического существа яв­ления.

Если при моделировании соблюдается постоянство масштабов C_l, C_t и C_R, то та­кое подобие носит название динамического. Со­блюдение этого условия не является достаточным. При динами­ческом подобии необходимо обеспечить выполнение до­пол­нитель­ных условий, связывающих между собой указанные масштабы подобия. Форма этой связи определяется физическими условиями, характерными для моделируемого процесса

Условия подобия рыболовных орудий. Подобие для рыболов­ного орудия и его модели достигается при выполнении следую­щих требований: натурное орудие и его модель должны иметь одинаковые по форме развертки сетей; начальные и граничные условия для модельного и натурного потоков должны быть тож­дественны и могут отличаться лишь масштабами заданных вели­чин; должны соблюдаться условия геометрического подобия сетей и канатного каркаса; должны соблюдаться условия силового подо­бия.

К условиям геометрического подобия относятся:

a/l = idem; (6.4)

d/a = idem\ (6.5)

=idem_; (6.6)

u_x = idem ; (6.7)

u_y = idem, (6.8)

где  — коэффициент укрута, характеризующий состояние поверх­ности ниток.

Условиями силового подобия рыболовных орудий являются:

Re = vd/v =idem; (6.9)

П*= pv²/(*·d) = idem; (6.10)

Ne = R/(pl²v²) = idem; (6.11)

EI//pl⁴v² = idem_; (6.12)

 = idem: (6.13)

В условии (6.12) EI — изгибная жесткость канатов каркаса орудия лова (в Н·м²).

И наконец, помимо перечисленных, к числу условий подобия относится

Sh = vt/l = idem. (6.14)

Совместное выполнение условий (6.4)-(6.14) в большинстве случаев оказывается невозможным. Тогда осуществляется при­ближенное подобие с надлежащим учетом возникающих погреш­ностей— масштабного эффекта.

Критерий Рейнольдса (6.9) характеризует соотношение сил гидродинамических и сил вязкого трения частиц воды о поверх­ность сети.

Чтобы исключить технические трудности, возникающие при выполнении условия (6,9), опыты с моделями проводятся в авто­модельной (для сетного полотна) области по числу Re, где зна­чения коэффициентов сопротивления сетей слабо зависят от чис­ла Re. В этом случае несоблюдение условия (6.9) на результаты экспериментов с моделями существенно не отражается. Автомо­дельная область соответствует значениям числа Re>-600.

Условие (6.10) называется обобщенным критерием Фруда, ко­торый характеризует соотношение гидродинамических сил и сил тяжести сетного полотна в воде. Экспериментально установлено, что величина сил тяжести на форму и положение рыболовных се­тей, ниток и канатов несущественны при значениях Fr*>130.

Условие (6.11) называется критерием Ньютона, который ха­рактеризует соотношение сил, создаваемых оснасткой орудий лова, и сил гидродинамических. Поскольку силы оснастки всегда суще­ственно влияют на форму орудия, условием (6.11) пренебрегать нельзя. Для учета характеристик сетей и невыполняемых условий подобия критерий Ньютона записывают в виде

(6,15)

где С_k=Схм /Схн — масштаб коэффициентов сопротивления гидро­динамических сил, зависящих от числа Re и относительной пло­щади сети F_O.

Условие (6.12) характеризует соотношение сил изгибной жест­кости канатов и сил гидродинамических. Его выполнение необхо­димо лишь в тех случаях, когда силы изгибной жесткости канатов оказывают существенное влияние на форму орудия или модели, возникающую под действием гидродинамических сил.

Условие (6.13) характеризует относительное удлинение нитей и канатов под воздействием гидродинамических сил. Практика мо­делирования свидетельствует, что в большинстве случаев это тре­бование можно не учитывать из-за малого его влияния на вели­чину масштабного эффекта.

Условие (6.14) называется критерием Струхала, который яв­ляется определяющим при моделировании нестационарного движе­ния тела в жидкости. Когда движение орудия лова может рас­сматриваться как стационарное, условие (6.14) является условием кинематического подобия течения жидкостей около подобных тел, что обеспечивается автоматически при выполнении остальных ус­ловий подобия.

Таким образом, если условия полного подобия орудий лова описываются системой критерий (6.4) — (6.14), то условия при­ближенного подобия будут различными для разных орудий лова. В каждом конкретном случае они могут быть определены на ос­нове анализа физического существа рассматриваемого процесса.

Значения масштабов подобия рассчитываются, исходя из тре­бования совместного рассмотрения определяющих, для постав­ленной задачи моделирования условий подобия.

Пояснение по решению задач.

Задача 6.17 [1]

Задача решается исходя из определения удельного веса:

γ=, где G – вес , а V – объём предмета.

Связь масштабов подобия выразится формулой:

Учитывая, что поплавок находится в воде, нас интересует не сам удельный вес поплавка, а его значение в воде, т.е. получаем выражение (6.2):

Задача 6.18 [1], критерий Рейнольдса имеет вид:Re = vd/v =idem;

Задача 6.19 [1], Задача решается по критерию Рейнольдса.

,

Задача 6.26 [1], Условие подобия Ньютона:

В данных задачи не приводятся значения масштабов подобия C и Ck.

C принимаем равным 1, т.к. модель как и натура будут буксироваться в воде.

Ck – масштаб коэффициентов сопротивления – рассчитывается на основании зависимости 1.25: , тогда

,

F_O определяем по формуле 1.26, считая посадочные коэффициенты модели и натуры одинаковыми. Получаем F_OН=, F_OМ=, отсюда .

Аналогично поступаем с числами Рейнольдса. (см.ф. 1.2)