Тяга судов (Методика примеры выполнения судовых тяговых расчетов). Учебное пособие для вузов - Ваганов Г.И., Воронин В.Ф., Шанчурова В.К.

Автор: Ваганов Г.И. Воронин В.Ф. Шанчурова В.К.

Теги: транспорт судостроение учебное пособие методы расчета морские судна судоходство морской транспорт

Год: 1986

Похожие

Вопросы управления морскими судами: Учебное пособие

Судовые электромеханические приборы и системы. Учебное пособие

Экспертиза дорожно-транспортных происшествий в примерах и задачах. Учебное пособие для вузов

Проектирование судов внутреннего плавания

Текст

Г И. ВАГАНОВ • В.Ф. ВОРОНИН
В.К.ШАНЧУРОВА
ТЯГЛ
<ЖОВ

Г.И.ВАГАНОВ • В.Ф.ВОРОНИН
В.К.ШАНЧУРОВА
ТЯII сздоб
МЕТОДИКА И ПРИМЕРЫ ВЫПОЛНЕНИЯ
СУДОВЫХ ТЯГОВЫХ РАСЧЕТОВ
(ОВ
ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ, ст.
ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ ,ж_
эо-
са-
Под редакцией проф. Г. И. ВАГАНОВА у'С-
<и.
ют
Допущено Главным управлением и к
кадров и учебных заведений СТ-
Минречфлота РСФСР 1ие
в качестве учебного СТ-
пособия для студентов >ы-
институтов водного ле-
транспорта иХ
ли-
юм
все
гей
ка-
тя-
=у-
ия
ис-
Те
ес-
.Те
нов
МОСКВА "ТРАНСПОРТ” 1986
УДК [629.122 : 625.032.86] (075.8)
Ваганов Г. И., Воронин В. Ф., Шанчурова В. К. Тяга судов (Методика и
примеры выполнения судовых тяговых расчетов). Учебное пособие для вузов.—
2-е изд., перераб. и доп. — М.: Транспорт, 1986. — 199 с.
Изложены современные методы расчета сопротивления воды движению раз-
ных типов судов и составов в различных условиях плавания, расчета элементов
винтовых и водометных судовых движителей, а также методы расчета тяго-
вых и скоростных характеристик судов и обработки результатов динамометри-
ческих судовых испытаний,
В помощь при самостоятельной работе студентов приводятся примеры рас-
четов. По ряду вопросов, не нашедших достаточного освещения в учебнике, да-
на краткая теоретическая часть.
Первое издание пособия вышло в издательстве «Речной транспорт» в 1962 г.
В настоящем издании дополнительно рассмотрены методика и примеры расчета
сопротивления воды движению движителей и ходовых характеристик скорост-
ных судов, расчета движителей и ходовых характеристик судов с помощью ЭВМ,
определения влияния условий плавания на скорость движения судов и составов.
Книга предназначена в качестве учебного пособия для студентов эксплуата-
ционной и судоводительской специальностей институтов водного транспорта.
Ил. 96, табл. 51, библиогр. 18 назв.
Гл. 1 написана В. К. Шанчуровой, гл. IV — В. Ф. Ворониным, предисловие
и остальной материал пособия написаны Г. И. Вагановым.
Рецензент Л. Б. Сандлер
Заведующий редакцией В. Д. Жирнов
Редактор Г. Н. Лаговский
3605030000-209
р 049(01)86
© Издательство «Речной транспорт», 19<»2
© Издательство «Транспорт», 1986, с изменениями
ПРЕДИСЛОВИЕ
Один из основных принципов рациональной эксплуатации судов
состоит в наиболее эффективном использовании их тяговых и скорост-
ных качеств в различных условиях плавания, что становится возмож-
ным лишь в том случае, если достаточно точно известны силы сопро-
тивления среды движению судов и движущие силы, развиваемые са-
моходными судами, а также закономерности влияния на эти силы ус-
ловий плавания и режимов работы судовой энергетической установки.
Движущие силы и силы сопротивления движению судна определяют
путем выполнения расчетов тяговых и скоростных характеристик
судов, в которые, как правило, включают также расчет количест-
венного расходования мощности главных двигателей, составление
диспетчерских справочников по флоту, решение тяговых и скорост-
ных задач, обработку материалов натурных динамометрических испы-
таний судов и др. В книге излагаются наиболее распространенные ме-
тодики решения перечисленных задач с приведением соответствующих
примеров расчета. Из-за ограниченного объема книги авторы стреми-
лись изложить в ней лишь наиболее приемлемые в каждом отдельном
случае методы расчета и не ставили перед собой задачу привести все
возможные способы решения.
Студенты судоводительской и эксплуатационной специальностей
институтов водного транспорта должны согласно программам по ука-
занным выше дисциплинам овладеть методами выполнения судовых тя-
говых расчетов. Данное учебное пособие может оказать им в этом су-
щественную помощь.
Рекомендуемые в учебном пособии методы расчета сопротивления
движению судов и составов изложены по материалам последних ис-
следований, выполненных в ЦНИИЭВТе, ЛИВТе, ГИИВТе, НИИВТе
и в некоторых других организациях.
В основу расчета гидромеханического комплекса винтовых, колес-
ных и водометных судов положены методы, разработанные в ЛИВТе
под руководством А. М. Басина и Е. И. Степанюка.
Г. И. Ваганов
Глава I
РАСЧЕТЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ ВОДЫ
ДВИЖЕНИЮ СУДОВ И СОСТАВОВ
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СОПРОТИВЛЕНИИ ДВИЖЕНИЮ СУДОВ
Движущееся судно выводит массы воды из состояния покоя, в ре-
зультате чего возникают силы реакции воды, противодействующие дви-
жению и распределенные по поверхности обшивки корпуса. Действие
реактивных сил может быть сведено к одной гидродинамической силе,
горизонтальная составляющая которой представляет собой силу со-
противления воды движению судна, и гидродинамическому моменту,
равному вращающему моменту, подведенному к движителям от дви-
гателя.
Сила сопротивления воды состоит из трех основных составляю-
щих частей: сопротивления трения, волнового сопротивления и сопро-
тивления формы (часто называемого вихревым).
В основу разложения сопротивления на составные части поло-
жены системы движения возмущенной судном воды и свойства воды,
порождающие ту или иную часть сопротивления. Сопротивления тре-
ния и формы возникают вследствие сил вязкости. Причиной возникно-
вения волн и появления волнового сопротивления является весомость
воды. Зависимость сопротивления трения и сопротивления формы
/?ф от вязкости жидкости позволяет объединить их в вязкостное сопро-
тивление. Однако в практических расчетах сопротивление формы и вол-
новое сопротивление /?в обычно объединяют в остаточное сопротив-
ление и тогда полное сопротивление воды движению судна
Я=ЯТ+ЯО. (1)
Полное сопротивление воды, кН, движению судна определяют по
следующей общей формуле:
(2)
где Z — коэффициент общего сопротивления;
р — плотность воды 1000 кг/м3;
Q — площадь смоченной поверхности корпуса судна, м2;
v — скорость движения судна, м/с.
Как видно из уравнения (2), сопротивление воды движению судна
главным образом зависит от размеров судна и скорости его движения,
а также от степени гладкости и формы поверхности корпуса, плотности
и температуры воды и других факторов.
На сопротивление судна оказывают влияние и такие факторы, как
выступающие части судна, воздушная среда, волнение воды и уклон
пути. В связи с этим, кроме трех основных видов сопротивления, раз-
4
дичают дополнительные виды сопротивлений, к которым обычно отно-
сят сопротивление от выступающих частей судна, воздушное сопро-
тивление, сопротивление от ветровых волн и от уклона пути.
Значение сопротивления воды движению одного и того же судна
резко меняется в зависимости от условий плавания, поэтому расчет
сопротивления судна на мелководье и в канале ведут с учетом влияния
габаритных размеров судового хода.
Сопротивление судна можно определить как по аналитическим вы-
ражениям, так и с помощью натурных и модельных испытаний. Наи-
более точным из них является метод определения сопротивления с по-
мощью натурных испытаний.
§ 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ВОДЫ ДВИЖЕНИЮ СУДОВ
ПО МОДЕЛЬНЫМ ИСПЫТАНИЯМ
Устройство опытового бассейна. Моделирование сопротивления
воды движению судов проводят в опытовых бассейнах. Бассейн пред-
ставляет собой отрезок бетонированного канала, наполненный водой
с открытой свободной поверхностью и снабженный устройствами для
буксировки моделей и определения их сопротивления при различной
скорости движения. Наиболее распространены два типа опытовых бас-
сейнов: динамометрический и гравитационный. В бассейнах динамо-
метрического типа модель буксируют с помощью тележки, перемещаю-
щейся вдоль бассейна по рельсам и снабженной динамометром для
измерения сопротивления. В бассейнах гравитационного типа модель
буксируют под действием падающего груза заданного веса, а скорость
движения модели замеряют особыми устройствами.
Простейшая схема бассейна гравитационного типа приведена на
рис. 1. Модель судна / перемещается в бассейне с помощью буксировоч-
ного устройства, к которому относятся бесконечный канат 3, соеди-
няющий ведущий 4 и ведомый 2 шкивы, и каната с присоединенным к
нему грузом. К нижней ветви бесконечного каната присоединяется мо-
дель судна 1 при помощи мачт 8.
На оси ведущего шкива может находиться дополнительный шкив 7
меньшего диаметра, на который наматывается буксирующий канат. К
свободному концу буксирующего каната через блок 5 крепится груз 6,
перемещающийся в вертикальной
шахте. Сопротивление модели при-
ближенно равняется весу падающе-
го груза Ргр, деленному’ на переда-
точное число, равное отношению
диаметров шкивов. Более точно оно
может быть определено с учетом
влияния собственного сопротивле-
ния трения в буксирующей систе-
ме бассейна.
Ведомый шкив оттягивается к
ближайшему торцу бассейна натяж-
Рис. 1. Схема опытового бассейна
гравитационного типа:
/ — модель; 2 — ведомый шкив; 3 — бес-
конечный канат; 4 — ведущий шкив; 5 —
направляющий блок; 6 — груз; 7 — допол-
нительный шкив; 8 — мачта
5
ним грузом. Груз выбирают таким, чтобы не было проскальзывания
буксировочного каната по шкивам. Пуск модели осуществляют с по-
мощью рычага, освобождающего буксировочную систему от торможе-
ния.
Сопротивление воды движению модели в бассейне измеряется при
ее равномерном движении. Для быстрого достижения постоянной ско-
рости движения модели обычно применяется разгонное устройство,
представляющее собой маятник, к которому крепится разгонный
груз. Вес разгонного груза Рр выбирают в соответствии с весом модели
и скоростью ее равномерного движения.
Разгонное устройство помогает быстро достичь равномерной ско-
рости движения модели, после чего оно автоматически отключается
и дальнейшее движение модели осуществляется лишь под действием
силы веса падающего груза Ргр.
Скорость движения модели определяется с помощью специального
устройства, фиксирующего время прохождения моделью определен-
ных участков пути. Для этой цели нередко применяются электросе-
кундомеры, связанные с электромагнитными датчиками, установлен-
ными на ведомом шкиве буксировочной системы.
При проведении буксировочных испытаний модели должны быть
соблюдены следующие требования: выполнение условий геометрическо-
го подобия границ водоемов, в которых осуществляется движение суд-
на и его модели; обеспечение турбулентного режима обтекания смочен-
ной поверхности модели в ее пограничном слое во время испытаний и
соблюдение закона динамического подобия моделирования. Невыпол-
нение первого требования приводит к искажению результатов модель-
ных испытаний из-за влияния стенок и дна опытового бассейна на со-
противление воды движению модели, а второго — к несоответствию
вязкостных составляющих сопротивления модели и натурного судна.
Для устранения этих искажений стремятся к увеличению бассей-
нов и масштаба испытуемых моделей, а также степени турбулентности
воды в пограничном слое, для чего применяются искусственные турбули-
заторы пограничного слоя, обеспечивающие соответствие режимов обте-
кания модели и судна. Наибольшее распространение получили прово-
лочные и сеточные турбулизаторы, устанавливаемые на поверхности
носовой части модели.
Модели изготовляют из липы, пенопласта, парафина в специаль-
ных модельных мастерских по теоретическому чертежу.
Техника проведения модельных испытаний. Модель устанавливают
в бассейне так, чтобы она была погружена до заданной ватерлинии. Вес
изготовленной модели обычно меньше, чем водоизмещение, соответст-
вующее заданной осадке; догрузку модели осуществляют на плаву.
Для этой цели модель взвешивают на точных весах, дополняют не-
обходимый груз до заданного водоизмещения и цутем передвижения
груза ликвидируют крен и дифферент.
Загруженную до заданного водоизмещения модель устанавливают
в конце бассейна в исходное положение и присоединяют к нижней
ветви буксировочного каната с помощью мачт. Далее приводят в готов-
ность разгонное устройство и устройство для записи скорости, устанав-
6
ливают буксирующий и разгонный грузы и с помощью рычага пускают
модель. После отключения разгонного устройства включают электро-
секундомеры, фиксирующие время прохождения моделью участков
пути, и определяют скорость движения модели.
Возвращение модели в исходное положение происходит с помощью
электродвигателя. Если окажется, что движение модели на преобла-
дающей части длины бассейна было неравномерным, то изменяют вес
разгонного груза и опыт повторяют.
Затем изменяют вес буксирующего груза и производят в том же по-
рядке испытания модели при новом значении его веса.
Пересчет результатов испытания модели на натурное судно. В ос-
нову пересчета результатов испытания модели на натурное судно поло-
жен принцип разделения полного сопротивления на сопротивление
трения и остаточное сопротивление /?0, имея в виду, что при испы-
таниях моделируется лишь остаточное сопротивление, а сопротивле-
ние трения определяется расчетным путем.
Пересчет сопротивления модели на натурное судно производят в
нижеследующем порядке.
1. По самозаписывающему устройству определяют скорость дви-
жения модели vM.
2. Вычисляют приближенно полное сопротивление, Н, модели:
Rm = 7’гр/е >
гдеРгр — вес падающего груза, Н;
i — передаточное число.
3. По формуле (2), решенной относительно £, определяют значе-
ние коэффициента полного сопротивления модели £м.
4. Для полученных значений скоростей вычисляют соответствую-
щие числа Рейнольдса
ReM = £M/vM, (3)
где LM — длина модели, м;
vM — коэффициент кинематической вязкости воды, определяемый в зави-
симости от температуры воды по графику (прил I, рис. 1).
5. Определяют коэффициент сопротивления трения эквивалент-
ной технически гладкой пластины, обтекаемой турбулентным пото-
ком:
£T-M = 0,455/(lgReM)2,58v (4)
Значение £т.м можно также определить по графику в зависимости от
числа Рейнольдса (см. прил< I, рис. 2).
6. Находят коэффициент остаточного сопротивления моделй:
£о.м — £м Ст.м-
При соблюдении закона подобия Фруда значения этих коэффициен-
тов для модели и судна равны, т. е. £0.м = £0.с.
7. Определяют скорость движения судна
о = омУх, (5)
где X — модуль геометрического подрбия, X = ЫLM (здесь L — длина судна).
*7
Таблица 1. Результаты пересчета сопротивления катамарана
с модели на натуру
Характеристика, размерность Значения характеристики
Ргр. Н 5,0 8,0 12,0 18,0 25,0
Ом. м/с 0,907 1.П 1,34 1,64 .1,86
RM, Н 1,25 2,00 3,00 4,50 8,33
£м 4,9-10~3 5,236-10—3 5,390-10—3 5,397-10-3 7,767-10-3
ReM 1,538.10е 1,882-10е 2,272-10е 2,78-10® 3,188-10®
£т.м 4,01-10—3 4,0-10—3 3,85-10-3 3,75-10-3 3,6-10-®
£о.м 0,89-10~3 1,236-10—® 1,54-10—3 1,647-10—3 4,167-10—3
vc, м/с 4,968 6,080 7,339 8,982 10,188
Re 2,422-10® 2,964-10® 3,578-10® 4,379-10® 4,97-10®
Ст.с 1,85-10-3 1,8-10-3 1,75-10-® 1,7-10-® 1,65-10-®
3,24-10—3 3,536-10—3 3,79-10—3 3,847-10~3 6,317-10—3
Rc> кН 22,31 36,47 56,95 86,59 182,93
8. По формуле (3) вычисляют значения чисел Рейнольдса для судна.
9. По формуле (4) или по графику (см. прил. I, рис. 2) определяют
коэффициент сопротивления трения эквивалентной судну технически
гладкой пластины.
10. Находят коэффициент полного сопротивления судна учи-
тывая надбавку на шероховатость обшивки корпуса £ш:
£с = £т.с_1~£ш.с+ £о.с-
11. По формуле (2) определяют полное сопротивление судна, 7?,
кН, принимая смоченную поверхность
Результаты расчета обычно выполняют в табличной форме. По
результатам расчета строят график зависимости 7? (п) и делают анализ
результатов моделирования.
Пример 1. Определить сопротивление катамарана по результатам испыта-
ния модели, имеющей длину £м = 1,95 м, площадь смоченной поверхности
йм = 0,62 м2, модуль геометрического подобия 1 = 30, прн температуре воды в
бассейне = 14 °C, в реке /р = 12 °C.
Решение. Результаты испытаний модели и расчета сопротивления воды дви-
жению натурного судна приведены в табл. 1. Коэффициент шероховатости кор-
пуса судна при этом принят равным = 0,5-10~3.
§ 3. РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ВОДЫ ДВИЖЕНИЮ СУДОВ
ПО ЭМПИРИЧЕСКИМ ФОРМУЛАМ И ДИАГРАММАМ
СИСТЕМАТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ
Метод расчета'сопротивления воды движению судов по формулам
с использованием^результатов модельных и натурных испытаний се-
рийных судовшироко применяется прн технико-экономических обо-
снованиях судов.
8
В результате модельных и натурных испытаний судов, проведен-
ных в ЛИВТе, НИИВТе и ГИИВТе, были получены значения коэффи-
циентов остаточного сопротивления для ряда самоходных и несамоход-
ных серийных судов. Их использование в эмпирических формулах поз-
воляет получить достаточные результаты расчета сопротивления на
первой стадии проектирования и обоснования судов. Наиболее распро-
страненной формулой, позволяющей определить сопротивление воды
движению судна как на глубокой воде,так и в ограниченных условиях
плавания, является следующая:
Я = (£т+£ш)-|-^2-Н0-^Т2/3у2- (6)
При этом £ш — коэффициент сопротивления шероховатости; для
речных грузовых и буксирных металлических судов £П1 = (0,7 —
4- 1,0) 10~3, для деревянных судов — (1,8 4- 2,3) 10~3, железо-
бетонных судов = (1,3 4- 1,9) 10~3.
Смоченная поверхность судна, м2,
Q=L(a7’+fc6B), (7)
где В — ширина судна, м;
Т — осадка судна, м;
6 — коэффициент полноты водоизмещения;
а, b — коэффициенты, принимаемые равными: для винтовых толкачей а =
= 1,36; b = 1,25; для грузовых теплоходов а = 1,36; b = 1,24;
для несамоходных судов а = 1,45; Ь— 1,13-
Водоизмещение судна, м3,
Р = 6£ВГ. (8)
Коэффициент остаточного сопротивления судна
So = So а1 С1 > (9)
где Со — коэффициент остаточного сопротивления судна-прототипа, определяе-
мый в зависимости от числа Фруда по рис. 1 прил. II для несамоходных
судов, по рис. 2 прил. II для самоходных грузовых судов; по рис. 3
того же приложения для буксирных судов и по рис. 4—для пассажирс-
ких судов.
Номера кривых, указанных на рисунках, соответствуют номерам
судов, приведенных в табл.1 прил. II. В этой же таблице дана и ха-
рактеристика судов-прототипов.
В формуле (9) щ, bv clt dj—коэффициенты, учитывающие разницу в соотно-
шениях £/В, TIB, L^L,, б расчетного и прототипного судов (здесь £ц — длина
цилиндрической вставки корпуса, м).
Для речных буксиров-толкачей и пассажирских судов коэффициент
влияния относительной длины цилиндрической вставки можно прини-
мать = 1.
Для определения коэффициентов Со нужно выбрать судно-прото-
тип по наиболее близким значениям соотношений L/B, вычислить число
Фруда Fr = v/]fgL для расчетного судна и по графикам (см. рис. 1—
4 прил. II) найти значение искомого коэффициента.
Коэффициенты Oj, blt clt dx определяются по формулам: ах = ар/ан;
ЬХ == ^Р^П’ £р/бп» ^р^ц- £,
9
В этих формулах ар, bp, ср, dv — коэффициенты для расчетного
судна; аа, Ъп, са, dn — коэффициенты для судна-прототипа.
Значения указанных коэффициентов определяются также с помо-
щью графиков, приведенных в прил. II (рис.5—8). При этом коэффи-
циенты ах и Ьх определяют по рис. 5, ct— по рис. 6, dt для несамоход-
ных и самоходных грузовых судов—по рис. 7, а для буксирных и пас-
сажирских судов — по рис. 8.
Значения коэффициентов остаточного сопротивления для пасса-
жирских судов на рис. 4 прил. II даны в зависимости от числа Фруда
1 / 3
по объемному водоизмещению Fr„ — vl' gV V. При расчете остаточ-
ного сопротивления пассажирских судов по формуле (6) вместо V2/3
подставляют площадь смоченной поверхности Q.
Расчет сопротивления воды движению несамоходного судна виден
из нижеследующего примера.
Пример 2. Рассчитать сопротивление воды движению баржи проекта
№ Р-56 на глубокой воде при регистровой и порожней осадках и следующих ис-
ходных данных: Qp = 2850 т, L = 83,5 м, В = 16,5 м, Тр = 2,63 м, 7’0 = 0,4 м,
б = 0,889, 60 — 0,836, L„ = 56,l м, v = 1 м/с.
1 • 83 5
Решение. 1. Определяют число Рейнольдса: Re = у—pj—р’_6 = 7,5-107.
2. По формуле (7) рассчитывают площадь смоченной поверхности судна:
й = 83,5 (1,45-2,63 -|- 0,889-1,13-16,5) = 1710 м2.
3. По графику (см. рис. 2, прил. I) находят коэффициент сопротивления тре-
ния: Zt ~ 2,3- Ю~3.
4. По первому слагаемому формулы (6) определяют сопротивление трения:
RT = 3- 1O~3-5OO-.171O-12 = 2560 Н = 2,56 кН.
5. Находят число Фруда по длине судна: Fr = --- = 0,0353.
У9,81-83,5
L 83,5 Т 2,63 Ьц
6. В соответствии с величинами & — Гб~5 ~ 5,07; ~ = 0,16; -j~ =
= = 0,672; б = 0,889 по табл. 1 прил. II выбирают прототипное судно 3,
близкое к расчетному, для которого находят коэффициент остаточного сопротив-
ления прототипного судна (по рис. 1 того же приложения) t,'o — 15,0-10—8.
7. С помощью графиков (см. рис. 5—8, прил. II) находят дополнительные ко-
1,30 0,90 1,30
эффициенты: । 2g ^>03, q ^g - 0,92, 0,985 и
1-53 „ ’
~ 1,49 ~
8. По формуле (9) вычисляют коэффициент остаточного сопротивления рас-
четного судна: ?(, = 15-10~3-1,03-0,92-0,985-1,03 = 14,4-IO-3.
9. Определяют водоизмещение баржи: V = 0,889-83,5-16,5-2,63 — 3220 м3.
1000 п2/,
10. Рассчитывают остаточное сопротивление: Ro= 14,4-10—3 —g~ 3220 ' X
X I2 = 1570 Н = 1,57 кН.
11. Определяют сопротивление судна: Р = 2,56-]- 1,57 = 4,13 кН.
При других скоростях движения расчет аналогичен, результаты расчета
приведены в табл. 2.
Расчет сопротивления воды движению судна при порожней осад-
ке ведут с учетом изменения смоченной поверхности судна, которая со-
ставит Qo = 1440 м, водоизмещения И(| = 490 м3 и отношения TIB
судна. Результаты расчета приведены в табл. 3.
10
Таблица 2. Результаты расчета сопротивления баржи
проекта № Р-56 при осадке Тр
v, м/с Re tT Fr Со Вт. кН Ro. кН R, кН
1 7,5-107 2,3- IO-» 0,0353 14,4-Ю-з 2,56 1,57 4,13
2 1,50-10® 2,!-10-3 0,0703 14,5- IO-3 9,55 6,34 15,89
3 2,25-10® 1,9-10-з 0,100 14,60-Ю-з 20,10 14,30 34,40
4 3,00-10® 1,8-10-з 0,141 15,0-Ю-з 34,20 25,50 59,70
Таблица 3. Результаты расчета сопротивления баржи
проекта № Р-56 при осадке То
V, м/с Дт, кН «о- кн R. кН
1 2,16 0,300 2,46
2 8,06 1,200 9,26
3 16,80 2,710 19,51
4 28,80 4,81 33,61
Нашел признание также метод расчета сопротивления воды дви-
жению речных судов, основанный на раздельном определении коэф-
фициентов вязкостного £ва и волнового Ёв сопротивлений. Метод раз-
работан в проблемной лаборатории гидромеханики судна НИИВТа.
По этому методу сопротивление воды движению судна
tf = (U+U-f-Qjj2’ (10)
гДе £вз — коэффициент вязкостного сопротивления судна, причем
£ВЗ=(/С+ДК) (£т+£ш+£в.ч).
Здесь К' — базовое значение коэффициента пропорциональности для барж
(находят по графику, приведенному на рис. 9 прил. II);
Д/( — надбавка к коэффициенту сопротивления на влияние отношения
L/В (для барж принимается ДК = 0);
£т — коэффициент сопротивления трения гладкого корпуса, определяе-
мый по формуле (4);
— коэффициент шероховатости смоченной поверхности корпуса;
£в.ч — надбавка на сопротивление выступающих частей; для барж (при-
нимается £в ч = 0).
Коэффициент волнового сопротивления для барж определяется по
формуле Л. И. Фомки некого
£в = £в (577В)1/2 (7B/L)5/4, (11)
где £в — базовое значение коэффициента волнового сопротивления (опреде-
ляется по графику, приведенному на рис. 10, прил. II).
Порядок расчета изложен в примере 3.
Пример 3. Определить сопротивление воды движению баржи проекта
№ P-5G на глубокой воде при регистровой осадке и тех же исходных данных, что
и в примере 2.
*11
Вследствие незначительности угла а можно считать, что iB =tg а.
Пример 5. Определить дополнительное сопротивление несамоходного суд-
на водоизмещением 3370 м8 от уклона реки при условии, если I = 1000 км,
Лв = 0,05 км.
Решение. 1. Определяют относительное падение уровня воды: »в =
=0,05/1000 = 0,00005.
2. Определяют дополнительное сопротивление От уклона реки: = 9,81 X
X 3370-0,00005 = 1650 Н = 1,05 кН.
§ 5. РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ВОДЫ ДВИЖЕНИЮ СУДОВ
В ОГРАНИЧЕННОМ ПОТОКЕ
Сопротивление воды движению судов на мелководье. При движе-
нии судов в ограниченном потоке, т.е. по мелководью и каналу,возни-
кает встречный поток воды, увеличивается просадка судна и происхо-
дит изменение системы волнообразования.
Изменение сопротивления судов на мелководье обычно характе-
ризуется отношением глубины пути к осадке судна h/T и числом Фру-
да по глубине Frh = v/Vgh. На мелководье по сравнению с глубокой
водой сопротивление судна возрастает, при этом изменяются все виды
сопротивлений. Сопротивление трения возрастает вследствие увеличе-
ния скоростей обтекания корпуса судна из-за появления встречного
потока воды, образующегося под днищем судна. Увеличение скоростей
обтекания приводит к перераспределению давления по поверхности тела
и изменению сопротивления формы. Увеличение волнового сопротив-
ления объясняется изменением систем волнообразования в ограничен-
ных условиях плавания по сравнению с волнообразованием на глубо-
кой воде.
Скорость движения судна, при которой сопротивление начинает
резко возрастать, называется первой критической скоростью. Значе-
ние этой скорости можно определить по формуле института гидроло-
гии АН СССР
”“«=“•"5)
h h
где а0 — коэффициент (а0 = 1,0 при у. > 1,4; а0 = 0,9 при 1,4);
Н — глубина пути;
К — коэффициент, зависящий от отношения В/ L и определяемый прибли-
женно по формуле К = 1 -|- 1.32B/L.
Для расчета сопротивления воды движению судов по мелководью
обычно используется следующая несколько измененная формула (6):
/?М = (£ г + £ш) — 3 vl + to -j- V2' 3 vl, (Ga)
где v — скорость обтекания корпуса судна сжатым потоком, причем v0 = bov
(здесь b0 — коэффициент, учитывающий отношение скорости обте-
кания корпуса судна сжатым потоком к скорости хода судна; определя-
ется по графику, приведенному на рис. 1, прил. III, в зависимости от
относительных величин h/T и Fr,,).
14
При расчете сопротивления воды Сдвижению судна на мелководье
коэффициенты сопротивления трения и остаточного сопротивления
определяются по значениям скорости обтекания корпуса судна сжатым
воздухом. При этом, число Рейнольдса примет вид Re=y0L/v, а число
Фруда определится по выражению Fr = Vg/^gL.
Пример 6. Определить сопротивление воды движению баржи проекта
№ Р-56 по мелководью при регистровой осадке и глубине пути h = 3,5 м. Ис-
ходные данные приведены в примере 2.
Решение. I. Определяют отношение h/T = 3,5/2,63 = 1,32 и число Фруда
по глубине пути Fr^ = -----=0,17.
1/9,81-3,5
2. По графику (см. рис. 1, прил. III) находят коэффициент b0 = v0/v = 1,02.
3. Вычисляют скорость обтекания судна сжатым потоком: и0 — 1,02-1 =
= 1,02 м/с.
1,02 • 83,5
4. Определяют число Рейнольдса: Re = । 11 . iо—в' = 7,68-10’.
5. По графику (см. рис. 2, прил. I) находят коэффициент сопротивления
трения £т = 2,3-IO-8.
1,02
6. Определяют число Фруда по длине судна: Fr — ----------- — 0,035.
9,81 83,5
7. По графику (рис. 4, прил. II) для прототипного судна находят + =
= 15-Ю-з.
В данном случае поправки bt, clt dT те же, что и в примере 2; тогда £0 =
= 15-10-3-0,964 - 14,4-10-з.
8. Рассчитывают сопротивление судна на мелководье по формуле (6а): 7?м =
=(2,3+0,7) 10-з-^- 1710-1,022 + 14,4-Ю-з -^-.32102/3-1,022 = 4310 Н =
= 4,31 кН.
Сопротивление движению судна на мелководье при других скоро-
тях определяют аналогично. Результаты расчета приведены в табл. 5.
Таблица 5. Сопротивление воды движению баржи
проекта № Р-56 на мелководье при Тр
V , м/с F+ ьо Со. М/с Re £тх ХЮ-3 Fr Е0-Ю-3 «Т.М’ кН ^о.м' кН RM, кН
1 0,17 1,02 1,02 7,68-10’ 2,3 0,035 14,4 2,67 1,64 4,3
2 0,34 1,07 2,14 1,6-108 2,08 0,075 14,5 11,0 7,27 18,27
3 0,5 1,15 3,45 2,60-108 1,88 0,120 14,67 26,4 18,9 45,3
4 0,68 1,27 5,08 3,82-Ю8 1,70 0,177 15,1 53,4 41,7 95,1
Анализируя результаты расчета сопротивления воды движению суд-
на проектом № Р-56 на мелководье (табл. 5) и на глубокой воде (табл.4),
можно видеть, что на мелководье сопротивление судна существенно
возрастает.
Первая критическая скорость на мелководье для данного судна
„ —л о 1/ 2-9,81-3,5 „ о. ,
V«P1-0’9 V 3-1,2583-1 ^3'84 М/С-
Здесь К = 1 +1,32-16,5/83,5 = 1,258.
15
vunpuiHBjiCHHt в ды движению суд к капал ал. i ри движении
судна в канале все явления, возникающие на мелководье, такие, как
встречный поток, просадка судна, изменение системы волнообразова-
ния, усиливаются. При этом встречный поток возникает не только под
днищем, но и по бортам судна.
Скорость встречного потока определяется понижением уровня в се-
чении канала и степенью стеснения потока
® ВТ ,
£2^ h В^
(16)
где gj — площадь погруженной части миделя судна, м2;
йк — площадь живого сечения канала при отсутствии в нем судна, м2;
Вк — средняя ширина канала, м.
При движении судна в канале наблюдается не одна критическая
скорость, а область критических скоростей.
Скорость движения судов в каналах обычно ограничивается до зна-
чения первой критической скорости. Иначе происходит разрушение ло-
жа канала из-за интенсивного воздействия судовых волн.
Характер изменения волнообразования в канале характеризуется
числом Фруда по глубине канала Frh = v/^gh.
Для прямоугольного канала первая критическая скорость
VKP1 = Frftl Vgh, (17)
где Рг^ — число Фруда по глубине пути, определяемое по следующей фор-
муле Г. И. Сухомела:
Frhl =
8 cos3
’ п ± arccos (1 —m)'
3
(18)
Натурные испытания судов в каналах, проведенные в НИИВТе
и ГИИВТе, позволили разработать график для определения первой
Рис. 2. График для определения кри-
тических скоростей движения в тра-
пецеидальном канале
и второй критических скоростей в
трапецеидальном канале, приведен-
ный на рис. 2. При этом
. Ва—Вд
к~ Вп+Вд ’
где Вп, Вд — ширина канала соответ-
ственно на свободной по-
верхности и по дну.
На рис. 2 FrM, Frh2 — соответ-
ственно первая и вторая относи-
тельные критические скорости дви-
жения.
Сопротивление воды движению
судна в канале можно определить
по уравнению (6а), подставляя
вместо п0 сумму v + пвст, здесь
ивст — скорость встречного потока,
м/с. Последнюю для движения суд-
16
на с докритической скоростью можно определить по формуле
В. К- Шанчуровой
«вст= 100v т2 FrjJ. (19)
Пример 7. Определить сопротивление воды движению баржи проекта
№ P-5G в канале при скорости движения v — 1 м/с. Размеры и характеристики
судна проекта № Р-56 приведены в примере 2. Площадь живого сечения канала
йк = 240 м2, глубина канала /1 = 4 м, средняя ширина Вк = 60 м.
Решение. 1. Определяют число Фруда по глубине канала: Ргд=----- =
= 0,16. /9,81-4
0,99-16,5-2,63
2. По формуле (16) находят степень стеснения потока: т = --------- =
= 0,178.
3. По формуле (19) рассчитывают скорость встречного потока увст = 100 X
X 1 -0,178М63 = 0,013 м/с.
(1+0,013) 83,5 „„ ,
4. Определяют число Рейнольдса: Re = —ГТГТб—®— = '>о3'107.
5. По графику (см. рис. 2, прил. I) находят = 2,3-10~3.
1,013
6. Определяют число Фруда по длине судна: Fr = — - = 0,0355.
/9,81-83,5
7. По рис. 1, прил. II находят коэффициент остаточного сопротивления:
= 15-Ю-3.
8. Находят поправки к нему. В соответствии с примером 2 их произведение
= 0,964, тогда = 15-10“3-0,964 = 14,40-10—».
9. По формуле (6а) определяют сопротивление воды движению судна в ка-
1000 1000
нале: RK = (2,3 + 0,7) 10~3 — 1710 (1 + 0,013)2+14,40-10—з -у- 32102/3 X
X (1 + 0,013)2 = 4240 Н = 4,24 кН.
Расчет сопротивления судна в канале при других скоростях анало-
гичен, результаты расчета представлены в табл. 6.
Таблица 6. Результаты расчета сопротивления воды движению
баржи проекта № Р-56 в канале
о, м/с Frh vbct- м/с %, м/с Re Ft ^0 RT, кН «о. кН RK. кН
1 0,16 0,013 1,013 7,60-107 2,3-10-3 0,0355 14,4-10-® 2,68 1,65 4,33
2 0,32 0,210 2,21 1,66-108 2,17-Ю-3 0,0773 14,6-10—3 11,73 7,82 19,5
3 0,48 1,05 4,05 3,04-108 1,85-10-® 0,141 14,7-10-3 36,4 26,3 62,70
Пример 8. Определить первую критическую скорость судна проекта
№ Р-56 при исходных данных, указанных в примере 6.
Решение. 1. Определяют коэффициент трапецеидальности канала: Ьк =
«= (86 — 46)/(86+ 46) = 0,303.
2. Находят коэффициент стеснения потока: т = 42,6/240 = 0,178.
3. По графику (см. рис. 2) определяют число Фруда, соответствующее пер-
вой критической скорости: Frh = ( 0,303; 0,178) = 0,46.
4. Находят первую критическую скорость движения в заданном канале:
%, = 0,461/9,81-4 = 2,87 м/с.
17
§ 6. <JI ЩЬДЬЛЬНИе дин ЛНИ1ЬЛЬН И ПРОСАДКИ
СУДОВ И СОСТАВОВ
При движении судов на мелководье и в канале около судна на-
блюдается понижение уровня свободной поверхности воды, вследствие
чего судно как бы оседает или просаживается. Увеличению просадки
способствует также понижение давления потока под днищем судна и
дифферент судна на корму. Явление просадки необходимо учитывать
судоводителям, так как это приводит к посадке судна на мель.
Просадку самоходных судов на мелководье можно определить по
следующим формулам Г. И. Сухомела:
(№—1) &
=-------- при /г/Гс 1,4 м;
2g
(/<2—,_____
А 7 ~ п -— VT/h при h/T 1,4 м.
2g
(20)
В этих формулах К — коэффициент, определяемый в зависимости от отно-
шения длины судна к его ширине (при ЫВ= 5 К = 1,27; при L/В— G К =
= 1,23; при L/B = 7 К= 1,17).
По результатам обработки натурных испытаний составов и судов
на мелководье и в канале Г. И. Вагановым получены следующие вы-
ражения для определения просадки (в сантиметрах):
для составов, движущихся на мелководье,
ДТср=0,52у2’7(77/1)5/6 + 1,2о (21)
(1,2г? добавляется только при ходе вниз);
для судов, движущихся в каналах при —- 7,
Д Гср=0,0075ц3-65 е к (22)
е— основание натурального логарифма).
Пример 9. Определить дополнительную просадку грузового теплохода
проекта № 1557 в канале при скорости движения V = 2 м/с и глубине канала
h = 5 м. Характеристики корпуса судна: L = 110,4 м, В = 13 м; Тр = 3,46 м,
6 = 0,817, Р = 0,998. Живое сечение канала й = 330 м2.
Решение. 1. Вычисляют погруженную площадь мидель-шпангоута тепло-
хода: <jj = 0,998-13-3,46 - 45 м2 и отношение g/QK = 45/330 = 0,136.
2. По формуле (22) определяют посадку теплохода: А7’ср = 0,0075-23’65,
е40 0,136 = 21 см.
§ 7. РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ВОДЫ
ДВИЖЕНИЮ БАРЖЕВЫХ СОСТАВОВ
На сопротивление воды движению буксируемых составов оказы-
вают дополнительное влияние: попутный поток; поток, отбрасываемый
движителем; рыскливость состава; форма счала состава.
Сопротивление судов, находящихся в зоне попутного потока,
уменьшается.
18
Поток воды, отбрасываемый движительным комплексом буксиров-
щика, увеличивает скорость обтекания состава и сопротивление. Рыс-
кливость барж относительно толкача также увеличивает сопротивле-
ние состава.
Форма счала состава учитывается коэффициентом счала, значение
которого может быть как меньше, так и больше единицы.
Наиболее рациональной формой счала является кильватерная,
при которой каждая последующая баржа находится в зоне попутного
потока от предыдущей баржи.
Дополнительные сопротивления от потока воды, отбрасываемого
движителем, и от рыскливости состава существенно зависят от длины
буксирного троса. С увеличением длины буксирного троса влияние по-
тока, отбрасываемого движителем буксировщика, снижается, но при
этом увеличивается рыскливость барж. С помощью натурных испы-
таний доказано, что следует выбирать оптимальную длину буксир-
ного каната, при которой сумма этих двух дополнительных сопроти-
влений становится минимальной.
Оптимальная длина, м, буксирного каната
^б.т — O(j L1
А/э+15
?Va +90
(23)
где op — коэффициент («р = 9,5 10,5);
£•! — длина первой баржи состава, м;
Л';) — мощность буксировщика, кВт.
Сопротивление буксируемого баржевого состава
"б
^С.б= А(сч.б +Дб) У ^б0, (2^)
i = 1
где &сч.б — коэффициент счала при буксировке;
Др — коэффициент, учитывающий влияние рыскливости состава и боя
воды от движителей буксировщика (см. табл. 2, прил. II);
"б
Е — суммарное сопротивление барж в составе;
пр — число барж в составе.
Толкаемые составы имеют меньшее сопротивление воды движению,
но сравнению с буксируемыми, вследствие отсутствия влияния потока,
Отбрасываемого движителем, и рыскливости состава относительно тол-
кача, а также из-за того, что толкач находится в зоне попутного пото-
ка от состава.
Сопротивление толкаемого состава без толкача определяется по
аналогичной формуле с учетом коэффициента счала при толкании
/?<.ч.т, установленного на основе натурных и модельных испытаний со-
ставов:
"б
^?с.т = ^сч.т У ^б г- (24а)
i — 1
Значения Лсч т приведены в табл. 7.
i а о лица /. коэффициенты счала составов
Формула счала кеч. т при образованиях носа и нормы
«сани — сани», «гл. ложка — сани» «гл. ложка — клин», «клнн — клнн»
Толкание Буксировка Толкание | Буксировка
1 0,93—0,96 1,о 0,9—0,94 1,0
1 + 1 0,82—0,91 0,86—0,94 0,8—0,9 0,88—0,96
1+1+1 0,73—0,88 0,77—0,91 0,7—0,88 0,8—0,94
1+1+1+1 0,67—0,86 0,71—0,89 0,65—0.85 0,76—0,92
2 0,9—0,94 1—0,97 1—1,03 1,02—1,13
2+1 0,84—0,9 0,91 0,96—1 ——
1+2 0,82—0,89 0,88—0,95 1—1,05 1,04—1.1
1+2+1 0,76—0,89 0,82—0,94 0,83—0,92 0,88—0,96
2+1+1 0,72—0,87 0,8—0,9 0,8—0,92 0,84—0.98
1 + 1+2 0,79—0,86 0,81—0.92 0,83—0 9 0,87—0,95
2+2 0,78—0,88 0,84—0,92 0 9—0,96 1,03—1.0
2+2+2 0,68—0,86 0,76—0,9 0,83—0,92 0,9—0,96
2+2+2+2 0,64—0,84 0,71—0,92 0,78—0,9 0,84—0,94
3 1,03—1,08 1,05—1,1 1,1—1,2 1,15—1,25
з+з 0,85—0,92 0,9—0,96 1,02—1,08 1,04—1,1
§ 8. СОПРОТИВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЮ СЕКЦИОННЫХ
ТОЛКАЕМЫХ СОСТАВОВ И ПЛОТОВ
Секционные составы имеют меньшее сопротивление по сравнению с
составами из барж. Снижение сопротивления объясняется почти полной
ликвидацией водных пространств между секциями, вследствие чего со-
став напоминает одиночное судно. Грузоподъемность секционного со-
става по этой же причине на 5 — 7 % больше баржевого одинаковой
длины и осадки.
Сопротивление секционного состава может быть определено по
методу Г. И. Ваганова, согласно которому полное сопротивление, Н,
воды движению кильватерного секционного состава
^С.С = ^Т.с + ^ГО ^о.с + ^?ст> (25)
где 7?т.с — сопротивление трения секционного состава, Н;
kr0 — коэффициент, учитывающий влияние неравномерности осадок сек-
ций на остаточное сопротивление состава (определяется по графи-
ку —рис. 3);
Ro.c — остаточное сопротивление секционного состава, Н;
Rct — сопротивление стыков состава в местах соединения секций транцевы-
ми оконечностями, Н.
Рис. 3. Зависимость поправочного
коэффициента kr0 к остаточному со-
противлению двухсекционного киль-
ватерного состава от неравномерно-
сти осадки и скорости движения
20
Сопротивление трения кильватерного секционного состава
Ят.с = (*кр Ст+ Еш) Р/2 йс v2. (26)
где ^кр — коэффициент, учитывающий влияние кривизны корпуса состава
(йкр = 1,04 при (L/B) = 6; 1,03 при 8; 1,02 при 10 и 1,01 при 12);
£т — коэффициент сопротивления трения, находится в зависимости от
числа Re по графику (см. рис. 2, прил. I); при определении числа
Рейнольдса вместо длины отдельного судна подставляется длина со-
става Lc;
£ш — коэффициент шероховатости смоченной поверхности секции (при-
нимается равным = 0,7 • 10~3 4- 1,Ы0~3);
Йс — смоченная поверхность состава, определяемая по формуле (7).
Остаточное сопротивление секционного состава
^?о.с — to.c^c^3p2 Р/2. (27)
где Со.с — безразмерный коэффициент остаточного сопротивления состава, при-
чем
Со.с = Со.с.б«1 bi ci
Здесь Со.с.б — коэффициент остаточного сопротивления прототипного (базисного)
секционного состава, который находится по графику (рис. 1
прил. IV); alf blt q, — поправочные коэффициенты; находят-
ся так же, как и для отдельного судна (см. § 3), но по графикам,
приведенным на рис. 2, 3, 4 и 5 прил. IV).
Сопротивление стыка между транцевыми оконечностями секцион-
ного состава
7?СТ = ^СТ.Т-Ь^СТ.О>
где /?ст.т — сопротивление трения стыка;
Кст.о — остаточное сопротивление.
В формуле (28) — Йп — поверхность межстыкового соединения, м2 [йп =
«= Рст^ст* где рст — периметр межстыкового соединения, м (рст = В-\-2Ty,
/ст — длина стыка, м].
Коэффициент сопротивления трения стыка £ст.т находится в зави-
симости от числа Рейнольдса ReCT = y/CT/v по графику (рис. 6
прил. IV).
Остаточное сопротивление стыка рекомендуется вычислять по
формуле
ЛСт.о = Сст.о-^-Д Рст31’2- (29)
Где £ст.о — безразмерный коэффициент остаточного сопротивления стыка, оп-
ределяемый по графику (рис. 7, прил. IV);
ЛРст — объем погруженной части межсекционного пространства, м3, при-
чем
Л Рст = Р ^7 (ст = (ст
(здесь g — площадь погруженной части мидель-шпангоута, м2).
Коэффициент £ст о = f (FrCT) определяется по графику (рис. 7
прил. IV), причем FrCT = v/^glCT.
Bl
Рис. 4. Зависимость коэффициента сча-
ла секционных составов от скорости
движения
В случае подреза транцев
секций находится дополнитель-
ное сопротивление состава /?п.т.
Приближенно его можно опре-
делить по формуле
^П.Т ~ Сп.Т 2 ^г/т3 1,2 ’ (30)
где Сп.т — безразмерный коэффи-
циент сопротивления вод-
ного пространства, обра-
зованного вследствие
подреза транцев(прибли-
женно Сп.т ~ 0,019).
Объем указанного простран-
ства для одинаковых секций
Vn T = 0,5LB7'(l—6). (31)
Сопротивление воды движе-
нию составов, включающих от-
носительно большее количество
парных секций (4, 6, 8), опреде-
ляется как сумма сопротивлений двух секционных кильватерных со-
ставов, умноженная на соответствующий коэффициент счала, т. е.
«с
/?С.С = ^СЧ.С У Rzl+1>
t = 1
где ^сч.с — коэффициент счала состава, определяемый по рис. 4;
пс — число пар секций;
AJjj+j — сопротивление каждой пары секций, включенной в состав.
Пример 10. Определить сопротивление воды движению состава из двух
секций проекта № Р-29, имеющего следующие характеристики: Lc = 85-2 =
= 170 м, Вс = 16,5 м, Гр = 2,8 м, 6 = 0,881, /ст = 0,15 м.
Решение. Расчет ведется по формуле (25) при и = 1 м/с в следующем поряд-
ке.
1. Находят число Рейнольдса и коэффициент сопротивления трения (по
рис. 2 прил. I); Re = oZc/v = 1-170/1,ll-10-e = 1,53-108; £т = 2,1-10~3.
2. По формуле (7) рассчитывают смоченную поверхность состава: Qc =
= 170,0 (1,45 • 2,8 + 0,881 • 1,13 • 16,5) = 3480 м2.
3. По формуле (26) определяют сопротивление трения состава: /?т с —
1000
= (1,02 • 2,1 -4-0,7)10—3 —2—3480 I2 = 4950 И = 4,95 кН.
4. По формуле (9) находят коэффициент остаточного сопротивления, для
чего определяют для состава число Фруда: Fr = — - = 0,039.
1/9,81 • 170
Находят по рис. 1 прил. IV коэффициент £0.с базисного судна: So.с.б ~
= 0,4 • 10~3. Находят поправочные коэффициенты по рис. 2, 3, 4, 5 прил. IV:
22
0,7 0,86 1,05 1,2
°i = 7Гл = 0,777; 6, = Т7т; = 0,86; q = n“oT =1,15; dt = «—й = 0,925. Тог-
ОУ 1 >ии v,Vl *,’5
да Го с = 0,777 • 0,86 • 1,15 • 0,925 0,4 10~3 = 0,284 • 10-з.
5. По формуле (27) определяют остаточное сопротивление секционного со-
1000 ,,,
става, принимая kr0 = 1 : 7?0.с = 0,284 • 10~3 —%-69202' - 12= 51,5 Н =
= 0,051 кН.
6. По формуле (28) вычисляют сопротивление трения стыка.
1-0,15
При числе Рейнольдса стыка ReCT = j . jp—в = *.36 • 10“ по графику
(см. рис. 6, прил. IV) находят Сст.т = 30 • 10~3.
7. Вычисляют периметр рст = 16,5 + 2 • 2,8 = 22,1 м и площадь стыка
1000
йп=22,1 • 0,15 = 3,32 м2. Тогда ReCT.T = 30 • 10~3 — 3,22 • I2 = 48,2 Н =
= 0,048 кН.
8. По формуле (29) определяют остаточное сопротивление стыка. При этом
объем погруженной части межсекционного пространства ДКСТ — 16,5 • 2,8 X
X 0,15 = 6,95 м3.
Число Фруда по длине стыка FrCT = --- ----------= 0,83. Коэффициент
1/9,81 • 0,15
остаточного сопротивления снимают с графика (рис. 7, прил. IV): £Ст О = 4,6 X
1000
X 10-2. Тогда RCT.o = 4,6 • Ю2-^—6,98 • I2 = 160 Н = 0,16 кН.
9. Находят общее сопротивление стыка: 7?ст = 0.048-J-0,16 = 0,21 кН.
10. По формуле (30) находят дополнительное сопротивление от подреза
транцев. При этом объем пространства Кп т = 0,5 • 170 • 16,5 • 2,8 (1 — 0,881) =
= 466 м3.
1000 „/ч
Тогда /?п.т= 0,019 4662/3 t I2 = 600 Н = 0,6 кН.
11. Определяют полное сопротивление секционного состава: Rc с ~
= 4,95+0,05 + 0,21 +0,6 = 5,81 кН.
Плоты по сравнению с судами имеют плохо обтекаемую форму и
могут деформироваться при движении. Практический расчет сопротив-
ления плота обычно ведется для устойчивого его движения. Сопротив-
ление плотов учитывается дополнительно.
Сопротивление плота
7?пл = епл^-^л/3^. (32)
где Спл — коэффициент сопротивления плота, определяемый по выражению
£пл = (0,01 + 1JT/L) (LB/T^, (33)
L В
пригодному при 100 у < 500; 15 у 60;
1/пл — условное водоизмещение плота, причем
Кил = ТВ7'.
Пример 11. Определить сопротивление воды движению плота, имеющего
следующие характеристики: длину L — 400 м, ширину В — 30 м, осадку Т —
«= 1,3 м.
Решение (при v = 1 м/с). I. Определяют коэффициент сопротивления плота:
Спл (0,01 + 1,7 • 1,3/400) (400 • 30/1,32)’/3 = 0,297.
2. Находят условное водоизмещение: Кпл = 400 • 30 • 1,3 = 15 600 м3.
1000
3. Рассчитывают сопротивление плота: Rmj = 0,297 —g- 622 • 12=92,2 кН.
23
Метод расчета сопротивления воды движению катамаранов, пред-
ложенный М. Я. Алферьевым, мало отличается от метода расчета со-
противления однокорпусных судов.
Сопротивление воды движению катамаранного судна представля-
ется суммой сопротивлений трения 7?т и остаточного /?0.
Расчетная формула имеет вид
^? = (2т4-?Ш-|_?В.г) (Р/2) ^-2 V2_b/?o, (34)
где Stu — коэффициент шероховатости корпуса. Для грузовых катамаранов
принимается равным = (0,40,6)-10-3, для пассажирских —
(0,3 ~ 0,5)-10—3;
О2 — смоченная поверхность двух корпусов.
Расчет сопротивления трения катамарана ведут так же, как и для
однокорпусных грузовых судов (см. § 3).
Остаточное сопротивление катамарана
Ro — So % &в/т kg Й2 V2,
(35)
где So — коэффициент остаточного сопротивления, определяемый по гра-
фику (см. рис. 1, прил. V);
^в/т> ^6 — коэффициенты влияния на остаточное сопротивление. Они учиты-
вают несоответствие параметров В/Т (рис. 2, прил. V) и б (рис. 3,
прил. V) расчетного и прототииного судов.
Эти коэффициенты определяют при рациональном клиренсе с = 0,3.
Коэффициенты кв/т и определяют по выражениям, аналогичным
для однокорпусных судов:
кв/ т~кв/тр1кв/тп'
k&~k6p/k6n'
Таблица 8. Результаты расчета сопротивления движению катамарана
Характеристика, размерность Значение характеристики при Fr
0,15 1 0,25 | 0,30 0,35 | 0,40
v> м/с 4,58 7,63 8,85 10,69 12,21
• Ю-з 0,220 0,241 0,397 0,863 1,230
кв/т 0,843 1,146 1,517 1,393 1,288
1,016 0,980 0,989 0,986 0,968
So • 10-3 kg 0,189 0,271 0,595 1,185 1,535
Ro, кН 2,89 11,50 34,05 98,80 167,00
Re -10-8 2,771 4,619 5,358 6,469 7,388
St-10-3 1,855 1,730 1,700 1,665 1,637
(ST+Sm + SB.4)I0-3 2,355 2,230 2,200 2,165 2,137
7?T, кН 36,03 94,76 125,7 180,0 232,0
R, кН 38,92 106,26 159,75 279,0 399,0
24
Пример 12. Рассчитать сопротивление воды движению катамарана грузо-
подъемностью 1000 т при следующих исходных данных: V = 1750 м3, L •= 95,0 м
й2 = 1430 м2, с = 0,3; UB = 15,47; В/Т = 2,12; <5 = 0,517; t = 4 °C, v =’
= 1,57 • 10-е м2/с; £ш = о,35 • 10-®; £в.ч = 0,15 • 10~3.
Результаты расчета, выполненного по формуле (34), приведены в табл. 8.
§ 10. СОПРОТИВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЮ СКОРОСТНЫХ СУДОВ
Глиссирующие суда. Сопротивление воды движению глиссирую-
щего судна состоит из сопротивлений трения и давления. Сопротивле-
ние трения относительно невелико из-за малой смоченной поверхности
корпуса судна. Сопротивление давления состоит из брызгового и вол-
нового сопротивлений. При высоких скоростях движения брызговое
сопротивление становится существенно больше волнового.
Сопротивление, Н, воды движению корпуса глиссера может быть
определено по уравнению
7?к.гл = (£т4~Сш) —Хср Вср v2-j-D tga, (36)
где £Ср> Всу — соответственно средняя длина и ширина смоченной поверхности
днища глиссера, м;
D — весовое водоизмещение судна, Н;
а — угол ходового дифферента судна, рад.
Приближенно
Вср=0>5 (В +-Втр),
где
&
• Втр — ширина днища глиссера соответственно на миделе и транце
Средняя длина глиссера
Всу—^Вср,
где X — среднее удлинение глиссера.
Среднее удлинение глиссера находят по графику % = [ (m FrB),
приведенному на рис. 4, прил. V. При этом число Фруда по средней
ширине днища FrB — ц/у gBcp, а коэффициент гидродинамического
момента m — x!Bcv, где расстояние центра тяжести судна от транца
X = (0,36 -Г 0,43) L.
В полное сопротивление глиссера дополнительно включаются со-
противления воздушное и от выступающих частей
Т?Е.Ч= ^в.ч ^к.гл,
Где йд.ч — коэффициент сопротивления выступающих частей корпуса. Он при-
нимается в зависимости от числа Фруда по объемному водоизмещению
судна Frp = и/1/(£>/'р)1/3;
при Frp= 1,0&В-ч=0,02; при Frp = 2,0 А’нч = 0,075;
при Frp = 3,0 &В-Ч=0,124; при Frp = 4,0 £в.ч=0,200.
Воздушное сопротивление рассчитывают по формуле (12).
При этом Fa — пВН/4,
где В — высота судна вместе с надстройкой.
*25
угол ходового дифферента а принимают по графику рис. 5) в за-
висимости от отношения L/B глиссера.
Пример 13. Рассчитать сопротивление воды движению корпуса глиссера
типа «Заря» при следующих исходных данных: L = 20,4 м, В = 3,65 м; и =
= 12,5 м/с; D = 196,2 кН; t = 15 °C.
Решение. 1. Приближенно принимая среднюю ширину Вср глиссера равной
его ширине В, находят вначале число Фруда по средней ширине FrB —
= 12,5/"|/9,81 • 3,65 = 2,10 и коэффициент гидродинамического момента т =
= 8,16/3,65 = 2,24, где х = 0,4 • 20,4 = 8,16.
2. По графику (см. рис. 4, прил. V) находят среднее удлинение смоченной
поверхности днища глиссера X = f (т = 2,24; FrB = 2,10) » 5,0.
3. Далее вычисляют Lcp = 5 • 3,65 = 18,25 м и число Рейнольдса Re =
12,5 - 18,25
- 1,12-10-е — 2>04 • 10 •
4. Определяют коэффициент сопротивления трения по графику (см. рис. 2.
прил. 1): £т = 2,7 • 10~3.
5. По рис. 5 находят угол ходового дифферента а = 5°.
6. Рассчитывают сопротивление воды корпуса глиссера: Дгл = (2,7-|-0,7)х
1000
X Ю-з —— 18,25 • 3,65 • 12,52 + 196200 • 0,087 = 34700 Н = 34,7 кН.
Суда на подводных крыльях. Сопротивление судов на подводных
крыльях (СПК) в рабочем режиме движения состоит из сопротивления
воды движению крыльевого аппарата и выступающих частей, а также
из воздушного сопротивления судна. При этом основной составляющей
является сопротивление крыльевого аппарата.
Сопротивление судов на подводных крыльях определяется по вы-
ражению
Дспк = Дн + Дк-1-Дв.ч-!- Да, (37)
где /?н, Дк — сопротивления соответственно носового и кормового крыльев,
причем
Дн (к) ==б'а.SH (К) о2, (38)
Рис. 6. Зависимость сопротивления
движению судов на подводных
крыльях от скорости движения:
I — для теплохода типа «Ракета»; II —
для теплохода типа «Восход»; III — для
теплохода типа «Метеор»
Рис. 5. График зависимости угла
атаки от относительной длины глис-
сера
2G
Сопротивление от выступающих чаете?! принимается приближенно
равным 10 % от сопротивления крыльев.
Воздушное сопротивление СПК
/^а = 5а g ^в.м (г, + 1,в)2> (39)
где 5а — коэффициент воздушного сопротивления (5а — 0,5 4- 0,6);
SB м — площадь ветрового миделя судна.
Графики зависимости сопротивления движению некоторых типов
СПК в различных режимах движения, включая ход на корпусе, приве-
дены на рис. 6. Изложенной методике в каждой кривой графика соот-
ветствует часть, начинающаяся с минимального значения.
Пример 14. Рассчитать сопротивление движению на крыльях СПК типа
«Восход» при скорости v = 17,77 м/с и следующих исходных данных: В = 4,4 м;
Н = 3,2 м; SH = 5,37 м2; SK = 5,85 м2.
Решение. 1. По формуле (38) при Сх = 0,012 определяют сопротивления
1000
подводных крыльев: RH = 0,012—2—5,37 • 17,772 = 10174 Н= 10,17 кН; RK =
1000
= 0,012-2-5,85 • 17,ЧТ- = 11083 Н = 11,08 кН.
2. Вычисляют сопротивление выступающих частей: RB ч =
= 0,1 (10,17 + 11,08) = 2,12 кН.
3. Определяют воздушное сопротивление при 5а = 0,5:
1 23
Ra= 0,5-у-14,08 (17,77 + 2)2 = 1692 Н = 1,69 кН.
где SB.M = ВН = 4,4 • 3,2 = 14,08 м2.
4. Подсчитывают общее сопротивление движению СПК: /?спк = Ю,17+
+ 11,08 + 2,12+1,69 = 25,06 кН.
Суда на воздушной подушке. Различают суда на воздушной подуш-
ке (СВП) снегового типа и амфибийные. В СССР широкое распростра-
нение нашли снеговые СВП, как наиболее экономичные. Сопротивле-
ние движению этого типа СВП состоит из аэродинамического /?ая
и гидродинамического Rr, т. е.
Rcbh = ^аэ + ^г,
К аэродинамическому сопротивлению относят воздушное и импуль-
сное:
Rao ~ Ra~\~ Rn-
Импульсное сопротивление возникает вследствие изменения на
90° направления движения воздуха, нагнетаемого под СВП.
Гидродинамическое сопротивление состоит из волнового RB, брыз-
гового 7?бр, сопротивления трения скегов RT.CK и сопротивления гибких
ограждений Rr 0 (последнее может отсутствовать), т. е.
/+ = /?в+^'бр + /?Т.ек + ^Г.О-
Составляющие гидродинамического сопротивления в расчетах
обычно объединяют с волновым сопротивлением.
Таким образом, уравнение сопротивления СВП скегового типа
имеет следующий вид:
^свп~ /?а + ^и + /?в + /?т .СК* (40)
2f
Воздушное сопротивление определяют по формуле (12).
При этом принимают коэффициент сопротивления £а = 0,6 4- 0,7, а
площадь проекции надводной части корпуса и надстройки на плоскость
мидель-шпангоута Fa=BH (Н — высота надводного борта с надстрой-
кой).
Импульсное сопротивление
^?и — PaQa.v, (41)
где Qa — расход воздуха в воздушной подушке;
v — расчетная скорость СВП.
Величина Qa определяется по выражению
Qa = Вп ^ск ип • (42)
где Вп — ширина воздушной подушки;
йен —' надводная высота скега;
цп — скорость истечения воздуха из воздушной подушки.
Волновое сопротивление скегового СВП находят по формуле Ламба
где
_ 2РРп
У£п
(43)
рп — давление в воздушной подушке, причем рп —
Ln — длина воздушной подушки.
D
В и Вп’
Сопротивление трения скегов определяют по первому слагаемому
выражения (6) при = 0,4-10~3 и смоченной поверхности двух
скегов, определяемой по формуле
Йск = (,47’ск——Vck. (44)
\ Т 1
где Тск, £ск — соответственно осадка и длина скега.
В первом приближении для оценки сопротивления СВП можно
принять размеры воздушной подушки равными размерам судна, дли-
ну скега равной длине судна, а скорость истечения воздуха приравнять
к номинальной скорости движения СВП в рабочем режиме (он). Точ-
ное определение параметров воздушной подушки приводится в спе-
циальной литературе [6].
Пример 1'5. Рассчитать сопротивление движению скегового СВП при сле-
дующих исходных данных: L = 24 м; В = 4,4 м; hCK = 0,7 м; ТСк = 0,36 м;
Н = 3 м; он = 11,1 м/с; D = 196 кН.
Решение. 1. Находят площадь проекции надводной части корпуса судна:
Fa = 4,4 • 3 = 13,2 м2.
2. По формуле (12) определяют воздушное сопротивление судна: Ra =
1 23
= 0,7-7>—13,2 • 11,12 = 695 Н = 0,695 кН.
3. Вычисляют расход воздуха по формуле (42): Qa = 11,1 • 4,4 • 0,7 =
= 34 м3/с.
4. По формуле (41) рассчитывают импульсное сопротивление: Рн = 1,23 X
X 34 • 11,1 = 465 Н = 0,465 кН.
5. По формуле (43) определяют волновое сопротивление судна при давлении
196 2 • 196 • 1,86
в воздушной подушке рп = 24 • 4 4 = 1,86 кПа; =—9 81 • 24 Х
Г /24 • 9,81 Y1 ’
X 1 — cos I--------— I = 4,15 кН.
28
6. По первому слагаемому выражения (6) находят сопротивление трения
скегов. Коэффициент сопротивления трения Ст.ск = L9 • 10—3 при
11,1-24
Кеск =------------ = 2,4-108.
11.Ы0-6
Смоченная поверхность скегов Яск = / 4 • 0,36 — = м2‘
1000
Тогда /?т.ск = (1,9 4-0,4)10—з — 30 • 11, Г2 = 4250 Н = 4,25 кН.
Общее сопротивление судна на воздушной подушке составит 7?СвП =
= 0,6954-0,4654-4,15 4- 4,25 = 9,56 кН.
Расчет сопротивления движению заданного СВП прн других
скоростях ведется аналогично. Результаты расчета приведены в
табл. 9.
-Таблица 9. Результаты расчета сопротивления движению судна
иа воздушной подушке
Скорость движе- ния, V Сопротивление. кН
км/ч м/с «а | «и 1 *в | ^т.ск 1 ^свп
10 2,78 0,044 0,116 1,21 0,314 1,684
20 5,56 0,175 0,232 3,87 1,155 5,432
30 8,34 0,394 0,348 6,10 2,490 9,332
40 11,1 0,695 0,465 4,15 4,250 9,561
50 13,9 1,095 0,582 2,04 6,380 10,10
осуществляется от
реактивного
Движение СВП амфибийного типа
воздействия воздуха, отбрасываемого воздушными винтами.
Особенность определения сопротивления движению амфибийного
СВП заключается в замене последнего слагаемого выражения (40)
на остаточное сопротивление Ro, включающее брызговое сопротивле-
ние и сопротивление гибких ограждений (если они имеются).
Значение Ro может быть принято приближенно
7?о=2,5-10- 3£>.
§11. ПРИВЕДЕННОЕ И УДЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ.
ПОКАЗАТЕЛЬ КАЧЕСТВА ТОННАЖА
Приведенным называется сопротивление, приведенное к
1 м/с. Оно определяется по формуле
R’ —R/v2.
(45)
скорости
(46)

С изменением скорости движения приведенное сопротивление не-
сколько изменяется. Однако это изменение при сравнительно малых
скоростях движения речных' судов незначительно, поэтому в тяговых
расчетах его принимают постоянным и определяют, в основном, для
составления диспетчерских справочников по флоту.
29
Для оценки эксплуатационных качеств грузовых судов пользуют-
ся удельным сопротивлением rQ или г о, под которым понимают со-
противление, приходящееся соответственно на 1 т грузоподъемности
или на 1 т водоизмещения и определяемое по выражениям
r(?=7?/Q; rD=R/D. (47)
Здесь Q, D — соответственно грузоподъемность и массовое водоизмещение
судна, т.
Удельное сопротивление состава определяют также по формуле
(47), но вместо 7? подставляют полное сопротивление состава, а вме-
сто Q, D — суммарную грузоподъемность или весовое водоизмещение
барж состава.
Показатель качества тоннажа характеризует степень совершенст-
ва тоннажа и определяется формулой
k., = Q!R'. (48)
Пример 16.' Определить приведенное удельное сопротивление баржи про-
екта № Р-56, сопротивление которой при скорости 1 м/с равно 4,13 кН.
Решение. 1. Определяют приведенное сопротивление баржи:
4 13
R' — —’--=4,13 кН-с2/м2.
I2
2. Находят удельное сопротивление при скорости v = 1 м/с:
4,13
гп =-----= 0,00145 кН/т.
° 2850
3. Определяют показатель качества тоннажа:
30
Глава II
ПРАКТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ СУДОВЫХ ДВИЖИТЕЛЕЙ
§ 12. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
И СООТНОШЕНИЯ ГРЕБНОГО ВИНТА
Гребной винт является широко распространенным судовым реак-
тивным движителем, применяемым на современных буксирных, грузо-
вых, грузопассажирских и вспомогательных судах. Судовые винтовые
движители различаются по количеству и расположению винтов на
судне, по числу и форме лопастей, способу крепления лопастей к сту-
пице и по наличию дополнительных устройств.
Широкое применение гребного винта на речном транспорте объяс-
няется его высокими пропульсивными качествами. Винтовой движи-
тель, как правило, развивает большой упор при высоком коэффициенте
полезного действия. Кроме того, он прост по устройству, дешев в из-
готовлении и не требует большого ухода в процессе эксплуатации.
Гребной винт (рис. 7) состоит из нескольких лопастей 2, радиально
укрепленных на ступнце 1. В основу образования лопастей положена
винтовая поверхность. Различают край (точка Л) и корень (линия ВВ')
лопасти винта, а также ее входящую (Ас' В') и выходящую (АсВ)
кромки. Входящая кромка первая встречает воду при вращении вин-
та в основном направлении.
Лопасти винта имеют нагнетающую и засасывающую поверхности.
Нагнетающей называется поверхность лопасти винта, противополож-
ная направлению движения и воспринимающая повышенное давление
воды. Поверхность, воспринимающая пониженное давление воды, на-
зывается засасывающей поверхностью или спинкой лопасти.
Основными элементами гребного винта являются:
D — диаметр винта (D = 2/?);
z — число лопастей;
I — длина лопасти винта;
Ря — суммарная площадь спрямленной поверхности всех лопастей
винта;
Fp — площадь гидравлического сечения винта, причем
jFp = nD2/4; (49)
Ьт — наибольшая ширина лопасти;
6ср — средняя ширина лопасти, причем
z,cp=^rL’ (5°)
ец — толщина лопасти у края;
(’0 — толщина лопасти на оси винта;
41
Рис. 7. Гребной винт пассажирского теплохода
ек — толщина лопасти у корня;
dc — диаметр ступицы в плоскости диска винта;
/с — длина ступицы;
Н — конструктивный шаг винта;
Основные геометрические соотношения гребных винтов нижесле-
дующие.
1. Отношение диаметра винта к осадке кормы судна
т=О/Тк, (51)
где Тк — осадка кормы судна.
Для погруженных винтов т = 0,6 ~ 0,8; для речных судов с полу-
тоннельной формой образования кормы т = 0,8 4- 1,0; для речных
судов с тоннельной формой образования кормы т = 1,0 4- 1,25.
2. Конструктивное шаговое отношение
P = HID. (52)
Шаговое отношение обычно находится в пределах от 0,6 до 2,0 и
определяется по диаграммам серийных испытаний винтов.
3. Дисковое отношение
6 = Гл/F р. (53)
Дисковое отношение обычно колеблется в пределах от 0,2 до 0,75
и определяется из трех условий: прочности, отсутствия кавитации и
32
максимальной относительной толщины лопасти винта. Для винтов,
установленных на скоростных судах (судах на подводных крыльях,
глиссирующих и на скеговых судах на воздушной подушке), дисковое
отношение может быть больше единицы.
4. Относительная толщина лопасти винта
6л = блДл, (54)
где ел — толщина лопасти в каком-либо сечении;
Ьп — ширина лопасти в этом же сечении.
5. Относительный диаметр ступицы
d0=dc/D. (55)
Значение относительного диаметра ступицы обычно равняется
0,16—0,20. Большие значения величины d0 имеют винты с отъемными
лопастями.
Величины конструктивных элементов и соотношений гребных вин-
тов устанавливаются на основе расчета.
§ 13. ТИПЫ РАСЧЕТОВ ВИНТОВЫХ ДВИЖИТЕЛЕЙ
Расчеты различных движителей, в том числе и гребных винтов, раз-
деляются на проектировочные и поверочные.
Конечная цель проектировочных расчетов — определение опти-
мальных элементов движителей, позволяющих получить высокие про-
пульсивные качества судна. Иногда задачей проектировочных расчетов
является исследование влияния условий работы судна на его тяговые
или скоростные качества.
В проектировочном расчете гребного вннта различают две стадии:
предварительный расчет элементов гребного винта при выборе глав-
ного двигателя; окончательный расчет элементов гребного винта, обес-
печивающего полное и наиболее эффективное использование мощности
главных судовых двигателей.
На первой стадии проектировочного расчета решаются вопросы о
необходимой мощности силовой установки и частоте вращения гребно-
го вала, а также устанавливается целесообразность применения редук-
тора и выбирается его передаточное число.
На второй стадии расчета частота вращения главного двигателя и
гребного вала, а также мощность двигателя считаются заданными. Ос-
новной задачей при этом является определение оптимальных элемен-
тов гребного винта, обеспечивающих получение наибольшей силы тяги
на гаке или силы упора для буксирных судов и толкачей, или макси-
мально возможной скорости движения для самоходных грузовых и гру-
зопассажирских судов при полном использовании мощности главных
двигателей. На основе расчета разрабатывается проект гребного винта.
Поверочные расчеты производят для определения тяговых и ско-
ростных характеристик судов при различных режимах работы двига-
теля и судна или для выявления эффективности действия движитель-
ного комплекса при определенном режиме работы двигателя. Основ-
2 Зак. 1067 33
ные характеристики корпуса судна и главных двигателей, а также
конструктивные элементы гребных винтой при этом считаются задан-
ными. На основе расчета строят графики ходовых (тяговых или скорост-
ных) характеристик судна при различных условиях его работы или
устанавливают соответствие эксплуатируемого гребного винта глав-
ному двигателю при основном режиме работы двигателя.
Для студентов судоводительской и эксплуатационной специальностей
институтов водного транспорта, а также для инженеров и техников
этих специальностей наибольший интерес представляет вторая стадия
проектировочного расчета движительного комплекса и поверочный
расчет. Поэтому в дальнейшем рассматриваются только эти расчеты,
а именно расчет оптимальных элементов гребного винта, обеспечиваю-
щих наивысшие пропульсивные качества судна при полном использо-
вании мощности главных двигателей, и поверочный расчет ходовых
характеристик винтовых судов при различных режимах работы дви-
гателя и судна.
В практике судовождения и эксплуатации судов иногда возникает
потребность в выполнении ориентировочного (упрощенного) расчета
гребного винта. Ориентировочные значения диаметра и других характе-
ристик винта желательно знать также при расчете оптимальных эле-
ментов винта, обеспечивающих полное и наиболее эффективное исполь-
зование мощности установленных на судне главных двигателей, если
предварительного расчета винта при выборе двигателя не производи-
лось. Такой расчет выполняется путем подбора основных элементов
гребного винта по диаграммам, построенным на основании результатов
серийных испытаний моделей винтов в свободной воде.
§ 14. ДИАГРАММЫ ДЛЯ РАСЧЕТА ГРЕБНЫХ ВИНТОВ
Практический расчет гребных винтов производят с помощью диа-
грамм систематических испытаний моделей винтов.
В СССР для расчета гребных винтов без насадок используются диа-
граммы, построенные по способу Э. Э. Папмеля на основании резуль-
татов серийных испытаний моделей винтов в Вагенингенском опыто-
вом бассейне. Часть этих диаграмм приведена в прил. VI (см. рис. 1—
8). Графики (рис. 1,2 и 3) построены для винтов с тремя лопастями и
дисковым отношением соответственно 0,35; 0,50 и 0,65; графики
(рис.4, 5 и 6) — для винтов с четырьмя лопастями и дисковым отноше-
нием 0 соответственно 0,40; 0,55 и 0,70; графики (рис. 7) — для вин-
тов с пятью лопастями и 0 = 0,60; графики (рис. 8)—для винтов с
шестью лопастями и 0 = 0,68.
Для каждой серии гребных винтов на рисунках приведены по две
диаграммы. На нижней диаграмме по оси абсцисс отложена относи-
тельная поступь гребного винта Хр (одна из главных его кинематических
характеристик), определяемая по выражению

(56)
34
Uvn ^рдпиа1— коэ(рфициент упора винта
В формулах (56) и (57):
Vp — расчетная скорость поступательного движения винта относительно воды,
м/с;
п — частота вращения винта, 1/с (с-1);
/’ — сила упора винта, Н;
р — плотность воды, кг/м3.
Расчетная скорость поступательного движения винта относитель-
но воды
t)p = t>(l—ф), (58)
где ф — коэффициент попутного потока в месте расположения винта.
В указанных координатах нанесены семейства кривых постоянных
значений конструктивного шагового отношения Н/D и коэффициента
полезного действия гребного винта i]p. Кроме того, приведены отрезки
семейств кривых постоянных значений расчетных коэффициентов
K'd и Kni определяемых по формулам:
^=Dvp|/_£_; (59)
На верхней диаграмме по оси абсцисс также отложена величина
относительной поступи винта Хр, а по оси ординат — коэффициент
момента винта /<2. определяемый по формуле
М 159/Vp
=-----ГГГ (61)
р nz D5 р л3 L>6
ГДС М —вращающий момент винта, Н-м;
Np — мощность, подведенная к винту, кВт, причем
Л'р =Ni фм т]п Пи =#8 т]п т]в. (62)
(Здесь Ni — индикаторная мощность главного двигателя, кВт; 1]м — механиче-
ский к. п. д. двигателя; Чп — к- п- Д- передачи; т]в — к- п- Д- валопровода;
Ny — эффективная мощность главного двигателя, кВт).
В этих координатах нанесены те же семейства кривых, т. е.
HID и т]р.
Приведенные на диаграмме отрезки двух других семейств кривых
соответствуют постоянным значениям расчетных коэффициентов K"d
II определяемых по выражениям:
у*
(63)
(64)
85
Жирными почти горизонтальными линиями на диаграммах нане-
сены кривые оптимальных диаметров винтов £)opt (нижняя кривая)
и оптимальных частот вращения nopt (верхняя кривая). С помощью
этих кривых можно определить наивыгоднейшие элементы винта по
значению лишь какого-либо одного расчетного коэффициента Kd, К,
Kd или К'п-
Если параметры гребного винта при заданных условиях опреде-
ляются точкой, которая расположена в зоне диаграммы, находящейся
между кривыми оптимальных диаметров и частот вращения винтов,
то такой винт является близким к оптимальному. Если же такая точ-
ка расположится вне этой зоны, то следует изменить отдельные пара-
метры винта (диаметр, частоту вращения и др.).
Выбор диаграммы и расчетных коэффициентов зависит от исходных
данных расчета. Для различных сочетаний исходных данных рекомен-
дуется применять следующие расчетные коэффициенты (табл. 10).
В целом можно заметить, что нижней диаграммой пользуются в тех
случаях, когда известно значение упора винта, а верхней диаграммой —
когда известна мощность, подведенная к винту.
Таблица 10. Исходные данные и коэффициенты для расчета
гребных винтов
Исходные данные Расчетные коэффициенты Искомые величины
Up Р, D K'd nop t Н/D
vp, Р, п к'п ^ор t> Т]р> Xf/D
Up, Р, D, П Хр > К Г)р, H]D
Q £ £ K'd ,гор t» 'Лр» &
Up, Wp, п Кп М)р t. Цр> H/D
Vp, Np, D, п Хр, /\2 Пр> H/D
При пользовании диаграммами значение какого-либо расчетного
коэффициента Kd, Кп, Kd или К'п следует отметить на соответствую-
щей для него оптимальной кривой и найденную точку спроектировать
на оси координат; точки пересечения покажут значения относительной
поступи Хр и коэффициента упора К или коэффициента момента /<2.
Снос помеченной точки на соответствующую шкалу параллельно
близлежащим кривым постоянных значений конструктивного шагово-
го отношения и коэффициента полезного действия винта покажет зна-
чения этих характеристик для винта, близкого к оптимальному. Если
в качестве расчетных используются два коэффициента Хр и К или Хр
и /<2> то прежде всего надо найти на диаграмме точку их пересечения
и по ней определить аналогичным образом остальные характеристики
винта.
36
g 15. let В ТЕЛЬНЫЕ РАСЧЕТЫ ГРЕБНЫХ ВИНТОВ
При решении задач, связанных с определением основных элемен-
тов винта при известных главных двигателях или с эксплуатационно-
техническими расчетами, нередко требуется выполнять ориентировоч-
ные или предварительные расчеты гребных винтов. Такие упрощенные
расчеты можно вести и с помощью их подбора по расчетным диаграм-
мам. При этом в качестве расчетных могут быть использованы диаграм-
мы, построенные для винтов с числом лопастей z = 4 при дисковом от-
ношении 0 = 0,40 и 0,55 или с z = 3 при 0 = 0,35 и 0,50.
Могут быть приняты следующие схемы предварительного расчета
винтов по диаграммам. Допустим, необходимо определить оптималь-
ные значения диаметра Dopt и шагового отношения HID винта, обеспе-
чивающие наивысшую скорость хода небуксирного судна при полном
использовании мощности главных двигателей.
Исходные данные для расчета. Характеристика корпуса — длина
L, ширина В, осадка кормовой части судна Тк, водоизмещение V,
коэффициент полноты водоизмещения б и кривая зависимости сопро-
тивления воды движению корпуса от скорости движения R = / (и);
характеристика главных двигателей — индикаторная Мг или эффек-
тивная Na мощность, частота вращения вала п и передаточное число
/; число гребных винтов х.
Предварительный расчет по диаграммам осуществляется в следую-
щем порядке.
1. По формуле (62) определяют мощность Мр, подводимую к дви-
жителю.
Значения коэффициентов полезного действия механического т]м,
Передачи и валопровода цв ориентировочно принимают по данным
прил. VII (табл. 1).
Механический к. п. д. линий судовой электропередачи с учетом по-
терь в валопроводе принимается равным 0,86 4- 0,90 прн постоянном
ТОКС и 0,88 4- 0,93 при переменном токе.
Если мощность двигателя расходуется на несколько движителей,
ТО ее необходимо разделить на их число х.
2. Находят средний коэффициент попутного потока в месте распо-
ложения винта.
Для бестуннельных судов он определяется по формуле Э. Э. Пап-
Меля с поправками ЦНИИРФа
одбб^ , Г l/v
| ф = 0,11+—— J/ , (65)
ГДС Х= 1 —для винтов, расположенных в диаметральной плоскости судна;
х = 2 — для бортовых винтов.
Диаметр винта в формуле (65) в первом приближении может быть
Принят, исходя из отношений:
для одновинтовых судов
О/7К = 0,7 4 0,8,
3?
для двухвинтовых судов
D/7’K = 0,6 4- 0,7.
Меньшие значения отношений принимают для небуксирных судов,
большие — для буксиров и толкачей.
Для туннельных судов в формулу (65) вместо диаметра винта под-
ставляют осадку кормовой части судна Тк.
Формула (65) справедлива для судов при числе Фруда Fr <1 0,20.
При Fr > 0,20 к полученному значению коэффициента попутного
потока следует вводить поправку Дф на влияние волнообразования:
(V \
у—- — 0,2J . (66)
3. Определяют коэффициент засасывания t, учитывающий отно-
сительное увеличение упора винта по сравнению с полезной тягой.
Для погруженных винтов, находящихся в диаметральной плоскости
судна,
/=0,6 ф (1-F0.67 ф). (67)
Для погруженных винтов, расположенных по бортам,
£=0,8 ф (1 ф-0,25 ф). (68)
Для погруженных винтов, расположенных в туннелях, ориенти-
ровочно можно принимать
/=ф. (69)
Для не полностью погруженных винтов, расположенных в тунне-
лях, к коэффициенту засасывания прибавляется величина Д/, которая
определяется по графику, приведенному на рис. 8. На нем Тя —
погружение нижней кромки винта под ватерлинию.
4. Задаются тремя-четырьмя значениями скорости движения суд-
на, близкими к ожидаемой скорости, и для этих значений определяют
Рис. 8. График для определения до-
полнительного коэффициента засасы-
вания туннельных судов
расчетную скорость движения вин-
та по выражению (58).
5. Вычисляют значение расчет-
ного коэффициента Кп по форму-
ле (64) или Кп по формуле (60).
В случае использования расчетно-
го коэффициента К'п предваритель-
но определяют:
полезную тягу движителя
Pe=Rlx; (70)
упор винта
Р=Ре/(1-0- (71)
6. По кривой оптимальных диа-
метров винтов, нанесенной на вы-
38
бранной диаграмме, в зависимости от коэффициентов К» или Кп на-
ходят А,р.
7. Вычисляют исправленное значение относительной поступи:
Ь;=А», (72)
где а= 1,05 для винтов в диаметральной плоскости и а= 1,03 — для бортовых
ВИНТОВ.
8. Определяют оптимальный диаметр винта из формулы (56), при-
нимая исправленное значение относительной поступи Хр.
9. Вычисляют коэффициент упора 7С1 по формуле (57) или коэффи-
циент момента /С2 п0 формуле (61).
10. По значениям 7р и /Сг (или /<2) с выбранной расчетной диаграм-
мы снимают значения шагового отношения и расчетного к. п. д. винта:
Н/О=/(1Р, /<0;
Tlp=/i(7'p, Л\).
11. Находят пропульсивный к. п. д. самоходного судна:
Л= 7 ^р- <73>
1 — т
12. Вычисляют полезную тягу, развиваемую винтом:
Ре = 1000.¥рт]/и (74)
или наименьшую потребляемую мощность 7УР (по этой же формуле).
По результатам расчета строят совмещенные графики зависимо-
сти диаметра D, конструктивного шагового отношения HID к. п. д.
винта т]р и полезного упора движителей судна хР е от скорости дви-
жения v. На этот же график наносят кривую Р — f (у), точка пересе-
чения которой с кривой хР е = (ц) покажет искомую скорость дви-
жения судна V. Величины D, HID и т]р винта, соответствующие этой
скорости, будут близки к оптимальным.
Если полученный оптимальный диаметр гребного винта для бук-
сирных судов будет равен (0,7 4- 1,2) Тк, для грузовых судов (0,55 4-
4- 0,7) 7\ и для прочих небуксирных судов (0,6 4-1,1) Тк, то его мож-
но считать наивыгоднейшим. Форма обводов кормы судна при этом
должна соответствовать погружению винта.
Если же гребной винт полученного оптимального диаметра нельзя
разместить на судне при заданных формах образования кормы, то сле-
дует принять предельно допустимый по конструктивным соображени-
ям диаметр винта Dmax и расчет повторить. При этом величины Хр
Н D в пунктах 7 и 8 не определяют, а величины НЮ и т]р винта сни-
мают с выбранных диаграмм по значениям относительной поступи
Хр и коэффициента упора Ki (или коэффициента момента /<2).
Расчет оптимальных значений D и НЮ можно выполнять также
Методом последовательных приближений по скорости движения до
совпадения мощности, потребляемой винтом Л7р1, с подведенной к вин-
ту мощностью Np. Скорость движения во втором приближении уточня-
ется по формуле
va=vx |<7Vp/A7pX. (75)
39
При необходимости выполняют расчет в третьем и других прибли-
жениях. При этом в формулу (65) для определения попутного потока
следует подставлять значения диаметра винта, полученные в преды-
дущем расчете. Искомые оптимальные элементы винта берут из послед-
него приближения расчета. Графики зависимостей R = f (v), хРе =
— /, (у), D = f2 (у), НЮ = f3 (v) и цр = /4 (п) при этом не строят.
Предварительный расчет элементов гребного винта буксирного
судна ведут в таком же порядке. При этом находят приближенные оп-
тимальные значения диаметра D, шагового отношения НЮ и полезной
тяги Р е винта. Исходными данными служат те же величины, что и при
расчете элементов винта небуксирного судна, а также расчетная ско-
рость движения с составом.
Особенности этого расчета следующие:
а) в п. 4 приведенного расчета задаются только расчетной ско-
ростью движения судна с составом и затем для нее находят скорость
движения винта относительно попутного потока по выражению (58);
б) в конце расчета дополнительно вычисляют значения силы упора
толкача в состав или тяги на гаке и буксировочного к. п. д. судна,
пользуясь соответственно формулами:
^т(г)~х^₽ ^т(б)
(76)
Ю00л7У8(о ’
(77)
где 7?т(б) — сопротивление корпуса толкача или буксира (для толкача его,
а также хРе вычисляют с учетом гидродинамического взаимодейст-
вия между толкачом и баржами);
Рис. 9. К графическому определению
элементов винта пассажирского теп-
лохода мощностью 220 кВт по ре-
зультатам предварительного расчета
40
в) графики D = Д (о); НЮ =
= fz (v) ‘Ip = fa (?) и xPe = /4 (у)
не строят.
Приближения расчета при этом
выполняются по значению полез-
ной тяги Р е. В первом приближе-
нии можно принять В е«(9-4-10) Np.
Во втором приближении
Pei = Pei И Т. Д. (78)
/VP1
Расчет продолжают также до
совпадения используемой движи-
телем расчетной мощности 7Vpl с
заданной Np.
Пример 17. Выполнить предвари-
тельный расчет элементов гребного вин-
та пассажирского теплохода мощностью
220 кВт с помощью подбора по диаграм-
мам. Исходные данные:
характеристика корпуса — L =
= 40,6 м; В = 6,0 м; осадка с грузом
Тр = 1,46 м; осадка порожнем 7'0 = 1,30 м; Vp = 178 м3; 8 = 0,50, характеристи-
ка судовой энергетической установки — 2 двигателя внутреннего сгорания
марки ЗД6 общей мощностью /Va= 220 кВт (по 110 кВт); частота вращения вала
двигателя п = 1500 об/мин; передаточное число i = 3; число валопроводов х = 2.
Кривая сопротивления воды движению судна R = f (у) приведена на рис. 9.
Решение. 1. Определяют мощность, подводимую к движителю:
ЛД 220
Wp = —S-T]n г]в = —— 0,97-0,97=104 кВт.
х 2
2. Задаются численными значениями скорости движения в ожидаемых пре-
делах.
Дальнейший расчет выполняют в табличной форме методом последова-
тельных приближений по диаметру винта (табл. 11).
Таблица 11. Предварительный расчет винта пассажирского
теплохода мощностью 220 кВт
Е Е Характеристика, размерность Значения характеристик при заданных скоростях движения (1-е приближение)
1 v (задаются), м/с 4 5 6
2 Дф= —0,Зб|—£= \ Уе L —0,2) — —0,007 —0,015
0,166* / Vv
3 Ф=о, н +- - 1 0,158 0,151 0,143
4 £=0,8ф (1 -(-0,25 ф) 0,131 0,126 0,118
Б цр=ц(1— ф), м/с 3,36 4,25 5,14
6 К" = — 1 / " 1,9Уп |/ РРр АГр 1,45 1,90 2,48
7 ^р = / (По диаграмме—см. рис. 5, прил. VI) 0,370 0,480 0,615
В = 0,382 0,495 0,635
D D = -^, м 1,06 1,033 0,975
159 JV„
10 Л 2 "о 1-ХЕ 0,0213 0,0241 0,0322
р n3 D6
II Пр=/ (^2- ^р) (По диаграмме—см. рис. 5, 0,495 0,560 0,620
12 Я/П=Л(К2, X') прил. VI) 0,700 0,782 0,960
1— 1
13 п-1 “ф *|р 0,510 0,572 0,628
1000 Wpi]
14 Ре = — . V кН 1328 1190 1085
16 хРе, кН 2656 2380 2170
В первом приближении при определении коэффициента попутного потока
цшможный диаметр погруженного винта для пассажирского судна принят рав-
ным D = 0,657'р = 0,65 • 1,46 = 0,95 м.
41.
Поскольку скорости движения грузопассажирских судов значительны,
проверяют, не следует ли ввести в формулу для определения коэффициента по-
путного потока поправку Аф на волнообразование. Оказывается, такая поправка
в нашем примере должна быть введена при скорости движения судна свыше 4 м/с.
Для определения величин Хр, др и Н/D используют расчетную диаграмму
(см. рис. 5 приложения VI), предполагая, что винт заданного судна ввиду зна-
чительной части вращения будет четырехлопастным при дисковом отношении
6 = 0,55.
По результатам расчета строят графики зависимостей хРе, D, Zp, т]р и H/D
от скорости движения судна (см. рис. 9), точка пересечения кривой R = f (v) с
кривой хРе — f (v) указывает скорость движения судна v = 5,82 м/с при реги-
страционной осадке. Находят соответствующие этой скорости движения значе-
ния диаметра винта D — 0,99 м, конструктивного шагового отношения H/D =
= 0,920, к. и. д. т)р = 0,61 и относительной поступи винта 2.р = 0,590. Они
являются близкими к оптимальным, подлежащим уточнению при окончательном
расчете.
Винт с полученным в расчете оптимальным диаметром может быть размещен
на судне, поэтому повторного расчета элементов винта, имеющего диаметр мень-
ше оптимального, не производят.
§ 16. РАСЧЕТ ГРЕБНОГО ВИНТА НЕБУКСИРНОГО СУДНА
НА ПОЛНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МОЩНОСТИ
СУДОВОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ
Такой расчет выполняют после предварительного расчета греб-
ного винта. Цель расчета — определить основные элементы гребного
винта, которые обеспечивают для небуксирного судна наивысшую ско-
рость движения при полном использовании мощности силовой установ-
ки судна, заданных характеристиках корпуса и условиях плавания.
Исходные данные для расчета: основные характеристики корпу-
са — длина L, ширина В, осадка Т, водоизмещение V, коэффициент
полноты водоизмещения б.
Зависимость сопротивления корпуса судна от скорости движения
Индикаторная Nt или эффективная Na мощность силовой установ-
ки, частота вращения вала двигателя п и передаточное число I.
Число гребных валов х.
Расчет ведут по следующей схеме.
1. Из предварительного расчета выписывают приближенные зна-
чения скорости движения судна V, диаметра Dopt и шагового отноше-
ния HID винта, а также характеристики взаимодействия винта с кор-
пусом судна ф и t (порядок их расчета изложен в предыдущем парагра-
фе).
2. Для скорости v, полученной из предварительного расчета вин-
та, определяют полезную тягу винта: Р= Rix.
Сопротивление корпуса судна находят по графику R-= f(v).
3. Подсчитывают скорость винта относительно попутного потока
по выражению (58).
4. Находят упор винта по выражению (71).
5. Вычисляют расчетные коэффициенты /</; или К'п по формулам
(59) и (60).
При заданных исходных данных целесообразнее воспользоваться
расчетным коэффициентом Kh-
42
6. По значениям расчетных коэффициентов выбирают число лопа-
стей винта. Если К'п 1 или Kd 2, то следует принять четырехло-
пастной винт, если Кп > 1 или Kd > 2 — трехлопастной. Винт, рас-
положенный в диаметральной плоскости, рекомендуется во всех слу-
чаях принимать чегырехлопастным. Пятилопастные винты на речных
судах иногда применяются для устранения вибрации судна.
7. Выбирают дисковое отношение гребного винта из условий проч-
ности, максимальной относительной толщины лопасти и отсутствия
кавитации.
А. Из условия прочности (приближенно)
тР
(nD“K) Рп1ах
(79)
где т — коэффициент, учитывающий возможное увеличение нагрузки на
лопасть (для ледоколов т = 2,00; для судов, работающих в битом
льду, т = 1,75; для буксирных судов т = 1,50; для грузовых,
пассажирских и прочих судов т= 1,15);
^тах — предельная нагрузка на 1 м2 поверхности лопасти, Па; численные
значения Ртах приведены в табл. 12.
Та'блица 12. Значения предельной нагрузки на лопасть
и коэффициента прочности винта
Материал лопастей Ртах- Па, при числе лопастей Коэффициент прочности а’
2 3 4 5
Чугун серый 33 000 27 000 23 000 19 000 0,115
Сталь 78000 64 000 55 000 45 000 0,075
Бронза обыкновенная 44 000 36 000 31 000 25 000 0,100
Бронза специальная 150 000 120 000 100 000 70 000 0,050
Б. Из условия непревышения максимальной относительной тол-
щины лопасти
I а' г \273 з /~ тр
02 > 0,375 —------ 1 / --------, (80)
I Обтах / |/ 100 000 1 >
где а' — коэффициент, характеризующий прочность материала лопасти, оп-
ределяемый из табл. 12 (для некоторых других материалов лопастей
коэффициент прочности а' может быть принят следующим: а' =
= 0,100 — для чугуна модифицированного; а' = 0,065 — для ста-
ли углеродистой и чугуна высокопрочного; а' = 0,060 -— для лату-
ни; а' = 0,050 — для стали нержавеющей);
бщах — предельное значение относительной толщины лопасти винта в сече-
нии, находящемся на расстоянии (0,6 4- 0,7)2?; 6тах = 0,08 4-0,10.
Упор винта в формулах (79) и (80) подставляется в ньютонах.
В. Из условия отсутствия кавитации
Ас
03> 1300g —— (nD)2, (81)
Ps
где В — эмпирический коэффициент, £ = 1,3 4- 1,6;
Ps — абсолютное гидростатическое давление на уровне оси винта, опреде-
ляемое с учетом давления насыщенных паров воды;
4В
Кс — кавитационная характеристика, определяемая по графикам Шенхера
(рис. 10) в зависимости от относительной поступи винта 7.р и конст-
руктивного шагового отношения H/D.
Абсолютное гидростатическое давление, Па, на уровне оси винта
с учетом давления насыщенных паров воды
Ps = 101300 4- yhB — Pd,
(82)
где 101 300 — атмосферное давление, Па;
у — удельный вес воды, Н/м3;
йв — глубина погружения оси винта от поверхности воды, м;
Pd '— давление насыщенных паров воды, Па (при t= 10 °C /7^= 1230 Па;
при t= 15 СС pd- 1710 Па; при t=20 °C pd=2330 Па).
Если конструктивное шаговое отношение HID неизвестно, то про-
верку на отсутствие кавитации можно сделать по следующей прибли-
женной формуле:
____________тР___________
пГР
50000-------(1 -f-0,1/гв)
(83)
Для дальнейшего расчета принимают наибольшее из трех получен-
ных дисковых отношений, которое затем округляют до ближайшего
значения дискового отношения винта принятого по одной из расчет-
ных диаграмм (см. прил. VI). Число лопастей расчетного винта и вин-
та, для которого построена диаграмма, должно быть одинаковым. Вы-
бранная диаграмма используется для последующих расчетов.
8. По значению расчетного коэффициента К'п с выбранной расчет-
ной диаграммы (см. прил. VI) снимают значение относительной по-
ступи Хр и находят ее исправленное значение по формуле (72).
9. Определяют диаметр винта по формуле (56), принимая Хр.
10. Находят коэффициент упора по формуле (57).
II. С выбранной расчетной диаграммы по известным значениям
относительной поступи Хр и коэффициента упора снимают значе-
ния конструктивного шагового отношения HID и коэффициента по-
лезного действия винта т]р.
Рис. 10. График для определения кавитационной характеристики гребных вин-
тов:
а — винты с числом лопастей z—3\ б — винты с z==4
44
12. Определяют пропульсивный коэффициент полезного действия
винта с учетом влияния корпуса судна по формуле (73).
13. Находят потребную мощность 7Vpi, обеспечивающую • работу
винта при заданных условиях (т. е. достаточную для получения ори-
ентировочной скорости движения судна v при найденных характери-
стиках винта), из выражения (74).
Полученное в п. 13 значение потребляемой винтом мощности 2Vpl
сравнивают с заданной мощностью, подводимой к винту, Np.
Если при этом полученная в первом приближении мощность бу-
дет отличаться от заданной, то необходимо выполнить расчет во вто-
ром приближении. Скорость движения во втором и последующих при-
ближениях определяется по формуле (75).
Расчет ведут до тех пор, пока потребляемая мощность не совпа-
дет с заданной или не будет отличаться от нее на незначительную ве-
личину.
Элементы винта, полученные в последнем приближении, являют-
ся наивыгоднейшими для заданных условий, обеспечивающими наи-
высшую скорость движения судна при полном использовании мощности
судовой энергетической установки.
Число лопастей, дисковое отношение и расчетную диаграмму обыч-
но выбирают в первом приближении, так как в дальнейшем расчете
величины, влияющие на значения гиб, изменяются незначительно.
В заключение расчета по данным, полученным в последнем прибли-
жении, определяют коэффициент качества гребного винта
где Стр — коэффициент нагрузки винта, причем
Р
аР“ (р/2)(лО2/4)ц|- (85>
Если винт с оптимальным диаметром, полученным в п. 9, окажет-
ся невозможно разместить за кормой судна из-за ограниченной осад-
ки, то делают дополнительный расчет элементов винта, имеющего
предельно допустимый диаметр по конструктивным соображениям.
При этом начало расчета по п. 7 не изменяется, а в п. 8 определяют
относительную поступь Хр по формуле (56). Далее по формуле (57)
находят значение коэффициента упора и по полученным значениям
Хр и Ki с выбранной диаграммы снимают значения конструктивного
Шагового отношения и к. п. д. винта.
Последние два пункта расчета аналогичны пп.12 и 13 предыдущего
расчета. Расчет ведут также методом последовательных приближений
до совпадения заданной и потребляемой винтом расчетной мощности.
Расчет удобно выполнять в табличной форме.
Пример 18. Рассчитать гребной винт пассажирского теплохода мощностью
220 кВт при условии получения наивысшей скорости движения и полного ис-
пользования мощности силовой установки. Исходные данные те же, что в приме-
ре 17.
Решение. 1. Предварительный расчет гребного винта для данного судна
Выполнен в предыдущем параграфе. Из него выписывают = 104 кВт; D —
- 0,99 м; Н/D = 0,92; цр = 0,61; Лр = 0,59; v = 5,82 м/с.
*45
2. Подсчитывают уточненные значения коэффициента попутного потока ф
[формула (65)] и коэффициента засасывания [формулы (67) и (68)]. В нашем слу-
чае коэффициенты фи/ могут быть приняты из предварительного расчета
ф аг 0,128, t « 0,118, так как расчетная скорость движения получилась близкой
к v = 6 м/с.
Дальнейший расчет выполняют в табличной форме (табл. 13).
Таблица 13. Расчет наивыгоднейших элементов винта
пассажирского теплохода мощностью 220 кВт
№ н/п Характеристика, размерность Значения характеристики
1-е прибли- жение 2-е прибли- жение
1 v (задаются), м/с 5,82 5,94
2 Pe=R/x, Н 10850 11200
3 Vp = v(l—ф), М/с 5,09 5,17
4 Р Ре Н 12300 12700
1— t к’ Vp i7~^
5 0,943 0,945
" ~ ys 4 е
6 г в зависимости от А,', ед. 4 4
7 т Р 0,335
а) _ ,у> jt D . Р шах 4
б) 02 > 0 375 ( а Z ) ‘ тР 0,410
’ " k О 6max J 1 100 000
в) 03 > 1300 £ (п D)2 0,466 —
8 Хр=/(Л^) (по диаграмме, см. рис. 5, прил. VI, 0,615 0,612
при г —4 н 0=0,55)
9 10 ~а 0,634 0,965 0,629 0,987
Л_/ С Г , М /гХр
11 Р 0,203 0,191
pn2D4
12 H.,D=f(kp, /<j) (по диаграмме, см, рис. 5, 0,970 0,960
прил. VI)
13 14 - ^i) (по диаграмме, см. рис. 5. прил. VI) 1-Z 0,622 0,630 0,625 0,633
П ~ 1-ф ’1р Ре V
15 100,3 105,0
р 1000 т) ’
46
В первом приближении задаются скоростью движения судна, Полученной
при выполнении предварительного расчета, v = 5,82 м/с.
По величине расчетного коэффициента Кп (п. 5) выбирают число лопастей
винта. Поскольку Кп < 1, принимают четырехлопастной винт. Дисковое от-
ношение винта выбрано исходя из трех условий. При этом в качестве материала
лопастей винта принята сталь, для которой максимально допустимая нагрузка
на единицу площади четырехлопастиого винта РП1ЯХ = 55000 Н/м2, а коэффи-
циент прочности а’ = 0,075.
В соответствии с рекомендациями, указанными в начале параграфа, прини-
мают tn = 1,15 и 6тах = 0,10.
Дисковое отношение винта 0 из условия исключения кавитации определяют
при £ = 1,5. Кавитационную характеристику Кс получают с графика (см. рис. 10)
в зависимости от ранее определенных в ориентировочном расчете относительной
поступи Хр и конструктивного шагового отношения Н/D винта:Кс = f (Хр = 0,59;
HID = 0,920) = 0,325.
Абсолютное гидростатическое давление ps получают по формуле (82): ps =
= 101300+9810 0,86 — 1230 = 107918 Па.
Здесь [см. формулу (8.2)]
hB « Т’р — 0,5£> — 0,1 = 1,46 — 0,5 • 0,99 — 0,1== 0,86 м.
Давление насыщенных паров р^ принимают при температуре 10 °C.
По выбранному числу лопастей z и дисковому отношению 0 винта подби-
рают расчетную диаграмму, построенную для винтов с г = 4 и 0 = 0,55.
В результате расчета в первом приближении оказалось, то мощность Нр1,
используемая винтом, отличается от заданной мощности, подводимой к движи-
телю почти на 4 %. Поэтому производят расчет элементов винта во втором при-
ближении, определяя расчетную скорость судна по формуле (75): v2 =
== 5,82Д/104/100,3 = 5,94 м/с.
Расчет выполняют в том же порядке, что и в первом приближении. Однако
поскольку величины диаметра винта и расчетной скорости движения судна из-
менились незначительно, то в этом приближении число лопастей, дисковое отно-
шение и расчетную диаграмму можно не изменять.
Разность значений мощностей Np и Np2 во втором приближении получилась
менее 1 % расчетной мощности. Поэтому расчет в третьем приближении не вы-
полняют.
В заключение расчета определяют коэффициент качества гребного винта по
„ 1 + V1 + 1,23
выражению (84): £р = 0,625-------------— 0,783.
Коэффициент нагрузки винта в этой формуле определен по формуле (85):
12 700
оп =--------------------------=1,23.
р- 1000 3,14-0,9872
--------:----— к 172
В результате расчета получены следующие элементы винта: D = 0,987;
2 = 4; 6 = 0,55; H/D = 0,96; цр = 0,625. Скорость судна при полной осадке
v = 5,94 м/с. Полученный коэффициент качества винта £р= 0,783 показывает
на высокую эффективность винта, так как для современных судов он колеблется
в зависимости от коэффициента нагрузки ор и качества проекта и постройки в
пределах 0,6—0,8.
§ 17. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
НАПРАВЛЯЮЩИХ НАСАДОК
Направляющая насадка представляет собой профилированное
кольцо, охватывающее винт (рис. 11 и 12). Продольное сечение на-
садки имеет профиль сечения крыла аэродинамической формы, обращен-
ного выпуклостью внутрь насадки. Различают неподвижную и поворот-
* 47
Рис. И. Схема винта в насадке Рис. 12. Элементы направляющей- насадки:
/ — шпангоут корпуса; 2 — входная кромочная
линия; 3 — выходная кромка
ную направляющие насадки. Неподвижная насадка жестко крепит-
ся в верхней части к корпусу судна. Поворотная насадка, являющая-
ся одновременно частью движительного комплекса и органом управле-
ния судна, крепится к баллеру, несколько смещенному от середины
длины насадки к носу судна и к пятке ахтерштевня (у винтов в диа-
метральной плоскости) или к кронштейнам гребного вала (у борто-
вых винтов).
Широкое применение направляющих насадок на речном транспорте
обусловливается рядом их положительных качеств и в первую очередь
получением значительного дополнительного упора и повышением ко-
эффициента полезного действия движительного комплекса.
Дополнительный упор комплекса винт—-насадка создается в ре-
зультате действия нескольких факторов.
Во-первых, поток обтекает насадку под некоторым углом а, в ре-
зультате чего возникает подъемная сила АЛ и профильное сопротивле-
ние &R (см. рис. 11). Поскольку сила АЛ обычно в 20—25 раз больше,
чем &R, то ее проекция на ось винта значительно превосходит А/?
и, таким образом, создается дополнительный упор АР. Поперечные
составляющие AQ, направленные перпендикулярно оси винта, в сред-
нем уравновешиваются и воспринимаются жесткой конструкцией на-
садки.
Во-вторых, упор увеличивается благодаря увеличению площа-
ди входного и выходного отверстий насадки по сравнению с гидрав-
лическим сечением винта, вследствие чего поток проходит через сече-
ние винта со скоростью, превышающей среднюю скорость vs, равную
полусумме скоростей подтекания к винту цр и оттекания (отбрасывания)
от него ц0. Из формулы упора винта
P=*pFvswa, (83)
где вызванная скорость ша = — ор, нетрудно убедиться, что в данном случае
упор увеличивается.
48
Наконец, при работе винта в насадке почти ликвидируются так
называемые «концевые» потери упора, так как насадка препятствует
выравниванию разности давлений между нагнетающей и всасывающей
поверхностями лопасти винта.
Хорошо спроектированная насадка в сочетании с удачными форма-
ми обводов кормы судна повышает упор винта буксирного судна при
работе на швартовых до 50—60 %, а при рабочих скоростях движе-
ния — на 20—30 %.
В последние годы насадки нашли широкое применение и на грузо-
вых судах.
Коэффициент полезного действия винта в насадке повышается глав-
ным образом по следующим причинам: увеличивается площадь попереч-
ного сечения отбрасываемого винтом потока и уменьшаются завихре-
ния в нем; несколько понижается скольжение винта из-за возникнове-
ния вокруг насадки циркуляционного потока (см. рис. 11), повышаю-
щего скорость протекания воды через диск винта; ликвидируются
• «концевые» потери упора винта.
Помимо создания дополнительного упора и повышения к. п. д.
судна, насадка имеет еще ряд положительных качеств, важных в экс-
плуатации. Например, насадка предохраняет винт от ударов о твердые
предметы, улучшает работу винта при волнении, уменьшает размыв
। стенок и дна канала или реки и др.
Отрицательными качествами судов, оборудованных неподвижными
направляющими насадками, являются: недостаточная управляемость
на заднем ходу; возможное снижение скорости движения буксирных
судов без состава.
Снижение управляемости судов ликвидируется с помощью приме-
нения поворотных насадок. Натурные испытания управляемости су-
дов с поворотными насадками, проведенные в ГИЙВТе, ЛИВТе и
ЦНИИЭВТе, показали, что поворотная насадка может обеспечить до-
статочную управляемость как на переднем, так и на заднем ходу.
Основные конструктивные элементы направляющей насадки
(см. рис. 12) перечислены ниже.
1. Dp — диаметр рабочего сечения насадки, причем
Dp=D4-2A,
где А — зазор между концами лопастей винта и внутренними стенками на-
садки; обычно принимается А = (0,005 -j- 0,01) D.
2. Dp — площадь рабочего сечения насадки в месте расположе-
ния винта, причем
л
Ар=—(О+2АЛ (87)
Рабочее сечение насадки имеет форму круга и располагается в наи-
более узком месте ее.
3. /п — площадь входного сечения насадки, причем
Ар — ссн Fр.
(88)
43*
В этой формуле ап — коэффициент раствора насадки, определяемый из
условия без ударного входа струй при расчетных режимах работы, причем
а„=1+/ц, (89)
где — коэффициент засасывания насадки для расчетного режима работы,
равной отношению упора насадки к упору винта, работающего в насад-
ке.
Входное сечение насадки желательно выполнять также в форме
круга. Однако вследствие недостаточности осадки его нередко выпол-
няют в форме, подобной эллипсу.
Для буксирных судов обычно ан = 1,3 4- 1,35; для грузовых и
грузопассажирских судов ан = 1,20 4- 1,25.
4. FK — площадь выходного сечения насадки, причем
Fr ~ Рн Fp > (90)
где Эн — коэффициент расширения насадки (для буксирных судов рн = 1,10 4-
4- 1,18, для грузовых судов рн = (1,10 4- 1,15).
Выходное сечение обычно имеет форму круга.
5. Ьн — длина хорды профиля сечения насадки.
6. /н — длина направляющей насадки. Для неподвижных наса-
док
ZH = (0,60 4-0,75)D, (91)
для поворотных насадок
/н= (0,754- 1,0) D.
7. 1п — длина входной части насадки.
Для неподвижной насадки
/п = (0,35 4-0,40)(92)
для поворотной насадки
/„ = (0,40 4- 0,50)/н. (93)
8. /к — длина выходной (хвостовой) части насадки
Ip — 1п — 1ц-
9. ек — наибольшая толщина профиля насадки, находящаяся
обычно на расстоянии 0,37?н от входной кромки и определяемая постро-
ением.
10. ZH = IJD — относительная длина насадки.
И. /п//н и IJIH — относительные длины соответственно входной и
хвостовой частей насадки.
12. 6Н — относительная толщина профиля насадки
Рн = ен/^н- (94)
13. К—коэффициент полноценности насадки.
Приближенно
/(=1,7-D/7’K.
(95)
50
§ 18. ДИАГРАММЫ ДЛЯ РАСЧЕТА ГРЕБНЫХ ВИНТОВ
В НАПРАВЛЯЮЩИХ НАСАДКАХ И ПОДБОР ВИНТОВ ПО НИМ
Расчет гребных винтов в направляющих насадках рекомендуется
выполнять по специализированным диаграммам, построенным в;
ЛИВТе по способу Э. Э. Папмеля и по результатам серийных испы-
таний движительных комплексов в свободной воде. Поскольку греб-
ные винты в направляющих насадках обычно принимаются четырех-
лопастными, то ниже в прил. VIII на рис. 1—4 приведены расчетные
диаграммы только для четырехлопастных винтов с наиболее распро-
страненным дисковым отношением 0 = 0,35, 0,58 и 0,75, имеющих
саблевидную форму контура лопасти типа «Трооста», коэффициент раст-
вора насадки ап = 1,30 и коэффициент расширения = 1,12 и диа-
граммы с 0 = 0,55 для винтов с усеченной формой контура лопасти ти-
па «Каплана» при а„ = 1,30 и = 1,12.
Для каждого типа двпжительного комплекса, как и для открытых
винтов, приведено по две диаграммы.
На «корпусной» диаграмме по оси ординат нанесены значения ко-
эффициента упора комплекса А'1: = Ki + Кн (Ки — коэффициент
упора насадки), а на «машинной» — значения коэффициента момента
10Д2 или ]/Х2- По оси абсцисс на обеих диаграммах отложены значе-
ния относительной поступи комплекса
7е=—. (96)
е nD
Аналогично диаграммам для расчета открытых винтов на рассма-
триваемых диаграммах также нанесены семейства кривых постоян-
ных значений конструктивного шагового отношения HID, к. п. д. ком-
плекса т]к и линии оптимальных оборотов Kd и Kd и оптимальных диа-
метров Кп и
Величины Кк, К2, Kd, Kd, Kh и K'h определяются соответственно
по формулам (57), (61), (59), (60), (63) и (64), подставляя вместо упора
винта Р упор комплекса Рк и вместо ир расчетную скорость перемеще-
ния комплекса винт—насадка ve = v(l—ф).
Предварительные расчеты движительных комплексов, при которых
осуществляется приближенный подбор гребных винтов в насадках по
диаграммам, выполняются по схемам, приведенным в § 15 для от-
крытых гребных винтов. Но вместо величин Хр, т]р и Р нужно под-
ставлять соответственно К к, 'Пи и Рк-
Коэффициент попутного потока при этом определяется по уточнен-
ной формуле
( „ 0,166х г / V \
где а — коэффициент, учитывающий форму образования кормовой оконечности
судна (для судов с нетоннельными обводами кормы а = 0,043, с тон-
нельными а — —0,05; х = 1 для винтов, расположенных в диаметраль-
ной плоскости судна, х = 2 для бортовых винтов; х = 1 для всех вин-
тов, расположенных в тоннелях: К^,— коэффициент, учитывающий уве-
личение попутного потока в диске винта за счет свеса кормовой око-
нечности судна, определяемый по графику (рис. 13) в зависимости от
отношения D/TK). *
51
Рис. 13. График зависимости коэф-
фициента увеличения попутного по-
тока в диске винта насадкн от отно-
сительного погружения винта
Коэффициент засасывания кор-
пуса судна t определяется по гра-
фикам t = f (ф, <тк/рн), приведен-
ным на рис. 14 и 15.
Здесь
г к______
р JtD2
---------о2
2 4 е
8Д'К 8 / 1 V
IT \ /
где Рк — упор комплекса винт—насад-
ка, причем Рк = Р + Рн;
Рн — упор насадки.
По рис. 14 коэффициент засасы-
вания принимается для судов с не-
тоннельными формами образования кормы, по рис. 15—с тоннельными.
Влияние тоннельных обводов кормовой оконечности учитывается
дополнительно коэффициентом полноценности К направляющей на-
садки, приближенно определяемым по формуле (95). Более точно коэф-
фициент К определяют по теоретическому чертежу судна как отноше-
ние длины дуги охвата винта полноценным (круговым) профилем
насадки к длине полной окружности; практически К = 0,60 4- 0,95.
Неполноценность насадки влияет на коэффициент упора ком-
плекса Кк и коэффициент момента К2. Это влияние оценивается сле-
дующими выражениями:
^к=^к[/< + «г1(1-К)]=Кк51; (99)
K2=K2[A+m2(l—/0] = K2S2. (100)
В этих формулах: и /(2— диаграммные значения коэффициентов упора
и моментов комплекса;
Кк и — значения этих же коэффициентов, исправлен-
ные на влияние неполноценности насадки;
и т2—коэффициенты, определяемые по графикам
H/D) и т2 = (/<j, H/D), приве-
денным на рис. 16.
Рис. 14. График для определения ко-
эффициента засасывания корпуса
судна с обычными обводами кормы
52
Рис. 15. График для определения
коэффициента засасывания корпуса
туннельного судна
При расчетах винта в насадке дополнительно учитывается также
коэффициент влияния неравномерности попутного потока на момент
гребного винта t2 = 1,02 4- 1,03.
Подбор гребных винтов в насадках приближенно может быть осу-
ществлен без предварительного определения числа лопастей и диско-
вого отношения гребного винта, а также параметров насадки. Поэто-
му для расчета рекомендуется принять диаграмму, построенную для
винтов с г = 4, 0 = 0,58, ан = 1,30, 0Н = 1,12 и Гн = 0,6 и приведен-
ную на рис. 2 прил. VIII.
Порядок подбора гребных винтов по диаграммам для буксирных
и небуксирных судов виден из нижеследующих примеров.
Пример 19. Определить приближенно оптимальные значения диаметра D
и шагового отношения Н/D винта в насадке для толкача мощностью 1000 кВт
проекта № 749Б (типа «Дунайский») с помощью диаграмм при условиях полного
использования мощности главных двигателей и получения наибольшего упора.
Исходные данные: характеристика корпуса — Вт = 39,6 м; В = 9,00 м; Тр =
= 2,18 м; То = 1,81 м; Кр = 492 м3; Ко = 384 м3; 6 = 0,643, кривая сопротив-
ления корпуса толкача Рп = / (и) Характеристика судовой энергетической
установки — 2 двигателя внутреннего сгорания марки /?8£>К-148 общей мощ-
ностью 1000 кВт (по 500 кВт). Частота вращения двигателя п = 350 об/мин =
= 5,83 об/с, редуктора нет. Число валопроводов х= 2, расчетная скорость движе-
ния с составом v = 3,34 м/с. Коэффициент раствора насадки ан = 1,30; коэффи-
циент расширения насадки рн — 1,12. Относительная длина насадки /н = 0,85.
Решение. 1. Определяют мощность, подводимую к движителю:
AL 1000
Nr> = — т]в=—— 0,97 = 485 кВт.
н х 2
2. Вычисляют по формуле (97) коэффициент попутного потока ф, прини-
/1,75\
мая а — 0,043, х ~ 2, D « 0,8Тк = 0,8 • 2,18 = 1,75 м, = f = 1,07
(по рис. 13)
53
I / 3 __\
Ц 0,043-0.643 \ Х1» ,.w_0.101
\ 2 f 1,75 /
3. Дальнейший расчет выполняют в табличной форме (табл. 14). Поскольку
скорость движения состава относительно невелика, то поправку Аф к коэффи-
циенту попутного потока в расчет не вводят.
Таблица 14. Предварительный расчет элементов комплекса
винт —насадка толкача мощностью 1000 кВт
№ п/п Характеристика, размерность Значения характеристик
I-е прибли- жение 2-е прибли- жение
1 V, м/с 3,34 3,30
2 »е=»(1—ф), м/с 3,00 2,96
3 ve 4/ PVe 1,03 1,01
п~ 1,91/7 1/ Np
4 П° диаграмме (рис. 2, прил. VIII) 0,275 0,274
5 0,730 0,725
6 7 По диаграмме (см. рис. 2, прил. VIII) 0,470 0,175 0,462 0,174
8 Г) 4 Щ 1,870 1,855
UOPl- П^е , м
9 5,87 5,91
лХ*
10 по рис. 14 0,07 0,068
11 \—t 0,485 0,489
ч-1-ф ’1к
12 Рк=Хкрп2О4, н 72900 70000
13 N Pl'V , кВт 502 487
/V₽ 1000 i]
Подбор элементов комплекса винт—насадка по диаграмме в первом прибли-
жении расчета показал, что для работы такого винта потребуется мощность
502 кВт, или на 3,5% больше расчетной. При ориентировочных расчетах такая
точность может считаться достаточной. С целью уточнения диаметра и других
элементов винта в примере выполнен их расчет и во втором приближении, при-
нимая
3 ______ 3 _____________
п2= OjjAVp/Wp! =3,34 V485/502 = 3,30 м/с.
В результате расчета элементов комплекса винт—насадка во втором при-
ближении отличие потребляемой комплексом и расчетной мощностей составило
54
лишь 0,4 % • Следовательно, полученные элементы комплекса можно считать
приближенно оптимальными.
Подбор элементов комплекса винт—насадка по диаграммам для не-
буксирного судна осуществляется при условии получения наивысшей
скорости движения при полном использовании мощности двигателя.
Схема расчета видна из нижеследующего примера.
Пример 20. Определить приближенно оптимальные значения диаметра DOpt
и шагового отношения HID винта в насадке грузового теплохода грузоподъемно-
стью 5300 т, мощностью 1320 кВт (проекта № 507Б), обеспечивающие наиболь-
шую скорость движения при полном использовании мощности установленных
главных двигателей. Исходные данные: характеристика корпуса — L = 135,0 м;
В = 16,5 м; Гр = 3,52 м; То = 0,72 м; Ир = 6740 м3; Vo = 1281 м8; 6 = 0,858;
приведенное сопротивление Я' = 4975 кН - с2/м2; характеристика судовой
энергетической установки — 2 двигателя внутреннего сгорания марки
6ЧРН36/45 общей мощностью 1320 кВт (по 660 кВт каждый); п = 375 об/мин =
= 6,26 об/с; редуктор отсутствует, число валопроводов х = 2.
Решение. 1. По формуле (62) определяют расчетную мощность, подводимую
1320
к движителю: Np = —~ 0>97 = 640 кВт.
2. По формуле (97) вычисляют коэффициент попутного потока в диске винта,
принимая а = 0,043, х = 2, D = 0,6Гр = 0,6 • 3,52 = 2,11 м, АС, = f | -г—) =
= 1,0 (по рис. 13).
Дальнейший расчет выполняют в табличной форме (табл. 15), предваритель-
но задаваясь предполагаемой скоростью по прототипу. В нашем случае можно
принять v = 5 м/с.
Сопротивление воды движению судна при известном приведенном сопротив-
лении: R = R'v2.
Значений коэффициента комплекса Щ в п. 4 принимают приближенно рав-
ными коэффициенту нагрузки по полезной тяге ое. Значения ок и коэффициента
засасывания комплекса t определяют только в первом приближении расчета,
так как при других скоростях движения они изменяются незначительно, вслед-
ствие пропорциональности числителя (Ре = R = R'v2) и знаменателя величины
ок квадрату скорости движения.
Полученную в первом приближении расчета потребляемую движительным
комплексом мощность NP1 сравнивают с подведенной к движителю мощностью
Мр. Поскольку 7Vpl = 549 кВт существенно отличается от Np = 640 кВт, то
ведут подбор элементов комплекса винт—насадка во втором приближении рас-
чета, принимая
о2=5
3 <640
I/ 549
= 5,27 м/с.
В результате расчета во втором приближении оказалось, что Np% отличает-
ся от Нр на величину, равную менее 1 %. Следовательно, полученные при этом
элементы комплекса винт—насадка можно считать близкими к оптимальным.
Их дальнейшее уточнение может быть сделано на основе расчета наивыгодней-
ших элементов комплекса винт—насадка, обеспечивающего наивысшую скорость
при полном использовании мощности энергетической установки.
55
Таблица 15. Предварительный расчет элементов комплекса
винт —насадка грузового теплохода мощностью 1320 кВт
№ п/п Характеристики, размерность Значения характеристики
1 V, м/с 5,0 5,27
2 ve = u(l—ip), м/с 3,93 4,15
3 Ре=—, Н 62100 69100
1 X
Ре
4 стк — сте — 2,39 —
р л D2 V"
2 4е
5 < = /(рк/₽н) по рис. 14 0,162 —
Ре
6 Рк . Н 74000 82500
1— t
ve 4 / р
7 Vn V 0,535 0,550
8 0,353 0,360
9 /1Г,. По диаграмме (см. рис. 2, / —11 (А„) прил. VIII) 0,805 0,810
10 т1к = fzfK'n) 0,526 0,530
11 ve ^opt — , » м nXe 1,78 1,84
1— t
12 11 - 1-^ ’1к 0,561 0,565
13 Pe v , кВт 549 645
р 1000 ц >
§ 19. РАСЧЕТ КОМПЛЕКСА ГРЕБНОЙ ВИНТ —НАСАДКА
НА ПОЛНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МОЩНОСТИ СУДОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
БУКСИРНОГО СУДНА
Наивыгоднейшие элементы движительного комплекса винт—на-
правляющая насадка при условии полного и наиболее эффективного
использования мощности главных двигателей рассчитывают при из-
вестных характеристиках корпуса судна и силовой установки. Для бук-
сирных судов этим расчетом устанавливается наибольший упор при
заданной скорости движения.
Исходными данными для расчета являются: характеристика кор-
пуса — L, В, Тк, Vp, 6 и Rf, — f (и); характеристика силовой установ-
ки — пдвиг и i. ‘Число гребных винтов х, скорость движения V.
Порядок расчета следующий.
1. В соответствии с рекомендациями, содержащимися в § 17 на-
стоящей главы, устанавливают конструктивные элементы направляю-
щей насадки:
56
длину направляющей насадки для буксирных судов, определяе-
мую по зависимости /н = (0,6 4- 0,75) D для неподвижных насадок и
/н = (0,75 4- 1,0)0 для поворотных насадок, причем большее значе-
ние относится к тяжело нагруженным винтам, а меньшее — к менее
нагруженным;
длину входной и хвостовой частей насадок, обычно принимае-
мые соответственно равными 0,4/н и 0,6ZH;
коэффициент расширения насадки, который может быть принят
рн= 1,104-1,18.
2. Определяют мощность, подводимую к винту, по формуле (62).
3. Из ранее выполненного подбора элементов комплекса винт —
насадка по диаграммам (из предварительного расчета) выписывают
ориентировочные элементы движительного комплекса: диаметр D, ша-
говое отношение HID, коэффициенты раствора и расширения насад-
ки ап, |3Н, относительную длину насадки /н.
4. Определяют число лопастей и дисковое отношение винта в на-
садке. В соответствии с рекомендациями, содержащимися в § 18, чис-
ло лопастей винта в насадке принимается равным z — 4.
Выбор дискового отношения винта в насадке осуществляется по
тем же трем условиям: прочности — по формуле (79), непревышения
максимальной относительной толщины лопасти винта — по формуле
(80) и исключения кавитации — по следующей формуле:
V'J -с’" • 1 1 \J 1 I
3 nD3(10l300+y(7\—D)— pd\
Здесь те же обозначения, что и в формуле (81).
Значения упора гребного винта в формулах (79) и (80) находят из
выражения
где tK — коэффициент засасывания насадки, определяемый по рис. 17, а в за-
висимости от коэффициента нагрузки комплекса сгк.
Величина (Гк выписывается из последнего приближения предвари-
тельного расчета винта. Для режима работы движителя на швартовах
коэффициент засасывания насадки снимается с графика (011 = / (ссн;
Рн), приведенного на рис. 17, б.
5. По принятому числу лопастей и дисковому отношению выбирают
расчетную диаграмму. При этом должно быть
г =2Д> 0 — ®д-
В последующем расчете дисковое отношение расчетного винта при-
нимается равным дисковому отношению выбранного винта, для кото-
рого построена диаграмма.
Помимо равенства числа лопастей и дискового отношения рас-
четного и базисного (для которого построена диаграмма) винта, жела-
тельно также, чтобы равнялись и относительные длины /н = /нд и ко-
эффициенты расширения насадок Р = Рд. *
57
Рис. 17. Зависимость коэффициента засасывания насадки от коэффициента на-
грузки при работе на ходовых режимах (а); зависимость этого коэффициента
от коэффициентов раствора и расширения насадки при работе на швартовном
режиме (б):
1 — для винтов с контуром лопасти Трооста; 2 — для винтов с контуром лопасти Каплана
Однако диаграммы для расчета в направляющих насадках в реко-
мендуемом Минречфлотом РСФСР «Руководстве по расчету и проекти-
рованию гребных винтов судов внутреннего плавания» построены лишь
для четырех винтов, имеющих саблевидный тип формы контура лопа-
сти Трооста при а — 1,20, 0= 1,12, ZH = 0,6 и дисковых отношениях
0 = 0,35; 0,58; 0,75 и 1,00 и для одного усеченного типа формы контура
лопасти (Каплана) при а = 1,30, 0 = 1,12, /н = 0,6 и 0.= 0,55. По-
этому в дальнейших расчетах рекомендуется пользоваться приведенны-
ми в прил. VIII расчетными диаграммами, добиваясь лишь равенства
Z = 2Д И 0 = 6д.
При этом точность расчета приближенно будет достаточной, так
как установлено, что изменение относительной длины насадки в преде-
лах 0,50 /н 0,90 оказывает весьма малое влияние па к. п. д.
комплекса [15], вследствие чего она выбирается из конструктивных
соображений.
Известно также, что полезная тяга насадки формируется в основ-
ном на входной внутренней части поверхности профиля насадки [15]
и поэтому изменение относительной длины насадки в реальных пределах
также не будет оказывать существенного влияния на ее величину.
При необходимости выполнения уточненных расчетов коэффици-
ент засасывания насадки, имеющей 0j 1,12, определяется по вы-
ражению
= (0,8330X-J-0,067),
где /н—коэффициент засасывания насадки, имеющей 0= 1,12.
Можно также для расчета винтов в направляющих насадках с иными
значениями /н и 0, отличающимися от диаграммных, использовать
расчетные диаграммы, разработанные для открытых гребных винтов,
применять метод эквивалентного винта [8]. Однако на современном
58
этапе проектирования гребных винтов его рекомендуется применять
лишь для винтов с числом лопастей более четырех. Поэтому для расчета
винтов в направляющих насадках, имеющих относительные длины и
коэффициенты расширения насадок, отличающиеся от диаграммных,
предпочтительнее использовать приведенные в настоящей книге ди-
аграммы.
При дальнейшем пополнении атласа диаграмм в расчетах следует
выбирать ту из них, которая по своим характеристикам является наи-
более близкой к расчетному винту.
Дальнейший расчет наивыгоднейших элементов комплекса винт —
насадка ведут в табличной форме методом последовательных прибли-
жений по диаметру винта D.
6. В первом приближении принимают диаметр винта из предвари-
тельного расчета.
7. С кривой R = f (v) снимают значение сопротивления корпуса
буксира при заданной скорости.
8. По формуле (97) определяют коэффициент попутного потока в
месте расположения движительного комплекса.
9. Вычисляют скорость ve перемещения комплекса относительно
попутного потока
ve = v (1 — ф).
10. По уточненной формуле (64) определяют значения расчетного
коэффициента
где i2 — коэффициент влияния неравномерности потока на момент гребного
винта (i2 = 1,024-1,03).
Далее по значению коэффициента /(„ с выбранной расчетной ди-
аграммы снимают значения Ае, Н/D и цк.
11. Находят относительную поступь винта в насадке = f (K'h).
12. Находят шаговое отношение винта HID = Д (K'h).
13. Находят коэффициент полезного действия комплекса т]к =
= /2 ю.
14. По формуле (96) уточняют оптимальный диаметр винта.
15. По выбранной расчетной диаграмме в зависимости от Д и H/D
снимают значения коэффициента упора комплекса
/<к^/(Хе, H/D).
16. Вычисляют расчетный диаграммный коэффициент
(103>
17. С рис. 16 снимают значение коэффициента т2 = f (Kd, HID)
и вычисляют значение влияния неполноценности насадки на коэффи-
циент момента
S2=K+m2(l—/<). (104)
Коэффициент полноценности насадки К при этом определяют по
приближенной формуле (95).
59
(107}
(Ю8)
18. С рис. 16 снимают значение коэффициента т1 = f (Kd, К/D) и
вычисляют значение влияния неполноценности насадки на коэффи-
циент упора винта
S, = К + т1 (1 - К). (105)
19. По формуле (98) вычисляют коэффициент нагрузки комплекса
ок.
20. По рис. 15 находят коэффициент засасывания комплекса винт—
насадка
<=/(ф. <5>/₽н)-
21. Определяют полезную тягу движительного комплекса
Ре=Кк pn2 D4 (1 — о Sv (106)
Если диаметр винта Dn полученный в п. 14, первого приближения
расчета не совпадает с принятым в п. 1, то делают расчет элементов
комплекса во втором приближении, принимая D2 из п. 14 первого при-
ближения расчета. В последнем приближении расчета диаметры D и
могут различаться не более чем на 1—2 %.
По результатам расчета в последнем приближении дополнительно
определяют:
силу тяги на гаке
Fг === %F е F о >
буксировочный коэффициент полезного действия
Fcv
110 = IOOaWs ’
Если винт в насадке с оптимальным диаметром расположить на
судне нельзя, то дальнейший расчет движительного комплекса, начи-
ная сп. 10, производят для винта с максимально допустимым диамет-
ром по условиям размещения за кормой судна.
10. По формуле (61) определяют коэффициент момента Т<2 с учетом
влияния неполноценности насадки.
11. С выбранной расчетной диаграммы снимают значения шагового
отношения винта в насадке и коэффициента упора комплекса ЛД с
учетом влияния неполноценности насадки:
h/d=i(k2, М; k^^h/d, хе).
Значение относительной поступи при этом принимают из пре-
дыдущего расчета наивыгоднейших элементов комплекса или из предва-
рительного расчета.
12. Далее выполняют п. 16 и 17 предыдущего расчета.
13. Находят коэффициент момента К 2 без учета влияния неполно-
ценности насадки
K2=KZ/S2. (109)
14. С расчетной диаграммы снимают значения шагового отношения
винта, коэффициента упора и к. п. д. комплекса:
H/D=f(K2, Хе); = f± (й/D, ке);
11к==^2 (н/D, Хс).
60
Далее выполняют п. 18—21 предыдущего расчета.
По последнему приближению расчета, так же как и в предыдущем
расчете, по формулам (107) и (108) вычисляют силу тяги на гаке Дги
буксировочный коэффициент полезного действия судна т]0.
Пример 21. Рассчитать наивыгоднейшие элементы движительного комплекса
винт—насадка буксирного теплохода мощностью 1000 кВт при условиях пол-
ного использования мощности главных двигателей и получения наибольшей
полезной тяги. Исходные данные те же, что и в примере 19. Из предварительного
расчета D=l,855 м, /7/0 = 0,725, ф = 0,101, 7 = 0,068, Рк = 700000 Н, z = 4,
6 = 0,58, <хн=1,20, ₽н=1,12, /н = 0,85, /2 = 1,025, ок = 5,91, 7н=0,54.
Решение. 1. Вычисляют мощность, подводимую к движителю,
Na 1000
Л\) = —-Т]В =------0,97=485 кВт.
х 2
2. В соответствии с рекомендациями § 18 принимают г = 4.
3. Определяют дисковое отношение винта в насадке:
а) из условия прочности [по формуле (79)]
1,75-45500
3,14-1,8552
—-----------55 000
4
0,537.
Р,. 70 000
Здесь Р = = 45 500 Н;
1 1»548
коэффициент т = 1,75 принят применительно к работе судна в битом льду;
б) из условия непревышения максимальной относительной толщины ло-
пасти винта [по формуле (80)]
е2>
0,375
0,075-4
1,855-0,10
1,75-45 500
—-----------= 0,478;
100000
в) из условия отсутствия кавитации [по формуле (101)]
3270-485
6, > ---------------------------------------------= 0,413.
3 5,83-1,8553 [101 ЗООф-9810 (2,18—1,855)—1710
Здесь давление насыщенных паров рд принято при температуре t— 15 °C.
Из полученных дисковых отношений винта в насадке выбирают наибольшее
и округляют его до ближайшего диаграммного значения 6Д = 0,58 для четырех-
лопастного винта. Дальнейший расчет наивыгоднейших элементов комплекса
винт—насадка выполняют в табличной форме методом последовательных при-
ближений по диаметру винта (табл. 16).
В первом приближении расчета при определении коэффициента Кп значение
поправочного множителя S2, учитывающего влияние неполноценности насадки,
принято равным 1,03. При расчете элементов комплекса во втором приближении
в п. 6 следует принимать значение S2 из п. 16 расчета в первом приближении.
Диаметр винта в п. 10 первого приближения расчета оказался почти на 2 %
больше принятого в п. 1 табл. 15. Поэтому далее выполняют расчет движитель-
ного комплекса винт—насадка во втором приближении, приняв в п. 1 диаметр
винта D = 1,82 м из п. 10 первого приближения расчета.
Во втором приближении диаметры винта в п. 1 и 10 почти совпали, следова-
тельно, полученные в нем элементы комплекса винт—насадка заданного буксир-
ного судна являются оптимальными.
По результатам расчета комплекса в последнем приближении дополнитель-
но определяют еще ряд величин:
1. Силу тяги на гаке по формуле (107) Рг = 2 • 66 600 — 21 600 = 111 600 Н.
61*
Таблица 16 Расчет наивыгоднейших элементов комплекса
винт — насадка буксирного теплохода мощностью 1000 кВт
К» п/п Характеристика, размерность Значения характеристики
1 -e прибли- жение 2-е прибли- жение
1 D, М 1,85 1,820
2 D/TK 0,85 0,835
3 K^ = f(D/TK). По рис. 13 1,15- 1,12
( ones* ,/ f/v; \
4 Ч’-(“6+ л V О /«♦ 0,107 0,105
5 ve =v (1 —ф), м/с 2,98 2,99
ve 4 / р р
6 к: — I / — i s2 1,087 1,120
П l,9"|/n к Л/р
7 0,280 0,285
8 Min — t ik"\ По диаграмме (см. рис. 2, П/£7“'1(Л„) прил VHI) 0,738 0,740
9 Пк=Ь(*п) 0,475 0,480
10 ve Z>opt— а » м п ке 1,82 1,815
11 l^opt/^K 0,835 0,834
12 К = 1,7 —DOpt/TK 0,865 0,866
13 KK=f(h, H/D) 0,185 0,186
14 K’d=K/Vi^ 0,656 0,658
15 m2 = f(Kd, Я/D). По рис. 16 1,46 1,46
16 S2=K+m2 (1— К) 1,062 1,062
17 H/D). По рис. 16 1,17 1,17
18 Si=K+mi (1—К) 1,023 1,023
8 / 1 V
19 O1'“ дЫ 5,93 5,86
20 / =f(oK, ф). По рис. 15 0,062 0,063
21 Pe=KKpn2D4(l—/)S1; H 66 600 66 500
2. Буксировочный коэффициент полезного действия судна по формуле (108):
111 600-3,34
1000-2-500
0,374.
3. Элементы направляющей насадки: а) длину поворотной насадки /н=0,85х
XD = 0,85 • 1,82 = 1,54 м;
б) длину входной части 1п = 0,45 /н = 0,45 1,54 = 0,69 м;
в) длину хвостовой части насадки /п = /н — /п = 1,54 — 0,69 = 0,85 м;
л
г) площадь рабочего сечения Fр = (1,82 -ф 2 • 0,01)2 = 2,65 м2;
62
д) площадь входного сечения Fn = 1,32 • 2,65 = 3,44 м2;
е) площадь выходного сечения FK = 1,15 • 2,65 = 3,05 м2.
4. Коэффициент качества комплекса винт—насадка по следующей форм уле
(НО)
§ 20. РАСЧЕТ КОМПЛЕКСА ГРЕБНОЙ ВИНТ — НАСАДКА
НА ПОЛНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МОЩНОСТИ СУДОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
НЕБУКСИРНОГО СУДНА
При расчете элементов комплекса винт—насадка небуксирного
судна с условием полного и наиболее эффективного использования
мощности главных двигателей стремятся получить максимально воз-
можную скорость движения. Исходными данными для расчета явля-
ются те же величины, что и для буксирного судна, за исключением
скорости движения, которая в данном расчете является искомой вели-
чиной. Расчет выполняют по приведенной ниже схеме.
1. Выбирают основные конструктивные элементы направляющей
насадки. Для поворотных насадок небуксирных судов рекомендуется
принимать:
а) длину насадки /н (0,704-0,85)7);
б) длину входной и хвостовой частей насадки /п = 0,40/н и /к =
= 0,6CZH;
в) коэффициент расширения насадки |3Н = 1,15.
2. Определяют мощность Np, подводимую к винту, пользуясь фор-
мулой (62).
3. Так же как и при расчете элементов движительного комплекса
винт—насадка буксирного судна, выбирают число лопастей и диско-
вое отношение винта в насадке расчетную диаграмму.
Дальнейший расчет выполняют в табличной форме методом после-
довательных приближений по скорости движения судна до совпадения
полезной тяги судна с сопротивлением корпуса.
4. В первом приближении задаются скоростью движения судна
(по результатам предварительного расчета).
5. С кривой R = f (v) снимают значение сопротивления воды дви-
жению судна при заданной скорости.
6. По формуле (97) вычисляют коэффициент попутного потока ф.
7. Находят скорость перемещения движительного комплекса от-
носительно попутного потока ve — v (1 —ф).
8. По формуле (64) определяют расчетный диаграммный коэффи-
циент Кп-
9. С принятой расчетной диаграммы по значению коэффициента
Кп снимают значение относительной поступи, шагового отношения
и к. п. д. комплекса:
^/°=/1(^); Лк=Д2(К'п).
10. По формуле (96) определяют оптимальный диаметр винта в на-
садке Dopt.
11. С расчетной диаграммы снимают значение коэффициента упора
комплекса Кк = f (he, HID).
12. По формуле (98) вычисляют коэффициент нагрузки комплекса
винт-—насадка ок.
13. С графика (см. рис. 14) снимают значение коэффициента заса-
сывания движительного комплекса t.
14. Определяют полезную тягу судна:
iooo^pi)K(i-0
хРе =---------------
ve
(1Н)
Если полезная тяга хРе не совпадает с сопротивлением корпуса
судна R или отличается от R более чем на 1—2%, то следует выпол-
нить расчет элементов комплекса во втором приближении, принимая
v2^vlVxPe/R. (112)
При необходимости аналогично определяют скорость движения
судна для третьего и последующего приближения расчета.
В результате расчета из его последнего приближения находят наи-
большую скорость движения судна при полном использовании мощно-
сти главных двигателей и наивыгоднейшие элементы гребного винта
в насадке: диаметр D, шаговое отношение Н/D, число лопастей z и ди-
сковое отношение 0.
Пример 22. Рассчитать наивыгоднейшие элементы движительного комплек-
са винт—насадка, обеспечивающие наивысшую скорость движения при полном
использовании мощности главных двигателей для грузового теплохода грузо-
подъемностью 5300 т. Исходные данные — те же, что и в примере 20 предыдуще-
го параграфа. Из предварительного расчета D = 1,84 м, H/D = 0,810, Ре =
= 69100 И, v = 5,27 м/с, i = 1,025, ок = 2,39, Рк = 82500 И.
Решение. 1. Выбирают основные конструктивные элементы поворотной
направляющей насадки: /н = 0.85D; /п = 0,4/н; 1К = /н — /п; ан = 1,30;
Рн = 1,15.
2. По формуле (62) определяют мощность, подводимую к винту:
1320
ЛГр =—— 0,97 = 640 кВт.
3.
4.
а)
В соответствии с рекомендациями § 18 принимают г = 4.
дисковое отношение винта в насадке из условий:
[по формуле (79)1
1,15-60 200
61 >-------1-------------
3,14-1,842
—----------- 55 000
Выбирают
прочности
= 0,472.
Здесь Р =
Рк
82 500
--------= 60 200Н;
1+0,37
б) непревышения максимальной относительной толщины лопасти винта [по
формуле (80)1
„ „„ / 0,075-4 \2/3 3 Г 1,15-60200
" " п ’ 7 --------= 0,441;
100 000
1,84-0,10
4
64
в) отсутствия кавитации [по формуле (101)]
3270-640
6, > -----------------------------------------------= 0,462.
6,25- 1,843-[101 300+9810 (3,52 —1,84) —1710]
Из полученных дисковых отношений выбирают наибольшее (0( = 0,472) и
округляют его до ближайшего диаграммного 0д = 0,58 при 2=4. Таким обра-
зом, для дальнейшего расчета принимают диаграмму, построенную для четырех-
лопастных винтов с формой контура лопасти типа «Трооста» при дисковом отно-
шении 0 = 0,58.
При этом винт принят изготовленным из стали с Ртах = 55000 и о' = 0,075.
Значение коэффициента засасывания насадки tK определено по графику (см.
рис. 17) в зависимости от коэффициента нагрузки ок, взятого из предваритель-
ного расчета. Значение давления насыщенных паров pj принято при температу-
ре 1= 15 °C.
Дальнейший расчет наивыгоднейших элементов движительного комплекса
винт—насадка заданного грузового теплохода выполнен в табл. 17. В первом
приближении расчета принимают скорость движения судна v — 5,27 м/с из ре-
зультатов предварительного расчета.
Таблица 17. Расчет наивыгоднейших элементов комплекса
винт — насадка грузового теплохода грузоподъемностью 5300 т
№ п/п Характеристика, размерность Значение характе- ристики. 1-е приближение
1 V, м/с 5,27
2 н 143000
/ 0,16 5* ч / е/ р
3 фЦаЙф х ]/ D 0,225
4 ve — v(l— ф), м/с 4,08
5 K',i= —/p«e/JVp + 1,40
1,9
6 0,360
7 По диаграмме (см. рис. 2, "/D-fi(K„) прилож. VIII) 0,820
8 0,537
9 _ ve Hopt — . » M /1 Ле 1,82
10 Кк—fCke’ H/D). По диаграмме (см. рис. 2, 0,195
прил. VIII)
11 8Кк
3,82
12 *=/(стк/₽н> Ф)- По рис. 14 0,165
13 х Pe = 1000xWp (1—t)/ve, Н 141000
В результате расчета элементов комплекса винт—насадка в первом прибли-
жении оказалось, что развиваемая движителем полезная тяга хРе отличается
от сопротивления корпуса всего лишь на 1,4 %, что дает уточнение скорости
только на 0,03 м/с, т. е. менее чем на 1 %. Следовательно, полученные в первом
Приближении расчета элементы движительного комплекса винт—насадка задан-
3 Зак. 1067 65
ного грузового теплохода можно считать наивыгоднейшими, обеспечивающими
наивысшую скорость движения при полном использовании мощности главных
двигателей.
По результатам расчета определяют элементы поворотной направляющей
иасадки:
а) длину насадки /н = 0,85 • 1,82 = 1,55 м;
б) длину входной и хвостовой частей насадки /п = 0,4 • 1,55 = 0,62 м и
/к = 1,55 — 0,62 = 0,93 м;
в) площади рабочего, входного и выходного сечений, т. е.
Ръ = 3,14 (1,824-2-0,01) = 2,65 м2, fn= 1,3-2,65 = 3,44 м2, FK =
4
= 1,15-2,65 = 3,05 м2;
г) коэффициент качества комплекса винт—насадка |по формуле (110)] £ =
0,537 [ / о • 3 82 \
= — (з + V > + =
§ 21. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ЭЛЕМЕНТОВ СВОБОДНОГО ВИНТА
И ВИНТА В НАСАДКЕ ДЛЯ ТОЛКАЧЕЙ И ТУННЕЛЬНЫХ СУДОВ
Элементы свободного винта и винта в насадке для толкачей рассчи-
тывают в порядке, указанном для буксирных судов. При этом следу-
ет учитывать, что движительный комплекс толкача находится в двой-
ном попутном потоке — от корпуса толкача и толкаемого состава.
Поэтому скорость движения свободного винта или комплекса винт—•
насадка ve относительно попутного потока следует определять по
формулам (58) и
ve=v(l— ф,). (58а)
В этих формулах ф4 — суммарный коэффициент попутного потока в месте
расположения открытого винта и комплекса винт—насадка толкача, причем
Ф(-Ф+Фс- (ИЗ)
Здесь фс — коэффициент попутного потока от толкаемого состава;
ф — коэффициент попутного потока от корпуса толкача.
Для определения коэффициента попутного потока от толкаемого
состава фс можно применять следующую формулу проф. В. В. Звон-
кова:
" LK+l
где С — коэффициент, учитывающий изменение попутного потока в направ-
лении, перпендикулярном диаметральной плоскости толкача (для
винтов, расположенных в диаметральной плоскости состава, С =
— 0,90, для винтов, расположенных по бортам, С = 0,70 4- 0,83);
6ТС — коэффициент полноты водоизмещения барж заднего счала толкаемо-
го состава;
— площадь погруженной части мндель-шпангоута барж заднего счала
толкаемого состава;
66
Z-к — средняя Длина кормовой оконечности барж заднего счала толкаё-
мого состава (при ложкообразной форме LK = 0,5 В, при санеобраз-
ной — LK = 0,83 В);
I — расстояние данной точки попутного потока от кормы задней толкае-
мой баржи, поскольку в расчете требуется определить коэффициент
попутного потока от толкаемого состава в месте расположения
движительного комплекса, то можно принять / = LT (здесь £т —
длина толкача).
Таким образом, расчет элементов комплекса винт—насадка толка-
ча от расчета, изложенного в § 19, отличается следующим:
в качестве исходных величин должны быть дополнительно заданы
характеристики толкаемого состава 6Т С, т с, £к и I, коэффициент
попутного потока ф( в месте расположения диска винта и расчетную
скорость поступательного перемещения комплекса следует определять
с учетом попутного потока от корпуса толкача и от толкаемого состава.
Пример 23. Рассчитать элементы комплекса винт—насадка толкача мощно-
стью Ng = 590 кВт, обеспечивающие наибольшую полезную силу упора при
полном использовании мощности судовых двигателей. Исходные данные: ха-
рактеристики корпуса судна — £т = 38,5 м; В = 8,20 м; Тр = 2,13 м; Ур =
= 4,25 м3; 5 = 0,632; характеристика главных двигателей — 2 двигателя вну-
треннего сгорания марки R6DV-148 общей мощностью = 590 кВт (по 295 кВт),
п = 275 об/мин; число валопроводов х = 2; редуктора нет; расчетная скорость
толкания v = 3,34 м/с; сопротивление воды движению судна при расчетной ско-
рости 7?т — 7170 Н; характеристика толкаемого состава — две секции общей
грузоподъемностью 7500 т, учаленные в кильватер, площадь погруженного ми-
деля jg = 51,0 м2; длина кормовой оконечности LK = 7,00 м; коэффициент
полноты водоизмещения 6ТС = 0,903, приведенное сопротивление
R' := 6,76 кН • с2/м2.
Решение. 1. Принимают конструктивные элементы поворотной направляю-
щей насадки: /н = 0.80D; /п = 0,4/н; /и = 0,6 /н; ан = 1,30; рн — 1,12.
2. Определяют мощность, подводимую к движителю, по формуле (62):
590
= -g-0,97 = 285 кВт.
3. Поскольку предварительного расчета элементов комплекса винт—насадка
не выполнялось, то ориентировочно для расчета в первом приближении прини-
мают: диаметр винта £>==0,87'р = 0,8 2,13 = 1,70 м, упор комплекса из вы-
ражения Рк ~ 1304-150 H/кВт, Рк = PKNg = 140 • 295 = 41300 Н.
4. В соответствии с рекомендациями § 18 принимают г — 4.
Дальнейший расчет иаивыгоднейших элементов заданного толкача выполнен
в табличной форме (табл. 18) методом последовательных приближений по диамет-
ру винта D. При этом после п. 8 для выбора расчетной диаграммы принимают
число лопастей г = 4 и выбирают дисковое отношение винта по формулам (79),
(80) н (101) из условий:
1,75 - 26500 „ ,
а) прочности винта 0, । 702)/4|55000~ °,372, при этом для опре-
деления упора винта в насадке Р вычисляют приближенное значение коэффи-
циента нагрузки по формуле (98)
1,75 • 26 500
41 300
-------------------:------------------=5,12,
1000 3, 14-1,702
---------------------2,672
2 4
а коэффициент засасывания насадки tK — f (ок) принимают по рнс. 17.
41 300
Тогда упор винта Р — । р 55 ~ 26500 Н;
3*
67
Таблица 18. Расчет наивыгоднейших элементов комплекса
винт — насадка толкача мощностью 590 кВт______________
№ п/п Характеристика, размерность Значение характеристики
1-е прибли- жение 2-е прибли- жение
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 ... И 15 16 17 18 19 20 21 22 б) D, М DITK K^f(D/TK). По рис. 13 ( 0,16 6х 1/ VV х И D J „ «т.сУ $т.с 1,70 0,80 1,07 0,101 0,106 0,207 2,67 1,22 0,330 0,770 0,504 1,76 0,874 0,188 0,76 1,45 1,056 1,18 1,023 4,38 0,132 33600 толщины ло 1,76 0,825 1,Н 0,104 0,106 0,210 2,64 1,222 0,331 0,771 0,505 1,74 0,883 0,189 0,76 1,445 1,052 1,185 1,023 4,38 0,135 32600 пасти винта
VC ~ ^<4 “Ф# =‘Ф + 'Фс Ve = V (1— К Ve 1,9 Д/л Лк = ВД) Ve Dopt — . fl /'и e 1,7-Dopt/ KK=f^e, л/D) Kj = ^e/l4Cit m2=f(Krf, H/D S% — /С+т,г2 (1 — HjL Sj =K+wii (1 — 8 I 1 > °K“ п Ы t=i (tfK. Ф)- n< Pe = KI(pn2D4 непревышения l f/C /7 - По диаграмме (см. рис. 2, прил. VIII) м гк . По диаграмме (см. рис. 2, прил. VIII) ). По рис. 16 К) )). По рис. 16 К) 2 5 рис. 15 1—/) Slf Н максимальной относительной
[ 0,075-4 \2/3 7/ 1,75-26500
02 > °’375 ( 1,70-071?J ]/ Ю0 000 " =
отсутствия кавитации
____________________________3270-285________________
03 > 4,58-1,703 1101 300+9810 (2,13 —1,70) —1710)
Максимальное значение дискового отношения винта (02 0,424) округля-
ют до ближайшего диаграммного значения 0д = 0,58 и дальнейший расчет эле-
ментов комплекса выполняют с помощью диаграммы (см. рис. 2, прил. VIII),
построенной для четырехлопастных винтов в насадках с 0 — 0,58 и формой кон-
тура лопасти типа «Трооста».
При определении дискового отношения принимается стальной винт, рассчи-
танный на работу толкача в битом льду, для которого Ршах = 55000 Па, а' =
— 0,075 и т = 1,75.
В результате расчета элементов винта в первом приближении оказалось, что
оптимальный диаметр винта (DOpt = 1,76 м) почти на 4 % отличается от задан-
ного. Поэтому далее выполняют расчет движительного комплекса винт—насад-
ка заданного толкача во втором приближении, в результате которого полученный
оптимальный диаметр винта отличается от заданного всего лишь на 1,14 %. Сле-
довательно, элементы комплекса винт—насадка во втором приближении расчета
можно считать оптимальными.
Дополнительно определяют еще ряд величин.
1. Силу упора толкача в состав по формуле (107): F.t = 2 • 32600 — 7170 =
= 58030 Н.
2. Буксировочный коэффициент полезного действия судна [формула (108)]:
58030 • 3,34
Т|<' ~ 1000-590 ~ °>330-
3. Коэффициент качества комплекса винт—насадка [по формуле (НО)]: £к =
°’505 (п , , Г 2 4.38 \
- — [3 + у 1 + -П2-) = «-ге6-
4. Элементы направляющей насадки:
а) длину насадки /н = 0,80 1,74 = 1,39 м;
б) длину входной части /п = 0,4 1,39 = 0,555 м;
в) длину хвостовой части /к = 1,39 — 0,555 = 0,835 м;
3,14
г) площадь рабочего сечения Fp — —— (1,74 -|- 2 • 0,01)2 = 2,44 м2;
д) площадь входного сечения Fn = 1,30 • 2,44 = 3,17 м2;
е) площадь выходного сечения FK = 1,12 • 2,44 = 2,73 м2.
§ 22. РАСЧЕТ ВОДОМЕТНЫХ ДВИЖИТЕЛЕЙ
На речном транспорте получили распространение водометные дви-
жители. Особенно широко они используются на судах, эксплуатируе-
мых на малых реках и на реках с засоренным фарватером.
Водометный движитель (рис. 18) представляет собой трубу 4 плав-
ных очертаний, в которой размещается винт 3, связанный с валом дви-
гателя 6. При работе винта вода всасывается во входное отверстие 7 и
выбрасывается в выходное /. Труба движителя размещается в кормо-
вой части судна таким образом, что входное отверстие располагается
Рис. 18. Схема одновинтового водометного движителя
АО
обычно ближе к носу судна, чем выходное. Входные отверстия большей
частью находятся в днище судна, но могут быть и по бортам. В первом
случае движитель имеет несколько больший коэффициент полезного
действия вследствие относительно меньших гидравлических потерь.
Отрицательным при этом является возможный подсос кормы судна к
дну реки.
По расположению выходного отверстия различают водометные
движители с подводным, полуподводным и надводным выбросом струи
воды. Исследования водометных судов, проведенные в ЛИВТе, выя-
вили целесообразность применения водометных движителей с полу-
подводным выбросом струи. Для улучшения ходовых характеристик
судна в конструкцию современных водометных движителей включа-
ются контрвинты 2. Для предотвращения попадания в винт твердых
предметов и водорослей во входном отверстии установлена защитная
решетка 5.
Рассмотрим основные элементы и соотношения элементов водомет-
ных движителей, имеющих горизонтальное расположение оси водо-
метной трубы, полуподводный выброс и днищевое подтекание воды.
У винта, расположенного в водометной трубе, различают те же
основные элементы и соотношения, что и у обычных гребных винтов
(поэтому их обозначения здесь не повторяются). К основным элемен-
там трубы относятся:
Dp — диаметр рабочего сечения трубы в месте расположения вин-
та, причем
Dp = D4-2A.
В этой формуле приняты следующие обозначения:
А — зазор между концами лопастей винта и внутренней поверхно-
стью в рабочем сечении, А — 0,003-4-0,007 м;
/т— длина трубы; рекомендуется принимать /т — (1,15-4-2)7);
Fp — площадь рабочего сечения трубы, причем
л(О+2А)* nD*
Fp=-----------= — , (115)
Fa — площадь входного отверстия трубы,
/?п = атДр; (116)
ат — коэффициент раствора входного сечения трубы, ат = 1,3-4-1,4;
FK — площадь выходного отверстия трубы, причем
7к=ртГр, (117)
где Рт — коэффициент расширения выходного сечения трубы, имеющего ци-
линдрическую форму, Рт = 1.
Элементы движительного комплекса водометного судна могут быть
рассчитаны с помощью диаграмм систематических испытаний моделей
винтов в свободной воде (см. прил. VI), пользуясь методом экви-
валентного винта. При этом учитывается взаимодействие работы винта
в трубе и корпуса судна, а также ликвидация концвых потерь. Метод
расчета разработан коллективом научных сотрудников в ЛИВТе.
70
Рис. 19. График для определения коэффициента засасывания водометного комп-
лекса
Для водометных движителей так же, как и для гребных винтов, раз-
работаны два типа расчета, проектировочный и поверочный, причем
проектировочный расчет разделяется на две стадии. Ниже описана
вторая стадия проектировочного расчета, т. е. расчет наивыгоднейших
элементов водометного движителя при полном и наиболее эффектив-
ном использовании мощности судовой энергетической установки. Ис-
ходными данными для расчета являются: характеристика корпуса —
L, В, Т, V, 6 и Я = f (и); характеристика силовой установки —(Уэ(г>,
п, i, число валопроводов х, диаметр винта D и скорость движения с
составом v. Этот расчет для буксирного судна может быть выполнен
в следующем порядке1.
1. По формуле (62) определяют мощность, подводимую к винту, рас-
положенному в трубе.
2. Пользуясь приведенными выше соотношениями, принимают ос-
новные элементы водометной трубы Dp, l.t, Fp, Fa, FK, ат и PT.
3. Дальнейший расчет выполняют методом последовательных при-
ближений по коэффициенту нагрузки по полезной тяге <ге. Его значе-
ние в первом приближении определяют по формуле
Полезная тяга в выражении (118) может быть принята
Ре = (130—150)AZp. (119)
4. С графика (рис. 19) по отношениям 1/сг е и Т/D снимают значения
коэффициента засасывания t одновинтового водометного комплекса.
Если рассчитываются элементы водометного движительного комп-
лекса с двумя отливными трубами, то из полученного значения коэф-
фициента засасывания надо вычесть поправку Л/, учитывающую влия-
1 Порядок расчета дан для случая, когда предварительный расчет элементов
движителя при выборе двигателя не производился.
_at = f(i/te\ —=
— —
at
0,10
0,05
О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 1/de
Рис. 20. График для определения до-
полнительного коэффициента заса-
сывания двухвального водометного
комплекса
ние расположения винтов на засасывание водомета. Следовательно,
для двухвальных движительных водометных установок принимают
/' = / — А/.
Поправку А/ находят в зависимости от коэффициента нагрузки ое
по графику, приведенному на рис. 20.
Если водометное судно предполагается использовать в условиях
мелководья, то из полученных значений коэффициентов засасывания
t и t' следует вычесть дополнительную поправку А/;[, учитывающую
влияние относительной осадки T/h на засасывание водометного дви-
жителя. Эту поправку находят при помощи графика (рис. 21) по коэф-
фициенту нагрузки ае и относительной осадке T/h.
Таким образом, коэффициент засасывания с учетом мелководья
определится так:
для одновинтового водометного комплекса
(120)
для двухвинтового водометного комплекса
t'h = t' -Mh. (120а)
5. С графика (рис. 22) снимают значение относительной скорости
протекания воды через гидравлическое сечение водометного движителя
1 -Т t
в зависимости от отношения ——, после чего определяют значение
средней скорости по выражению
Рис. 21. График для определения дополнительного коэффициента засасывания
водометного комплекса с учетом влияния мелководья
72
Рис. 22. График для определения
относительной скорости протекания
воды через сечение водомета
— Одновинтовое судно и
" Двухвинтовое судно +

Задний ход — — —
~ ^Передний ход

1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
° 0,1 0,2 ~~ЦЗ 7щУбр
vfa
6. Находят относительную расчетную скорость винта в водометной
трубе
— ае
Тв= T~=Ds~ 4(1+ t)vs 1 <122)
7. Определяют расчетную скорость винта водометного движителя
аР=Тв^.
8. Вычисляют упор винта, расположенного в водометной трубе
Р = -~г- (123)
1 -р I
9. По значению расчетного коэффициента К'п или Kd (так же, как
для обычных гребных винтов) выбирают число лопастей винта z и то
трем условиям (прочности, максимальной относительной толщины
лопасти и исключения кавитации) выбирают дисковое отношение винта.
Далее (так же, как и для обычных винтов) выбирают расчетную
диаграмму. При этом расчетное дисковое отношение округляют до
диаграммного.
10. По формуле (56) находят относительную поступь водометного
винта.
11. Определяют коэффициент нагрузки винта, помещенного в
водометной трубе, по формуле, аналогичной формуле (98).
12. С графика (рис. 23) по значениям коэффициента нагрузки вин-
та ор и относительной поступи Zp находят исправленное значение ко-
эффициента нагрузки винта в водометной трубе на влияние исключения
концевых потерь хор.
13. Определяют коэффициент упора винта, помещенного в водомет-
ной трубе,
Кх =v(wp)Xp2- (124)
14. С диаграмм систематических испытаний моделей винтов (см.
прил. VI) снимают значение конструктивного шагового отношения и
к. п. д. водометного винта. Затем определяют исправленное значение
шагового отношения
///0 = 0,94
(125)
15. Определяют потребную мощность для работы водометного винта
при заданных в первом приближении условиях:
р nD2 (х^р) «р „ «р
/VD1 =-*- —-----1—- = 0,392D2 (zap) —Е-.
P1 2 4 1000rjp Пр
Полученную в п. 15 мощность Wpl сравнивают с заданной, и если
они не совпадают, то делают расчет во втором приближении и. т. д.
Коэффициент нагрузки движительного комплекса водометного судна
по полезной тяге во втором приближении находят из соотношения
<126>
Полученные в последнем приближении результаты расчета явля-
ются искомыми.
Дальнейший расчет силы тяги на гаке и к. п. д. может быть выпол-
нен в нижеследующей последовательности.
16. Определяют полезный упор комплекса:
_ р лО2
— р2-
(127)
17. Находят силу тяги на гаке:.
Fp~xP е—.
18. Вычисляют величину буксировочного к. и. д. судна:
Fr v
По= Ю0()Л'о ' (128)
19. Определяют коэффициент качества движительного комплекса
водометного судна:
__ Ре у 3 ф- Д/1 4~2ое 3 -рД/ 1 + 2ое
100(Wp 4 ~ 11 4 ’ ( )
Наивыгоднейшне элементы винта водомета небуксирного судна
рассчитывают также при условии полного и наиболее эффективного
использования мощности судовой энергетической установки. При этом
стремятся получить наивысшую скорость движения, как и у судов с
винтовыми движителями. Расчет ведут методом последовательных
приближений по скорости движения судна. Порядок расчета анало-
гичен рассмотренному выше.
Его отличительные особенности заключаются в следующем:
в п. 2 расчета прежде всего задаются предполагаемой скоростью
движения небуксирного судна в первом приближении V, а затем,
пользуясь кривой R = f (v), определяют полезную тягу винта Ре —
= R/x;
если полученная в первом приближении потребная мощность Л-р1
не совпадает с заданной мощностью, подводимой к движителю, то
производят расчет во втором приближении и т. д. Скорость движения
судна для второго приближения определяют по формуле (75).
По результатам расчета в последнем приближении определяют
пропульсивный коэффициент полезного действия по формуле
Ре у
11 ~ 1000Л'р
и коэффициент качества движительного комплекса водометного судна
по формуле (129).
Если диаметр винта водометного движителя не задан, то его можно
определить по приближенной формуле В. М. Лаврентьева
или принять по конструктивным соображениям.
Пример 24. Рассчитать для буксирного теплохода элементы водометного
движителя, имеющего прямую горизонтальную водометную трубу с полуподвод-
ным выбросом струи. Исходные данные, характеристика корпуса судна — L =
= 18 м; В = 3,85 м; Тр = 0,62 м; Vp = 31,4 м3; характеристика судовой энер-
гетической установки — один двигатель внутреннего сгорания марки ЗД6 мощ-
ностью 7Va = 110 кВт, п = 1500 об/мин; i = 3. Число валопроводов х = 1,
диаметр винта D = 0,95 м. Расчетная скорость движения при буксировке v =
= 2,22 м/с. Сопротивление воды движению судна при расчетной скорости R =
= 1300 Н.
Таблица 19. Расчет наивыгоднейших элементов водометного
движителя буксирного теплохода мощностью НО кВт
№ п/п Характеристика, размерность Значение характеристики
1-е приб- лижение 2-е приб- лижение 3-е приб- лижение
1 ое (задаются) 7,90 9,80 9,44
2 Т/d\. По графику (см. рис. 19) 0 0,027 +0,025
\Ре 1
3 v /1 + / \ — fl . По графику (см. рис. 22) 0,427 0,400 0,404
\ ое /
4 vs = vs/v 2,34 2,50 2,47
5 - Ое ув — Vo — 1,500 1,546 1,540
Гв s 4(1 + 0 »s
6 «р = Тв". м/с 3,33 3,43 3,42
7" Р=-—- , н 14400 —
1+/
8 к-__Е₽_| /-£- Kn Vn |/ Р 0,558 —
9 г. По значению К'п, лопасть 4 — —
тР
10 6, > 0,545 —
л/)2
" "max 4
( а' г \2/3 3 / тР
0, >0,375 ] / 0,482 — —-
k г>бтах / V юоооо
3270Np 0 456
U3sSS «рз [ Ю1300+у (7’к—D) + Pdl
11 ч— 0,421 0,434 0,433
р nD
19 Ое 3,51 4,01 3,90
ир-(1+0
13 х<Тр=/ (dp, А.р). По графику (см. рис. 22) 3,20 3,60 3,53
14 Ki- g (wP)^ 0,222 0,266 0,261
15 1р) 1 диаг₽а^'е 0,825 0,93 0,925
16 > (см. рис. 5, Лр=/1 (^1> Лр) J прил. VI) 0,490 0,473 0,480
17 f//D=0,94 0,763 0,874 0,870
18 Pt’p „ Nt>= , кВт 84 108 104
p 1000т]р

Решение. 1. Определяют мощность, подводимую к движителю: Np — х
X 0,97 0,97 =л 103 кВт.
2. Вычисляют основные элементы водометной трубы:
диаметр рабочего сечения трубы Dp = 0,95 2 • 0,005 = 0,96 м;
длину трубы /т =1,6 D = 1,6 • 0,95 = 1,52 м;
3 14-0 952
площадь рабочего сечения [по формуле (115)] Fp = —--’----- = 0,706 м2;
коэффициент раствора ат = 1,35;
коэффициент расширения ₽т = 1,0;
площадь входного отверстия трубы [ по формуле (116)]
Fa = 1,35 • 0,706 = 0,953 м2;
площадь выходного отверстия трубы [по формуле (117)]
FK = 1-0,706 = 0,706 м2.
Дальнейший расчет выполняют в табличной форме (табл. 19) методом после-
довательных приближений, по коэффициенту нагрузки ае, по полезной тяге.
В первом приближении значение ое определяем, исходя из формулы (118):
14 400
= 7 9
1000 3,14-0,952------’ ’
--------:-------- 2 222
2
Ое =
4
где полезная тяга согласно (119) принята
Ре = 140-103 = 14400 Н.
Величины в пп. 7—10 рассчитывают для выбора числа лопастей и дискового
отношения винта, помещенного в водометную трубу. При этом, в соответствии
с ранее указанными рекомендациями принято: т = 1,5; 6тах = 0,1; Ртах —
= 55000 Па и а' = 0,075.
Во втором и третьем приближениях эти величины вновь не вычисляют,
так как полученное изменение нагрузки не оказало на них существенного
влияния. Во всех приближениях расчета пользуются расчетной диаграммой
(см. рис. 5, прил. VI).
Коэффициент нагрузки для второго приближения расчета [формула (126)]
Ое2 = 7,9 эд- = 9,8 и т. д.
В третьем приближении расчета мощность Np*, потребляемая винтом,
оказалась почти равной мощности 7Vp, подводимой к винту. Следовательно
полученные в этом приближении элементы движителя можно считать при дан-
ных условиях наивыгоднейшими.
По результатам расчета в последнем приближении определяют: полезную
тягу комплекса [по формуле (127)]
Ре=9,44
1000 3,14-0,952
—---------------- 2,222= 16 400 Н;
2 4
силу тяги на гаке Fr = 16400—1300 = 15100 Н;
коэффициент качества движительного комплекса [по формуле (129)] Ек =
16400-2,22 з + у~+ 2-9,44
1000 -103 4 ~ °’658-
§ 23. РАСЧЕТ ДВИЖИТЕЛЕЙ СКОРОСТНЫХ СУДОВ
Общие данные. В последние два десятилетия на речном транспорте
широкое распространение получили скоростные суда: глиссирующие,
на подводных крыльях (СПК) и на воздушной подушке (СВП). Кор-
пуса этих судов при рабочих скоростях движения полностью или почти
77
полностью выталкиваются из воды вследствие действуя подъемной
силы на днище и на подводные крылья судна. Поэтому для скоростных
судов пришлось создавать такие движители, которые учитывали бы
особенности их работы. К последним относятся обтекание гребных
винтов скоростных судов косым потоком из-за наклона гребного вала,,
применение частично погруженных в воду гребных винтов, а также
специализированных водометных движителей и воздушных винтов..
Движители скоростных судов должны надежно работать в условиях
резкого изменения осадки судов, в том числе при полном отрыве кор-
пуса от поверхности воды, использовать большие мощности главных
двигателей при ограниченной площади гидравлических сечений и вы-
сокой частоте вращения, быть эффективными в условиях развитой
кавитации. Все движители скоростных судов рассчитываются на по-
лучение максимальной скорости движения при полном и наиболее
эффективном использовании мощности главных двигателей. Число
движителей обычно принимается равным числу установленных на;
судне главных двигателей, а число лопастей гребных винтов с целью
снижения вибрации рекомендуется принимать равным 5—6.
Для расчета наивыгоднейших элементов движителя без выполнения
предварительного их расчета задаются ожидаемой рабочей скоростью
движения судна v. В первом приближении ее можно принять равной
скорости судна-прототипа.
Ниже излагаются порядки расчета различных типовых движителей
скоростных судов.
Расчет полностью погруженных гребных винтов. Гребные валы
полностью погруженных винтов скоростных судов обычно наклонены
к уровню свободной поверхности воды под углом ув, не превышающим
12°. В рабочем режиме они вынуждены работать при больших коэффи-
циентах нагрузки и частоте вращения, соответствующих второй и
третьей стадии кавитации. Эти особенности и учитываются при расчете
таких винтов.
Исходные данные те же, что и для расчета наивыгоднейших элемен-
тов винтов небуксирных судов (см. § 16); кроме того, дополнительно
задается угол наклона гребного вала у„.
Схема расчета выглядит следующим образом.
1. Определяют расчетную мощность, подводимую к винту, кВт
r]n Лв кв/х , (131)
где kR — коэффициент, вводимый в расчет для судов на воздушной подушке и
учитывающий расход мощности на поддержание СВП в воздухе;
= 0,504-0,67, при этом относительно большие значения принимают
для скеговых СВП; для СПК и глиссеров kB = 1,0.
2. Вычисляют ориентировочный диаметр винта, м:
3. Определяют шаговое отношение нулевого упора винта:
v cos yb
(777^ = 0,544-0,8--------—
J1L/q
(133)
78
Рис. 24. График для определения влияния наклона гребного вала на коэффици-
ент условного попутного потока ЧГу =f(yB, H/D)
4. С графика (рис. 24) снимают значение коэффициента условного
попутного потока ipv.
5. Находят относительную поступь винта X — —и с одного из
графиков, приведенных на рис. 25, наиболее соответствующего значе-
нию HID, снимают условный коэффициент засасывания tv.
6. Вычисляют скорость набегания воды на винт:
пр=п(1 — фу), (134)
7. Определяют упор винта:
x(l — /v)c°sYb ’
где R — сопротивление движению судна при ожидаемой скорости.
Рис. 25. Графики для определения влияния наклона гребного вала на условный
коэффициент засасывания =^(у„, X)
8. Так же, как и в § 16, из трех условий определяют дисковое отно-
шение винта. При этом допускаемое давление на лопасть и коэффици-
ент прочности винтов принимают по табл. 12. В случае определения
дискового отношения при условии отсутствия кавитации по формуле
(83) глубину погружения оси винта под воду вычисляют по формуле
/iB = ftK+(0,5+Aft)Do, (136)
где ftK — глубина погружения кормового крыла;
Aft — относительный зазор между краем лопасти винта и кормовым крылом
(Aft = 0,18 4- 0,24).
Глубина погружения крыла
hK — hb,
где Л — относительное углубление крыла; для речных мелкосидящих СПК
ft = 0,1 -г 0,4; для СПК с повышенной мореходностью ft = 0,5 -=- 1,0;
b — хорда крыла.
9. В соответствии с указаниями, содержащимися в п. 7 § 16, вы-
бирают диаграмму для расчета гребных винтов.
10. По формуле (60) вычисляют диаграммный коэффициент Kh-
11. В порядке, изложенном в пп. 8—11 § 16, определяют относитель-
ную поступь винта Хр и ее исправленное значение, оптимальный диа-
метр D и коэффициент упора винта, конструктивное шаговое от-
ношение HID и расчетный коэффициент полезного действия т]0 винта.
12. Находят пропульсивный к. п. д. с учетом взаимодействия с
корпусом судна:
1—tv
Ц=- — i] pCoS-yB. (137)
1—ip?
13. Подсчитывают потребляемую винтом мощность:
Rv
(138)
хц
Ее сравнивают с подводимой к нему мощностью Nv, полученной в
п. 1 расчета.
Если /Vpj не совпадает с Np, то выполняют расчет винта во втором
приближении, при новом значении скорости движения, полученном
по формуле (75), и т. д.
По данным расчета, в последнем приближении по формулам (84)
и (85) вычисляют соответственно коэффициенты качества и нагрузки
гребного винта.
При выполнении расчета наивыгоднейших элементов гребных вин-
тов быстроходных судов следует иметь в виду, что винты из обычной
стали нередко оказываются недостаточно прочными, вследствие чего
их дисковое отношение по условию прочности получается очень боль-
шим. Для его снижения до значения 0 = 0,7—1,5 приходится изго-
товлять такие винты из высокопрочной нержавеющей стали или спе-
циальной бронзы.
Вызывает трудности также обеспечение работы винтов быстроход-
ных судов при условии отсутствия кавитации. Для этого также при-
ходится принимать высокие значения дисковых отношений таких вин-
80
тов или устанавливать так называемые супер кавитирующие винты,
работающие во второй стадии кавитации, при которой значительно
меньше разрушается поверхность винтов, но вместе с тем обеспечива-
ется и несколько меньшая полезная тяга. Расчеты винтов быстроход-
ных судов осуществляются по особым расчетным диаграммам.
Расчет частично погруженных в воду гребных винтов. В условиях
мелководья используются суда на подводных крыльях с малой осад-
кой. На таких судах можно использовать частично погруженные в
воду гребные винты, лопасти которых при рабочих скоростях движения
частично выходят за пределы поверхности воды. Их применение позво-
ляет уменьшить угол наклона гребного вала к поверхности воды и
косое натекание воды на винт, но вместе с тем способствует возникно-
вению дополнительного волнообразования и разбрызгивания и нару-
шению сплошности потока. Поэтому использование таких винтов не
всегда эффективно. Граница эффективности их применения определя-
ется в процессе выполнения расчета.
Исходные данные для расчета частично погруженных винтов при-
нимаются те же, что и для расчета наивыгоднейших элементов винтов
небуксирных судов (см. § 16). Кроме того, дополнительно задаются:
относительное погружение гребного винта Т = TJD (Тв — погруже-
ние нижней кромки диска винта и диаметр винта D). Расчет выполняют
по приведенной ниже схеме.
1. По формуле (133) определяют шаговое отношение нулевого упора
винта (///£>)i и с графика (см. рис. 24) снимают значение коэффициен-
та условного попутного потока
2. По формуле (134) вычисляют скорость набегания воды на винт
цр.
3. Находят относительную поступь винта Хр = vvlnD и с одного из
графиков (см. рис. 25), соответствующего значению HID, снимают
условный коэффициент засасывания ty.
4. Так же как и в пп. 7—9 предыдущего расчета определяют упор
винта Р и выбирают дисковое отношение винта 0 и расчетную диаграм-
му.
5. По формуле (57) вычисляют коэффициент упора
6. По графикам, приведенным на рис. 26, находят:
а) исправленное значение коэффициента упора (см. рис. 26, а)
ТУ,
б) относительное снижение к. п. д. частично погруженных винтов
(см. рис. 26, б)
ту,
в) поправку на влияние числа лопастей (см. рис. 26, в)
z).
7. С выбранной в п. 4 расчетной корпусной диаграммы снимают
значения шагового отношения и к. п. д. винта:
Я/Г=НХР, Л{);
1lp=fi(^р> К1).
$1
Рис. 26. Графики для расчета гидромеханических характеристик частично по-
груженных винтов: TB/D); nl\z=f(Ki)
8. По формуле (137) вычисляют пропульсивный к. п. д.
9. Определяют потребляемую винтом мощность:
Rv
Wpi= —=-Т—, (139)
* W T)z
которую так же, как и в предыдущем расчете, сравнивают с расчетной
мощностью Л'р и при необходимости выполняют расчеты во втором и
следующих приближениях.
По результам расчета винта в последнем приближении определя-
ется целесообразность применения частично погруженных винтов.
Для этого на выбранной корпусной расчетной диаграмме находят от-
носительную поступь нулевого упора соответствующую точке пере-
сечения кривой HID с осью абсцисс. Затем вычисляют критическую
относительную поступь:
^ркр= —0,45. (140)
Если Хр <; Хр то применение частично погруженных винтов яв-
ляется нецелесообразным.
Расчет водометных движителей скоростных судов. На скоростных
судах, эксплуатирующихся в условиях мелководья, могут быть
установлены одно- или многоступенчатые водометные движители осе-
вого типа. Они позволяют уменьшить габаритную осадку судна, ликви-
дировать вредное влияние скоса потока в диске винта, улучшить защи-
ту винтов от ударов о твердые плавающие предметы. Возможное
увеличение диаметра винта в водометной трубе и применение много-
ступенчатых водометов позволяют снизить или совсем исключить ка-
витацию винтов. Площадь выходного сечения водометной трубы на
скоростных судах обычно делается меньше площади рабочего сечения
с целью осуществления конструктивного поджатия струи для увеличе-
ния полезной тяги винтов.
82
Исходными данными для расчета наивыгоднейших элементов водо-
метных движителей быстроходных судов являются те же, что и в рас-
чете погруженных винтов. Дополнительно задается высота подъема
центра тяжести сечения струи h0 над уровнем свободной поверхности
воды. Методика расчета водометных движителей быстроходных судов
существенно отличается от изложенной в § 22 методики, применяемой
для обычных водоизмещающих судов. Поэтому ниже она излагается
более подробно. Расчет ведут по следующей схеме.
1. По формуле (131) определяют расчетную мощность Мр, подво-
димую к движителю.
2. По формуле (134) вычисляют скорость ve набегания воды на
винт, находящийся в водометной трубе. При этом для СПК коэффи-
циент попутного потока ф принимается равным нулю, а для глиссеров
(141)
где Dc — весовое водоизмещение судна, Н;
й — смоченная поверхность днища глиссера, м2:
Р = ^с2р.
(Здесь X — среднее удлинение глиссера, причем X = Lcp/Bcp);
Вср — средняя ширина поверхности глиссера, определяемая согласно
рекомендациям, приведенным в § 10.)
3. Принимают коэффициент засасывания tv = ф и по формуле (135)
определяют полезную тягу водометного комплекса Ре при ув = 0.
4. Вычисляют расчетный коэффициент
t,h=2gh0/v2e
(142)
и по его значению с графика, приведенного на рис.27, при максималь-
ном к. п. д. т]с, соответствующем кривой находят коэффициент
реактивной нагрузки движительного комплекса <за.
жителя
83
5. По графику (рис. 28) находят относительную скорость выброса
струи va = f (оа), а затем вычисляют ее абсолютное значение:
va = vave.
6. Рассчитывают параметры водометной трубы:
а) площадь выходного сечения га —-----
б) скорость протекания воды через рабочее сечение
ws = (0,06 — 0,08) Уva Fa п2 ,
где п — частота вращения движителя, об/мин;
в) полезную площадь гидравлического сечения движителя, учи-
тывающую площадь ступицы,
(143)
(144)
(145)
Ff = Fa^s,
(146)
г) коэффициент конструктивного поджатия трубы
₽о=^о/^. (147)
При |За > 1 принимают Ра = 1.
7. Определяют перепад давления потока ДР на гребном винте,
при коэффициенте поджатия струи на бесконечном удалении за дви-
жителем а = 0,935 и коэффициенте гидравлических потерь в трубе
g = 0,25:
va vl
&P=p (1-R) —р — + Vft°. (148)
где у — удельный вес, Н/м3.
8. Вычисляют коэффициент перепада давлений:
ДР
<?1 =-------- (149)
4npFp п2
относительный диаметр ступицы
Рис. 30. График зависимости
ka=f(Oa, Рп)
84
9. Определяют диаметр гребного винта
л (1 —d2)
(150)
10. Рассчитывают коэффициент нагрузки комплекса по полезной
тяге:
oe=0a₽a(l-i|>)2(l-d2). (151)
11. По графику (рис. 30) находят поправочный коэффициент ka и
с его учетом вычисляют коэффициент засасывания водомета:
/в = йора—1. (152)
12. Вычисляют расчетную поступательную скорость эквивалент-
ного винта:
а) относительная
vs ае v
<153>
б) абсолютная
»р = Тр«- (154)
13. Находят упор гребного винта в водометной трубе:
P=l,17APFp. (155)
14. По указанным в § 16 трем условиям рассчитывают и выбирают
дисковое отношение винта. При этом для его определения из условия
отсутствия кавитации:
а) находят число кавитации
2(101 зоо-Лг+уЛв)
%=------------------• <156>
где давление насыщенных паров Pd принимают по данным, приведен-
ным в § 16;
б) определяют коэффициент нагрузки по упору винта в водометной
трубе
2Р (1 — ri~)
и по его значению с графика (рис. 31) снимают кавитационную харак-
теристику Кс = f
в) вычисляют дисковое отношение винта
0,53 (1,1 -d) Кс v2s
03 > ----------------------, (158)
(1+x+^Bx-U) «2е -vs2
где СБх — коэффициент потери напора, зависящий от конструкции водозабор-
ника и определяемый по графику, приведенному на рис. 32.
15. Согласно указаниям, содержащимся в § 16, выбирают дисковое
отношение винта и расчетную корпусную диаграмму. Число лопастей
при этом для винтов в водометных трубах принимают z = 4.
85
Рис. 32. График для определе-
ния напора на выходе водоза-
борника
Рис. 31. График для определе-
ния кавитационной характери-
стики водометного движителя
16. По выражению (56) находят относительную поступь винта в
водометной трубе.
17. Определяют коэффициент нагрузки эквивалентного винта по
упору
и по графику (см. рис. 23) находят его исправленное значение с учетом
ликвидации концевых потерь упора
XGp = f (Op, Хр).
18. По формуле (124) вычисляют коэффициент упора винта.
19. По выбранной в п. 15 расчетной диаграмме находят к. п. д. и
шаговое отношение винта:
^lp = f (^р>
Я/О = Л (Хр, Kj).
По последнему определяют
(H/D)l = 0,94H/D.
20. Вычисляют мощность, потребляемую винтом,
Pvv
Npl^ 1000t]p ’
которую сравнивают с расчетной мощностью Л/’р, и если она с послед-
ней не совпадает, то расчет повторяется во втором приближении по
скорости движения, определяемой по формуле (75), и т. д. Корпусная
расчетная диаграмма при этом обычно не меняется.
86
По данным расчета, в последнем приближении вычисляют: про*
пульсивный к. п. д.
и коэффициент качества водометного движителя [по формуле (129)].
В процессе расчета наивыгоднейших элементов водометного дви-
жителя также могут оказываться очень большими дисковые отношения
винтов, рассчитанные по условиям прочности отсутствия кавитации.
Для их снижения по первому условию винты принимаются из высоко-
прочных сталей, а по условию исключения кавитации винты в водо-
метной трубе устанавливаются двух- или трехступенчатыми.
Расчет воздушных винтов амфибийных судов. Воздушные винты
нашли применение на судах на воздушной подушке (СВП) амфибий-
ного типа, т. е. эксплуатирующихся при рабочих режимах с полным
отрывом корпуса от поверхности воды. Такие винты создают полезную
тягу в результате действия реактивной силы отбрасываемого ими воз-
духа. Располагаются они на палубе судна и могут быть как открыты-
ми, так и в направляющих насадках. Воздушные винты считаются
эффективными при высоких скоростях движения.
Исходными данными для расчета воздушных винтов служат те же,
что и для расчета гребных винтов СПК- Расчет производят при не-
скольких скоростях движения, близких к ожидаемой; при этом первую
из них принимают заведомо меньше ожидаемой, а последнюю — боль-
ше. Число лопастей воздушных винтов принимается z = 2.
Расчет ведут по следующей схеме.
1. Устанавливают диаметр винта
D = kB. (160)
где k — коэффициент (k 1 при х = 1, k 0,4 при х = 2).
Значения этого коэффициента принимают по конструктивным соображениям
или по прототипу.
2. Вычисляют окружную скорость края лопасти винта:
U = nDn. (161)
3. Рассчитывают концевое число Маха:
Ma = Vu2 + v2 /С,
(162)

(163)
где С — скорость звука в воздухе (С = 340 м/с).
4. Находят коэффициент мощности, затрачиваемой на движение,
0в
хра р3 D5
где коэффициент^ принимают в соответствии с указаниями к формуле (131).
5. Определяют индуктивный угол атаки лопасти винта:
V
а=р,—arctg——, (164)
и,/01/
где pt — индуктивный угол установки лопасти; находят по графику (рис. 33, а)
в зависимости от коэффициента мощности и относительной поступи вин-
та U1 = f (KN, X)].
«7
Рис. 33. Графики зависимостей для расчета характеристик воздушного винта:
a) Ki=f (Кй к И); a=f(Ma, k$); в) aP=f(Ma, kM)
Значение X вычисляют по формуле (56).
6. Вычисляют исправленное значение коэффициента мощности
Kfj ~ , (165)
где (а, Ма) — поправочный коэффициент, снимаемый с графика, приведен-
ного на рис. 33, б.
7. По графику (см. рис. 33, а) находят уточненный конструктивный
угол установки лопасти р = / (K'n, А.) и по формуле (164) вычисляют
кромочный угол атаки ар.
8. По графику (см. рис. 33, а) находят коэффициент упора =
= f (Rn, X) и по графику (рис. 33, в)— концевой коэффициент kM =
= f (ар, Ма).
9. Определяют коэффициент полезной тяги воздушного винта
Ке = А1&р&м- (166)
10. Вычисляют полезную тягу СВП
Ре = хКе Ра п2 Di.
(167)
По результатам расчета при нескольких скоростях движения СВП
строят совмещенный график зависимостей: хРе — f (ц), р = Д (у),
рр = (у) и kM = f-i (у). На этот же график наносят кривую R = /4 (у).
Проекция точки пересечения кривых хР е = f (v) и R = /4 (v) на ось
абсцисс покажет достижимую скорость движения СВП. Соответствую-
88
щие этой скорости значения хРе,р, рр и kM будут оптимальными при
заданном режиме работы. С их использованием вычисляют к. п. д.
воздушного винта:
________Ре у
0,94ЛБ йм/Va ’
(168)
§ 24. РАСЧЕТ ГРЕБНОГО КОЛЕСА
Судовые гребные колеса были широко распространены на речном
транспорте до 50-х годов. Благодаря большой площади гидравличес-
кого сечения гребные колеса способны обеспечивать большую движу-
щую силу при относительно малой частоте вращения и осадке судна,
что способствовало их широкому применению в особенности на отно-
сительно мелководных незарегулированных реках. Однако значитель-
ное увеличение габаритной ширины колесного судна, сложность уст-
ройства колесных движителей и ухода за ними, а также создание во-
дохранилищ на реках страны, применение на речных судах двигателей
внутреннего сгорания и развитие более перспективных винтовых и
водометных движителей вызвали обоснованный отказ от дальнейше-
го строительства колесных судов. В результате к настоящему времени
большинство колесных судов в речных бассейнах являются устарев-
шими и эксплуатируются по мере необходимости до списания на слом.
Вместе с тем в отдельных речных бассейнах, где реки незарегули-
рованы и больших дноуглубительных работ не осуществляется, колес-
ные суда по-прежнему выполняют значительную транспортную работу.
Более того, например, в Ленском объединенном речном пароходстве
в 70-х годах приступили к постройке серии новых колесных судов для
работы в верховьях Лены и на ее притоках. Поэтому ниже излагают-
ся сведения о конструктивных элементах и методе расчета бортовых
гребных колес с поворотными плицами без наружного обода.
Основными конструктивными элементами гребного колеса (рис. 34)
являются: D — диаметр колеса по центрам цапф; 10 — длина плицы
на один борт; Н — высота плицы; Нъ — высота плицы от цапфы до
Рис. 34. Основные элементы гребного колеса
89
внутренней кромки; На — высота плицы от цапфы до внешней кромки;
2 — число плиц; Тк — осадка колеса, причем
ТК=Т-ЛТ, (169)
где Т — осадка судна;
АТ — зазор между линией дннща и внешней кромкой лопасти колеса;
hB — высота оси вала колеса от днища судна,
hB = 0,5D4-WH+AT; (170)
hr — высота оси вала колеса над грузовой ватерлинией,
ЛГ=/1В—Г; (171)
Е — абсолютный эксцентриситет колеса; LK — длина костыля
I — длина эксцентриковой тяги; а — угол погружения гребного ко-
леса; F — площадь гидравлического сечения обоих колес, причем
F = 2l0TK-
е — относительный эксцентриситет,
e=E/LK;
т — относительная осадка колес,
t=T„/D;
Pj — относительная высота плиц,
₽1 = Я/О;
f — коэффициент гидравлического покрытия,
t — относительный шаг плиц,
Zn — относительная длина плицы,
(172)
(173)
(174)
(175)
(176)
(177)
(178)
В качестве характеристики погружения колеса употребляется ве-
личина
cos a = 2/ir/Z). (179)
Расчет элементов гребных колес, обеспечивающих максимальный
упор при полном использовании заданной мощности на гребном валу,
можно выполнять по методу, разработанному В. Н. Шушкиным на
основе ряда исследований в области действия гребных колес, прове-
денных в Советском Союзе.
Заданными величинами для расчета являются:
а) характеристика корпуса судна — L, В, Т, 6;
б) характеристика судового двигателя N3. и п;
в) скорость движения судна v.
90
Расчет делают в следующем порядке. *
1. Принимают предельные значения осадки колеса Тк, длины плиц
2/0 на оба борта, относительного эксцентриситета е и относительного
шага t колеса.
При этом осадку колеса рекомендуется принимать не более осадки
судна. Кроме того, желательно, чтобы бортовые колеса не увеличивали
осадку судна при его крене на извилистом фарватере реки.
Зазор АТ1 между линией днища и внешней кромкой лопасти коле-
са может быть принят равным 0,15 м при М(-(э) >750 кВт, 0,10 м при
ЛГ/(Э) = 375-4-750 кВт и 0,05 м при Ni^ = 1504-375 кВт.
Для судов мощностью до 150 кВт можно принимать АТ1 = 0.
Указанные ограничения осадки гребных колес не распространя-
ются на суда, предназначенные для плавания на глубокой воде. Дли-
на плиц на оба борта обычно лимитируется только допустимой габа-
ритной шириной судна. На основании практических данных рекомен-
дуется принимать максимальные отношения длины плиц на оба борта
Г 2/ 1
к ширине судна LaX равными: 1,4 при ЛГцэ)= 9004-1200 кВт; 1, 2
при ЛГг(э) = 3004-900 кВт; 1,0 при Nj(a> = 2004-300 кВт и 0,9 при
7УКэ) = 1504-200 кВт.
Относительный эксцентриситет е следует принимать таким, чтобы
вход и выход лопастей были безударными. С увеличением относитель-
ного эксцентриситета повышается коэффициент полезного действия
колеса. Поэтому выгодно принимать наибольшее его значение, кото-
рое возможно по конструктивным соображениям. Так, угол между
эксцентриковой тягой и костылями в различных их положениях не
должен быть менее 30° и более 150°, эксцентриковая тяга в крайнем
правом положении не должна задевать за лопасть и т. д. Практически
в первом приближении рекомендуется принимать для буксиров мощ-
ностью свыше 220 кВте 0,75, а на судах меньшей мощности е sgX 0,80.
Относительный шаг гребных колес буксирных судов t — 1,34-1,9
при значениях числа Фруда ticV^D = 0,54-0,9.
Выгодно принимать меньшие значения относительного шага.
2. Определяют скорость перемещения колеса относительно воды
ve. Приближенно можно принять ve = 1,03 v.
3. По формуле (172) находят площадь гидравлического сечения
колеса.
4. Определяют диаметр колеса при принятых наивыгоднейших
условиях:
1 \ 1/3,5
Np е2 tve I
D—
(180)
19,3n® F
где Wp — мощность, подводимая к движителю, кВт;
пс — частота вращения колеса в 1 с.
5. По формуле (174) вычисляют относительную осадку гребного
колеса т. Если получится т 0,4, то найденное значение диаметра
колеса наивыгоднейшее. При т > 0,4 надо найти такую осадку колеса*
91
Рис. 35. График зависимости nc"l/D=
при которой т = 0,4- Этого мож-
но достигнуть подстановкой в выра-
жение (180) значений F из уравне-
ния (172) и Тк из уравнения (174).
Выражение (180) в этом случае
примет вид
/ ' \ 1/4,5
I е2 ve t I
6. Находят относительную по-
ступь колеса
TtDnc
(181)
и произведение nc]/Z), по которому ищется точка их пересечения на
вспомогательном графике [(рис. 35), зависимость nc\/ D= f (ХР)]. Если
точка пересечения координат будет находиться внутри площади, очер-
ченной пунктиром, то расчет можно продолжать. В противном случае
следует задаться иными исходными величинами Тк, т, t или е.
7. Определяют число плиц г. Для этого сначала находят произве-
дение числа плиц на коэффициент гидравлического покрытия из выра-
жения
(182)
полученного на основе совместного решения уравнений (177), (176) и
(174). Затем задаются различными значениями коэффициента гидрав-
лического покрытия / и выбирают число лопастей z. Для гребных колес
f = 0,544-0,92. Рекомендуется принимать его значения близкими к
верхнему пределу. Число лопастей для буксирных судов принимается
равным 7—9.
8. Находят полную высоту плиц и высоты их внешней и внутрен-
ней частей
H=fTK-, Нн ж 0,47//; //в=// — //„.
9. Определяют коэффициент полезного действия гребного колеса
по формуле
1
т]р = е6Хе, (183)
полученной из уравнения
Ре Уе
Пр~ 1000Wp
после подстановки в него значения мощности Np из выражения (180)
и величины полезной тяги колеса
FD2 п2
Pe=6160 ______£___ (184)
te3 уе/У
92
10. Вычисляют упор гребного колеса
ЮООЛ'р г]р
ve
11. Находят коэффициент качества колеса по формуле
(185)
(186)
полученной из выражения £р = после подстановки в него значе-
ний цр из формулы (183), к. п. д. идеального движителя
4
(187)
П< =-------'.. -
3 + У 1+2ае
Если конструктивно выполнить гребное колесо с наивыгоднейши-
ми расчетными величинами t, т, f и е оказывается затруднительным,
то следует принять иные значения указанных величин, отличные от
наивыгоднейших, и выполнить расчет во втором приближении.
Пример 25. Выполнить расчет бортовых гребных колес буксирного теплохо-
да 198 кВт. Исходные данные: характеристика корпуса судна: L = 32,4 м, В =
=9,24 м; Тр = 0,65 м; характеристика судовой энергетической установки:
два двигателя внутреннего сгорания марки ЗД6 мощностью по 99 кВт, пДв11г =
= 1350 об/мин; установлен реверс-редуктор с i = 1 : 3,07: 10,35; характеристи-
ка движителя — бортовые гребные колеса, п = 42,5 об/мин = 0,71 об/с. Рас-
четная скорость буксировки v = 2,22 м/с.
Решение. 1. В соответствии с рекомендациями, содержащимися в п. 1 и 2
порядка расчета, принимают: ВТ = 0,05 м; осадку колеса Тк = 0,65—0,05=
= 0,60 м; 2/0/В = 0,9; длину плиц на оба борта 2/0 = 0,9-9,24 = 8,32 м; от-
носительный эксцентриситет е = 0,8; относительный шаг /= 1,6 и скорость
перемещения колеса относительно воды ve — 1,03-2,22 = 2,29 м/с.
2. Вычисляют площадь гидравлического сечения колеса: F = 2-8,32 X
X 0,60 = 5,00 м2.
3. Определяют диаметр колеса по формуле (180):
DJ 177-0,81/2-!,6-2,29 \1/3~5 ^9.05 м.
19,3-0,713-5,00 )
При этом = 198-0,972-0,95 = 177 кВт.
4. Вычисляют относительную осадку колеса: т = TK/D = 0,60/2,05 =
= 0,293.
т < 0,4, следовательно, диаметр колеса оптимален.
5. Определяют относительную поступь колеса: = 2,29/(3,14-2,05-0,71)=
= 0,502 и число пс~|//£) = 0,71~|/2,05 = 1,02.
6. По рис. 35 находят, что точка пересечения координат ?.е и пс Д/ D нахо-
дится внутри очерченного контура.
7. Далее определяют:
3,14
а) произведение zf = j g . q 293 = ^»7 и ПРИ z = & лопастей находят
f = 0,837;
б) высоту плиц и их внешней и внутренней частей— Н= fTK — 0,837-0,60=
= 0,502 м; Ни = 0,47 II = 0,236 м; Нв = 0,502—0,236 = 0,266 м.
в) к. п. д. гребного колеса т]р = 8,1-0,502 = 0,484;
1000-177-0,484
г) упор гребного колеса Р = ------------= 37300Н = 37,3 кН;
93
д) коэффициент качества £ = ^"0,484х
( \ / 2,5 \
X 3 + |/ 1 +----------------'--------- = 0,638.
\ Г 0,484М,6-2,29/]/2,05 /
Судоводителей и работников эксплуатации речного флота нередко
интересуют значения упора, к. п. д. и коэффициента качества гребных
колес, установленных на эксплуатируемом судне. При решении этой
задачи конструктивные элементы колеса следует считать заданными.
Упор, к. п. д. и коэффициент качества колеса определяют в порядке,
изложенном в примере 26.
Пример 26. Определить упор, к. п. д. и коэффициент качества колесного
движителя буксирного парохода мощностью 220 кВт.
Исходные данные: характеристика корпуса судна — L=45,5 м; В =7,2 м;
Т= 1,0 м; характеристика судовой силовой установки —наклонная паровая
машина марки НПМЗ мощностью N, = 220 кВт, пдвИГ = 35,4 об/мин, меха-
нический к. п. д. цм =0,84; характеристика движителя — бортовые гребные
колеса D — 2,54 м, г = 7 лопастей, // = 0,6 м; /0 = 3,5 м; е = 0,724, Тк =
= 0,86. Расчетная скорость буксировки v = 2,5 м/с.
Решение. 1. Определяют относительный шаг гребного колеса по формуле
л-2,54
(177):/=ТТ0Т=1>9-
2. Находят скорость перемещения гребного колеса относительно воды:
ve = 1,03 v = 1,03-2,5 =2,58 м/с.
3. Вычисляют площадь гидравлического сечения колес по формуле (172):
F = 2-3,5-0,86 = 6,06 м2.
4. Определяют мощность, подводимую к движителю: ЛД = /Угт)м т]в =
= 220-0,84-0,96 = 177 кВт.
5. Вычисляют относительную поступь колеса по формуле (181):
Далее определяют искомые величины:
а) коэффициент полезного действия движителя по формуле (183): т]к =
= (0,724)1/6 • 0,548 = 0,52;
1000-177-0,52
б) упор движителя по формуле (185): Р = ----g-gg--- = 35700 Н =
= 35,7 кН;
в) коэффициент качества движителя по формуле (186)
^=4~°-52 3
4
___________2,5________
(0,52)2-1,9(2,58/2,54)
= 0,65.
Необходимые для расчета конструктивные элементы колеса могут
быть взяты из справочников по флоту, из паспорта судна или опреде-
лены с натуры. Значение мощности судовой энергетической установки'
принимают по данным последних испытаний.
94
Глава III
СУДОВЫЕ ТЯГОВЫЕ РАСЧЕТЫ
§ 25. ТЯГОВЫЕ И СКОРОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СУДОВ.
ВНЕШНЯЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДВИГАТЕЛЯ
В гл. II рассмотрены расчеты судовых движителей при условии
полного и наиболее эффективного использования мощности двигате-
лей при расчетной скорости движения.
В процессе эксплуатации возникает необходимость определять
значения упора движителей, силы тяги (толкания), мощности и ко-
эффициентов полезного действия судов при различных скоростях дви-
жения. Методика их определения освещается в данной главе.
Тяговые и скоростные характеристики судов обычно представля-
ются в виде графиков зависимости мощности, суммарного упора и аб-
солютной и приведенной силы тяги на гаке (силы упора) от скорости
движения судна. Эти графики строятся для различных условий экс-
плуатации судна и режимов работы главных двигателей. На основе
тяговых и скоростных характеристик устанавливается регистрацион-
ная мощность самоходных судов, достаточно просто решаются много-
численные задачи, связанные с эксплуатацией судна. Так, графики
тяговых и скоростных характеристик позволяют определить при раз-
личных режимах работы двигателя и судна скорость движения судна,
упор движителя, мощность и частоту вращения главных двигателей,
они служат основными исходными данными для составления диспет-
черских справочников по флоту и т. д. Общий вид тяговых и скорост-
ных характеристик судов различных типов приведен ниже.
Тяговые и скоростные характеристики рассчитывают на основе
взаимной увязки работы двигателя, движителей и корпуса судна,
поэтому для расчета этих характеристик необходимо знать внешнюю
характеристику главных двигателей, характеристики движителя при
его работе за корпусом судна и зависимость сопротивления корпуса
от скорости движения.
Внешние характеристики силовых установок определяются при
проведении стендовых испытаний. Эти характеристики и должны ис-
пользоваться в судовых тяговых расчетах. Однако в некоторых случаях
внешних характеристик может не оказаться. Тогда для их определе-
ния рекомендуется использовать известный приближенный способ.
Так, для приближенного расчета мощности, кВт, двигателя вну-
треннего сгорания можно воспользоваться формулой
= 52ц Pf п,
(18»)
95
где Cj — коэффициент, зависящий от типа двигателя (с± = 0,5 для четырех-
тактных двигателей простого действия; сг = 1,0 для двухтактных дви-
гателей простого действия; для двигателей двойного действия ко-
эффициент сх удваивается);
Гц — полезная площадь поршня цилиндра, найденная с учетом площади,
занимаемой штоком, м2;
s — ход поршня, м;
2ц — число цилиндров двигателя;
Pi — среднее индикаторное давление, кПа;
п — частота вращения вала двигателя, об/с.
, Обозначив произведение постоянных величин c-J\sz^ через А,
будем иметь
Ni=Apin. (189)
Из последнего выражения постоянную величину А нетрудно опре-
делить, если известно значение номинальной мощности при номиналь-
ной частоте вращения п0.
Для получения зависимости эффективной мощности от частоты
вращения следует мощность, определяемую по выражению (188),
умножить на механический коэффициент полезного действия двигателя.
Для построения кривой = f (п) необходимо задаться несколь-
кими значениями частоты вращения двигателя в реальных пределах
и подсчитать при их значениях мощность силовой установки.
Тяговые и скоростные характеристики судов удобно рассчитывать,
имея зависимость мощности, подводимой к движителю Np, от частоты
вращения. Для ее получения следует пользоваться выражением (62).
Кроме того, для расчета целесообразно также иметь зависимость без-
размерного коэффициента момента на валу движителя от частоты вра-
щения, определяемой по формуле (61).
Графические зависимости А/цэ) = f (n); Nv — Д (/г); К2 — Л («)
обычно располагают на одном рисунке.
Характеристика типовых судовых двигателей внутреннего сгора-
ния приведена в табл. 1, прил. IX.
§ 26. РАСЧЕТ СКОРОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
ВИНТОВОГО НЕБУКСИРНОГО СУДНА
Скоростные характеристики грузовых, пассажирских и прочих
небуксирных судов рассчитывают для определения скорости движения
судна, а также мощности и частоты вращения двигателя при различ-
ных режимах работы двигателя и различных условиях эксплуатации
судна. В частности, большой интерес для эксплуатационных работни-
ков представляет зависимость скорости движения судна от осадки
и соответствующей ей грузоподъемности.
Поскольку расчет скоростных характеристик судна выполняется
после расчета наивыгоднейших элементов винта, характеристики кор-
пуса судна, двигателя и движителя являются заданными. Следова-
тельно, исходными данными являются длина, ширина, осадки — ре-
гистрационная и эксплуатационная, коэффициент полноты водоизме-
щения, зависимости сопротивления от скорости при регистрационной
96

осадке и порожнем, мощности — индикаторная и эффективная, час-
тота вращения, тип двигателя, внешняя характеристика двигателя
дг.(а) = f (п), передаточное число, число движителей и их элементы:
I, х, D, z, HID, 0, vp(e). Кроме того, из расчета движителя известны
коэффициенты: попутного потока ф и засасывания t. Если же эти ко-
эффициенты неизвестны, то их следует определить так, как указано
в гл. II.
Рекомендуется следующий порядок расчета скоростных характе-
ристик небуксирного судна.
I. Воспользовавшись внешними характеристиками главного су-
дового двигателя, полученными в результате стендовых испытаний,
а при отсутствии последних — на основе приближенных расчетов (как
указано в предыдущем параграфе), находят ряд значений мощности,
подводимой в движителю, 7VP и коэффициента момента К2 по формулам
(62) и (61) при различных числах оборотов движителя.
По полученным результатам строят графики зависимостей 7VP =
= А («); /<2 = /2 (»)•
II. Рассчитывают динамические характеристики гребного винта,
находящегося за корпусом судна, представляющие собой графики за-
висимости полезной тяги Ке и коэффициента момента К2 от относи-
тельной поступи X. Их расчет выполняют в нижеследующем порядке
(пп. 1—8).
1. Задаются несколькими значениями относительной поступи винта
Хр. Пределы изменения Хр следует принять соответственно пределам
изменения скорости движения судна. Для небуксирных судов можно
ориентировочно задаваться изменением относительной поступи в пре-
делах от 0 до 0,6.
2. По значениям конструктивного шагового отношения и относи-
тельной поступи винта HID с расчетной диаграммы (см. прил. VI)
снимают значения коэффициента упора и коэффициента полезного
действия винта цр. (Диаграмму выбирают, как указывалось, по числу
лопастей и дисковому отношению гребного винта.)
3. Для заданных значений Хр определяют скольжение винта
5=1 —
Хр
H/D *
(190)
4. Находят ряд значений коэффициента засасывания винта
t=t0/S, (191)
где — коэффициент засасывания винта при работе на швартовах, определяе-
мый по известным значениям коэффициента засасывания t и скольже-
ния 5 при расчетном режиме работы, т. е. t0 = tS.
Значения t и S для расчетного режима определяются по результа-
там расчета наивыгоднейших элементов винта, обеспечиваютцнх наибо-
лее эффективное использование мощности судового двигателя.
5. Определяют коэффициент момента, подведенного к винту,
цр 2л
4 Зак. 1067
97
(192)
Формула (192) получается при совместном решении уравнений (57)
и (61) после подстановки значения
159NP
м=------
п
и замены расчетной мощности Np выражением
Pvp
w =--------.
р 1000цр
6. Вычисляют коэффициент полезной тяги винта
Ke = Ki(l-0- (193)
7. Находят относительную поступь винта, вычисленную по скоро-
сти движения судна:
Хр
Х = 1—Т
(194)
8. По результатам расчета динамических характеристик винта
строят графики зависимости Ke=fi (ty и К2 = /г Р0- Характер ука-
занных кривых виден из приведенного ниже примера расчета.
III. Рассчитывают скоростные характеристики судна, представ-
ляющие собой зависимости мощности силовой установки и полезной
тяги судна от скорости движения хР е = f (v) и = К (v). Для
теплоходов скоростные характеристики рассчитывают обычно при
постоянных значениях крутящего момента 7Ие.
Рассчитывают и строят также графики зависимости хР е = f2 (v)
и xN^d — f3 (у) при постоянных значениях частоты вращения двига-
теля. На график скоростных характеристик наносят кривые зависи-
мости сопротивления корпуса судна при различных осадках от ско-
рости движения. В результате построения получают кривые полезной
силы тяги и мощности судна с учетом определенных ограничений ра-
боты силовой установки по частоте вращения. Кроме того, в расчете
следует учитывать ограничения мощности двигателей внутреннего
сгорания вследствие предельно допустимого значения среднего инди-
каторного давления р;.
Скоростные характеристики небуксирного судна при постоянных
величинах крутящего момента Ме — const для двигателей внутренне-
го сгорания рассчитывают после динамических характеристик греб-
ного винта (пп. 1—8) в следующей последовательности.
9. С построенного графика внешней характеристики силовой
установки по значениям коэффициента момента К2 Для заданного ряда
относительных поступей снимают значения числа оборотов и индика-
торной или эффективной мощности двигателя п — f (К2) и Мг — Д (/(2)
или Na = f2
10. Определяют скорость движения судна
v-nDl. (195)
11. Находят полезную тягу, развиваемую винтом,
Pe = Ke(>n2D*. ’ (196)
98
Расчет скоростных характеристик в порядке, указанном в пп. 9—11,
Повторяют для всех ранее принятых значений индикаторного (эффек-
тивного) давления pt (ре).
В результате расчета строят упомянутые выше графики зависимости
хР е = f (v) и xNi = /, (и) или хЛС, = f.2 (v) при различных значениях
Pi-
Скоростные характеристики небуксирных судов при условии со-
блюдения постоянной частоты вращения рассчитывают также после
расчета динамических характеристик винта в следующем порядке.
9. По формуле (195) находят скорость движения судна при всех
заданных значениях Хр.
10. Определяют полезную тягу винта по выражению (196).
11. Вычисляют мощность, подводимую к двигателю,по формуле (61).
12. По формуле (62) определяют эффективную мощность.
Подобные расчеты скоростных характеристик осуществляются при
всех частотах вращения, ранее заданных в практически реальных пре-
делах. После расчета строят графики зависимости хМэ(г) — f (v) и
хРе = h (v) при всех значениях частот вращения двигателя.
Расчет скоростных характеристик небуксирного судна при посто-
янной мощности двигателя выполняют после расчета динамических
характеристик гребного винта следующим образом.
9. По формуле (62) определяют мощность, подводимую к движи-
телю.
10. При заданных значениях относительной поступи Хр находят
частоту вращения движителя из выражения (61).
11. Определяют скорость движения судна по формуле (195).
12. Находят полезную тягу винта по формуле (196).
По результатам расчета строят график зависимости полезной тяги
судна хРе от скорости движения v при постоянной мощности двигате-
лей.
Типовые графики скоростных характеристик небуксирных судов
приведены в примере расчета.
Следует отметить, что работникам эксплуатации часто требуется
знать ориентировочную скорость движения грузового судна при раз-
личных осадках или грузоподъемностях. Если нет диспетчерского
справочника по флоту, то зависимость v = / (Т) может быть построена
на основе расчета скоростных характеристик. Для этого следует на
графике v = f (Т) отложить полученные в результате расчета и по-
строения значения скорости движения при различных расчетных осад-
ках Tv, Т8, Ти (3—4 значения), после чего соединить полученные точ-
ки плавной кривой. С помощью построенной кривой v = f (Т) нетруд-
но определить скорость судна при любой осадке.
Пример 27. Рассчитать скоростные характеристики винтового пассажирско-
го теплохода мощностью 220 кВт. Исходные данные: характеристика корпуса—•
L = 40,6 м; В = 6,0 м; Тр = 1,46 м; То = 1,30 м; Рр= 178,0 м3; 6 = 0,50;
характеристика силовой установки — два двигателя внутреннего сго-
рания марки ЗД6 общей мощностью No = 220 кВт (по НО кВт), пдвНГ = 1500
об/мин, t = 3 (внешняя характеристика двигателя приведена на рис. 36); ха-
рактеристика движителя — два гребных винта; D = 0,987 м; г = 4;
0 = 0,55; Н/D — 0,96. Расчетная скорость движения судна п=5,94 м/с. Гидр^-
4* 99
Рис. 36. Внешняя характеристика дви-
гателя ЗД6 (определена с учетом пере-
даточного числа редуктора i=3)
Рис. 37. График динамических харак-
теристик винта пассажирского теп-
лохода мощностью 220 кВт
телю. Затем по формуле (61) определяют безразмерный коэффициент
7(г. Частотой вращения движителя свыше 500 об/мин не задаемся,
регрузка двигателя недопустима.
Результаты расчета внешней характеристики сводят в таблицу
и строят по ним график (см. рис. 36).
2. Рассчитывают динамические характеристики винта, для чего
даются рядом значений относительной поступи в пределах лр =
затем для заданного ряда определяют остальные величины в порядке, изложен-
ном в начале параграфа. Расчет динамических характеристик винта сводят в
табл. 21. Расчетная диаграмма была ранее выбрана по числу лопастей и диско-
вому отношению винта (см. пример 18).
Коэффициент засасывания на швартовых t0 определяют по данным, име-
ющимся для расчетного режима работы судна [формула (191)]: /0=0,118-0,344=
=0,0406, где по формуле (190) S = 1 —
Рис. 38. График скоростных харак-
теристик пассажирского теплохода
мощностью 220 кВт
механические характеристики вза-
имодействия работы винта и корпу-
са судна ф = 0,128, t — 0,118.
Кривая сопротивления воды движе-
нию судна при регистрационной
осадке 7?р = / (v) приведена далее.
Решение. 1. Находят зависимо-
сти К2 ~ f (и) и — f (п), как
указано выше. В качестве исходной
принимают реальную внешнюю ха-
рактеристику двигателя Ng = f (п),
полученную по результатам стендо-
вых испытаний двигателя.
Внешнюю характеристику рас-
считывают в зависимости от часто-
ты вращения движителя, т. е. с уче-
том передаточного числа. Для рас-
чета задаются несколькими значе-
ниями частоты вращения движите-
ля, по которым с внешней харак-
теристики Np = f (п) снимают значе-
ния мощности, подводимой к движи-
момента
так как пе-
(табл. 20)
сначала за-
0 4-0,75, а
100
Коэффициент момента при Хр = О снимают с расчетной диаграммы по
известным значениям Хр и HID винта.
По результатам расчета с целью самопроверки строят график динамических
характеристик К2 — f (X) и Ке = Л (X) (рис. 37).
Далее рассчитывают скоростные характеристики судна при постоянном
крутящем моменте двигателя. Расчет сводят в табл. 22 (являющуюся продолже-
нием табл. 21).
Т а б л и п а 20. Расчет внешней характеристики двигателя марки ЗД6
№ п/п Характеристика, размерность Значения характеристики
1 п (задаются), об/с 5 6 7 8 8,33
2 Np =f (п), кВт 69 85 95 102 104
3 159/Vp 0,0928 0,0661 0,0464 0,0334 0,0302
<2 рцЗ D5
Таблица 21. Расчет динамических характеристик винта
_________пассажирского судна мощностью 220 кВт__________
с £ Характеристика Значения характеристики
1 Хр (задаются) 0 0,15 0,30 0,45 0,60 0,63 0,75
2 *1 =/(*₽,! H/D) По диаграмме 0,41 0,378 0,347 0,262 0,200 0,191 0,132
3 Tlp=/i (\п> /7/0)] (см. рис. 5, прил. VI) 0 0,187 0,342 0,490 0,615 0,625 0,70
4 Хр 5 = 1 Е Н/1 ) 1 0,844 0,644 0,490 0,360 0,344 0,218
5 t^i0/S 0,0406 0,0481 0,0632 0,0829 0,1127 0,1180 0,186
6 ,z 0,0510 0,0483 0,0443 0,0383 0,0310 0,0302 0,0225
*\9 т]р2л
7 /<е=К(1- 0 0,390 0,360 0,297 0,241 0,079 0,168 0,108
8 X. —Хр/(1 — ф) 0 0,175 0,350 0,525 0,700 0,724 0,859
Таблица 22. Расчет скоростных характеристик пассажирского
___________судна мощностью 220 кВт при Лф. = const
1 № п/п I Характеристика, размерность Значения характерисшки при относительной поступи Хр
0 0,15 0,30 0,45 0,60 0,63 0,75
9 n—f(K2), o6/clf[o графику 6,80 6,90 7,23 7,67 8,18 8,33 9,12
10 7Va=/ (п), кВт J (см. рис. 36) 98,5 100 104 106 108 ПО 114
И v—nDK, м/с 0 1,17 2,45 3,92 5,67 5,96 7,51
12 Pe = Kepn2Di, н 16750 16000 14920 13650 11500 11200 8650
13 xNa, кВт 197 200 208 212 216 220 228
14 л7’е, Н 33500 32000 29840 27300 23000 22400 1X300
Таблица 23. Расчет скоростных характеристик пассажирского судна
________мощностью 220 кВт при постоянных частотах вращения
Е е" Характеристика, размерность Значения характеристик при относительной поступи кр
0 | 0,15 | 0,30 | 0,45 1 0,60 | 0,63 | 0,75
л= 5,84 об/с
9 v—nD'k, м/с 0 1,00 1,99 2,98 3,97 4,18 4,95
10 Pe=Kepn2D«, Н 12800 11470 9750 7900 5860 5510 3540
И К2 pn3 D5
Nr>— , кВт р 159 58,4 56,0 52,7 45,6 36,9 35,9 26,8
12 Ng= — , КВТ 62,1 59,6 56,1 48,6 39,3 38,2 28,7
ПвПп
13 xNs, кВт 124,2 119,2 112,2 97,2 78,6 76,4 57,4
14 хРе, Н 25600 22940 19500 15800 11720 11020 7080
и = 6,67 об/с
9 v=nDK, м/с 0 1,13 2,27 3,40 4,54 4,77 5,66
10 Pe = Kepn2©4, Н 16710 15000 12720 10320 7660 7200 4630
„ K2pn3Z>
11 159 ’ КВТ 87,1 83,4 78,5 68,0 55,1 53,6 40,0
N
12 92,6 88,7 83,5 72,4 58,6 57,0 42,6
/ V g , KDT
ЧвПп
13 xN3, кВт 185,2 177,4 167,0 144,8 117,2 114,0 85,2
14 хРе, Н 33420 30000 25440 20640 15320 14400 9260
п=7,50 об/с
9 v=nD'k, м/с 0 1,27 2,54 3,82 5,09 5,36 6,36
10 Ре=Керп*О*, Н 21080 18920 16050 13030 9660 9070 5830
К2 р«3 ©5
11 N=-^ , кВт 159 123,5 118,4 111,5 96,5 78,1 76,0 56,6
Л/р
12 131,3 126,0 118,7 90,7 83,1 80,8 60,2
/V g — , К JU Т
ПвПп
13 xW3, кВт 262,6 252,0 237,4 205,0 166,2 161,6 120,4
14 хРе, Н 42160 37840 32100 26060 19320 18140 11660
и=8,33 об/с
9 y=nDX, м/с 0 1,41 2,83 4,24 5,65 5,96 7,06
10 Pe=Kepn2D«, Н 26100 23370 19830 16080 11940 11210 7200
11 12 K2pn3Ps /VD — , кВт р 159 169,0 179,8 162,2 172,7 153,0 162,8 132,2 140,7 107,0 113,9 104,0 110,4 77,6 82,6
/V g — j К JL) Г
13 Uв Т]п xNg, кВт 369,6 345,4 325,6 281,4 227,8 220,8 165,2
14 хРе, Н 52200 46740 39660 32160 23880 22420 14400
102
Наконец, рассчитывают скоростные характеристики судна прн постоян-
ных частотах вращения двигателей. Задаются следующим рядом частот враще-
ния двигателей: пдвИГ= 1050, 1200, 1350 и 1500 об/мин. Соответствующие им
частоты вращения движителей будут такими: п =5,84; 6, 67; 7,50 и 8,33 об/с.
Расчет приведен в табл. 23.
По результатам расчета строят график скоростных характеристик судна, при-
веденный на рис. 38. Точки пересечения кривых хРе = / (у) н Rp = /j (у) по-
казывают скорость движения груженого судна при постоянных теплотехниче-
ских параметрах работы н различных значениях частот вращения двигателя.
Строить зависимость скорости движения судна от осадки в данном случае
не имеет смысла, так как разность между груженой и порожней осадками не-
большая.
Скоростные характеристики судна при постоянной мощности двигателей в
данном случае не рассчитывают, так как полученные значения мощности при
постоянных крутящих моментах двигателей незначительно отличаются от но-
минальной мощности.
§ 27. РАСЧЕТ ТЯГОВЫХ И СКОРОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СУДОВ,
ОБОРУДОВАННЫХ КОМПЛЕКСОМ ВИНТ —НАСАДКА
Цель расчета скоростных характеристик небуксирных судов, обо'
рудованных движительным комплексом винт-насадка, остается той
же, что и при расчете этих характеристик для небуксирных судов без
насадки. Тяговые характеристики буксирных судов рассчитывают для
оценки их качеств при различных условиях эксплуатации и режимах
работы главных двигателей. С помощью тяговых характеристик не-
трудно установить, какой состав и с какой скоростью поведет данный
буксировщик или толкач при заданных условиях работы.
Тяговые и скоростные характеристики буксирных и небуксирных
судов, оборудованных комплексом винт—насадка, рассчитывают в ос-
новном по одинаковой схеме. Поэтому здесь подробно рассматривается
лишь один порядок расчета скоростных характеристик небуксирных
судов с указанием отличительных особенностей расчета тяговых ха-
рактеристик буксирных судов.
Исходные данные: характеристика корпуса — L, В, Тр, У, 6 и
график зависимости сопротивления воды движению корпуса от скоро-
сти движения R = f (о); для небуксирных судов желательно иметь
дополнительно значения осадок эксплуатационной Тэ и порожней То
и соответствующие им кривые сопротивления R3~f (у) и R0=7i (w); ха-
рактеристика судовой энергетической установки—N3^ п, п, i, iqM, т]п,
т]в и внешняя характеристика /Va(i) — f (п) ПРИ различных заданных
тепловых режимах работы; характеристика комплекса винт—насад-
ка — D, H/D, z, 0, T/D, /п, /к, Fp,aH. Рп> К (коэффициент полно-
ценности насадки); число движителей. Расчетная скорость движения
судна v, при которой определялись наивыгоднейшие элементы дви-
жительного комплекса.
Кроме перечисленных величин, для этого расчета необходимо знать
динамические характеристики движительного комплекса винт—на-
садка, представляющие собой зависимости коэффициента полезной
тяги Ке и коэффициента момента К2 комплекса винт—насадка от отно-
сительной поступи комплекса X. #
103
Расчет скоростных характеристик небуксирного судна, оборудо-
ванного движительным комплексом винт—насадка, ведется по сле-
дующей схеме.
I. Рассчитываю! зависимости К 2 = f (и) и Np = Д (п) в порядке,
указанном в § 25 и 26.
При определении расчетной мощности Np, подведенной к движи-
телю, по формуле (62) механический коэффициент полезного действия
т|м двигателя можно принимать постоянным вследствие того, что час-
тоту вращения и мощность двигателей при работе винта в насадке с
различными коэффициентами нагрузки изменяются незначительно.
В результате расчета строят график внешней характеристики дви-
гателя, на который наносят кривые N3 = / (n), = Д (п), К 2 =
= /2 (и) при различных режимах работы двигателя.
II. Рассчитывают динамические характеристики комплекса винт—
насадка при работе за корпусом судна в следующем порядке:
1. Принимают из выполненного ранее расчета элементов движи-
тельного комплекса его характеристики ф или ф4, Если же расчет
элементов не выполнялся, то их определяют в соответствии с указа-
ниями, приведенными в гл. II.
2. Задаются несколькими значениями относительной поступи винта
в насадке Хе, равномерно распределенными по диапазону скоростей
движения судна от нуля до скорости движения при расчетном режиме.
3. Для заданного ряда значений Хе с выбранной расчетной диаграм-
мы (см. прил. VIII) снимают значения коэффициента упора Кк и коэф-
фициента момента движительного комплекса.
4. По формуле (98) вычисляю! коэффициент нагрузки комплекса
винт—насадка ок.
5. По графику (см. рис. 14) в зависимости от величины и отношения
сгк/|Зн находят значения коэффициентов засасывания комплекса t.
6. Вычисляют коэффициент полезной тяги комплекса винт—насад-
ка:
Кс=Кк(1-/). (197)
7. Уточняют коэффициент момента вследствие влияния неравномер-
ности попутного потока на момент гребного винта:
г2. <198>
8. Определяют относительную поступь комплекса винт—насадка
по скорости движения судна:
9. По результатам расчета строят графики зависимости коэффи-
циента полезного упора К,. и коэффициента момента К2 от относи-
тельной поступи комплекса X,вычисленной по скорости движения судна.
Характер графиков виден из решения, построенного по результа-
там рассмотренного ниже примера.
III. Рассчитывают тяговые и скоростные характеристики судна.
В частности, для небуксирных судов рассчитывают и строят графики
зависимости полезной тяги хР е и мощности xNa(i} судна от скорости
104
движения при различных постоянных значениях крутящих моментов
двигателей или частоты вращения и мощности главных двигателей.
Кроме того, строят графики с учетом ограничения полезной тяги хРе
и мощности судна по частоте вращения, отсечке, расходу пара
и допустимому давлению р; или ре.
Расчет скоростных характеристик небуксирных судов является
продолжением расчета (пп. 1—9) динамических характеристик движи-
тельного комплекса.
При постоянных крутящих моментах главных двигателей этот
расчет выполняют в следующем порядке.
10. По полученным значениям коэффициента момента К2 с постро-
енного ранее графика внешних характеристик двигателя снимают зна-
чения Na(f) и частоты вращения п.
11. По выражению (195) находят скорости движения судна.
12. Определяют полезную тягу комплекса [по формуле (196)1.
Расчет величин Л^(О’ п-> и и Ре в пп. 10—12 повторяют для всех за-
данных значений теплотехнических параметров.
13. Строят графики зависимости хРе = f (и), xN^ = (у).
Скоростные характеристики при постоянной частоте вращения
главных двигателей рассчитывают следующим образом.
10. Находят значения скорости движения v судна по выражению
(195).
11. Определяют полезную тягу Ре движительного комплекса по
формуле (196).
12. Из формулы (61) находят значения мощности, подводимой к
движителю.
13. По формуле (62) определяют индикаторную или эффектив-
ную N3 мощность двигателя.
Расчет повторяют для всех заданных частот вращения главных
двигателей. По результатам расчета строят графики зависимостей
хР е = f (у) и xNg(i) = j\ (и) при различных постоянных значениях
частоты вращения.
При постоянной мощности скоростные характеристики небуксир-
ных судов могут быть рассчитаны по следующей схеме.
10. По формуле (62) определяют расчетную мощность, подводимую
к движителю.
11. Находят частоту вращения движителя из формулы (61).
12. Вычисляют скорость движения судна относительно воды по
выражению (195).
13. Определяют полезную тягу движительного комплекса по зави-
симости (196).
По результатам расчета строят график хР г = f (и).
На графики скоростных характеристик судов наносят также кри-
вые R — f (у) при различных осадках. Точки пересечения кривых
R — f (у) и хР е = (у) покажут скорости движения небуксирного
судна при заданных осадках и принятых параметрах работы двигателей,
Для определения скорости движения судна при всех возможных
осадках строят график зависимости v = f (Т) способом, описанным в
предыдущем параграфе. •
Рис. 39. График для определения
поправочного коэффициента к мощ-
ности судна при непогруженных
винтах
Следует заметить, что скорост-
ные характеристики грузовых и
грузопассажирских судов сущест-
венно меняются вследствие изме-
нения осадки судна. При осадке
порожнем или близкой к ней часть
винтового движителя может обна-
житься, вследствие чего упор дви-
жителей и мощность судна при по-
стоянной частоте вращения двига-
телей уменьшаются.
Ориентировочные значения ко-
эффициента ky уменьшения мощно-
сти силовой установки приведены
на графике (рис. 39). Под погруже-
нием винта Тв при этом понимается
расстояние от верхней кромки винта
до днища судна. Верхняя и средняя
кривые относятся к индикаторной
мощности двигателей, имеющих механический к. п. д., соответственно
равный т]м — 0,85 и т]м = 0,90, нижняя кривая'—к эффективной
мощности двигателей.
Тяговые характеристики буксирных судов рассчитывают почти в
той же последовательности. Разница заключается лишь в том, что
вследствие больших диаметров винты на буксирных судах обычно
охватываются частично неполноценным профилем насадки, что не-
сколько ухудшает тяговые качества движительного комплекса. Это
ухудшение тяговых качеств в расчете учитывается введением коэффи-
циентов и множителей, учитывающих неполноценность насадки.
С этой целью после п. 4 описанного выше расчета дополнительно
вычисляют:
а) расчетный коэффициент загрузки

б) коэффициенты ть т2 (снимают с графиков, приведенных на
рис. 16):
к'а); K'd);
в) коэффициент полноценности насадки К по формуле (95);
г) поправочные коэффициенты Su S2 к коэффициентам упора и
момента, учитывающие неполноценность насадки,
S1=K+m1 (1 — КУ, (200)
S^K+m2 (1-Ю- (201)
Дальнейший расчет аналогичен предыдущему. Но значения коэф-
фициента засасывания комплекса винт—насадка снимают с графика,
приведенного на рис. 15, а коэффициенты полезного упора К е и момен-
та /С2 определяют с учетом соответственно величин <Sj и S2 (умножают
на них).
При расчете тяговых характеристик буксирных судов учитывают
значения исправленных коэффициентов полезной тяги /Се и момен-
та К2.
Для буксирных судов дополнительно определяют также величины
абсолютной и приведенной силы тяги на гаке (силы упора). Указан-
ные величины рассчитывают следующим образом.
1. По формуле (107) определяют абсолютную силу тяги на гаке
(силу упора).
2. Находят приведенную силу тяги на гаке (силу упора)
f;(T)=Fr(T)M. (202)
Для толкача по предложению проф. А. М. Басина производится
расчет и построение так называемых универсальных тяговых харак-
теристик в зависимости от скорости перемещения движительного комп-
лекса относительно попутного потока. При этом порядок расчета тя-
говых характеристик толкача остается в основном тем же. Следует
лишь учитывать влияние дополнительного попутного потока от тол-
каемого состава с помощью суммарного коэффициента попутного по-
тока определяемого по формулам, приведенным в §21. Результаты
расчета тяговых характеристик толкача представляют в виде зависи-
мостей величин хР е, Ft, Ft и xN^d не от скорости движения судна,
а от скорости перемещения комплекса ve. Построенные графики уни-
версальных тяговых характеристик хР е == f (ve), xN^ — f (ve),
F-r — fztPe), Рт — [з(ре) будут одинаково пригодны для случаев
использования буксирного судна как в качестве буксировщика, так и
в качестве толкача.
Тяговые характеристики толкача не строят в зависимости от скоро-
сти движения судна по той причине, что они существенно зависят от
храктеристик барж толкаемого состава, а поскольку число толкаемых
составов с разными характеристиками может быть неограниченным, то
и значений тяговых характеристик толкача при одной и той же скоро-
сти движения толкаемого состава может быть также неограниченное ко-
личество.
Расчет тяговых и скоростных характеристик судов, оборудованных
движительным комплексом винт — насадка, удобно выполнять в таб-
личной форме.
Пример 28. Рассчитать скоростные характеристики грузового теплохода
грузоподъемностью 5300 т, оборудованного комплексом винт — насадка. Ис-
ходные данные: характеристика корпуса — £ = 135 м, В = 16,5 м, Т„ =
= 3,52 м, Г., = 2,6 м, То = 0,72 м, Vp = 6740 м3, Кэ = 5000 м3, Уо =
= 1281 м3, 6 = 0,858. Кривые Рр = f (п), /?а = /\ (v), Ro = /2 (и) приведе-
ны ниже на рисунке, построенном по результатам расчета; характеристика судо-
вой энергетической установки — 2 двигателя внутреннего сгорания марки 6ЧРН
36/45 общей мощностью xN0 = 660x2 = 1320 кВт, идв11г = 375 об/мин; ре-
дуктор отсутствует, внешняя характеристика двигателя приведена на рис. 40;
характеристика движителя — два винта в поворотных направляющих насад-
ках, D = 1,82 м, z = 4, 0 = 0,58, H/D = 0,820; элементы насадки — Dp=
= 1,840; ап= 1,30; Рн = 1,15; = 0,85x0 = 1,55 мм. Из примера при-
нимаем ч|’ = 0,225, «2 = 1,025. Расчетная скорость движения v = 5,27 м/с.
Решение. 1. Рассчитывают зависимость К2 = f (n), = /t (п), поль-
зуясь внешней характеристикой Na — f2 (п). Для расчета задаемся несквль-
кими значениями частоты вращения
движителя. Расчет ведем в табличной
форме (табл. 24).
При расчете мощности Np, под-
водимой к движителю, принимаем
т]в = 0,97. По результатам расчета
строят графики Np = Д (п), к2 =
= ft (и) (см. рис. 40).
II. Рассчитывают динамические
характеристики комплекса винт —
насадка Дк = / (А), = Д (7), за-
даваясь несколькими значениями
относительной поступи 7е винта.
Расчет сводят в табл. 25.
Рис. 40. Внешняя характеристика Значения коэффициента ф и рас-
двнгателя 6ЧРН36/45 (Г-60) четная диаграмма приняты по дан-
ным, полученным для расчетного
режима движения в примере 22.
По результатам расчета с целью самоконтроля строят графики за-
висимости Д2 = f (7) и Де = Д (7), которые должны представлять со-
бой плавные кривые (рис. 41).
III. Далее рассчитывают скоростные характеристики судна при по-
стоянных крутящих моментах силовой установки (табл . 26) и постоян-
ных частотах вращения двигателя (табл. 27).
Для расчета принимают возможные постоянные значения частоты
вращения вала двигателя в минуту 275, 325 и 375. По результатам
расчета строят график скоростных характеристик судна (рис. 42), пред-
ставляющий собой зависимость мощности, полезной тяги и сопротивле-
ния воды движению судна от скорости движения при различных зна-
чениях п и постоянном крутящем моменте двигателя. Точки пересече-
ния кривых хР е — f (ц) и R = Д/(у) указывают на скорости движения
судна при различных условиях его работы. Скоростные характеристи-
ки при постоянной номинальной мощности силовой установки в данном
случае не рассчитывают, так как полученные значения мощности
xN3 = f ПРИ Л4 е = const не очень существенно отличаются от но-
минальной.
Таблица 24. Расчет внешней характеристики двигателя марки 6ЧРН36/45
№ п/п Характеристики, размерность Значения характеристик
1 «движ (задаются), об/с 4 5 6 6,25 7,00
2 Ng=f (и) с графика (см. рис. 40), кВт 390 522 632 660 727
3 Wp = 2V8 т]в, кВт 378 50G 613 641 705
4 159WP 0,0470 0,0322 0,0227 0,0208 0,0163
рп»
106
Таблица 25. Расчет динамических характеристик комплекса
винт — насадка грузового теплохода грузоподъемностью 5300 т
Е Е * Характеристика Значения характеристики
1 3 Хе (задаются) Як=/ (Х„, По расчетной диаграмме (см. 0 0,10 0,20 0,30 0,36 0,40 0,50 0,341 0,308 0,265 0,218 0,194 0,175 0,128
4 5 К2=/1(Ле, Рис- 2> прил. Я/D) )V1I1) ок=-^- 0,0263 0,025 0,024 0,022 0,0204 0,0196 0,0178 — 78,2 16,9 6,17 3,82 2,89 1,31
6 t = f (ок/₽н, Ф) по графи- ку (см. рис. 14) 0,100 0,116 0,137 0,156 0,165 0,171 0,183
7 8 >’ >:1 II (S » II II >: >: ю Я 7 f 0,307 0,272 0,229 0,187 0,163 0,145 0,105 0,027 0,0258 0,0244 0,0225 0,0211 0,0202 0,0182 0 0,129 0,258 0,387 0,466 0,526 0,645
Часть кривой хРе= f (у) при Ме = const на графике проведена
пунктиром, так как увеличение частоты вращения двигателя свыше
375 об/мин нежелательно.
Рис. 41. График динамических характеристик
комплекса винт — насадка грузового теплохо-
да мощностью 1320 кВт
Рис. 42. График скоростных характеристик
грузового теплохода грузоподъемностью
5300 т
109
Таблица 26. Расчет скоростных характеристик грузового теплохода
грузоподъемностью 5300 т при постоянном крутящем моменте двигателя
№ п/п Характеристика, размерность Значения характеристики при относительной поступи
0 0,10 0,20 1 0,30 0,36 0,40 0,50
12 n=f(Ki), об/с По графи- ку (см. рис. 40) 5,45 5,57 5,80 5,95 6,16 6,28 6,60
13 N3 = f (n), кВт 575 587 612,0 627,0 647,0 664,0 692,0
14 v = nDk, м/с 0 1,30 2,72' 4,18 5,27 6,00 7,78
15 Ре = Ке pn*D*, Н ююоо 93000 85000 73700 68000 63100 50500
16 xNa, кВт, 1150 1174 1224 1254 1315 1328 1384
17 хРе, Н 202000 186000 170000 147400 140006 126200 101000
Таблица 27. Расчет скоростных характеристик грузового теплохода
грузоподъемностью 5300 т при постоянных частотах вращения
|н/Ц | Характеристика, размерность Значения характеристики при относительной поступи
0 0,10 0,20 0,30 0,36 0,40 0,50
«=275 об/мин
12 а = «©д, м/с 0 1,16 2,15 3,24 3,92 4,39 5,36
13 Ре = Ке Р«2 D4, Н 71100 63100 53100 43400 37800 33700 24400
14 Fpn3 ©в iVD = — , кВт р 159 326 312 295 272 255 245 220
15 ^э = Л/р/Пв, кВт 336 322 305 281 263 253 227
16 xN0, кВт . 672 644 610 562 526 506 454
17 хРе, Н 140200 126200 106200 86800 75600 67400 44500
« = 325 об/мин
12 v=nDK, м/с 0 1,27 2,54 3,81 4,63 5,18 6,36
13 Ре- Ке рп- D*, Н К2 рн3 D5 99300 545 86900 521 74400 492 60700 454 53000 423 47100 407 34100 367
14 WP - 159 , кВт
15 W = Wp/T)B, кВт Ь62 538 507 468 436 420 378
16 xN3, кВт 1124 1076 1014 936 872 840 756
17 хРе, Н 199200 173800 148800 121400 106000 94200 68200
« = 375 об/мин
12 v—nDk, м/с 1,47 2,94 4,41 5,28 6,01 7,35
13 Ре = Кер«2©4, Н 132000 117000 98400 80500 70200 62400 45100
14 Kz рп3 Г>ъ - 159 ’ КВТ 832 793 752 694 644 622 561
15 Лэ = Л'р/’1в> кВт 857 821 775 715 663 639 578
16 xNg, кВт 1714 1642 1550 1430 1326 1278 1156
17 хРе, Н 264000 234000 196800 161000 140400 124800 90200
ПО
Наивысшие значения полезной тяги
хРе и мощности xN3 судна при скоро-
стях движения в данном случае более
5,28 м/с следует находить по кривым
хРе = f (у), xN3= f! (и), построенным
при частоте вращения двигателя п =
= 375 об/мин.
График (см. рис. 42) подтверждает
правильность ранее (см. § 20) выполнен-
ного расчета наивыгоднейших элементов
комплекса винт — насадка, так как ско-
рость движения груженого судна при
п = 375 об/мин получилась равной
5,28 м/с, а мощность судна xN3 =
= 1320 кВт.
Рис. 43. График зависимости
скорости движения грузового
теплохода Ор = 5300 т от
осадки
Сняв с графика значения скорости движения судна при различных
осадках, можно построить график зависимости скорости движения от
осадки (рис. 43) и по нему определить скорость движения грузового
теплохода при любой осадке.
Особенности расчета тяговых характеристик буксирных судов вид-
ны из примера 29.
Пример 29. Рассчитать тяговые характеристики буксирного теплохода
мощностью 1000 кВт, оборудованного движительным комплексом винт — на-
садка. Исходные данные: характеристика корпуса судна — L = 39,6 м, В =
= 9,0 м, Тр = 2,18 м, То = 1,81 м, Гр = 492 м3, 6 = 0,643, кривая /? = / (t>)
(приведена ниже — на рис. 46); характеристика судовой энергетической уста-
новки — 2 двигателя внутреннего сгорания марки R 8 DV-148 общей мощностью
1000 кВт (по 500 кВт), мдвиг — 350 об/мин, редуктора нет, внешняя характе-
ристика двигателя N3=f(n) приведена на рис. 44; характеристика движителя—
2 винта в поворотных направляющих насадках, D = 1,82 м, г — 4 лопасти,
0 = 0,58, Н/D = 0,740; элементы насадки — Ор = 1,840 м, ан = 1,3; Рн =
= 1,15, 1Я — 0,85 X D = 1,54 м. Расчетная скорость движения v = 3,34 м/с.
Решение I. Рассчитывают зависимости К3 ~ f (н) и Л'р = (я) по внеш-
ней характеристике двигателя /V'p = /2 (п). Результаты расчета сводим в
Рис. 45. График динамических ха-
рактеристик комплекса винт — насад-
ка буксирного теплохода мощность!^
1000 кВт
Таблица 28. Расчет внешней характеристики двигателя марки К8Д\/-148
1 № п/п| Характеристика, размерность Значения характеристики
1 Ядвиж (задаются), об/с 3,0 4,0 5,0 5,82 6,0 7,0
2 А^э=/(п). кВт. По графику (см. рис. 44) 237 342 433 500 505 575
3 = т]п Пв, кВт 230 332 420 485 490 558
4 159/Vd 0,0680 0,0413 0,0269 0,0195 0,0182 0,0129
J\O ' рм3 DS
табл. 28. Значение коэффициента полезного действия валопровода принято рав-
ным Т]в = 0,97. По результатам расчета строим кривые, приведенные на рис. 44.
II. Рассчитывают динамические характеристики движительного комплек-
са винт — насадка, задаваясь несколькими значениями относительной посту-
пи комплекса Ag. Необходимые для расчета значения коэффициентов взаимодей-
ствия корпуса судна с двнжительным комплексом принимают равными коэф-
фициентам, полученным для расчетного режима работы в § 19.
Расчет динамических характеристик винта в насадке сводят в табл. 29.
По результатам расчета строят график зависимостей Кг — f (X) и Ке =
= fj (Я), приведенных на рис. 45.
Таблица 29. Расчет динамических характеристик комплекса
винт — насадка буксирного теплохода мощностью 1000 кВт
С к й Характеристика Значения характеристики
1 лс (задаются) 0 0,10 0,20 0,285 0,30 0,40 0,50
2 Хк=/'(Хе, Н!Г>\ По расчетной 0,292 0,263 0,223 0,186 0,181 0,138 0,093
диаграмме (см. 0,0210 0,0195
3 K2 = fl(K, рис. 2 прил. 0,0215 0,0181 0,0178 0,0154 0,0129
H/D) VIII)
4 8Хк 67,0 14,20 5,83 5,10 2,19 0,95

5 ка-ъ/Укк 0 0,195 0,424 0,662 0,707 1,076 1,640
6 = Kd) 0,90 1,00 1,11 1,17 1,19 1,28 1,46
7 mz = fi (H/D о 1,63 1,55 1,48 1,46 1,44 1,42 1,41
8 K=1,7—D/TK 0,856 0,856 0,856 0,856 0,856 0,856 0,856
9 S1 — K+ml (1-Х) 0,985 1,0 1,015 1,023 1,026 1,037 1,062
10 (1-Х) 1,082 1,074 1,065 1,060 1,059 1,057 1,055
11 t^f (oK/₽H , Т). По рис. 15 0,029 0,038 0,052 0,063 0,065 0,076 0,086
12 xe=xK(i- 0,279 0,253 0,214 0,179 0,173 0,132 0,087
13 /^2 = i*2 0,0239 0,0233 0,0213 0,0196 0,0193 0,0167 0,0140
14 X=Xe/(l-' F) 0 0,112 0,224 0,314 0,335 0,446 0,558
112
Таблица 30. Расчет тяговых характеристик буксирного теплохода
мощностью 1000 кВт при постоянном крутящем моменте двигателя
Е С ё Характеристика, размерность Значения характеристики при относительной поступи
0 0,10 0, 20 0,285 0,30 0,40 0,50
1 Л = /(Х8). ' об/с По графику 5,25 5,33 5,55 5,82 5,87 6,20 6,70
2 кВт (см. рис. 44) 453 460 478 500 505 523 550
3 ц=«РХ, м/ С 0 1,09 2,26 3,34 3,58 5,14 6,80
4 Pe=Kepn2Dl, Н 84500 79400 72400 66700 65600 54500 42800
5 xN3, кВт 906 920 956 1000 1010 1046 1100
6 хРе, Н 169000 158800 144800 133400 131200 109000 85600
III. Далее рассчитывают тяговые характеристики судна при постоянных
крутящих моментах судовой энергетической (установки табл. 30), постоян-
ных частотах вращения главных двигателей (табл. 31) и постоянной мощности
главных двигателей (табл. 32). Расчетные таблицы являются продолжением
табл. 29. Постоянные значения частоты вращения главных двигателей в минуту
принимаем равными 250, 300 и 350.
Кривые тяговых характеристик судна, полученные по результатам расчета,
приведены на рис. 46. На графике наносят кривые хРе = f (у) и х Na — /t X
X (п) при постоянных крутящих моментах силовой установки и постоянных зна-
чениях частоты вращения и мощности двигателя. Кроме того, на графике пока-
заны кривые абсолютной и приведенной силы тяги на гаке, рассчитанные для
основного режима работы судна. При этом значения xRe при скорости движе-
ния v 3,34 м/с принимают по кривой хРе = / (v) при Ме = const, а при ско-
ростях v > 3,34 м/с — по кривой хРе = f (у) при п = 350 об/мин, считая,
что увеличение частоты вращения двигателя свыше этого значения недопустимо.
Расчет величин Fr и Fr сведен в табл. 33.
Таблица 31. Расчет тяговых характеристик буксирного судна
мощностью 1000 кВт при постоянных частотах вращения двигателя
Значения характеристик при относительной поступи
Е комплекса
Характеристика, размерность
0 | 0,10 | 0,20 | 0,285 | 0,30 | 0,40 | 0,50
п = 250 об/мин
12 v=nDk, м/с 0 0,85 1,70 2,38 2,54 3,38 4,24
13 Pe = Kep«2D4, Н 53500 48600 41100 34200 33150 25300 16200
14 К2 рп-> № /Vp- 159 , кВт 220 214 196 181 177 154 128
15 /Уэ = ^р/'Пв. кВт 227 221 202 187 183 159 132
16 xN3, кВт 454 442 404 374 366 318 264
17 хРе, И 107000 97200 82200 68400 66300 50600 32400
113
Продолжение табл. 31
| № п/п Характеристика, размерность Значения характеристик при относительной поступи комплекса
0 " ' с 0, 10 0,20 0,285 0,30 0,40 0,50
п = 300 об/мин
12 v = nDk, м/с 0 1,02 2,04 2,88 3,05 4 ,07 5,08
13 Pe=Kepn*D*, Н 76600 69600 58900 49300 47600 36300 23900
14 Л'2 рн3 D5 159 ’КВТ 392 367 337 308 304 263 220
15 М» = Np/Пр. кВт 404 378 348 318 313 271 227
16 xN0, кВт 808 756 696 636 626 542 454
17 хРе, Н 153200 139200 117800 98600 95200 76200 47800
п = 350 об/мин
12 р = п©Х, м/с 0 1.19 2,37 3,34 3,35 4,72 5,92
13 Pe=/<epaD4, Н 104200 94400 79900 66600 64500 49200 32400
14 К2 рн3 D5 159 ' ' “В' 624 584 534 487 481 417 350
15 Л^э=Л1р/т]в, кВт 644 602 550 501 496 430 361
16 xN0, кВт 1288 1204 1100 1002 992 860 722
17 хРе, Н 208400 188800 159800 133200 129000 98400 64800
Таблица 32. Расчет тяговых характеристик буксирного судна
мощностью 1000 кВт при постоянной мощности
[ № п/п 1 Характеристика, размерность Значения характеристики при относительной поступи ке комплекса
0 0.10 0,20 0,285 0,30 0,40 0,50
12 Л1э, кВт 500 500 500 500 500 500 500
13 xNB, кВт 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000
14 Л/р = Л^эТ]в. кВт 485 485 485 485 485 485 485
15 7/ 159Wp 5,44 5,48 5,65 5,82 5,86 6,12 6,50
V KapD8
16 v=?nDk, м/с 0 1,12 2,30 3,34 3,58 4,97 6,60
17 Pe=Kepn2D4, Н 90500 83600 75300 66700 65500 54500 40500
18 хРе, Н 181000 167200 150600 133400 131000 109000 81000
114
Таблица 33. Расчет тяговых характеристик буксирного теплохода
мощностью 1000 кВт
№ п/п Характеристика, размерность Значения характеристики при V, м/с
0 I 2 3 3.34 4 5 5,90
1 хРе, Н 168000 160000 149000 137000 133400 118000 91000 65000
2 R, Н 0 2000 8000 19000 22000 31000 47000 65000
3 Fr=xPe—R, Н 168000 158000 141000 118000 111400 87000 44000 0
4 F' = FT!&, Н-с2/м2 оо 158000 35300 13100 9950 5440 1760 0
160
120
00
40
о
200
400
600
800
1000
XN3,
кВт
R,xPe,
кН

>> Al

г j 4 V, м/с

\ 30(
—
xN3“CC nst
1 'Onst

Рис. 46. График тяговых характеристик буксирного теплохо-
да мощностью 1000 кВт
*15
§ 28. РАСЧЕТ ТЯГОВЫХ И СКОРОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
ВОДОМЕТНЫХ СУДОВ
Тяговые и скоростные характеристики водометных судов рассчиты-
вают при известных характеристиках корпуса судна, двигателя и дви-
жителя с помощью диаграмм, построенных для открытых гребных вин-
тов. При этом используют метод эквивалентного винта. Исходными
данными для расчета являются:
характеристики корпуса — длина, ширина, осадка корпуса реги-
страционная, коэффициент полноты водоизмещения, объемное водоиз-
мещение и зависимость сопротивления от скорости. Для небуксирных
судов желательно знать дополнительно осадку эксплуатационную и по-
рожнем и зависимость сопротивления при этих осадках от скорости
движения;
характеристика судовой энергетической установки — зависимость
мощности индикаторной или эффективной от частоты вращения, пере-
даточное число, число двигателей, частота вращения при номинальной
мощности;
характеристика движительного комплекса — элементы винта, водо-
метной трубы и число движительных комплексов;
скорость судна и, при которой рассчитаны элементы движительного
комплекса.
Расчет выполняют в нижеследующем порядке.
I. Рассчитывают зависимость — f (п) п0 внешней характерис-
тике Na(iy = Д (и).
II. Определяют динамические характеристики водометного движи-
теля в такой последовательности.
1. Задаются рядом значений относительной поступи водометного
винта Хр.
2. С диаграммы для расчета открытых винтов (прил. VI) по извест-
ным значениям конструктивного шагового отношения Н/D и относитель-
ной поступи Хр снимают ряд значений коэффициентов упора и к. п. д,
винта.
3. Определяют коэффициент нагрузки винта с учетом ликвидации
концевых потерь:
«Ki
= (203!
Эта формула получена в результате подстановки в выражение хор=
= ---- упора винта Р, найденного из формулы аналогичной
(57) и замены Fp через и через Х^.
4. С графика (см. рис. 23) в зависимости от хар и Хр снимают зна-
чение коэффициента нагрузки винта по упору сгр.
5. По результатам расчета строят графики зависимости коэффици'
ента упора к. п. д. т]р и коэффициента нагрузки винта ор от отно’
сительной поступи Хр.
116
6. Для выполнения дальнейшего расчета динамических характе-
ристик задаются рядом значений коэффициента нагрузки движитель-
ного комплекса водометного судна по полезной тяге а е, который дол-
жен соответствовать практически возможным скоростям движения суд-
на. Можно рекомендовать для расчета ое = 100, 40, 10, 5, 2.
7. По коэффициенту нагрузки о е и известному отношению осадки
судна к диаметру винта Т/D с помощью графика (см. рис. 19) находят
коэффициент засасывания движительного комплекса.
8. По известным значениям коэффициентов сге и t с графика
(см. рис. 22) снимают относительные скорости протекания воды через
сечение движителя v/vs, откуда по выражению (121) находят среднюю
относительную скорость.
9. Определяют относительную скорость винта ув в водометной тру-
бе по выражению (122).
10. Находят коэффициент нагрузки винта по упору ор при заданных
значениях о е:
11. По полученным значениям коэффициента сгр с ранее построен-
ных в п. 6 графиков динамических характеристик снимают значения от-
носительной поступи Хр и к.п.д. винта т]р.
12. Для заданного ряда значений ае по графику (см. рис. 23) на-
ходят коэффициент нагрузки винта по упору с учетом ликвидации кон-
цевых потерь хор.
13. Определяют коэффициент момента, подведенного к движителю:
=0,0625 (хор) (Хз/т]р). (205)
14. Находят значения коэффициента полезной тяги:
Ке=(л/8) ое(Хр/Ув)2. (206)
III. Далее рассчитывают тяговые и скоростные характеристики
судов при постоянных крутящих моментах силовой установки и при по-
стоянной частоте вращения главных двигателей.
В первом случае расчет тяговых характеристик буксирных судов
выполняют в следующей последовательности (продолжение предыду-
щего расчета).
15. Для заданного ряда значений коэффициента нагрузки водомет-
ного движителя о е с внешней характеристики двигателя в зависимости
от коэффициента момента К2 снимают значения частоты вращения и ин-
дикаторной или эффективной мощности Nt (а).
16. Определяют скорость движения судна:
v=nDhp/yB. (207)
17. Находят полезную тягу водометного движителя по выражению
(196).
117»
18. По формулам (107) и (202) вычисляют абсолютную и приведен-
ную силы тяги на гаке судна (силы упора).
19. Определяют буксировочный к.п.д. судна по зависимости (108).
Расчет повторяют для принятого ряда значений крутящих моментов
двигателя.
20. По результатам расчета строят графики тяговых характеристик
судна, представляющие собой такие зависимости:
xPe=fi(v)-, FrM=f2(v)-, F;(T) = f3(v); х#э(Ц = Д (t>); п = /5Д).
Тяговые характеристики буксирного водометного судна при посто-
янной частоте вращения главных двигателей определяют в нижесле-
дующем порядке.
15. Для заданного ряда значений ое по формуле (207) находят ско-
рость движения судна.
16. Определяют полезную тягу водометного движителя по зависи-
мости (196).
17. Вычисляют мощность, подведенную к винту, по выражению (61).
18. Находят абсолютную и приведенную силу тяги на гаке, исполь-
зуя зависимости (107) и (202).
19. Определяют буксировочный коэффициент полезного действия
судна по формуле (108).
Расчет повторяют для нескольких постоянных значений частоты
вращения, принятых в разумных пределах. По результатам расчета
строят кривые зависимостей: хРе = Д (о); Гг(т)= /г (°); = [я (v);
xNa (1) — Д (L')’> 11о = f (р) при различных постоянных значениях час-
тоты вращения двигателя.
Скоростные характеристики небуксирных судов рассчитывают поч-
ти в том же порядке. Отличие заключается лишь в том, что абсолютную
и приведенную силу тяги на гаке для них не определяют, а вместо бук-
сировочного к. п. д. находят пропульсивный к. п. д.:
_____хРе у
1000xJV9(0 •
По результатам расчета скоростных характеристик строят графики
зависимости: хР е = (у); xN^i) == Д (о); т] = Д (о) при различных
значениях крутящих моментов и частоты вращения силовой установки.
На график хР е = / (у) в этом же масштабе наносят кривые сопро-
тивлений: Rp = f (у), Rg = Д (и), Ro = f2 (у).
Точки пересечения соответствующих кривых полезной тяги и
сопротивлений покажут скорости движения небуксирного судна при
различных условиях работы судна и разных режимах работы главных
двигателей. По показаниям этих точек можно построить приближенные
графики зависимости скорости движения судна от осадки или грузо-
подъемности v — f (Т) или у = / (Q) при различных режимах работы
судовой энергетической установки.
Расчет тяговых и скоростных характеристик водометных судов вы-
полняют в табличной форме, указанной в примере.
118
Пример 30. Рассчитать тяговые характеристики буксирного водометного
судна мощностью НО кВт. Исходные данные: характеристика корпуса судна
/. = 18,0 м, В — 3,85 м, Ир = 31,4 м3, кривая R = f (v) (приведена ниже на
графике тяговых характеристик судна); характеристика судовой энергетичес-
кой установки — один двигатель внутреннего сгорания марки ЗД6 мощностью
No = 110 кВт, п = 1500 об/мин, i — 3; внешняя характеристика Na = f (n)
(приведена на рис. 36); характеристика движителя — один водометный движи-
тельный комплекс D = 0,95 м; H/D = 0,870, г = 4; 0 = 0,55; (Н/D)} — 0,925.
Расчетная скорость буксировки v = 2,22 м/с.
Решение. I. Рассчитывают зависимость = f (п) по внешней характерис-
тике двигателя Nэ = /j («).
Расчет (п. 1 —4) сводят в табл. 34. Принимают, что т)в = т)п — 0,97.
Таблица 34. Расчет внешней характеристики двигателя марки ЗД6
G К £ Характеристика, размерность Значения характеристики
1 п (задаются), об/с 5 6 7 8 8,33 9
2 Ns~f{n), кВт. С графика (см. рис. 36) 73,6 90,0 101,2 108,8 110,0 113,3
3 /Ур = /Уэт]пПв. кВт 69,2 84,6 94,6 102,2 103,4 106,7
4 159/Ур pH3 £>5 0,1133 0,0805 0,0568 0,0411 0,0367 0,0239
По результатам расчета строят график внешних характеристик двигателя
(см. рис. 36).
II. Рассчитывают динамические характеристики винта в водометной трубе,
задаваясь различными значениями относительной поступи и коэффициента
нагрузки ое винта. Результаты расчета сводят в табл. 35 и 36.
Таблица 35. Расчет динамических характеристик винта
в водометной трубе буксирного судна мощностью ПО кВт
№ п/п Характеристика Звачеиия характеристики
1 /.р (задается) 0,35 0,40 0,50 0,60
2 Ki — f (Хр Н/D) у по диаграмме (см. рис. 5, 0,290 0,270 0,233 0,188
3 т)р=/1(Лр, H]D) ) прил. VI) 0,398 0,444 0,528 0,613
4 8/\'i 6,04 4,30 2,33 1,33
OJ О. << К а о
5 op=f (zOp, Zp). По графику (см. рис. 23) 6,68 4,74 2,66 1,50
По результатам расчета, сведенного в табл. 35, строят графики зависимости
Т]р=/(Хр); Ki—fi(Kp) и оР = /,2(^р), приведенные на рис. 47.
III. Далее рассчитывают тяговые характеристики буксирного водометного
судна при постоянных крутящих моментах двигателя (А4е=const) и при посто-
янных значениях частоты вращения двигателя в минуту, равных 1200, 1350 и
1500. Результаты расчета тяговых харакатеристик сводят в табл. 37 и 38 и пред-
ставляют их в виде кривых (рис. 48).
119
Таблица 36. Расчет динамических характеристик водометного
движителя буксирного судна мощностью ПО кВт
№ п/п Характеристика Значения характеристики
1 ае (задается) 40 10 5 2
2 Z = /'(l/cre, TID). По графику (см. рис. 19) +0,165 +0,031 -0,068 -0,260
1-Н
3 се 0,0292 0,1031 0,1865 0,3700
v <! 1 +z \
4 —f ( .По графику (см. рис. 22) 0,200 0,400 0,525 0,735
VS \ Се /
5 v=vs/v 5,00 2,50 1,91 1,37
6 Се Тв 2,85 1,55 1,21 0,88
4(1 + Z)os
7 Се Ср - (1+/)т2 4,25 4,04 3,68 3,50
8 0,419 0,425 0,440 0,447
9 р По графику (см. рис. 47) 'Пр—/ ('“р) ' 0,463 0,472 0,486 0,494
10 х<Тр=/(<Тр, Лр). По графику (см. рис. 23) 3,82 3,62 3,33 3,16
11 К2 = 0,0625 (х<Тр) (Х3/Пр) 0,0378 0,0370 0,0362 0,0346
12 /Се = 0,393(Те (^р/ув)2 0,339 0,295 0,260 0,202
Рис. 47. График динамических ха-
рактеристик винта в водометной
трубе буксирного теплохода мощно-
стью Л7а = 110 кВт
Рис. 48. График тяговых характери-
стик буксирного водометного тепло-
хода мощностью Л’а= 110 кВт
120
Таблица 37. Расчет тяговых характеристик водометного судна
мощностью ПО кВт при постоянном крутящем моменте двигателя
С Характеристика, размерность Значения характеристик при коэффициенте нагрузки <rg
40 10 5 2
1 2 n = f (Ка), об/с I ,, } По графику (см. рис. 36) Уэ = /1(п), кВт J F v F ' 8,25 109,7 8,28 110,0 8,38 110,8 8,46 111,0
3 1,15 2,16 2,88 4,08
Тв
4 Pe = KepnaD4, Н 18900 16500 143840 11770
5 хЛ'о, кВт 109,7 110,0 110,8 111,0
6 хРе, Н 18900 16500 14840 11770
Таблица 38. Расчет тяговых характеристик водометного судна
мощностью ПО кВт при постоянных частотах вращения
№ п/п Характеристика, размерность Значения характеристик при коэффициентах нагрузки
40 10 1 5 1 2
ПДвиг=1200 об/мин; Пдвиж —400 об/мин
13 0,93 1,74 2,31 3,37

Тв
14 Н 12270 10670 9380 7260
15 /\'2р«37>5 Л/р- 159 кВт 54,4 53,3 52,2 48,9
16 л/ю /Уэ = 2— , кВт 57,9 56,7 55,6 52,1
'О в ^]п
17 xNg, кВт 57,9 56,7 55,6 52,1
18 хРе, Н 12270 10670 9380 7260
ндвиг= 1350 об/мин; «движ = 450 об/мин
13 nDXp V = — , м/с Тв 1,05 1,95 2,60 3,62
14 Р = Кер«2Г>4, н 15500 13500 11880 9240
15 /<2 рм3 О5 159 ’КВТ 77,4 75,7 74,0 70,0
16 Л/р Ng= , кВт ЛвЛп 82,3 80,6 78,6 74,4
17 xNB, кВт 82,3 80,6 78,6 74,4
18 хРе, Н 15500 13500 11880 9240
131
Продолжение табл. 37
В "в Характеристика, размерность Значения характеристик при коэффициентах нагрузки
g 40 | 10 | 5 | 2
пдвиг= 1500 об/мин; мДВПж = 500 об/мин
13 nDXp v= , м/с Тв 1,17 2,17 2,86 4,02
14 Ре=Яерм2О4, Н 19100 16600 14640 11390
15 К2 рп3 D5 /VP- , кВт 106,7 104,4 101,5 98,1
16 Пр Па — , кВт Я в 'Пп 113,3 111,0 108,0 104,4
17 xNa, кВт 113,3 111,0 108,0 104,4
18 ХРе, Н 19100 16600 14640 11390
Полученные кривые позволяют определить полезную тягу судна
хР е и эффективную мощность xN-d при различных режимах работы дви-
гателя и судна. Кроме того, по точкам пересечения кривых хеРе=
— f (у) и R =fi /(у) находят скорости движения буксирного судна без
состава.
Абсолютную и приведенную силу тяги на гаке рассчитывают в том
же порядке, что и для судов, оборудованных другими типами движите-
лей.
§ 29. РАСЧЕТ ХОДОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СКОРОСТНЫХ СУДОВ
Общие данные. Ходовые характеристики скоростных судов, как и
обычных водоизмещающих судов, рассчитываются в 3 этапа. На пер-
вом из них так, как описано в §26, выполняют расчет внешней характе-
ристики двигателя, на втором— расчет динамических характеристик
движителя и на третьем — скоростных характеристик судна.
Ниже описываются методики расчета динамических характеристик
рассмотренных в гл. III типов движителей скоростных судов и одна оди-
наковая для всех судов методика расчета скоростных характеристик.
Расчет динамических характеристик полностью или частично по-
груженных гребных винтов скоростных судов. 1. Задаются относитель-
ной поступью винта Хр в пределах от 0,6 до 1,0 (лучше с шагом, равным
0,1) и по выбранной корпусной диаграмме при расчетном шаговом от-
ношении находят значения коэффициентов упора и к. и. д. винта для
всех принятых значений относительной поступи:
Ki=7 (Хр, H/D);
1]р = /1(Ьр. н/b).
. 122
2. Определяют коэффициенты момента на гребном валу:
1<2 ---------. (2о8)
2лт]р cos у
3. По графику (см. рис. 24) находят коэффициенты условного по-
путного потока и затем вычисляют кажущуюся относительную по-
ступь
Хр
Х= —. (209)
1 v
4. По графику (см. рис. 25), наиболее соответствующему расчетно-
му шаговому отношению винта Н/D, находят коэффициенты засасы-
вания ty и затем определяют коэффициенты полезной тяги винта:
Ке— Kt (1— ty) cos -ув. (210)
5. По результатам расчета, выполняемого в табличной форме, строят
графики динамических характеристик f\2 = f (X) и Ке — f (X).
Расчет скоростных характеристик. Скоростные характеристики ско-
ростных судов обычно рассчитывают при постоянном крутящем момен-
те Ме, подводимом к движителю от двигателя, и нескольких значениях
постоянной частоты вращения винта п.
При Ме = const скоростные характеристики рассчитываются в
нижеследующем порядке.
1. С графика внешней характеристики двигателя по значениям ко-
эффициента момента, рассчитанным по формуле (208), снимают значе-
ния частоты вращения винта п = f (Кг) и эффективной мощности дви-
гателя Na = ft (n).
2. Определяют скорости движения судна
v=nD'k. (211)
3. По формуле (167) с учетом плотности воды или воздуха вычисля-
ют значения полезной тяги судна хР е.
При постоянной частоте вращения винта (пг = const) и переменных
Хи/(е по формулам (211) и (167) определяют скорости движения Vi и
хР е. Затем вычисляют эффективную мощность судна
2xnpk2 п3 D3
э1~ 0,94&в kM
При этом коэффициенты и kM принимают из расчета соответству-
ющих типов СВП.
В таком порядке далее выполняются расчеты скоростных характе-
ристик при других заданных пг = const.
Значения частоты вращения в начале расчета можно принять рав-
ными п, 0,85 п и 0,70 п.
По результатам расчета строят график скоростных характеристик
судна, включающий зависимости хР ei — f (tij) и xN^ = ft (vt)
при Me = const, а также при пг = const.
Расчет динамических характеристик водометных движителей ско-
ростных судов. Методики расчета динамических характеристик водо»
123
(212)
метных скоростных и обычных водоизмещающих судов различаются
не очень существенно. Обе они основаны на методе эквивалентного вин-
та. Поэтому ниже излагаются только отличительные особенности их
расчета применительно к скоростным судам.
Исходные данные для расчета динамических характеристик скоро-
стных водометных судов принимаются те же, что и в § 28. Для расчета
рекомендуется нижеследующая схема.
1. В начале расчета в порядке, изложенном в пп. 1—6 § 28, рассчиты-
вают внешнюю характеристику двигателя, а также динамические ха-
рактеристики Хр]Д = f (HID, Хр), т]р = f^H/D, Хр), хор, ор =
= f (wpXp) и строятся графики = f(Xp), т]р =Д (Хр) и ор =fz (Хр).
2. Задаются коэффициентами реактивной погрузки аа = 1, 2, 3,
4, 5 и по графику (см. рис. 30) при расчетном коэффициенте конструк-
тивного поджатия трубы |За находят поправочные коэффициенты kai.
3. По формулам (152) и (151) соответственно вычисляют коэффици-
енты засасывания водомета tBi и коэффициенты нагрузки комплекса
по полезной тяге.
4. Определяют относительную скорость протекания воды через сече-
ние винта:
— =0,468ра(1 +V 1+2,14<та. (1-Y), (213)
а затем по формуле (153) — относительную расчетную поступательную
скорость эквивалентного винта ypi.
5. Далее выполняют расчет величин ор, Хр, т]р, /(2 и Ке так, как
указано в п. 11, 12, 14 и 15 § 28. При этом в формулу(151) вместо %сгр
подставляют ор.
6. Рассчитывают кажущиеся относительные поступи винта:
^Рг
(l-^lTPi
(214)
7. Строят график динамических характеристик водометного движи-
теля K2i = f (Xf) и К el = Д (Хг).
Скоростные характеристики водометных скоростных судов рассчи-
тывают и строят так же, как и полностью или частично погруженных
винтовых скоростных судов.
Расчет динамических характеристик воздушных винтов скоростных
судов. В качестве исходных принимают те же данные,что и при расчете
динамических характеристик погруженных винтов скоростных судов,
при этом угол наклона гребного вала ув =0 . Расчет ведут по следую-
щей схеме.
1. Задаются относительной поступью воздушного винта Хг =
— 0,2-4- 0,6 с шагом ДХ = 0,1 и при всех значениях Хг по формуле
(211) определяют скорости движения V.
2. По графику (см. рис. 33, а) находят коэффициенты упора Ki =
= f (kfa, Xi), соответствующие оптимальному значению индуктивного
угла атаки а.
124
3. Вычисляют по выражению (161) окружные скорости движен ия и
по их значениям, пользуясь формулой (162), определяют концевые ч це-
ла Маха.
4. По формуле (164) определяют углы атаки винта: сначала индук-
тивные ссг при заданных значениях р, а затем кромочные сср при рр.
5. По графику (см. рис. 33, б) находят коэффициенты /гр. = Дссг,
Л4а1) и по графику (см. рис. 33, в) —коэффициенты /гр. — (аг, Mai).
6. Рассчитывают:
а) коэффициенты полезной тяги воздушного винта по формуле (166);
б) полезную тягу СВП — по формуле (167);
в) к. п. д. воздушного винта по формуле (168).
7. Определяют коэффициенты момента:
8. Строят графики динамических характеристик воздушного винта
7<ei. = f(X) nK2i =/(Х).
Расчет и построение скоростных характеристик амфибийных СВП,
оснащенных воздушными винтами, осуществляют так же, как и скоро-
стных судов с частично или полностью погруженными винтами.
§ 30. РАСЧЕТ БАЛАНСА МОЩНОСТИ
И КОЭФФИЦИЕНТОВ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ СУДОВ
Мощность судовой энергетической установки далеко не полностью
расходуется на полезную работу по преодолению сопротивления воды
движению судов. Значительная часть мощности теряется в различных
преобразователях энергии (энергетической установке, движителе) и
механических передачах. Потери мощности учитываются с помощью
коэффициентов полезного действия судов, а количественная оценка ис-
пользования мощности силовой установки определяется уравнением
баланса индикаторной мощности.
Основной смысл изучения к.п.д. и баланса индикаторной мощнос-
ти судна заключается в качественной и количественной оценке эффек-
тивности расходования мощности энергетической установки при разли-
чных ее режимах и скорости хода судна.
Полезной мощностью буксирных судов является тяговая мощность,
которая имеет важное значение в эксплуатационных расчетах.
При расчете движительного комплекса различные виды коэффици-
ентов полезного действия и мощностей уже упоминались. В данном па-
раграфе рассмотрим их сущность и способы расчета на базе полученных
ранее величин.
Все механические потери мощности в судовой энергетической уста-
новке учитываются комплексным механическим к. п. д.
0км — 'Ом Оп т|в — (Np/Nj)
Механический к. п. д. т]м учитывает потери мощности в двигателе
на трение и на преодоление инерции возвратно-поступательного двц<-
жения маховых масс. Он находится на основе стендовых испытаний при'
определении тормозной или эффективной мощности. Его значение мо-
жет быть получено из выражения
Ям = (Na/N i)
К. п. д. валопровода Яв учитывает потери энергии в подшипниках
валопровода и на скручивание вала.
При непосредственной передаче мощности с вала на гребной винт
к. п. д. валопровода равняется отношению расчетной мощности Np к
эф4ективной Na.
При передаче мощности на винт через редуктор потери энергии в ре-
дукторе учитываются дополнительным к. п. д. передачи яп- В этом слу-
чае
(Лф/Л'эЬ-Яв Яп- (216)
Гидравлические потери мощности, представляющие собой энергию,
затрачиваемую на закручивание и отбрасывание водного потока, на
волнообразование от движителя и т. п., учитываются коэффициентом
полезного действия движителя.
Яр = (Л^р). (217)
где Ne — мощность, отдаваемая движителем.
Пропульсивный к. п. д. я учитывает механические и гидравличе-
ские потери мощности, причем
Я = Якм Яр (э)). (218)
Потери мощности на преодоление собственного сопротивления
корпуса буксировщика учитываютсся к. п. д. влияния корпуса буксира
Г г _ хРе /?р 1 Ro
хРе хРе хРе
Суммарные потери мощности судовой энергетической
буксира определяются с помощью буксировочного к. п. д.
Л^г (Tj Fr v
Яо = ЯкмЯрЯб=—-= 100(W/(9) •
Уравнение баланса индикаторной или эффективной мощности бук-
сира имеет следующий общий вид:
(Э) =Мг+УГд-|-Л,к4-Уг (Т), (221)
где NT — механические потери мощности [для паровых машин NT —
= Nt — Np = Nt — ЯнмЛ^ = (1 — Я км) (Vp, для двигателей внутрен-
126
(219)
установки
(220)
Таблица 39. К расчету баланса мощности буксирного
теплохода мощностью 1000 кВт
Мощность Значение мощности, кВт, при скорости движения относительно воды, м/с
0 I 2 3 5 5,9
Эффективная N9 906 930 960 990 937 827 718
Расчетная Np 880 902 930 960 909 802 696
Упора, отдаваемая двигате- 0 160 298 411 470 455 376
лем, Ne Тяговая Л’т 0 158 282 363 348 220 0
него сгорания NT = Ng — Np = Ns — = (1 — ЛвПп)М>];
Nrn — гидравлические потери мощности, причем
, хРе V
N гд=Л^р —Ne=Лим Ni — ;
Л\( — потери мощности на преодоление сопротивления корпуса букси
ровщика (толкача), при этом
.. .. (^-fr(T))t> /?б(т)Р
^(т)- 1000 - 1000 •
Пример 31. Рассчитать баланс индикаторной мощности и коэффициенты
полезного действия буксирного теплохода мощностью 1000 кВт при различных
скоростях движения, пользуясь данными расчета тяговых характеристик этого
буксира, приведенными в примере 29.
Решение. 1. С графика тяговых характеристик буксирного теплохода мощ-
ностью 1000 кВт, приведенного на рис. 46, снимают несколько значений эффек-
тивной мощности судна при постоянных значениях Ме до скорости движения
3, 34 м/с и при постоянной частоте вращения п — 350 об/мин от скорости
Iv > 3,34 м/с до скорости порожнем.
2. Принимая значение коэффициента полезного действия валопровода посто-
янным и равным т]в=0,97, по выражению (62) рассчитывают мощность, подводи-
мую к движителю.
Рис. 50. График зависимости к. п. д.
буксирного теплохода мощностью
A,li= 1000 кВт от скорости движения
124
Рис. 49. Г рафик баланса мощности
буксирного теплохода мощностью
N-j—1000 кВт
3. Пользуясь графиком тяговых характеристик судна, вычисляют мощность,
отдаваемую движителями:
4. Определяют значение тяговой мощности буксира:
(222)
(223)
Результаты расчета излагают в табличной форме (табл. 39).
5. Пользуясь уравнением (221), по данным табл. 39 определяют потери мощ-
ности механические AfT, гидравлические Л/Гд и на преодоление сопротивления
корпуса буксировщика NK.
Результаты расчета потерь мощности сводят в таблицу (табл. 40), по дан-
ным которой строят график баланса мощности в зависимости от скорости дви-
жения (рис. 49).
6. По формулам (216) — (220) и данным, приведенным в табл. 40, рассчи-
тывают значения коэффициента полезного действия судна.
Результаты расчета сводят в таблицу (табл. 41). По результатам расчета
строят график зависимости к. п. д. судна от скорости движения (рис. 50).
Таблица 40. Потери мощности буксирного теплохода
мощностью 1000 кВт
Потерн мощности» кВт Значение потерь мощности при скорости движения относительно воды, м/с
0 1 2 3 4 5 5,9
26 28 30 30 28 25 24
N ГД 880 742 632 549 439 347 320
2VK 0 2 16 48 122 235 376
Таблица 41. Значения к. п. д. буксирного теплохода
мощностью 1000 кВт
Название к. и. д. Значения к. и. д. при скорости движения относительно воды, м/с
0 1 2 3 4 5 5,9
Движителя т]р 0 0,177 0,321 0,428 0,517 0,567 0,540
Пропульсивный Т] 0 0,172 0,311 0,415 0,501 0,550 0,524
Влияния корпуса буксира т]б 1 0,990 0,950 0,884 0,736 0,484 0
Буксировочный т]0 0 0,170 0,294 0,367 0,371 0,266 0
§ 31. РАСЧЕТЫ ТЯГОВЫХ И СКОРОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
ВИНТОВЫХ СУДОВ НА ЭВМ
Значительную трудоемкость выполнения судовых тяговых расчетов
можно существенно уменьшить с помощью использования электрон-
ных вычислительных машин (ЭВМ). При этом помимо сокращения руч-
ного счета появляется возможность практически неограниченно увели-
чивать число обсчитываемых вариантов и выбпратьиз них наивыгодней-
ший пли применять оптимизационные решения, например, при выборе
128
главных размерений судна (обеспечивающих минимум сопротивления
воды движению судна), или оптимальных характеристик движителя.
Студенты судоводительского и эксплуатационного факультетов ву-
зов речного транспорта должны освоить выполнение судовых тяговых
расчетов на ЭВМ при заданных главных размерениях судна и характе-
ристиках судовых энергетических установок, т. е. уметь выполнять ва-
риантные расчеты. В основу таких расчетов ходовых характеристик
судов положены методики, изложенные в предыдущих главах учебно-
го пособия. Вместе с тем для их выполнения требуется: аппроксимиро-
вать математическими выражениями многочисленные графические за-
висимости, используемые при ручном счете; разработать исходные дан-
ные для машинного расчета; разработать логические схемы и алгорит-
мы расчета; разработать машинные программы расчета; разработать
схемы размещения программы, исходной информации и рабочих ячеек
в памяти ЭВМ; разработать инструкцию оператору при работе с про-
граммой.
। Для детального ознакомления с методиками расчета ходовых ха-
рактеристик судов студентам полезно выполнить вручную расчеты прц
одном значении аргумента. Кроме того, студенты должны: подготовить
входную информацию для расчета тяговых и скоростных характерис-
тик; выполнить расчеты на ЭВМ; расшифровать выходную информацию
с ЭВМ; творчески изучить результаты машинного и ручного расчетов
и оформить их графически.
Входная информация, предназначенная для машинного расчета,
делится обычно на постоянную (общую для всех вариантов) и перемен-
ную (индивидуальную).
Для расчета сопротивления воды движению судна (например, тол-
кача) в постоянную информацию входят данные о температуре и кине-
матическом коэффициенте вязкости воды, аппроксимационные формулы
зависимости коэффициента остаточного сопротивления прототипных
судов и поправочных коэффициентов ar,blt сг и dr, учитывающих несо-
ответствие главных размерений расчетных и прототипных судов, а
также коэффициенты шероховатости корпуса толкача и др.
В данные переменной информации при расчете сопротивления вхо-
дят главные размерения судна, осадка, коэффициенты полноты, харак-
теристики толкаемого состава и др.
Вся исходная информация записывается на программные бланки в
определенной последовательности. Логическая схема вычислительного
процесса разрабатывается применительно к типу ЭВМ и обычно пред-
ставляется укрупненной блок-схемой машинной программы.
На основе логической схемы разрабатывают машинные программы,
по которым осуществляют расчет. Так, в ГИИВТе для расчета сопро-
тивления воды движению толкача на ЭВМ ЕС-1022 создана машин-
ная программа, включающая внешний цикл, повторяющийся столько
раз, при скольких значениях скорости движения требуется выполнить
расчет, и внутренний цикл, созданный для автоматического выбора суд-
на - прототипа. Программа заканчивается автоматическим остановом
машины после расчета сопротивления при всех заданных скоростях
движения судна.
Далее разрабатывают схемы размещения программы, исходной ин-
формации и рабочих ячеек в памяти ЭВМ и краткие инструкции опе-
ратору при работе с программой.
В результате расчета выдается на печать результирующая информа-
ция в виде значений коэффициента сопротивления трения £т — КСТ,
коэффициента остаточного сопротивления £0 — КСО, сопротивления
трения RT — RT, остаточного сопротивления Ro — R0 и полного со-
противления толкача R — R.
Макет машинного ответа после расчета сопротивления воды движе-
нию толкача проекта № 10 при v = 1 м/с выглядит, например, так:
КСТ ксо кт ко к
0,00253 0,000430 0,7 0,1 0,8
При этом данные о сопротивлении приведены в килоньютонах.
Для расчета наивыгодпейших элементов движительного комплекса
винт — насадка буксирного судна в качестве данных постоянной ин-
формации используются значения коэффициентов полезного действия
валопровода т]в и редуктора т]п, коэффициент прочности материала
винта а , предельно допустимая нагрузка на единицу площади лопастей
винта /’max, давление насыщенных паров, аппроксимационные форму-
лы, заменяющие расчетные диаграммы гребных винтов, и графики для
определения коэффициентов засасывания винтов и др. В качестве дан-
ных переменной информации используются главные размерения и осад-
ка судна, относительная длина насадки, скорость движения, тип,' ко-
личество и мощность двигателей, частота вращения вала двигателя,
передаточное число редуктора и др.
Для расчета ряд графических зависимостей, в том числе расчетные
диаграммы гребных винтов, аппроксимированы математическими
выражениями.
В программу расчета наивыгоднейших элементов комплекса винт —
насадка, разработанную в ГИИВТе, включены циклы по'определе-
нию конструктивного шагового отношения Н/D и коэффициента полез-
ного действия винта r]p. При этом для определения Н/D прежде всего
находят значение коэффициента упора винта по формуле, аппроксими-
рующей первую кривую: H/D — f (Кг, Хр) или H/D = f (RK, Хе). По-
лученное значение коэффициента упора сравнивают с его расчетным
значением и, если оно получилось меньше расчетного, это значение за-
поминается и определяется коэффициент упора по формуле, аппрокси-
мирующей следующую кривую: H/D = f (Ki, Хр ) и т. д.
Далее по интерполирующей формуле определяют значение конструк-
тивного шагового отношения винта, соответствующего расчетному зна-
чению коэффициента упора.
Аналогичный цикл образован и для определения к.п.д. винта с на-
хождением по аппроксимационным формулам относительной поступи
винта в насадке.
Если расчет комплекса винт — насадка буксирного судна произво-
дился по диаграммам, разработанным для открытых винтов (по методу
эквивалентного винта), то на печать после каждого приближения рас-
чета выдается результирующая информация о расчетном коэффициен-
те Кп — KN1, о числе лопастей z— Z и дисковом отношении 6 —
ТЭТА винта, расчетном диаграммном коэффициенте Кп — KN2,
относительной поступи винта в насадке Хр — LR и ее исправленном
значении на значение концевых потерь Хр' — LR1, коэффициенте
нагрузки винта ор — SGR и его исправленном значении на значение
крнцевых потерь хор — HSGR, коэффициенте упора винта Ki — КЕ
упоре винта в насадке Р — Р, к. п. д. винта т]р — ETR, расчетной
скорости винта в насадке vp — VR, потребляемой движителем мощнос-
ти 7VP — NR, конструктивном шаговом отношении винта H/D —
HD, диаметре винта D — D, коэффициенте засасывания tK — ТК,
относительной скорости винта в насадке ув — V0.
После последнего приближения расчета на печать дополнительно
выдается следующая информация: относительный коэффициент сопро-
тивления насадки £н/ак —DZSG, коэффициент раствора насадки ссн —
ALFA, коэффициент нагрузки комплекса по полезной тяге оп —
SGN, полезная тяга винта Рп — PN, коэффициент нагрузки комп-
лекса ак — SGK, упор судна хР е — PC, коэффициент качества комп-
лекса £р — KCIK. Макет ответа, выдаваемый ЭВМ ЕС-1022 в резуль-
тате расчета наивыгоднейших элементов комплекса винт — насадка
толкача проекта № 10, имеет следующий вид:
KNI Z ТЭТА KN2 LR LR1
0,799 4 0,4449 2,049 0,516 0,532
SGR HSGR Ю Р ETR VR
1,74 1,57 0,174 28,02 0,581 4,21
NR HD D тк G
203 0,844 1,51 0,365 1,905
DZSG ALFA SGN PN SGK PC
0,0103 1,44 0,55 14,2 8,33 27,21
как
0,283
При этом данные об упоре приведены в килоньютонах.
Для расчета тяговых характеристик буксирного судна использует-
ся частично вышеуказанная постоянная, и переменная информация, в
том числе ранее выданная информация о результатах расчета сопротив-
ления воды движению судна и наивыгоднейших элементов движитель-
ного комплекса винт — насадка.
Для расчета разрабатывают алгоритмы, укрупненные блок-схемы и
программы расчета внешней характеристики двигателя, динамических
характеристик комплекса винт — насадка и тяговых характеристик при
постоянном крутящем моменте, нескольких значениях постоянной час-
F тоты вращения двигателей и движителей и постоянной мощности дви-
гателей. Одна из указанных укрупненных блок-схем приближенного
расчета внешней характеристикй двигателя приведена на рис. 51.
По результатам расчета внешней характеристики в соответствии с
машинной программой, разработанной в ГИЙВТе для ЭВМ ЕС-1022»
Г к* 131
Рис. 51. Блок-схема расчета внешней
характеристики двигателя
выдается на печать следующая ин-
формация: частота вращения вала
п — NI, эффективная мощность
двигателя Ns — N9, мощность,
подведенная к движителю, Np —
NR и коэффициент момента на валу
движителя /<2 — R2.
Для буксирного теплохода про-
екта № 10 макет ответа имеет сле-
дующий вид:
NI МЭ NR К‘2
4,1 176 166 0,046
4,6 198 186 0,036
6,2 264 234 0,020
Каждый из последующих бло-
ков расчета тяговых характеристик
буксирного судна работает цикличе-
ски. Так, в блоке расчета динами-
ческих характеристик винта в на-
садке и комплекса винт — насадка
осуществляется столько повторений, сколько соответственно задано
значений относительной поступи винта и коэффициента нагрузки комп-
лекса винт — насадка. Для определения относительной поступи и
к. п. д. винта по аппроксимационным формулам применяют описанный
выше метод последовательных приближений по коэффициенту нагрузки
и относительной поступи винта.
В результате расчета каждого блока выдается на печать результи-
рующая информация. Так, согласно программе ГИИВТа после расчета
динамических характеристик винта на печать выдаются данные о ко-
эффициенте упора Ki— К1, к. п. д. винта цр — ETR, коэффициенте
нагрузки винта с учетом ликвидации концевых потерь и — HSGR
и без учета их ликвидации стр — SGR.
Макет ответа ЭВМ ЕС-1022 по результатам расчета динамических
характеристик винта в насадке буксирного теплохода проекта № 10
имеет следующий вид:
KI ETR HSGR SGR
0,265 0,412 5,50 6,10
0,222 0,512 2,80 3,10
0*096 0^640 5^00 Щ56
В результате расчета динамических характеристик комплекса
винт — насадка на печать выдается информация о значениях коэффи-
циента засасывания tK — TR, относительной скорости винта в насад-
ке ув — G, коэффициенте нагрузки винта в насадке, ор — SGR, отно-
сительной поступи винта Хр — LR, к. п. д. винта цр — ETR, относи-
тельной поступи движительного комплекса по скорости движения суд-
на X — L, коэффициенте момента М2 — К2, относительном коэффи-
циенте сопротивления насадки £н/ок — DZSG, коэффициенте нагрузки
132
по полезной тяге о1; — SGN и коэффициенте полезной тяги комплекса
Кп — КР- Макет ответа по расчету динамических характеристик
комплекса винт — насадка того же буксирного судна имеет вид
тк G SGR LR ETR L /<2 DZSG SGN КР
0,62 4,75 4,10 0,461 0,518 0,073 0,034247 0,0119 296,40 0,388
0,54 3,49 2,85 0,463 0,518 0,123 0,034243 0,0119 98,81 0,368
6,23 2,89 0^86 0,648 0^643 0^599 0,027777 0,0472 i',90 0J67
В результате расчета тяговых характеристик судна выдается на пе-
чать результирующая информация о частоте, об/с, вращения вала
tii — NI, суммарной мощности, кВт, двигателей Мэ — N9, скорости,
м/с, движения судна v— V, скорости, м/с, перемещения комплекса от-
носительно попутного потока ve — VE (м/с) и упоре, кН, судна хР е—
PC.
Макеты ответов по расчету тяговых характеристик, полученные на
ЭВМ ЕС-1022 в ГИИВТе для буксирного теплохода проекта, № 10,
имеют, например, следующий вид:
а) при постоянных крутящих моментах на валу двигателя
NI N3 V VE PC
4,8 411,64 0,53 0,42 109,09
4,8 413,58 1,25 0,99 100,93
5,9 504*75 5^39 4^25 130^54
б) при постоянной частоте вращения вала движителя
NI V VE PC N9
3,9 0,43 0,34 61,50 213,96
3,9 1,00 0,79 55,42 211,95
3^9 3*53 2*79 26^55 139^30
в) при постоянной мощности главных двигателей
NI V NR PC
4,9 1,28 207,60 90,62
5,2 2,80 207,60 76,21
5’6 5J5 207*60 56*45
Алгоритмы, укрупненные блок-схемы и машинные программы рас-
чета тяговых характеристик, а также принятые обозначения различ-
ных величин могут быть иными. Более того, ЭВМ ЕС-1022 и некоторые
другие машины могут выдавать макеты ответов и без обозначения ве-
личин, непосредственно указывая их названия на макетах, что облег-,
чает их расшифровку.
Точность тяговых расчетов на ЭВМ обычно выше, чем при ручных
расчетах. Однако она,существенно зависит от точности формул, аппрок-
симирующих диаграммы для расчета гребных винтов и различные гра-
фические зависимости.
По результатам расчета тяговых и скоростных характеристик судов,
на ЭВМ строят такие же графики их зависимостей, как и при ручных
расчетах. *
кп
о__
Глава IV
МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТЕЙ ДВИЖЕНИЯ
СУДОВ И СОСТАВОВ
§ 32. ДИНАМОМЕТРИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ СУДОВ.
ПЕРВИЧНАЯ ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ НАТУРНЫХ ИСПЫТАНИЙ
Общие сведения. Объективным критерием правильности теоретиче-
ских выводов и расчетов по определению ходовых характеристик судов
служат натурные испытания, и в частности динамометрические (ско-
ростные) испытания, проводимые для определения скорости, силы тяги
или упора в состав в зависимости от осадки судна и режимов работы
его энергетической установки (СЭУ) в различных условиях плавания.
Динамометрические испытания по назначению разделяются на па-
спортные, контрольные, специальные и хронометражно-динамометри-
ческие. По результатам первой группы испытаний составляются пас-
портные характеристки судов, устанавливается регистрационная мощ-
ность, проверяется правильность установки движителей, разрабатыва-
ются основные эксплуатационно-технические нормативы для планиро-
вания, нормирования, учета и анализа работы флота. Вторая группа
испытаний служит для периодического уточнения показателей паспорт-
ных характеристик. Специальные испытания проводят с целью выяв-
ления работоспособности внедряемых образцов новой судовой техники,
установления маневренности и мореходных качеств судов и составов,
определения эффективности технических предложений и организацион-
ных мероприятий, направленных на повышение провозной способности
судов.
Хронометражно-динамометрические испытания осуществляют с
целью изучения работы судов в течение всего рейса. На их основе уточ-
няют нормы нагрузки судов, устанавливают потери и приращения ско-
рости движения, затраты времени на выполнение различных операций
транспортного процесса и т. п.
По объему замеров и полноте проведения динамометрические испы-
тания делятся на сокращенные, прогрессивные и полные. При сокра-
щенных испытаниях осадка судна, величина состава, глубина фарвате-
ра, метеоусловия не меняются, а режим работы СЭУ принимается но-
минальным (100%). Прогрессивные испытания выполняют при раз-
личных режимах работы СЭУ, характеризующихся частотой вращения
валов двигателей 63—80—91—100% от номинального п соответственно
развиваемой мощностью 25—50—75—100% от номинальной. Полные
испытания осуществляют при различных осадках одиночных судов или
различных составах для толкачей и буксировщиков.
В процессе динамометрических испытаний одиночных судов с уста-
новленной осадкой замеряют скорость движения относительно воды и
сопротивление движению, частоту вращения движителей, глубину су-
дового хода, скорость и направление ветра. При проведении испыта-
ний составов дополнительно замеряют силу тяги на гаке буксировщика
или упора толкача в состав.
При каждом режиме работы СЭУ делают по 4—5 замеров измеряе-
мых величин с интервалом в 2—3 мин, скорость и направление ветра
достаточно определить один раз. Допускаемая погрешность измерений
составляет по частоте вращения 0,5?/о, а по другим параметрам до 2%.
Методика, способы замера величин и организация проведения испы-
таний регламентируются Инструкцией по теплодпнамометрическпм
испытаниям судов речного флота.
Измерение указанных в § 32 величин ведется с помощью различных
инструментов и приборов, часть из которых имеется на судах, а другая
часть устанавливается специально на период испытаний членами ис-
следовательской партии.
Расчетная скорость движения (относительно воды) может быть оп-
ределена с помощью гидрометрической вертушки, судового лага, гео-
дезических инструментов, поплавков.
Техническая скорость движения (относительно берега) может быть
определена методами подвижного и неподвижного базисов. В первом
случае створы непосредственно разбиваются па судне, а во втором -—
на берегу. Расстояние между береговыми створами называется мерной
милей или линией. На мерной линии можно получить и расчетную ско-
рость судна или состава относительно воды как среднее арифметическое
технических скоростей при движении вверх и вниз.
Определение скорости движения судов и составов. Для определения
скорости движения судов перед испытаниями следует заготовить рабо-
чие бланки по форме, приведенной ниже, а также форматки миллимет-
ровой бумаги для графика паспортной характеристики и для изображе-
ния графических зависимостей других показателей.
Основному опыту должен предшествовать контрольный замер для
проверки исправности приборов, устойчивости режима, слаженности
работы членов исследовательской партии и команды, участвующих в
испытаниях.
Расчетную осадку объекта испытаний определяют как среднее ариф-
метическое ее значений по замерам с обоих бортов в носовой, миделе-
вой и кормовой частях судна. При снятии показаний приборов необ-
ходимо учитывать паспортные и тарировочные поправки. Подсчеты
при обработке материалов рекомендуется выполнять с точностью до
трех значащих цифр.
Гидрометрическую вертушку с целью исключения влияния на нее
носовой подпорной волны устанавливают в носовой оконечности перво-
го судна. Работа вертушки основана на том,что ее лопастный винт
(крыльчатка) в результате взаимодействия движущегося объекта с во-
дой вращается, причем частота вращения винта пропорциональна ско-
рости движения. Однако точная пропорциональность не соблюдается,
так как на работу вертушки влияет трение в ее подшипниках и контакт-
ной группе. Степень этого влияния зависит от особенностей каждой
вертушки и не является стандартной, поэтому для установления стрсТ-
Форма
Рабочий бланк замера скорости движения судов
Дата испытаний __________________________________________________________
Фамилия испытателя _________________________________________________ .
Наименование судна ______________________________________________________
Номер и вид испытаний ___________________________________________________
№ замера Гидрометри- ческой вертуш- кой №, типа На мерной линии
Время, с, за 20 сигналов вертушки Скорость объекта, м/с Время дни- жжения, с Техническая скорость, м/с Скорость относи- тельно во- ды, м/с
вверх вниз вверх вниз
Примечание
Глубина, м, h =
IV
2
3
4
5
Среднее
1
2
3
4
5
Среднее
Скорость ветра,
м/с, vB—
Направление
ветра ав =
Температура на-
ружного возду-
ха t=°C
Район испыта-
ний
Наименование
мерной линии
Длина линии м,
/ =
Испытатель _________________________________
(ПОДПИСЬ)
гой зависимости между скоростью движения судна и частотой враще-
ния крыльчатки каждая вертушка ежегодно тарируется.
Широко применяются малогабаритные гидрометрические вертушки
Бурцева типа ГР-55, пригодные для измерения скорости в диапазоне
0,1—5,0 м/с с погрешностью ±2%. Они комплектуются двумя крыль-
чатками диаметром 70 мм, причем одна из них с шагом ПО мм приме-
няется при скоростях 0,1—2,5 м/с, вторая с шагом 200 мм — для ско-
ростей 0,2—5,0 м/с. Образец свидетельства о тарировке одной из вер-
тушек ГР-55 показан на рис. 52. Верхней кривой в совокупности с
верхней шкалой оси абсцисс и правой шкалой оси ординат пользуются
при незначительных скоростях движения.
136
Для облегчения пользования
свидетельством нередко составляет-
ся тарировочная таблица (табл. 42).
В табл. 42 в первом столбце даны
значения целой части частоты вра-
щения лопастного винта, а в голов-
ке — ее десятые доли. На пересече-
нии строк и столбцов приведены
значения скорости движения, сня-
тые с тарировочного свидетельства
при соответствующем значении ча-
стоты вращения винта вертушки
(например, при п = 9,4 об/с v =
= 1,96 м/с). Точность использования
необходимости можно повысить, если
значения п с точностью до десятых дс
Рис. 52. Тарировочная кривая гидро-
метрической вертушки типа ГР-55
Ks 2817
тарировочного свидетельства при
внести в первый столбец табл. 42
лей, а в подзаголовок — до сотых.
Таблица 42. Тарировочная таблица вертушки ГР-55 № 2817
по свидетельству № 66412
п, об/с 1 Скорость движения судна, м/с, при частоте вращения крыльчатки
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0.5 0,6 0,7 0,8 0.9
0 0,058 0,062 0,070 0,088 0,108 0,122 0,142 0,162 0,184 0,204
1 0,224 0,244 0,264 0,284 0,310 0,330 0,350 0,370 0,390 0,4Ю
2 0,43 0,45 0,47 0,5 0,52 0,54 0,56 0,58 0,6 0,62
3 0,64 0,66 0,68 0,7 0,72 0,74 0,76 0,78 0,8 0,82
4 0,84 0,86 0,88 0,9 0,92 0,95 0,97 0,99 1,01 1,03
5 1,05 1,07 1,09 1,12 1,14 1,16 1,18 1,2 1,22 1,24
6 1,26 1,28 1,3 1,32 1,34 1,36 1,38 1,4 1,42 1,45
7 1,47 1,49 1,51 1,53 1,55 1,57 1,59 1,61 1,63 1,65
8 1,67 1,7 1,72 1,74 1,76 1,78 1,8 1,82 1,84 1,86
9 1,88 1,9 1,92 1,94 1,96 1,98 2,0 2,02 2,05 2,07
10 2,09 2,И 2,13 2,15 2,17 2,19 2,21 2,23 2,25 2,28
11 2,3 2,32 2,34 2,36 2,38 2,4 2,42 2,45 2,47 2,49
12 2,51 2,53 2,55 2,57 2,59 2,61 2,63 2,65 2,67 2,7
Скорость движения судна при использовании гидрометрической
вертушки может быть также определена по формуле
и = Св + (Ьв Ка rnc)/t, (224)
где ав, Ьв — постоянные вертушки, определяемые с помощью тарировочного
свидетельства;
к3 — частота замыкания электрической сигнальной цепи вертушки;
тс — количество звуковых или световых сигналов вертушки за опре-
деленный период;
t — время.
Постоянная ав численно равняется тарировочной скорости при
п = 0 (см. табл. 42).
Постоянная Ьв определяется как среднее арифметическое двух-трех
значений отношения v/п (за исключением п — 0) из тарпровочндй
табл. 42, соответствующих прямолинейному участку тарировочной кри-
вой. Например, для вертушки ГР-55 № 2817
(0,64/3) + (1,26/6) + (1,88/9)
о в —-------------------------— 0,211 м.
3
Обычно контактный механизм вертушки дает одно замыкание в
электрической сигнальной цепи за один полный оборот червячной шес-
теренки из 20 зубьев, а крыльчатка вертушки за один оборот продви-
гает эту шестеренку на один зуб. Следовательно, одно замыкание це-
пи происходит через 20 оборотов крыльчатки (к3 = 20).
Запись отсчета времени t по секундомеру рекомендуется произво-
дить через 20 сигналов вертушки, не считая сигнала в момент включе-
ния секундомера. Поэтому тс = 20.
Пример 32. Определить расчетную скорость движения пассажирского суд-
на по данным гидрометрической вертушки при тс = 20 и t = 62 с.
Решение. По формуле (224)
2 • 20
&= 0,058 + 0,211 — = 1,419 м/с.
62
Техническую скорость движения судов и составов определяют на
мерной линии. При этом курс судна выдерживают параллельно линии
ведущих створов. Техническую скорость судна на каждом пробеге
вычисляют как отношение длины мерной линии ко времени пробега.
Движение судна вдоль мерной линии осуществляют в оба направ-
ления, а скорость относительно воды вычисляют как среднее арифмети-
ческое полученных технических скоростей.
При наличии осциллографа на его ленту можно одновременно запи-
сывать показания нескольких приборов, что резко сокращает число не-
обходимых испытателей. Вместе с показаниями других приборов на
ленту осциллографа (осциллограмму) обычно записывают и показания
счетчика времени (контактных часов). При этом период времени за
20 контактов вертушки определяется отношением длины соответствую-
щего отрезка ленты на скорость ее движения в осциллографе. Расчет
скорости движения судна ведут по формуле (224).
14ногда требуется определить скорость движения судов и составов
относительно воды при отсутствии приборов. Тогда она измеряется с по-
мощью поплавков, путем сбрасывания последних с носа судна в воду
и засечки по секундомеру времени прохождения ими первого испытате-
ля на носу и второго на корме судна. Зная расстояние между испытате-
лями, можно по известной формуле определить скорость движения объ-
екта.
Замеры следует вести в безветренную погоду и при отсутствии вол-
нения. Судно должно двигаться прямолинейно и параллельно поплав-
кам.
Определение силы тяги на гаке. Сила тяги на гаке буксирных судов
определяется при швартовных и ходовых испытаниях. На швартовных
испытаниях определяется наибольшая сила тяги на гаке. Такие испыта-
ния проводят в затонах, заливах и других местах, где отсутствует тече-
ние, на глубине, равной не менее двух осадок буксира-толкача. Ходо-
Рис. 53. Тарировочные кривые дина-
мометра системы Н. Г. Токаря:
1—на 500 кН; 2 — на 1100 кН
вые испытания осуществляют при
буксировке нормального, тяжелого
и легкого составов.
Измерение силы тяги на гаке с
достаточно высокой точностью и на-
дежностью обеспечивают динамомет-
ры системы Н. Г. Токаря с номи-
нальным значением усилий от 50 до
1500 кН. Основной частью такого
динамометра служит стальная рама
с отлитыми вместе с ней по обеим
сторонам плоскими пластинами-
флажками. В отверстии свободного
конца одного флажка крепится мерительный индикатор, имеющий
штифт с углублением, в которое входит наконечник иглы, пропущен-
ный сквозь тело динамометра. Другой конец иглы упирается в углуб-
ление винта, укрепленного на другом флажке. Тело динамометра на
обоих концах имеет винтовую нарезку, с помощью которой оно ввинчи-
вается в специальные скобы, соединяющие динамометр с буксирным
гаком, с одной стороны, и с буксирным тросом— с другой.
Под нагрузкой рама динамометра растягивается, а концы ее флаж-
ков сходятся. Линейное сближение флажков фиксируется вышеупомя-
нутым индикатором. Перевод показаний индикатора на силу тяги про-
водится по специальному свидетельству о государственной поверке
динамометра, составляемому территориальной государственной лабо-
раторией по измерительной технике.
В свидетельстве приводятся данные о динамометре и его индикаторе,
а также результаты государственной поверки в табличном или графи-
ческом виде (рис. 53). По результатам государственной поверки динамо-
метра перевод показаний индикатора на силу тяги весьма прост. На-
пример, согласно рис. 53 при показаниях индикатора, соответствую-
щих сближению флажков Пt = 3 мм, сила тяги на гаке по первому ди-
намометру составляет Frl = 253 кН, а по второму Fr2 = 554 кН.
Сила упора толкача в состав может быть измерена с помощью упор-
ных динамометров. Однако все имеющиеся для этой цели упорные ди-
намометры имеют крупные недостатки и не обеспечивают замера упора
с достаточной точностью. Поэтому для толкачей проводят такие же ис-
пытания, как и для буксировщиков.
Приведение испытаний к сопоставимым показателям. Сравнитель-
ная оценка результатов динамометрических испытаний судов и соста-
вов возможна в случае соблюдения на испытаниях одинаковых (стан-
дартных) условий (регистрационная мощность, номинальная частота
вращения валов главных двигателей, проектные значения осадок, от-
носительная глубина потока h/T 7, отсутствие течения, ветра и
волн). Однако такие условия выдерживаются не всегда. Например, из-
за плохой регулировки двигателей или вследствие применения нека-
чественного топлива они могут не развивать номинальную частоту вра-
щения валов и регистрационную мощность. Осадка полностью загру-
женных судов может в момент испытаний не достигать номинального
139
значения, ввиду израсходования части топлива и других судовых за-
пасов. Разгруженное судно может не иметь проектного значения порож-
ней осадки при отсутствии зачистки остатков груза. На некоторых ре-
ках трудно найти прямолинейные участки судового хода необходимой
глубины и протяженности. Наконец, при испытаниях могут появиться
ветер и волны. Если означенные факторы наблюдались на испытаниях,
требуется полученные результаты приводить к стандартным условиям.
При частоте вращения валов двигателей, отличающейся от расчет-
ной, скорость движения судна на глубокой воде, соответствующая рас-
четной частоте вращения, может быть определена по выражению
vK = v(np/n), (225)
где v — скорость движения, замеренная на испытаниях;
Пр — расчетная частота вращения валов двигателей;
п — частота вращения, замеренная на испытаниях.
Если осадка при испытаниях отличается от проектной (но не более
чем на ± 10%), скорость судна пересчитывается по приближенной
формуле
о„=о (Т/Тр)1^, (226)
где Т, Т-р — осадки судна соответственно на испытаниях и проектная (номи-
нальная).
При этом знаменатель показателя степени принимается р. = 8 для
грузовых и ц = 3 для пассажирских судов.
Для приведения результатов натурных испытаний к стандартным
путевым и метеоусловиям рекомендуются выражения:
= v j/~ R+£R ; (227)
Fr.H=Fr—ЛЯ. (228)
В этих формулах AT? —дополнительное сопротивление движению судна или со-
става от воздействия ограниченной глубины, ветра и волн;
Fr.H — сила тяги на гаке в стандартных условиях;
Fr — сила тяги, полученная на испытаниях.
Значения сопротивлений, если они не замерены, определяются ме-
тодами, изложенными в гл. I.
Если ряд экспериментальных условий отличается от стандартных,
то приведение результатов испытаний скорости движения осуществля-
ется последовательно по формулам (225)—(227), причем значение ско-
рости, найденное по предыдущей формуле, подставляют в последующую.
Пример 33. Привести к стандартным условиям скорость, полученную в при-
мере 32 по результатам испытаний, выполненных на глубокой спокойной воде
при частоте вращения валов двигателей на 10% больше соответствующей номи-
нальному режиму и осадке на 8% меньше проектной.
Решение. 1. Приводим скорость судна к номинальной частоте вращения:
С'н = (1,419/1,1) = 1,29 м/с.
2. Приводим скорость судна к проектной осадке и номинальной частоте
вращения vu = 1,29-0,921/3 = 1,25 м/с.
140
§ 33. ПАСПОРТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ САМОХОДНЫХ СУДОВ
После первичной обработки результаты испытаний дополнительно
обрабатывают в лабораториях и приводят к виду, удобному для ис-
пользования экипажами судов и работниками соответствующих служб
пароходств. В итоге строят паспортные характеристики, представляю-
щие собой графические зависимости различных ходовых характеристик
судов от режимов работы СЭУ.
Для самоходных небуксирных судов паспортные характеристики
оформляют в виде графиков зависимостей скорости движения и мощно-
сти судна с грузом и порожнем от частоты вращения валов главных дви-
гателей. Образец паспортной характеристики грузового теплохода по-
казан на рис. 54.
При наличии результатов теплотехнических испытаний паспортная
характеристика дополняется кривыми удельного расхода топлива и
температуры отработавших газов.
В паспортной характеристике кривые = f (и) ограничиваются
по величине расчетного вращающего момента на валах двигателей. При
Рис. 54. Паспортная характеристика теплохода грузо-
подъемностью 2000 т с двигателями 6L275Rr/II-PN об-
щей мощностью 810 кВт
этом ограничивающую линию приближенно строят следующим образом.
Отмечают на графике точку, соответствующую номинальным значени-
ям частоты вращения валов главных двигателей и эффективной мощно-
сти судна при движении с номинальным количеством груза. Далее, за-
давшись любой частотой вращения, определяют другое значение мощ-
ности судна по формуле
М,1 = Л/Э (229)
где Ng, п0 — номинальная эффективная мощность и частота вращения двига-
телей;
— произвольное значение частоты вращения (/гг < п0).
Отметив полученное значение мощности на диаграмме, соединяют
обе точки прямой линией.
Рис. 55. Паспортная характеристика буксирного теплохода
проекта № ЛТ-202 с двигателями 6ДР30/50 общей мощно-
стью 885 кВт
Необходимые данные по судовым двигателям приведены в табл. 1
прил. IX.
Пример 34. Построить на рис. 54 ограничение эффективной мощности двух-
винтового судна по среднему эффективному давлению (крутящему моменту)
и вигателях типа 6L275 Rr/11-PN.
Решение. 1. Из прил. IX находят: п0 = 8,33 1/с (500 об/мин), Мэ —
= 405 кВт и на рис. 54 отмечают точку с координатами (500; 810).
2. Задаются к примеру пг = 420 об/мин и по формуле (229) определяют
420
/Уэ1 = 810—— =680 кВт.
500
Отмечают на диаграмме точку с координатами (420; 680) и соединяют ее
прямой линией с предыдущей.
Для буксирных судов паспортные характеристики представляют
собой графические зависимости эффективной мощности, силы тяги на
гаке или упора в состав от скорости движения при различных режимах
работы СЭУ. Образец паспортной характеристики буксировщика по-
казан на рис. 55. Характеристика может быть дополнена зависимостями
температуры отработавших газов и удельного расхода топлива по дан-
ным теплотехнических испытаний.
Ограничительные линии по расчетному вращающему моменту в
двигателях строятся так же, как и для небуксирного судна.
Результаты динамометрических испытаний несамоходных грузовых
судов оформляют в виде графиков зависимости сопротивления их дви-
жению от скорости и осадки на глубокой воде, мелководье или в
цанале.
§ 34. РАЗРАБОТКА ДИСПЕТЧЕРСКИХ СПРАВОЧНИКОВ ПО ФЛОТУ
Паспортные характеристики серий судов систематизируются и
обобщаются в виде специальных таблиц, которые являются основой
для оперативного планирования работы судов, составления графиков и
расписаний движения флота, разработки технических планов работы
пароходств, расчета и анализа технико-экономических показателей.
Сборник таких таблиц для одного или нескольких пароходств называ-
ется диспетчерским справочником по флоту (ДСФ).
ДСФ составляют отдельно по видам флота: грузовому самоходному,
буксирному, грузовому несамоходному. Каждый из ДСФ включает
два раздела. Первый из них называется «Технические характеристики
судов» и составляется по данным судовых паспортов.
Второй раздел каждого справочника называется по-разному:
«Зависимость грузоподъемности и скорости движения грузовых
теплоходов от их осадки», «Зависимость приведенной силы тяги на гаке
буксиров-толкачей от скорости их движения» или «Зависимость грузо-
подъемности и приведенного сопротивления несамоходных судов от их
осадки».
Содержащиеся в разделах первых двух названий значения расчет-
ных скоростей соответствуют движению на глубокой спокойной воде.
Обычно в ДСФ специальным разделом включаются краткие указания
о порядке пользования ими и примеры расчетов. *
Для пассажирских судов ДСФ не разрабатывают, поскольку осад-
ка и скорость движения этих судов в зависимости от количества пасса-
жиров изменяются незначительно.
При разработке второго раздела для грузовых теплоходов вначале
задаются значения осадки Тэ в пределах от порожней То до регистро-
вой Тр с шагом ДТ = 0,14-0,2 м, а затем со шкалы грузового размера
судна снимают значения его грузоподъемности, соответствующие
каждой принятой осадке.
При отсутствии шкалы грузового размера грузоподъемность судна
при любой осадке Тэ находится приближенно по выражению
Сэ=9Гэ-Т'о), (230)
где q — средняя грузоподъемность судна, приходящаяся на единицу измерения
осадки, причем
9=Ср/(Гр-7’0). (231)
Далее в этот же раздел заносят значения скорости движения грузо-
вых самоходных судов и8, соответствующие принятым осадкам Та,
при номинальном режиме работы СЭУ. Точные значения скорости сни-
мают с паспортной диаграммы или с графика v = f (Т).
Образец второго раздела ДСФ по некоторым грузовым теплоходам
показан в табл. 1 прил.Х. В этом разделе каждому судну при Тэ соот-
ветствуют две строки: в первой приведена грузоподъемность, во вто-
рой — расчетная скорость движения. Например, у теплохода проекта
№ 1565 при осадке 2,4 м грузоподъемность равняется 3050 т, а скорость
движения на глубокой воде 22,5 км/ч.
При разработке второго раздела ДСФ для буксирных судов зада-
ются значениями скоростей их движения va в интервале от 2.до 18 км/ч
(48—432 км/сут) с шагом Дса = 1 км/ч (24 км/сут). Затем с паспортной
характеристики снимают значения силы тяги на гаке при номинальном
режиме работы СЭУ, соответствующие заданным скоростям vB, и опре-
деляют приведенную силу тяги на гаке. Полученные значения F'T
заносят в таблицу, образуя тем самым тяговую строку заданного бук-
сировщика. Образец заполнения ДСФ по буксирному флоту показан в
табл. 2 прил. X. В ней каждому буксирному судну при vg соответствует
одна строка, показывающая приведенную силу тяги на гаке. Напри-
мер, при скорости движения на глубокой воде 12 км/ч приведенная си-
ла тяги на гаке буксировщика проекта № 501 равняется 7,5 кН-с2/м2.
Разработка второго раздела ДСФ для несамоходных грузовых су-
дов начинается с заполнения строки грузоподъемности судна при его
различных осадках То Тв Tv с шагом &ТВ = 0,1 — 0,2 м по шка-
ле грузового размера или с помощью приближенной формулы (230).
Затем с графика зависимости R = f (Г), построенного по результатам
динамометрических испытаний, снимают значения полного сопротив-
ления судна Да,соответствующие принятым осадкам Тв, и по формуле
(46) определяют приведенное сопротивление R'3.
При отсутствии данных испытаний полное сопротивление движению
судна рассчитывается по методам, указанным в гл. I, а значения R'3
1 л Л
находят приближенно по одному из следующих выражений:
R'o =^o+f' (гэ—А>); (232)
R'a =П'р-г' (Тр-Т0). (232 a)
В этих формулах 7?0, Rp — приведенное сопротивление судна соответственно при
порожней и регистровой осадках;
г' — среднее приведенное сопротивление, приходящееся
на единицу осадки, причем
г' = (7?Р-/?о)/(7,Р-Го). (233)
Образец второго раздела ДСФ для некоторых несамоходных судов
показан в табл. 3 прил. X. В нем каждому несамоходному судну соот-
ветствуют две строки: в первой показывается грузоподъемность, во
второй — приведенное сопротивление. Например, у баржи проекта
№ Р79А при осадке 3 м грузоподъемность равняется 2964 т, а приведен-
ное сопротивление 4,86 кН- с2/м2.
§ 35. РЕШЕНИЕ СКОРОСТНЫХ И ТЯГОВЫХ ЗАДАЧ
В процессе эксплуатации флота судоводителям и диспетчерам при-
ходится решать скоростные и тяговые задачи. Скоростными называют
задачи, относящиеся к самоходным грузовым (небуксирным) судам,
тяговыми — к буксируемым и толкаемым составам.
Определение скорости движения судов и составов производится
в два этапа. Вначале находят расчетную скорость относительно глубо-
кой воды без учета влияния реальных условий плавания, а затем опре-
деляют техническую скорость движения (относительно берега) с уче-
том влияния конкретных путевых условий.
Теоретической базой для определения расчетных скоростей служит
уравнение равномерного прямолинейного движения, согласно которо-
му суммарная тяга движителей небуксирного судна равняется его со-
противлению хР е = R, а сопротивление состава (без толкача) —силе
тяги на гаке буксировщика (7?с = Fr или Rcr = Fr').
Скоростные и тяговые задачи в практических условиях решаются
с помощью ДСФ. При этом по заданному значению аргументов в табли-
цах ДСФ отыскивают соответствующие значения функций. Если значе-
ние аргумента находится между двумя соседними значениями в табли-
цах ДСФ, то искомое значение функции определяется с помощью сле-
дующих формул линейной интерполяции:
До—Д <
А = А + (А - А); (234)
—£>1
я ^2'—
А —А —~ -J- (Ве-Вэ). (234 а)
Bz —
В этих формулах Д3 — искомое значение функции;
Дь Д2 — соседние табличные пределы (слева направо) изме-
нения функции, между которыми находится Дэ;
В±, В2 — соответствующие соседние табличные пределы (слева
направо) изменения аргумента;
В3 — заданное значение аргумента.
145
В случае, если заданное значение аргумента Вэ ближе к его левому
табличному пределу Bit рекомендуется формула (234), а при близости
Вэ к правому пределу В2 — формула (234,а). Если же Ва является
средним значением между В^ и В2, то применяется любая из этих фор-
мул.
Небуксирные суда. Скоростные задачи для грузовых самоходных
судов могут быть сведены к следующим трем типам:
1) определение грузоподъемности и скорости движения при задан-
ной осадке;
2) определение осадки и скорости движения при заданной грузо-
подъемности;
3) определение осадки и грузоподъемности при заданной скорости
движения.
Решение подобных задач возможно по графикам зависимости v —
— f (Т), а также по шкале грузового размера.
Порядок табличного решения этих задач по ДСФ при номинальном
режиме работы СЭУ виден из нижеследующих примеров.
Пример 35. Найти грузоподъемность и расчетную скорость движения гру-
зового теплохода проекта № 1565 при осадке Тд = 3,0 м.
Решение. В подзаголовке табл. 1 прил. X отыскивают значение Тэ = 3,0 м
в строках, относящихся к заданному судну, читают:
= 4136 т, иэ = 22,1 км/ч.
Вторая и третья задачи при известных табличных значениях грузо-
подъемности или скорости решаются столь же просто.
Пример 36. Определить грузоподъемность и расчетную скорость грузового
теплохода проекта № 21-88 при осадке Тд = 2,43 м.
Решение. 1. Из табл. 1 прил. X выписывают ближайшие к заданной меньшее
и большее значения осадки 7\ = 2,4 ми Т2 = 2,6 м и соответствующие им зна-
чения грузоподъемности Qt = 1600 т и Q2 = 1800 т, а также значения скоро-
сти движения = 20,66 км/ч и и2 = 20,43 км/ч.
2. По выражению (234), принимая вместо А грузоподъемности судна и вмес-
то В — осадки, определяют искомую грузоподъемность:
1800—1600
Q3=1600+ 2 6_2-'j~ (2,43-2,4)= 1630 т.
3. Аналогично, приняв вместо А значения скоростей, определяют искомую
скорость движения судна:
20,43—20,66
иэ = 20,66 +--б -— (2,43 —2,4) = 20,653 км/ч.
Пример 37. Определить осадку и скорость движения грузового теплохода
проекта Ns 276 при загрузке Qg = 523 т.
Решение. 1. Из табл. 1 прил. X выписывают ближайшие к заданной зна-
чения грузоподъемности судна = 450 т, (?2 = 541 т и соответствующие зна-
чения осадки 7\ = 1,6 м и Т2 = 1,8 м, а также скорости движения = 19,0
км/ч и н2 = 18,7 км/ч.
2. По выражению (234а), приняв вместо А — осадки судна и вместо
В — его грузоподъемности, определяют искомое значение осадки: 7’э =
= 1’8- 541-4506 (54‘ ~ 523) = 176 М‘
3. Аналогично, приняв вместо А значения скоростей, определяют: v3 =
18 7 ________ 19 0
= 18,7 - (541-523) = 18,76 км/ч.
146
Пример 38. Определить допустимые осадку и грузоподъемность грузового
теплохода проекта № 1565 при расчетной скорости движения сэ = 22 км/ч и
нормальном режиме работы СЭУ.
Решение. 1. Из табл. 1 прил. X выписывают ближайшие к заданной зна-
чения скорости движения = 22,1 км/ч и v2 — 21,9 км/ч и соответствую-
щие значения осадки Т. = 3,0 ми Т.. = 3,2 м, а также грузоподъемности суд-
на <?1 = 4136 т и Q2 = 4498 т.
2. По любому из выражений (234), приняв вместо А значения осадок и вмес-
то В скорости движения, определяют искомое значение осадки: Тэ =
= э + 2[3g ~22 1 (22~22-') = 3.1 м.
3. Аналогично, приняв вместо А значения грузоподъемностей, находят:
4498—4136
Q3 = 4136 + 2| 9_22j (22—22,1) = 4317 т.
Таким образом, в скоростных задачах, решаемых с помощью
ДСФ, достаточно задавать одну из трех характеристик судна (осадку,
грузоподъемность, расчетную скорость движения) для определения
двух других.
Буксируемые составы. Тяговые задачи для буксируемых составов
подразделяются на три основных типа:
1) определение скорости движения заданного состава барж с из-
вестным буксировщиком;
2) подбор состава для известного буксировщика при заданной ско-
рости движения;
3) подбор буксировщика для известного состава при заданной ско-
рости движения.
При наличии паспортных характеристик (см. рис. 55) такие задачи
решаются довольно просто, используя абсолютную силу тяги на гаке.
Например, при сопротивлении движению некоторого состава Rc =
= 100 кН скорость его движения за буксировщиком проекта № АТ-202
будет равна 12 км/ч при номинальном режиме работы СЭУ.
При отсутствии паспортных характеристик такие задачи решаются
по приведенным тяговым характеристикам с использованием диспетчер-
ских справочников по флоту.
Задачи первого типа решаются в следующем порядке.
Из второго раздела ДСФ (см. табл. 2 прил. X) выписывают приве-
денное сопротивление каждой из отправляемой барж R'3 при заданной
осадке Ts, а затем определяют приведенное сопротивление состава по
формулам (46) и (24). При отсутствии в табл. 2 прил. X заданного зна-
чения осадки выписывают ближайшее меньшее 7\ и большее Т2 ее зна-
чения и соответствующие им приведенные сопротивления R\ и R2,
после чего значение R3 подсчитывают по одному из выражений (234),
принимая вместо А величины R', а вместо В осадки Т.
Полученное приведенное сопротивление состава Rc отыскивают в
тяговой строке заданного буксировщика (см. табл. 2 прил. X) и в под-
заголовке таблицы читают искомое значение скорости движения.
Если величина Rc' не совпадает с табличными значениями F'r, то
выписывают ближайшие большее и меньшее значения F'ri, F'r2 и соот-
ветствующие им скорости и2> а также определяют расчетное значение
скорости по одному из выражений (234), принимая вместо А значения
147
скоростей движения v, вместо В — силы тяги на гаке F'r; при этом
вместо F'r3 подставляют величину /?с.
Пример 39. Определить скорость движения двухниточного состава из четы-
рех барж проекта Р79А при осадке Тд = 3,25 м за буксировщиком проекта
№ Р153.
Решение. I. В табл. 3 прил. X отыскивают значение приведенного сопротив-
ления несамоходного судна R3 при заданной осадке Тд. Поскольку в таблице
значения Т9 нет, то выписывают ближайшие меньшее и большее значения осад-
ки 1\ = 3,2 м и Т2 = 3,4 м и соответствующие им приведенные сопротивления
R[ = 5 кН-с2/м2 и Т?2 = 5,14 кН-с2/м2, а затем подсчитывают значение R3
по выражению (234):
5 la__г
/?' =5 + —Д----—— (3,25—3,2) = 5,035 кН-с2/м2.
2. По формуле (24) при ксч = 0,84 (см. табл. 6) определяют приведенное со-
противление состава: R’c = 0,84-4-5,035 — 16,92 кН-с2/м2.
3. В табл. 2 прил. X по тяговой строке судна проекта № Р153 отыскивают
полученное значение Rc. Поскольку его там нет, выписывают ближайшие боль-
шее и меньшее значения приведенной силы тяги на гаке Fr\ = 20,6 кН-с2/м2 и
Fr2 = 16,0 кН-с2/м2 и соответствующие им скорости движения vt = 10 км/ч,
v2 = 11 км/ч, а затем по выражению (234а) определяют расчетную скорость
11 — 10
движения цэ= 11 —~16—20~6 — 16,92) = 10,8 км/ч.
Решение тяговой задачи второго типа осуществляется в следующем
порядке.
В табл. 2 прил. X отыскивают заданный буксировщик и при задан-
ной скорости движения из его тяговой строки выписывают приведен-
ную силу тяги на гаке F'r3. При несовпадении заданной скорости с таб-
личными значениями выписывают ближайшие к ней меньшее v1 и боль-
шее ц2 значения скорости движения и соответствующие им значения
приведенной силы тяги на гаке F'ri и F^2, а затем определяют F'r3 по
одному из выражений (234), в которых вместо А подставляют величины
F'r, а вместо В скорости движения v.
Число подлежащих отправлению барж /гС1 и форма их счала диспет-
черскому аппарату известны, следовательно, можно найти их суммар-
ное приведенное сопротивление
пб F'
V R'~--------. (235)
Кеч
1=1
После этого из имеющихся на рейде несамоходных судов подбирают
такие, которые согласно ДСФ (см. табл. 3 прил. X) имеют сумму при-
веденных сопротивлений, равную найденной по формуле (235). При
этом не рекомендуется включать в один состав суда слишком разнотип-
ные, а также имеющие разницу в осадках более 10%. При формирова-
нии составов из однотипных и одинаково загруженных судов ориенти-
ром для подбора барж по табл. 3 прил. X служит приведенное сопро-
тивление одной баржи
/ пб \
R’ = 2 R' \!п&- (236)
\ z= 1 /
Пример 40. Подобрать буксировщику проекта № Р45В двухниточный со-
став из четырех одинаковых барж для движения со скоростью vg = 10,4 км/ч.
Решение. 1. В табл. 2 прил. X ищут скорость v3. Поскольку такого значения
скорости в таблице не имеется, выписывают ближайшие числа = 10 км/ч и
v2 = 11 км/ч и по тяговой строке заданного судна — соответствующие этим
скоростям значения приведенной силы тяги на гаке Frl =7,9 кН-с2/м2 и Гг2 =
= 6 кН-с2/м2. Затем, используя выражение (234), находят:
, . 6__7 9
Fr3=Rc =7,9+ (10,4 —10) = 7,14 кН-с2/м2.
2. По формуле (235) определяют суммарное приведенное сопротивление
барж при ксч = 0,84 (см. табл.7):
4 7 14
S7?'=—------= 8,5 кН-с2/м2.
0,84
3. В табл. 3 прил. X отыскивают значение приведенного сопротивления /?э —
= 8,5/4 = 2,125 кН-с2/м2 и читают слева номер проекта, а в подзаголовке осад-
ку судна Т.
В данном случае могут быть взяты баржи проекта № 942 при осадке 1,2 м
<79<1,4м. Уточнение осадки проводят по выражению (234с) с помощью
1,4 — 1,2
данных табл. 3 прил. X: Тд = 1,4 — 2 j5 2 07 —2,125) — 1,34 м.
Тяговая задача третьего типа решается в два этапа.
Вначале аналогично задаче первого типа определяется приведен-
ное сопротивление каждого несамоходного судна R' и всего состава /?с.
Затем в табл. 2 прил. X отыскивают буксировщик, в тяговой строке
которого имеется значение Rc при заданной скорости движения. При
его отсутствии выбирают буксировщик, у которого при заданной ско-
рости движения табличное значение приведенной силы тяги на гаке
наиболее близко к значению R'c. В этом случае скорость движения не-
обходимо уточнить по одному из выражений (234).
Пример 41. Подобрать буксировщик к составу из двух барж проекта №Р43
при регистровой осадке для следования со скоростью 10,7 км/ч.
Решение. 1. Из табл. 3 прил. X выписывают приведенное сопротивление
баржи при регистровой осадке 7?р = 10,1 кН-с2/м2.
2. По формуле (24) при ксч = 0,86 определяют приведенное сопротивление
состава: R'c = F'r3 = 0,86-2-10,1 = 17,37 кН-с2/м2.
3. Из табл. 2 прил. X выписывают значения скоростей = 10 км/ч-и
v2 = 11 км/ч, поскольку заданное значение скорости находится между ними. При
этом для буксировщика проекта № Р153 имеют Fri = 20,6 кН-с2/м2, Fr2 =
= 16 кН-с2/м2. Применяя выражение (234а), уточняют расчетную скорость
11 — 10
движения состава: иэ = 11 — __20 6 (17,37—16)= 10,7 км/ч.
Такую скорость движения заданного состава обеспечивает буксировщик
проекта № Р153.
Толкаемые составы. Расположение толкачей в попутном потоке от
заднего счала барж не дает возможности построить стандартные тяго-
вые характеристики для толкания в графическом или табличном виде,
поскольку количество типоразмеров несамоходных судов, влияющих на
интенсивность попутного потока и сопротивление толкача, очень ве-
ли ко. «
14Q
Поэтому тяговые задачи для толкаемых составов решаются на основе
тяговых характеристик буксировщиков с применением следующей кор-
ректировки. Расчетная скорость движения толкаемого состава
V
(237)
а приведенная сила упора толкача в состав

F' =---------
т (l-Yc)2
где величина фс определяется по формуле (114).
Кроме того, при подсчете приведенного сопротивления толкаемых
составов применяют специальные значения коэффициентов счала, от-
личающиеся от буксировки (см. табл. 7).
Пример 42. Определить скорость движения такого же толкаемого состава,
как и в примере 39, при длине толкача £т = 39 м и следующих размерах бар-
жи проекта № Р79: В = 14 м, б = 0,87, Р = 0,999, Т = 3,25 м.
Решение. 1. По формуле (114) определяют коэффициент попутного потока
от толкаемого состава:
0,87 |/о,999-14-3,25-2
Ч'с = 0,75 ; ------------=0,123.
0,83-14 + 39
2. При kc4 — 0,78 (см. табл. 7) подсчитывают приведенное сопротивление
состава: Rc = 0,78-4-5,035 = 15,71 кН-с2/м2.
3. По формуле (238) находят приведенную силу упора толкача в состав:
15 71
F' = (Т — 0 123)2 = 20,42 кН‘с2/м2-
4. Так же, как и в примере 39, с помощью табл. 2 прил. X и выражения
11—10
(234а) определяют эквивалентную скорость буксировки: цэ = 10+ _go 5
(20,42—20,6) = 10,04 км/ч.
5. По формуле (237) определяют скорость движения толкаемого состава:
10,04
= Г~— б~ 123 ~ 11,45 км/ч.
Пример 43. Подобрать толкачу проекта № Р45В двухниточный состав
четырех одинаковых барж для движения со скоростью 11,45 км/ч. Длина тол-
(238)
ИЗ 1
кача £т = 32 м, размеры баржи: В = 14 м, б = 0,895, Р = 0,999, Т = 1,4 м.
Решение. 1. Определяют коэффициент попутного потока от состава по форму-
0,895 1/0,999-14-2-1,4
ле (114): фс = 0,75 ----0,83-14 + 32---- = °>0963-
2. По формуле (237) определяют эквивалентную
v9 = Ц,45 (1 — 0,0963) = 10,35 км/ч.
Далее расчет ведут, как и в примере 40.
3. По выражению (234) находят: £гэ = Rc = 7,9 +
= 7,23 кН-с2/м2.
4 7 23
4. По формуле (235) определяют: У, R' = = 8,6 кН-с2/м2.
5. Из табл. 3 прил. X по значению 7?э = 8,6/4 = 2,15 кН-с2/м2 выбирают
баржи проекта № 942.
Пример 44. Подобрать толкач для такого же состава, как и в примере 41,
при скорости движения vT = 11,2 км/ч, длине толкача £т = 39 м и следующих
размерах баржи: В = 27 м, б = 0,864, Р = 0,998, Т = 4 м.
скорость буксировки:
6 — 7,9
п _’16 (10,35-10) =
Решение. I. По формуле (114) определяют коэффициент попутного потока
0,864Уо,998-27-4
от толкаемого состава: 4с = 0,75 —р 83-27-1-39---= 0» 11
2. По формуле (24) при kC4 = 0,82 (см. табл. 7) находят приведенное со-
противление состава: Rc = 0,82-2-10,1 = 16,56 кН-с2/м2.
3. Определяют эквивалентную приведенную силу тяги по формуле (238):
/т = 16J56---- = 20,89 кН-с2/м2.
(1 — 0,11)2
4. Так же, как и в примере 41, с помощью табл. 2 прил. X и выражения
(234а) находят эквивалентную скорость буксировки:
10 — 9
------------(20,6 — 20,89) =9,95 км/ч.
20,6 — 26,9-7
иэ= 10
г. 9,95
5. Вычисляют скорость толкания: t»T — । _q = 11,18 км/ч.
На реках страны метод толкания преобладает над буксировкой,
причем составы стали унифицированными, т. е. строго определенными
по количеству в них барж (секций), осадке и форме счала. Типовые схе-
мы формирования составов ежегодно утверждаются начальниками па-
роходств. Поэтому в оперативной диспетчерской деятельности, а также
при разработке нормативов графика движения чаще всего приходится
решать тяговую задачу первого типа по определению скорости движе-
ния толкаемых составов. Для ускорения расчета можно использовать
следующее приближенное выражение автора:
з _________
ит = 3,б]/Л0,И^12/^ . (239)
Так, по данным примера 42, находят:
„ /Zo,11-ПОЗ112
vT = 3,6 I/ ---------=11,35 км/ч,
г 15,71
что лишь на 0,87% отличается от скорости, найденной с помощью ДСФ.
По данным примера 44
/ Zo.ll-ПОЗ112
ит = 3,6 I/ ---——----=11,15 км/ч,
V 16,56
что практически совпадает с результатами расчета по ДСФ.
В оперативной работе нередко применяют самый простой, но и са-
мый приближенный способ определения скорости движения толкаемых
составов, при котором последняя принимается равной произведению
скорости буксируемого состава и коэффициента увеличения скорости
при толкании. Значение коэффициента принимают равным при толка-
нии одной баржи 1,03, двух барж 1,04, трех барж 1,05, четырех и
более барж 1,06, для секционных составов 1,08.
Плотовые составы. Для плотовых составов наиболее распростране-
на тяговая задача первого типа по определению расчетной скорости
движения конкретного плота с заданным буксировщиком при опти-
мальной длине буксирного троса, равной не менее 150 м для буксиров-
щиков мощностью 220—330 кВт, 200 м—мощностью 440 кВт и 300 м —
мощностью 590 кВт и выше.
151
Она решается аналогично буксируемым составам, но в случае дли-
ны буксирного троса меньше оптимальной приведенное сопротивление
плота умножается на коэффициент Кдв, значение которого рекоменду-
ется определять по выражению автора
Кдв= 14-0,06 (Z0.Tp//Tp)2, (240)
где /тр, /р.Тр фактическая и оптимальная длина буксирного троса плота
Кроме того, при наличии цепей-волокуш на плоту его сопротивле-
ние движению увеличивается еще на 5—8%.
В связи с относительной несложностью определения сопротивле-
ния плотов (см. гл. 1) и незначительным количеством типоразмеров
сплоточных единиц в каждом речном бассейне диспетчерские справоч-
ники для плотов обычно не разрабатывают, а тяговые характеристики
буксиров принимают по второму разделу ДСФ или по паспортным ха-
рактеристикам.
Пример 45. Определить расчетную скорость движения плота, приведенного
в примере 11, за буксировщиком проекта №501 мощностью 809 кВт при длине
буксирного троса 250 м.
Решение. 1. Поскольку расчетная длина буксирного троса меньше 300 м,
определяют коэффициент КДв: КДв = 14-0,06 (—) = 1,086.
\250/
2. Принимая приведенное сопротивление плота (при v = 1 м/с) равным
92,2 кН-с2/м2(см. пример 11), уточняем его на влияние длины буксирного троса:
Рпл = 1,986-92,2 = 100 кН-с2/м2.
3. По тяговой строке заданного буксировщика (см. табл. 2 прил. X) отме-
чаем, что значение Р'пл находится между Frl = 118 кН-с2/м2 и /4'2 =
= 72 кН-с2/м2, которым соответствует скорость движения цх = 4 км/ч и
v2 = 5 км/ч.
4. По выражению (234) определяют расчетную скорость движения плота:
ц9 = 4 4- -j-T.i.. (100—118)=4,39 км/ч.
72—118
§ 36. ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ПЛАВАНИЯ НА СКОРОСТЬ ДВИЖЕНИЯ
СУДОВ И СОСТАВОВ
Реальные условия плавания судов и составов существенно отлича-
ются от идеальных, соответствующих глубокой спокойной воде, поэто-
му их сопротивление обычно выше, а фактические скорости движения
ниже расчетных. На скорость движения судов и составов, наряду с мел-
ководьем, оказывают влияние размеры каналов, ветроволновой режим,
уклон реки, извилистость судового хода и пр.
Техническую скорость движения судов и составов (относительно бе-
рега) можно определить по формуле
и = щ+с, (241)
где цх — расчетная скорость движения, откорректированная на влияние усло-
вий плавания;
с — скорость течения (принимают со знаком плюс (4-) при движении вниз
и со знаком минус (—) при движении вверх).
152
Для определения скорости цх вводят несколько поправочных коэф-
фициентов к расчетной скорости движения. Она определяется по выра-
жению
wx = ^в,в ^пр> (242)
где kh — коэффициент влияния мелководья;
feKH — коэффициент влияния канала;
^в.в — коэффициент влияния ветра и волн;
йпр — коэффициент прочих потерь скорости движения.
Коэффициенты влияния мелководья и канала на скорость движения
винтовых одиночных судов и буксируемых составов снимают с графи-
ков Л. И. Фомкинского (рис. 1 и 2 прил. XI). На рисунках указан по-
рядок пользования ими. Для водометных одиночных судов графическое
значение kh умножается на 0,95, а для толкаемых составов — на 1,03
при счале судов в кильватер и на 1,06 — при пыжевом счале.
Коэффициент влияния встречных ветра и волн рекомендуется опре-
делять по графику, приведенному на рис. 3 прил. XI в зависимости от
относительной скорости ветра vjv.
Прочие потери скорости возникают от изменения режима движения
при встречах и обгонах судов и составов, при прохождении перекатов,
узкостей и пр. Поэтому коэффициент /гпР определяют по данным экс-
плуатационных наблюдений, а также исполненных графиков движе-
ния.
У плотовых составов расчетная скорость движения незначительная.
Буксируются они, как правило, вниз по течению. Поэтому в формуле
(242) коэффициенты kh и kKK для них не учитываются, но вводится до-
полнительный коэффициент kijs, учитывающий влияние уклона реки и
определяемый по графику (рис. 4 прил. XI). На оси абсцисс графика от-
кладывают отношение веса плота к силе тяги на гаке буксировщика при
швартовном режиме работы (при v =0).
Кроме того, для плотов применяют специальный график коэффици*
ента /гв.в, приведенный на рис. 5 прил.XI. По оси абсцисс на нем от-
ложено отношение объемного водоизмещения плота в степени 2/3 к си-
ле тяги на гаке буксировщика (при v = 0).
Пример 46. Найти техническую скорость движения толкаемого состава, ана-
логичного приведенному в примере 44, при глубине пути h = 6 м, скорости
встречного ветра цв = 15 м/с и коэффициенте прочих потерь скорости &пр = 0,95.
Скорость течения с = 3,6 км/ч.
Решение. 1. По графику (см. рис. 1 прил. XI) при цт= 11,18 км/ч и h!T =
= 1,5 снимают значение коэффициента kh = 0,835 и умножают его на 1,03.
Получают kh = 0,835-1,03 = 0,86.
2. По графику (см. рис. 3 прил. XI) с кривой г при цв/цт = 4,83 снимают
/гЕ.Е = 0,87.
3. По формуле (242) определяют расчетную скорость, откорректированную
на влияние условий плавания: цх = 11,18-0,86-0,87-0,95 = 7,95 км/ч.
4. По формуле (241) находят техническую скорость движения состава:
« = 7,954-3,6 = 11,55 км/ч. #
153
Пример 47. Найти техническую скорость движения плота размерами, ука-
занными в примере 11, за буксировщиком проекта № 501 при уклоне реки «в=
= 0.07-10-3, встречном ветре скоростью ив = 9 м/с и скорости течения с =
= 2 км/ч. Коэффициент прочих потерь скорости /гпр = 0,97.
<?ил 99 475
Решение. 1. По графику (см. рис. 4 прил. XI) при -р— = -----1G5----=
— 603 снимают k; =1,19.
‘в
165
Гпл3 (15 600)2/3
2. По графику (см. рис. 5 прил. XI) при —р— =------------ =3,78 м2/кН
снимают kBtB = 0,87.
3. По формуле (242) определяют расчетную скорость плота, откорректиро-
ванную на влияние условий плавания. Расчетную скорость п = 4,39 км/ч при-
нимают из примера 45. Тогда их = 4,39-1,19-0,87-0,97 = 4,41 км/ч.
4. По формуле (241) находят техническую скорость движения плота: и =
= 4,41 ф-2 = 6,41 км/ч.
§ 37. ВЛИЯНИЕ ПЕРЕМЕННОГО МЕЛКОВОДЬЯ НА ЛИНИИ
НА СКОРОСТЬ ДВИЖЕНИЯ СУДОВ И СОСТАВОВ
Учет влияния переменной глубины судового хода на скорость дви-
жения может быть осуществлен по методу Г. И. Ваганова. Согласно
ему с помощью продольного профиля реки и лоцманских карт состав-
ляют таблицу протяженности участков с одинаковой глубиной при
различных уровнях воды. При этом за минимальную глубину прини-
мают ее гарантированное значение, а максимальной считается глубина,
при которой влияние мелководья на скорость движения не превыша-
ет 3—5%. В качестве минимального уровня воды принимают самый
низкий уровень за последние 15—20 лет.
Далее определяют среднюю глубину судового хода на плесе:
"г
2 hi li ki
h=-^----------. (243)
2 likt
i= 1
где nr — количество участков с постоянной глубиной;
h[ — значение постоянной глубины на отдельном участке;
Zj — протяженность участка постоянной глубины;
ki — коэффициент влияния глубины на падение скорости состава, причем
^=10(1-^.). (244)
Затем по графику (см. рис. 1 прил. XI) снимают среднее значение к^
и подставляют в формулу (244). Наконец, определяют среднюю глубину
h по формуле (243).
Пример 48. Найти коэффициент влияния переменной глубины судового
хода на скорость движения толкаемого состава, принятого в примере 44 при до-
полнительных исходных данных, приведенных в табл. 43.
Решение. 1. По данным, приведенным в примере 44 (Т = 4 м,
ит = 11,18 км/ч) и глубинам, заданным в табл. 43, с графика (см. рис. 1
154
Таблица 43. Протяженность участков судового хода с одинаковой
глубиной при различных уровнях воды
Уровень воды, м Протяженность мелководья км, при Л;-, м Итого
5,0 5,2 5.4 5,6 5,8 6,0 6,2 6,4
5,0 5,2 5,4 5,6 5,8 6,0 6,2 6,4 6,16 11,94 6,16 32,80 11,94 6,16 20,04 32,80 11,94 6,16 6,30 20,04 32,80 11,94 6,16 2,52 6,30 20,04 32,80 11,94 6,16 2,49 2,52 6,30 20,04 32,80 11,94 6,16 6,75 2,49 2,52 6,30 20,04 32,80 11,94 6,16 89,0 82,25 79,76 77,24 70,94 50,9 18,1 6,16
Итого 6,16 18,1 50,9 70,94 77,24 79,76 82,25 89,0 474,35
прил. XI) снимают ряд значений коэффициента влияния мелководья, умно-
жая их на 1,03; khi = 0,814; 0,819, 0,829; 0,855; 0,865; 0,881; 0,886; 0,896.
2. По формуле (244) определяют ряд значений коэффициента влияния глу-
бины на среднее падение скорости движения: ki = 1,86; 1,81; 1,71; 1,45; 1.35;
1,19; 1,14; 1,04.
3. По формуле (243) находят среднюю глубину судового хода:
- 5-6,16-1,864-5,2-18,1-1,81 + .. ,-|-6,4-8,9-1,04 _ „
h =------------------------------------------= 5,84 м.
6,16-1,86+ 18,1 • 1,81 + ... +89 • 1,04
- 5,84
4. С графика (см. рис. 1 прил. XI) при i'T = 11,18 км/ч nh/T = —— = 1,46
снимаем k- = 0,845.
h
В практике эксплуатационных расчетов среднюю техническую ско-
рость движения судов и составов в плесе определяют по приближенной
формуле
и = v ± w > (245)
где w — приращения ( + ) или потери (—) скорости движения.
Методика определения потерь и приращений скоростей движения
основывается на хронометражных наблюдениях за работой флота.
В среднем потерн скорости движения судов и составов составляют
0,85 с, приращения 1,15 с (с — скорость течения).
Если путь следования судна или состава включает несколько пле-
сов с различными условиями плавания, то средняя техническая ско-
рость движения в целом за рейс
п
й=—^~---------, (246)
V ± W;
i=l 1
li — протяженность t-ro плеса; i — 1 ... п — порядковый номер плеса*
155
В рлучае определения средней технической скорости движения по
формуле (245) коэффициенты влияния на скорость^, kKa, kuP
согласно формуле (242) обычно не учитываются.
В формулах (245) и (246) рекомендуется принимать скорость
движения в глубокой воде (расчетную), определенную путем на-
турных испытаний и приведенную к сопоставимым условиям.
Значения этой скорости для грузовых и пассажирских теплоходов
имеются в ДСФ и в справочнике по серийным транспортным су-
дам, а для некоторых типов толкаемых составов они даны в прил.
XII.
4
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ I
Рис. 1. График зависимости кинема-
тического коэффициента вязкости
воды от температуры

105

10 s
ю7 ,10s
/
/109

12 3 4 5 6 18 Re-vL/v
Рис. 2. График зависимости коэффициента сопротивления трения
технически гладкой пластины от числа Рейнольдса
157
ПРИЛОЖЕНИЕ 11
Рис. 1. График зависимости коэффи-
циентов остаточного сопротивления
несамоходных судов от числа Фруда
Рис. 2. График зависимости коэффи-
циентов остаточного сопротивления
самоходных грузовых судов от числа
Фруда
Рис. 3. График зависимости коэффи-
циентов остаточного сопротивления
буксирных судов от числа Фруда
Рис. 4. Графики зависимости коэф-
фициентов остаточного сопротивле-
ния пассажирских и грузопассажир-
ских судов от числа Фруда
158
Рис. 6. График для определе-
ния дополнительного коэффи-
циента ct к остаточному со-
противлению судна
Рис, 5. Графики для определения дополни-
тельных коэффициентов at и bi к остаточно-
му сопротивлению судна
Рис. 7. График для определения до-
полнительного коэффициента di к
остаточному сопротивлению грузо-
вых самоходных и несамоходных су-
дов
Рис. 8. График для определения до-
полнительного коэффициента di для
буксирных и пассажирских судов
1ПО
a)
б)
Рис. 9. Графики зависимости &i=f(6, LIT) для барж:
а — ложкообразных; б — санообразных
Рис. 10. Графики зависимости базового коэффициента волно-
вого сопротивления барж £w'=f(Fr, б)
160
Таблица 1. Характеристика типовых судов
№ п/п L/B Т/В Ь Форма образова- вия кормы
Несамоходные суда
1 7,77 0,285 0,870 0,790 Лож.
2 6,05 0,228 0,860 0,725 »
3 5,25 0,171 0,881 0,684 »
4 6,06 0,197 0,804 0,730 »
5 4,78 0,121 0,860 0,652 »
6 3,95 . 0,089 0,840 0,646 »
7 6,10 0,185 0,870 0,73 »
8 4,58 0,167 0,835 0,54 Сани
9 4,58 0,167 0,835 0,54 Клин
Самоходные грузовые суда
1 8,18 0,212 0,851 0,79 —
2 6,93 0,216 0,837 0,76 —
3 7,02 0,204 0,830 0,75 —
4 7,95 0,266 0,869 0,78
5 6,74 0,225 0,800 0,75 —
6 8,50 0,266 0,818 0,80 —
7 6,11 0,184 0,788 0,76 —
Буксирные суда и толкачи
1 4,99 0,243 0,545 — —
2 4,73 0,253 0,557 —. —.
3 5,02 0,243 0,636 — —
4 4,60 0,400 0,522 — —
5 5,13 0,275 0,525 — —
6 4,70 0,244 0,618 — —
7 4,04 0,135 0,528 — —
Пассажирские и грузопассажирские суда
1 7,75 0,190 0,575 — —
2 8,10 0,198 0,710 — —
3 6,60 0,202 0,573 — —
4 5,72 0,249 0,465 — —
5 4,73 0,202 0,581 —
Таблица 2. Значения дополнительного относительного
сопротивления для кильватерных баржевых составов
Приведенное сопротивле- ние состава, кН«с*/м2 Значение Дд при длине буксирного троса Zg, м
50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300
100 200 0,210 0,228 0,167 0,184 0,130 0,150 0,110 0,120 0,070 0,085 0,070 0,080
161
Продолжение табл. 2
Приведенное сопротивле- ние состава, ; кН-с2/м2 । Значение Д^ при длине буксирного троса Z^, м
50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300
300 0,245 0,200 0,170 0,140 0,110 0,090 0,07
400 0,258 0,212 0,183 0,157 0,133 0,107 0,08 0,07
500 0,273 0,225 0,196 0,170 0,158 0,126 0,105 0,08 0,07
600 0,285 0,237 0,207 0,180 0,161 0,142 0,120 0,100 0,08 0,07
700 0,296 0,248 0,217 0,190 0,171 0,153 0,134 0,115 0,097 0,08 0,07
800 0,308 0,257 0,226 0,200 0,180 0,164 0,147 0,127 0,111 0,096 0,08
900 0,316 0,267 0,233 0,208 0,189 0,173 0,157 0,137 0,124 0,110 0,096
1000 0,325 0,247 0,241 0,217 0,195 0,180 0,165 0,148 0,134 0,120 0,108
1200 0,340 0,289 0,255 0,230 0,210 0,195 0,180 0,163 0,150 0,139 0,127
1400 0,354 0,304 0,270 0,243 0,222 0,207 0,193 0,178 0,166 0,154 0,142
1600 0,367 0,317 0,281 0,256 0,234 0,220 0,205 0,190 0,178 0,166 0,154
1800 0,380 0,330 0,292 0,267 0,245 0,230 0,215 0,203 0,188 0,178 0,166
2000 0,392 0,340 0,300 0,276 0,254 0,240 0,225 0,210 0,198 0,188 0,178
ПРИЛОЖЕНИЕ III
Рис. I. График для определения
коэффициента увеличения скоро-
сти обтекания судов на мелко-
водье
162
ПРИЛОЖЕНИЕ IV
Рис. 1. Зависимость коэффициен-
та остаточного сопротивления
двухсекционного состава проекта
№ 1581 от числа Фруда
Рис. 2. График зависимости поправоч-
ного коэффициента flj от отношения
Lc/Bc при различных скоростях дви-
жения
Рис. 3. График зависимости поправоч-
ного коэффициента Ь\ от отношения
Тс/Вс состава
Рис. 4. График зависимости поправочного коэффициента от относительной
длины цилиндрической вставки состава
Рис. 5. График зависимости попра-
вочного коэффициента di от коэффи-
циента полноты водоизмещения двух-
секционных кильватерных составов
/?есг
Рис. 6. Зависимость коэффициента сопротивления трения смоченной по-
верхности стыка от числа Рейнольдса
Рис. 7. Зависимость коэффициента оста-
точного сопротивления стыка от числа
Фруда
ПРИЛОЖЕНИЕ V
Рис. 1. График для определения коэффициента остаточного сопротивления
катамарана
/
Рис. 2. График для определения коэффициента влияния на остаточное
сопротивление катамарана

Рис. 4. График зависимости 1 =
=f(m, Ffb) для глиссера
ПРИЛОЖЕНИЕ VI
Рис.
Г-.|Г "» ,’** “

О 0,1 0,2 0,3 0,9 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Ifl 1,1 1,2 1,3 1,9 ,

'2
Рис. 8 (нижняя часть), г = 6; 0 = 0,68
ПРИЛОЖЕНИЕ VII
Таблица 1. Механический к. п. д. судовых двигателей
внутреннего сгорания
Двухтактные двигатели Четырехтактные двигатели
Тип силовой установки Механический к. п д. Тип силовой установки Механический к. п. д»
Простого действия: компрессорные калоризаторные карбюраторные Двойного действия 0,74—0,81 0,80—0,85 0,80—0,90 0,80—0,90 Простого действия: компрессорные с наддувом бескомпрессорные Двойного действия 0,71—0,78 0,74—0,81 0,78—0,83 0,74—0,78
Таблица 2. Механический к. п. д. валопровода и передачи
Тип валопровода Механический к. п. д. Тип передачи Механический к. п. д.
С гребенчатыми упорными подшипни- ками 0,95 Зубчатый редуктор с од- ной парой колес при порш- невых двигателях 0,97—0,98
С шариковыми и ро- ликовыми подшипни- 0,97 Гидромуфта и гидротран- сформатор 0,95—0,97
ками Электромагнитная муфта 0,97—0,98
Рис. 1. z = 4; 6 = 0,35; ан = 1,30; ри= 1,12; 7н = О,6О

кк=К1+Кн -
Рис. 4. z=4; 0=0,55; ан = 1,30; 8Н=1,12 (лопасть типа «Каплана»)
ПРИЛОЖЕНИЕ LX
Таблица 1. Основные характеристики некоторых судовых ДВС
при работе в номинальном режиме
Обозначение Заводская марка Эффективная мощность N , кВт Частота вращения вала п, об/с Тактность Число цилин- дров гц Рабочий объем ци- линдра V ДМ3 Среднее эффектив ное давле ние рэ, МПа
ДВС производства СССР
2ЧСП 10,5/13 — 15 25,0 4 2 1,12 0,535
6ЧСП 12/14 К-551 66 25,83 4 6 1,57 0,542
6ЧСПН 12/14 К-558 92 28,33 4 6 1,57 0,689
6ЧСП 15/18 ЗД6 ПО 25,0 4 6 3,18 0,461
6ЧСПН 15/18 ЗД6Н 173 25,0 4 6 3,18 0,725
6ЧСП 18/22 ДД01 ПО 12,50 4 6 5,60 0,524
6ЧСПН 18/22 ДДЮ1 165 12,50 4 6 5,60 0,786
6ЧСПН 25/34 •— 331 8,33 4 6 16,78 0,789
8ЧСПН 18/22 — 232 12,50 4 8 5,60 0,829
112ЧСП 15/18 ЗД12 220 25,0 4 12 3,24 0,453
62ЧСПН 18/20 М50ФЗ 662 26,67 4 12 5,20 0,796
12ЧСПН18/20 М401 662 2г>,0 4 12 5,20 0,849
12ЧСПН18/20 М400 736 28,33 4 12 5,20 0,833
6ЧРП 25/34 — 220 8,33 4 6 16,78 0,524
6ЧН 31,8/33 Д50 662 12,0 4 6 26,20 0,702
6ЧР 30/38 18Д 220 5,0 4 6 26,80 0,547
6ЧР 30/38 18Д 294 6,67 4 6 26,80 0,574
4ЧРН 36/45 Г60 662 6,25 4 6 45,78 0,771
6ЧРН 36/45 Г70 883 6,25 4 6 45,78 1,029
6ЧРН 36/45 Г70-5 736 5,83 4 6 45,78 0,919
6ДР 30/50 — 294 5,0 2 4 35,40 0,415
1ДР 30/50 — 440 5,0 2 6 35,40 0,415
6ДН 23/30* 10Д40 1670 11,50 2 16 5,29 1,716
1747 11,25 5,18 1,874
ДВС производства ЧССР
1S110 «Шкода» и 25,0 4 1 1,43 0,615
2S110 » 22 25,0 4 2 1,43 0,615
3L110 » 22 16,67 4 3 1,43 0,615
4S110 » 44 25,0 4 4 1,43 0,615
6L110 » 44 16,67 4 6 1,43 0,615
4S160 » 88 16,67 4 4 4,52 0,584
6S160 » 99 12,50 4 6 4,52 0,584
6S275L 238 6,87 4 6 21,37 0,540
6L275Pr » 276 8,33 4 6 21,37 0,517
6L275 » 294 9,17 4 6 21,37 0,50
6L160PWS » 140 12,50 4 6 4,52 0,826
6L275PN » 386 8,0 4 6 21,37 0,753
6£275Pr/II-P/V » 405 8,33 4 6 21,37 0,757
6L275Pr/IH-P7V » 515 10,0 4 6 20,80 0,825
* Числитель — через гидромуфту; знаменатель — через гидротрансформатор.
Продолжение табл. I
Обозначение Заводская марка Эффективная мощность N кВт Частота вращения вала /г, об/с Тактность Число ЦИЛИН' ДРОВ 2ц Рабочий объем ци- линдра иц. дм3 Среднее эффектив- ное давле- ние р , МПа
ДВС производства ГДР
2NVD14 «Бака у—Вольф» 15 25,0 4 2 1,10 0,545
4NVD14 » 30 25,0 4 4 1,10 0,545
2NVD18 » 15 12,50 4 2 2,20 0,545
3NVD18 » 31 16,67 4 3 2,20 0,562
S4NVD24 » 59 10,0 4 4 5,76 0,5Н
4NVD24 » 74 12,50 4 4 5,76 0,514
6NVD24 » 110 12,50 4 6 5,76 0,509
6NVD26 » 132 12,50 4 6 6,60 0,533
8NVD36 » 220 6,0 4 8 16,28 0,563
8NVD36A » 294 5,83 4 8 16,28 0,774
8NVD36 » 294 8,33 4 8 16,28 0,542
8NVD36A » 309 6,08 4 8 16,28 0,780
6NVD48 » 294 5,0 4 6 38,58 0,508
6NVD48 » 368 5,83 4 6 38,58 0,545
6NVD48 » 397 6,25 4 6 38,58 0,549
6NVD48A » 485 5,5 4 6 38,58 0,762
8NVD48 » 493 6,05 4 8 38,58 0,528
8NVD48A » 736 6,25 4 8 38,58 0,763
„ ПРИЛОЖЕНИЕ X
Таблица 1. Зависимость грузоподъемности и расчетной скорости
движения грузовых самоходных судов от осадки
н гг Грузоподъемность Q , т
с о. Е Тип судна а СП 5 S S X й ^Й ' При ПОСоДКаХ 1 _» М Расчетная скорость vg, км/ч 3
О’ а а © £ 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 | 2,6 | 2,8 3,0 3,2|3,4 | 3,6
1565 «Волго-Дон» 5000 3,53 21,6 1779,4 54 41’6 878 1240 1602 1965 2325 2688 3050 3412 3774 4136 4498 4860 5075
1765 0,72 24,0 23,9 23,7 23,6 23,4 23,2 23,0 22,8 22,7 22,5 22,4 22,2 22,1 21,9 21,7 21,5
21-88 «Калининград» 2000 2,80 20,2 1000,0 — 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
772 0,80 22,5 22,5 22,27 22,04 21,81 21,58 21,35 21,12 20,89 20,66 20,43 20,2
276 СТ-700 700 2,14 18,2 463,6 78 171 264 357 450 541 635
441 0,63 20,6 20,2 19,9 19,6 19,3 19,0 18,7 18,4
Таблица 2. Зависимость приведенной силы тяги на гаке буксирных судов от скорости движения
№ проек- та Тнп судна £0 а £ Скорость без соста ва, км/ч км/сут Сила тяги на швар- товах, кН Приведенная сила тяги на гаке Ггэ, кН-с2/м2, при скорости движения v , —— э км/сут
2 3 48 72 4 96 5 120 6 144 7 168 8 192 9 216 10 240 11 12 13 264 288 312 14 15 16 17 336 360 384 408 18 432
’153 01 ’45В ОТ-1500 4-1100 «Волгарь» 1103 809 441 20,5 492 19,0 456 20,1 482,4 230 713 308 165 508 219 95 295 127 168 118 69 104 72,0 42 69,5 47,5 25,7 48,9 33,1 19,6 35,8 23,7 14,2 26,9 17,4 10,6 20,6 13,0 7,9 16,0 12,5 9,9 9,9 7,5 5,6 6,0 4,6 3,5 7,8 6,2 4,8 3,6 4,2 3,1 2,2 1,4 2,7 2,0 1,4 1,0 2,6 0,7 0,6
Таблица 3. Зависимость грузоподъемности и приведенного сопротивления
несамоходных судов от их осадки
№ проекта Тип судна Qp. т т -Р-, м Т-о 7, т/м R? кН-с2 , кН-с2 Грузоподъемность, т Приведенное сопротивление, кН-с2/м2 при осадках Тд, м
Г' м2
Ro м2
0,4 0,6 0,8 1,0
Р43 Р79 А 942 Наливная Сухогрузная трюмная Сухогрузная площадка 9200 4200 1000 4,0 0,56 4,0 0,6 1,58 0,38 2674,4 1235,3 833,3 10,1 6,32 5,56 3,18 2,21 1,75 1,10 0,70 0,383 33 1,77 107 6?36 3,18 198 1,84 642 6,58 247 3,32 364 1,92 1177 6,80 494 3,46 529 1,99
Продолжение табл. 3
№ проек- та Тип судна Грузоподъемность, т ~ 12 _ при осадках Т , м Приведенное сопротивление, кН'С2/м2
1,2 1.4 1,6 | 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 | 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0
Р43 Р79 942 Наливная Сухогрузная трюмная Сухогрузная площад- ка 1712 7,02 741 3,60 694 2,07 2247 7,24 988 3,74 859 2,15 2782 7,46 1235 3,88 3317 7,68 И82 4,02 3852 7,90 1729 4,16 4387 8,12 1976 4,30 4922 8,34 2223 4,44 5457 8,56 2470 4,58 5992 8,78 2717 4,72 6527 9,0 2964 4,86 7060 9,22 3211 5,0 7597 9,44 3460 5,14 8132 9,66 3705 5,28 8667 9,88 3953 5,42 9200 10,1 4200 5,56
ПРИЛОЖЕНИЕ XI
Рис. I. График для определения коэффициента потери скоро-
сти движения судов и составов на мелководье
Граница допустимых, скоростей
Рис. 2. График для определения коэффициента потери ско-
рости движения судов и составов в канале
Граница допустимых скоростей
Рис. 3. График для определения ко-
эффициента потери скорости движе-
ния судов и составов от ветра и
волн на водохранилищах и озерах:
а — пассажирские суда; б — грузовые теп-
лоходы; в — составы из сухогрузных
барж; г — составы из наливных барж
Рис. 4. График для определения коэффи-
циента приращения скорости движения
плотов от уклона реки
Рис. 5. График для определения
коэффициента потерь и прираще-
нии скорости движения плотов от
ветра и волн
ПРИЛОЖЕНИЕ XII
Таблица 1. Груженые составы
Характеристика составов па испытаниях Скорость V, м/с
Номер проекта барж (секций) Количест- во судов в составе, ед. Форма счала Осадка см Частота вращения валов СЭУ, об/с Замерен- ная Сопоста- вимая По форму- ле (239)
Толкач проекта № 947
1787 4 Т+2+2 350 11,33 5,14 5,14 5,03
к 6 Т+3+3 380 10,72 4,09 4,39 4,26
« 8 Т+4+4 340 10,67 3,64 3,84 3,78
Р79 6 Т+3-4-3 400 11,08 3,58 3,75 3,64
7 т+з-н 400 11,0 3,47 3,66 3,60
Р43 2 Т+1+1 360 11,33 5,0 5,03 5,0
« 3 ТЧ-1+1+1 360 11,25 4,58 4,64 4,61
Толкачи проектов № 428, 4281
1787 4 Т- 2+2 350 5,62 3,75 3,78 3,75
« 6 Т-| -з+з 375 5,67 3,22 3,26 3,21
1787У 4 т- -2+2 360 5,33 3,27 3,47 3,51
Р79 4 т- -2+2 385 5,50 3,06 3,21 3,23
Р43 2 т- F1+1 315 5,53 4,03 4,05 4,0
Толкачи проектов № 758, 758АМ
461Б 1745 1 1 тн т- Н1 -1 320 285 4,58 4,58 4,20 4,40 4,13 4,24 4,11 4,28
Р79 1 т- -1 400 4,58 3,78 3,87 3,82
1787 1 т- -1 315 4,58 3,57 3,50 3,56
« 2 т- Н-Н 315 4,58 3,97 3,89 3,92
1581 2 т- Н+1 350 4,58 3,86 3,86 3,88
Толкачи проектов № 112, 749Б
1787 2 Т+1+1 350 5,67 4,39 4,52 4,55
« 3 т+1+1+1 375 5,83 3,36 3,40 3,43
« 4 Т+2+2 365 5,67 2,97 3,08 3,04
1787У 2 Т+1+1 385 5,67 3,89 4,08 4,05
Р79 2 Т+1+1 375 6,0 3,40 3,35 3,39
Р43 1 Т+1 345 5,83 4,39 4,38 4,34
Толкач проекта № РЗЗЛТ
308 2 Т+1- |-1 154 8,20 3,58 3,62 3,58
« 4 Т+2- -2 154 8,12 2,69 2,75 2,71
16800 2 Т+1- -1 190 8,33 2,94 2,86 2,84
« 2 Т+2 200 8,0 2,72 2,78 2,76
195
Продолжение табл. 1
Характеристика составов па испытаниях I Скорость и, м/с
Номер проекта барж (секций) Количест- во судов в составе/ ед Форма счала Осад- ка, см Частота вращения валов, СЭУ, об/с Замерен- ная Сопоста- вимая По форму- ле (239)
Толкач проекта № Р45В
942Р « 4 6 Т+2+2 т+з+з 146 148 15,0 15,0 2,58 2,35 2,55 2,33 2,61 2,38
Толкач проекта № 911В
942 2 Т+1+1 130 12,5 2,64 2,56 2,71
943АУ 2 Т+2 151 12,5 2,34 2,34 2,41
« 1 Т+1 145 12,5 3,07 3,05 3,12
Толкач проекта № Р96
943АУ 1 Т+1 145 16,67 2,09 2,07 2,13
1653Б 1 Т+1 145 16,67 2,60 2,58 2,64
Таблица 2. Порожние составы
Характеристика составов на испытаниях Скорость, м/с
Номер проекта барж (секций) Количест- во судов в соста- ве, ед Форма счала Осад- ка, см Частота вращения валов СЭУ, об/с Заме- ренная Сопоста- вимая По форму- ле (239)
1787 4 Толкачи Т+2+2 1+Т+З проектов 55 70 428, 5,5 5,75 4281 4,89 4,50 5,13 4,72 5,10 4,70
Р79 Р43 6 Т+З+З 51 5,58 4,44 4,52 4,46
4 1 + Т+З 100 5,45 3,69 4,36 4,28
2 Т+1 + 1 60 5,67 4.78 4,94 4,85
1787 2 Толкач! Т+2 I проекта 50 з № 112, 7 5,83 49Б 4,89 4,89 4,91
« 3 1+Т+2 50 6,0 4,35 4,23 4,30
« 4 1+Т+З 55 5,67 3,94 4,13 4,14
1787У 2 Т+2 55 5,83 4,64 4,72 4,69
Р79 2 Т+2 70 6,0 4,44 4,59 4,61
Р43 1 Т+1 40 5,83 4,87 4,62 4,72
461Б 1 Толкачи Т+1 проектов 50 № 758, 7Г 4,58 >8 AM 4,70 4,70 4,65
1745 1 Т+1 88 4,88 4,72 4,92 4,73
Р79 1 Т+1 95 4,88 4,67 4,94 4,81
1787 1 Т+1 50 4,58 4,70 4,70 4,7i
« 2 Т+2 50 4,58 4,42 4,42 4,41
1581 2 т+1+i 55 5,58 4,65 4,73 4,79
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. АлферьевМ. Я., М а д а р с к и й Г. С. Транспортные катамараны
внутреннего плавания. М.: Транспорт, 1976. 336 с.
2. А н ф и м о в В. Н., Ваганов Г. И., Павленко В. Г. Судовые
тяговые расчеты. М.: Транспорт, 1978. 216 с.
3. Б а с и н А. М. Ходкость и управляемость судов. М.: Транспорт, 1977,
455 с.
4. - Б а с и н А..М., Анфимов В. И. Гидродинамика судна. М.: Реч-
ной Транспорт, 1961. 684 с.
5. Басин А. М., Медведев С. П. Расчет движительного комплекса
водометного судна по результатам испытаний моделей. —Речной транспорт,
1959, № 11, с. 16—17.
6. В а г а н о в А. М. Проектирование скоростных судов. Л.: Судострое-
ние, 1978. 279 с.
7. Ваганов Г. И. Эксплуатация секционных составов. М.: Транспорт,
1974. 192 с.
8. В а г а и о в Г. И., Шанчурова В. К-, Ш е р с т и н с к и й Э. X.
Тяга судов. М.: Речной транспорт, 1962, 244 с.
9. Ваганов Г. И., Воронин В. Ф., Степнова 3. Г. Судо-
вые тяговые расчеты (Тяговый расчет винтового теплохода-толкача с примене-
нием ЭВМ ЕС-1022). Горький: ГИИВТ, 1980. 74 с.
10. Войткунский А. И., Перш иц Р. Я-, Титов И. А. Спра-
вочник по теории корабля. Л.: Судпромгиз, 1973. 511 с.
11. Временные правила производства судовых тяговых и скоростных рас-
четов МРФ РСФСР. М.: Речной транспорт, 1961. 111с.
12. Г о л о в н и к о в В. И., СуколеновА. Е., Шанчурова В. К-
Основы организации работы флота и портов. М.: Транспорт, 1976. 384 с.
13. Диспетчерский справочник норм по эксплуатации флота пароходств
центральных и северо-западных бассейнов МРФ РСФСР/Минречфлот РСФСР,
М.: Транспорт, 1983. 56 с.
14. Инструкция по теплодинамометрическим испытаниям судов речного
флота МРФ РСФСР/Минречфлот РСФСР. М.: Транспорт, 1983. 73 с.
15. Руководство по расчету и проектированию гребных винтов судов внут-
реннего плавания МРФ РСФСР/Минречфлота РСФСР. Л..' Транспорт, 1977.
272 с.
16. Руководство по теплотехническому контролю серийных теплоходов
МРФ РСФСР/Минречфлот РСФСР. М.: Транспорт, 1980. 423 с.
17. С у х о м е л Г. И., 3 а с с В. М., Янковский Л. И. Исследова-
ние движения судов по ограниченным фарватерам. Киев, АН УССР, 1956. 164 с.
18. Ф о м к и н с к и й Л. И. Методика тяговых расчетов при обоснова-
нии судов речного флота. М.: Транспорт, 1972. 185 с.
197
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ....................................................... 3
Глава I.
Расчеты сопротивления воды движению судов и составов........... 4
§ 1. Общие сведения о сопротивлении движению судов............. 4
§ 2. Определение сопротивления воды движению судов по модельным
испытаниям ........................................................ 5
§ 3. Расчет сопротивления воды движению судов по эмпирическим
формулам и диаграммам систематических испытании.................... 8
§ 4. Расчет дополнительных видов сопротивления..................12
§ 5. Расчет сопротивления воды движению судов в ограниченном
потоке '.........................................................14
§ 6. Определение дополнительной просадки судов и составов .... 18
§ 7. Расчет сопротивления воды движению баржевых составов . . 18
§ 8. Сопротивление движению секционных толкаемых составов и
плотов 20
§ 9. Сопротивление воды движению катамаранов...................24
§ 10. Сопротивление движению скоростных судов .. ..........25
§ 11. Приведенное и удельное сопротивления. Показатель качества
тоннажа 29
Глава II.
Практические расчеты судовых движителей.......................31
§ 12. Основные элементы и соотношения гребного винта...........31
§ 13. Типы расчетов винтовых движителей........................33
§ 14. Диаграммы для расчета гребных винтов....................34
§ 15. Предварительные расчеты гребных винтов...................37
§ 16. Расчет гребного винта небуксирного судна на полное исполь-
зование мощности судовой энергетической установки..................42
§ 17. Основные элементы и принцип действия направляющих на-
садок 47
§ 18. Диаграммы для расчета гребных винтов в направляющих на-
садках и подбор винтов по ним......................................51
§ 19. Расчет комплекса гребной вннт — насадка на полное исполь-
зование мощности судовых двигателей буксирного судна...............56
§ 20. Расчет комплекса гребной винт — насадка на полное исполь-
зование мощности судовых двигателей небуксирного судна .... 63
§ 21. Особенности расчета элементов свободного винта и винта в на-
садке для толкачей и туннельных судов..........................66
§ 22. Расчет водометных движителей.............................69
§ 23. Расчет движителей скоростных судов.......................77
§ 24. Расчет гребного колеса...................................89
Глава III.
Судовые тяговые расчеты........................................95
§ 25. Тяговые и скоростные характеристики судов Внешняя харак-
теристика двигателя................................................95
1QR
§ 26. Расчет скоростных характеристик винтового небуксирного
судна 96
§ 27. Расчет тяговых и скоростных характеристик судов, оборудо-
ванных комплексом винт — насадка..................................103
§ 28. Расчет тяговых и скоростных характеристик водометных
судов 116
§ 29. Расчет ходовых характеристик скоростных судов...............122
§ 30. Расчет баланса мощности и коэффициентов полезного действия
судов 125
§ 31. Расчеты тяговых и скоростных характеристик винтовых судов
на ЭВМ 128
Глава IV
Методы определения скоростей движения судов и составов.......134
§ 32. Динамометрические испытания судов. Первичная обработка
материалов натурных испытаний...................................134
§ 33. Паспортные характеристики самоходных судов.............141
§ 34. Разработка диспетчерских справочников по флоту..........143
§ 35. Решение скоростных и тяговых задач......................145
§ 36. Влияние условий плавания на скорость движения судов и со-
ставов 152
§ 37. Влияние переменного мелководья на линии на скорость движе-
ния судов и составов..............................................154
Приложения....................................................... 157
Список литературы.................................................197
Учебное пособие
Геннадий Иванович Ваганов,
Валерий Федорович Воронин,
Валентина Константиновна Шанчурова
Тяга судов
Переплет художника Г. П. Казаковцева
Технический редактор И. Б. Масалова
Корректор Л. А. Шарапова
ИБ № 2951
Сдано в набор 11.09.85. Пол писано в печать 30.04.86. Т-05662
Формат 60X90716. Бум. тип. № 1. Гарнитура литературная. Высокая печать.
Усл. печ.-л. 12,5. Усл. кр.-отт. 12,62. Уч.-изд. л. 14,46. Тираж 2700 экз.
Заказ 1067. Цена 65 коп. Изд. № 1-1-1/12 № 2629
Ордена «Знак Почета» издательство «ТРАНСПОРТ»,
103064, Москва, Басманный туп., 6а
Московская типография № 4 Союзполиграфпрома
при Государственном комитете СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли.
129041, Москва, Б. Переяславская ул., д. 46