Способ испытаний моделей корпусов судов

Способ испытаний моделей корпусов судов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к судостроению, в частности к экспериментальному определению характеристик остойчивости судов.

Известно устройство для определения присоединенных масс, моментов инерции и демпфирования моделей судов при их свободных колебаниях в жидкости, включающее модель судна (Патент РФ на изобретение №2425343, МПК G01М 1/16, опубл. 27.07.2011), устройство ее бифилярного подвеса к опорам, аппаратуру для измерения и записи ее свободных затухающих колебаний во времени, причем устройство бифилярного подвеса выполнено с возможностью изменения длины подвеса и расстояния между бифилярами, модель содержит устройства присоединения бифилярных подвесов к корпусу в продольном и поперечном направлениях с возможностью регулирования высоты закрепления на нем бифилярных подвесов на уровне высоты центра масс модели и выше его, а также имеет возможность приема дополнительного балласта (груза) сверх расчетной нагрузки, при этом устройство бифилярного подвеса модели устанавливается над гидролотком, в который опускается модель по расчетную ватерлинию, что позволяет определять присоединенные массы, моменты инерции и коэффициенты демпфирования на разных частотах и амплитудах колебаний.

Недостатком данного устройства является невозможность проведения испытаний моделей судов в условиях захвата волной носовой оконечности, так как данное устройство не позволяет прикладывать к палубе судна в носовой оконечности нагрузки, моделирующие гидродинамические силы, возникающие при обтекании носовой оконечности в процессе ее захвата волной. Это обусловлено тем обстоятельством, что место для приема груза расположено в районе миделевого сечения модели, а также тем, что для нагружения используются дополнительные (балластные) грузы, и смоделировать с их помощью гидродинамическое воздействие на палубу судна в носовой оконечности не представляется возможным.

В качестве ближайшего аналога принят способ контроля остойчивости судна путем проведения опыта кренования (Правила технического наблюдения за постройкой судов и изготовлением материалов и изделий для судов. - Т. 3. - Ч. V. Техническое наблюдение за постройкой судов // Российский морской регистр судоходства - СПб., 2015. - С. 49-66), заключающийся в проведении серии последовательных перемещений на судне крен-балласта в поперечном направлении с целью создания ряда наклонений и измерения соответствующих углов крена.

Данный способ контроля остойчивости обладает существенным недостатком, заключающимся в невозможности исследования остойчивости судна в условиях захвата волной оконечности судна. Захват носовой оконечности волной означает, что при сильном заливании палубы она работает в подводном положении как крыло, обтекаемое потоком жидкости, в результате чего на плоских поверхностях возникает равнодействующая сил давления, определяющаяся углом атаки и скоростью набегающей жидкости. Это обтекание неустойчиво, в результате равнодействующая сил может в любой момент сместиться в сторону от диаметральной плоскости и вызвать сильный крен или опрокидывание судна, а также разрушение его корпуса. Под действием равнодействующей гидродинамических сил дифферент судна растет, при этом наблюдается резкое снижение поперечной метацентрической высоты, что способствует опрокидыванию судна [Бураковский Е.П., Бураковский П.Е. Некоторые проблемы обеспечения общей прочности судов в чрезвычайных ситуациях // Труды Крыловского государственного научного центра. - Вып. 82(366), 2014. - С. 21-30].

Изобретение решает задачу определения остойчивости модели корпуса судна в момент захвата волной носовой оконечности судна за счет установки модели корпуса судна с дифферентом на нос, моделируя гидродинамические воздействия на носовую оконечность судна и вычисления поперечной метацентрической высоты модели корпуса судна при заданном угле дифферента.

Для получения необходимого технического результата в способе испытаний моделей корпусов судов на остойчивость, включающем проведение последовательных перемещений крен-балласта в поперечном направлении и измерение соответствующих углов крена, предлагается предварительно палубу в носовой оконечности модели корпуса судна условно поделить в продольном направлении на участки, после чего смоделировать захват волной заданного количества участков палубы, для чего прикладывать нагрузку в центре тяжести заданной части площади палубы для ее погружения, устанавливая модель корпуса судна с дифферентом на нос. По результатам замеров углов крена после перемещения крен-балласта предлагается определять абсолютную величину угла крена, которую следует использовать для вычисления начальной поперечной метацентрической высоты модели корпуса судна с установленным дифферентом, а по осредненному значению метацентрической высоты модели корпуса судна судить об изменении остойчивости судна при установленном угле дифферента при захвате волной носовой оконечности.

В предлагаемом способе при определении остойчивости модели корпуса судна с помощью системы нагружения к ее палубе в носовой оконечности прикладывается нагрузка, являющаяся равнодействующей, имитирующей гидродинамическое воздействие на носовую оконечность судна в условиях захвата волной, причем величина и место приложения нагрузки могут варьироваться.

На чертежах изображено:

на фиг. 1 - общий вид стенда для испытаний моделей корпусов судов;

на фиг. 2 - схема установки рамки на модель судна;

на фиг. 3 - схема приложения нагрузки к палубе модели судна;

на фиг. 4 - результаты испытаний модели корпуса судна согласно предлагаемому способу.

На чертежах приняты следующие обозначения:

1 - модель корпуса судна;

2 - мачта с поперечной штангой;

3 - крен-балласт;

4 - вода;

5 - бассейн;

6 - рамка;

7 - неподвижные блоки;

8 - трос;

9 - динамометр;

10 - планка с отверстиями;

11 - линейка;

ψ - угол дифферента, градус;

h_k - начальная поперечная метацентрическая высота модели корпуса судна, соответствующая дифференту модели судна ψ=k°, см;

a, b, с, d, е - точки приложения нагрузки к палубе модели судна;

А-А, В-В, С-С, D-D, Е-Е - линии, отсекающие погруженную часть палубы при приложении нагрузки в точках a, b, c, d, e соответственно.

Конструкция стенда для испытаний моделей корпусов судов состоит из бассейна 5 с водой 4, куда помещается модель 1 корпуса судна, на которой установлена мачта 2 с поперечной штангой с крен-балластом 3. Нагрузка к носовой оконечности модели 1 корпуса судна прикладывается с помощью системы нагружения, состоящей из рамки 6, устанавливаемой на планку 10 с отверстиями, закрепленную на палубе модели 1, неподвижных блоков 7 и троса 8, величина нагрузки определяется динамометром 9.

Способ испытаний моделей корпусов судов осуществляется следующим образом. Для определения начальной поперечной метацентрической высоты судна в процессе захвата волной носовой оконечности создается дифферент модели 1 корпуса судна на нос с помощью системы нагружения, состоящей из рамки 6, которая установлена на планку 10 с отверстиями, закрепленную на палубе модели 1. Усилие на палубу модели 1 передается рамкой 6, на которую действует трос 8, направляемый через неподвижные блоки 7, причем сила натяжения троса контролируется динамометром 9. Такая система нагружения позволяет прикладывать к носовой оконечности нагрузку заданной величины в соответствующей точке приложения. Так, при погружении палубы модели 1 корпуса судна по линию А-А при моделировании захвата волной носовой оконечности можно считать, что центр давления гидродинамических сил будет находиться в центре тяжести погруженной площади палубы «а», куда и прикладывается нагрузка посредством рамки 6. Аналогично при погружении палубы по линию В-В центр тяжести погруженной площади палубы будет находиться в точке «b» и т.д. После установки модели 1 корпуса судна с некоторым углом дифферента ψ=k° при помощи системы нагружения, производится определение соответствующей начальной поперечной метацентрической высоты h_k, соответствующей данному дифференту. При этом посадка модели 1 судна контролируется по линейкам 11, установленным с правого и левого борта на носу, корме и на миделе. Для создания кренящего момента крен-балласт 3 левого или правого борта перемещается по поперечной штанге мачты 2 в сторону соответствующего борта на расстояние l_i. При этом снимаются показания с линеек 11 правого и левого бортов, соответственно, z_пб и z_лб, а также величины l_i. Далее крен-балласт 3 возвращается в первоначальное положение к диаметральной плоскости модели 1 судна, а после стабилизации положения модели 1 судна осуществляется перемещение крен-балласта 3 противоположного борта на величину l_i и запись отсчетов на линейках 11 правого и левого бортов, соответственно, z_пб и z_лб. Указанные выше действия повторяются несколько раз для уменьшения величины случайных погрешностей.

По результатам замеров определяется абсолютная величина угла крена модели 1 корпуса судна при переносе крен-балласта 3 с использованием зависимости

где - показания, снятые с линеек 11 правого и левого борта при i-м переносе груза;

а - расстояние между линейками 11 правого и левого борта.

Значение начальной поперечной метацентрической высоты h_ki для модели 1 корпуса судна, сидящей с некоторым углом дифферента ψ=k°, при каждом переносе крен-балласта 3 определяется по формуле

где m - масса переносимого крен-балласта 3;

М - водоизмещение модели 1 корпуса судна;

l_i - плечо переноса крен-балласта 3.

После проведения серии опытов полученное значение начальной поперечной метацентрической высоты модели 1 корпуса судна, имеющей угол дифферента ψ=k°, осредняется

где n - число опытов.

Результаты испытаний модели корпуса судна 1 по предлагаемому способу представлены на фиг. 4. Видно, что с увеличением угла дифферента в процессе захвата волной носовой оконечности поперечная метацентрическая высота модели корпуса судна 1 резко снижается.

Таким образом, предлагаемый способ испытаний моделей корпусов судов позволяет определять остойчивость модели корпуса судна в момент захвата волной носовой оконечности судна, когда модель корпуса судна устанавливается с определенным углом дифферента. Моделирование разных гидродинамических нагрузок, возникающих в момент захвата волной носовой оконечности, позволяет изменять угол дифферента модели корпуса судна, что расширяет возможности исследования возможных негативных последствий, которые могут произойти, таких, как опрокидывание судна.

Способ испытаний моделей корпусов судов на остойчивость, включающий проведение последовательных перемещений крен-балласта в поперечном направлении и измерение соответствующих углов крена, отличающийся тем, что предварительно палубу в носовой оконечности модели корпуса судна условно делят в продольном направлении на участки, после чего моделируют захват волной заданного количества участков палубы, для чего прикладывают нагрузку в центре тяжести заданной части площади палубы для ее погружения, устанавливая модель корпуса судна с дифферентом на нос, а по результатам замеров углов крена после перемещения крен-балласта определяют абсолютную величину угла крена, которую используют для вычисления начальной поперечной метацентрической высоты модели корпуса судна с установленным дифферентом, и по осредненному значению метацентрической высоты модели корпуса судна судят об изменении остойчивости судна при установленном угле дифферента при захвате волной носовой оконечности.