РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ СУДНА ПО ЕГО ДРЕЙФУ

​DEVELOPMENT OF A METHODOLOGY FOR DETERMINING THE AERODYNAMIC RESISTANCE COEFFICIENT OF A SHIP BY ITS DRIFT

Vyacheslav Sobolev

student of the Department of Electrical Equipment of Ships and Automation of Production, Kerch State Marine Technological University,

Russia, Kerch

Alexander Sobolev

Assistant of the Department of Electrical Equipment of Ships and Automation of Production, Kerch State Marine Technological University,

Russia, Kerch

Alexander Gadeev

Associate Professor of the Department of Economics and Humanities, Kerch State Marine Technological University,

Russia, Kerch

АННОТАЦИЯ

Для определения сил, действующих на надводную часть корпуса судна необходимо знать величину безразмерного коэффициента. Строгие расчетные формулы для его определения дают сугубо приближенные значения коэффициентов. Ввиду того, что площадь надводной части корпуса судна определяется со значительными погрешностями и плохо моделируется, для повышения точности определения аэродинамического коэффициента приходится определять ее при помощи теоретического чертежа путем вычета площади подводной части корпуса для соответствующей осадки.

ABSTRACT

To determine the forces acting on the surface part of the ship's hull, it is necessary to know the value of the dimensionless coefficient. Strict calculation formulas for its determination give purely approximate values of the coefficients. Since the surface area of the ship's hull is determined with significant errors and is poorly modeled, to increase the accuracy of determining the aerodynamic coefficient, it is necessary to determine it using a theoretical drawing by subtracting the area of the underwater hull for the corresponding draft.

Ключевые слова: методика, коэффициента аэродинамического сопротивления судна, дрейф.

Keywords: technique, vessel drag coefficient, drift.

Результаты исследований

Величину аэродинамического коэффициента определяют двумя эмпирическими формулами:  либо . Эти формулы отличаются только коэффициентами пропорциональности, которые характеризуют конструктивные особенности типового судна. Ввиду того, что площадь корпуса судна характеризуется значительными погрешностями и плохо моделируется, то для повышения точности аэродинамического коэффициента (АДК) необходимо определить эту точность АДК при помощи чертежа.

После остановки главного двигателя судно, под действием аэродинамических сил и силы от воздействия волн, начинает перемещаться с определенной скоростью относительно воды (рис. 1).

Рассмотрим характер сил, действующих на судно. Сила от волнения, изменяя точку приложения, вызывает рыскание судна вокруг вертикальной оси и качку. В зависимости от положения судна относительно фронта волны точка приложения силы от действия волн  попеременно прикладывается к носовой и кормовой частям судна. Для случая установившегося дрейфа, когда поперечная аэродинамическая сила равна поперечной гидродинамической  и известных значениях скорости дрейфа угла ветрового дрейфа  скорости и курсового угла истинного ветра полученных из натурных наблюдений, можно определить величину отношения безразмерных коэффициентов поперечной аэро и гидродинамической сил . Учитывая, что подводная часть судна хорошо моделируется, достаточно подробно исследована и имеются корректные аналитические зависимости для расчета значения коэффициентов поперечной гидродинамической силы, из зависимости:

,                                                                          (1)

можно получить значение коэффициента поперечной аэродинамической силы. Указанное обстоятельство имеет большое значение потому, что способов получения коэффициента поперечной аэродинамической силы, кроме определения из модельного эксперимента и сугубо приближенных расчетов, в существующей литературе не описаны. По этой причине способ определения аэродинамического коэффициента по результатам промышленного эксперимента является, пожалуй, единственно возможным средством проверки правильности формул для его количественного определения.

Скорость установившегося дрейфа можно определить из формулы:

,                                                            (2)

где К_др - коэффициент дрейфа, определяемый из натурных наблюдений для состояния конкретного судна в грузу или в балласте.

Угол (направление) дрейфа (см.рис.1) по наблюдаемому курсовому углу ветра можно определить по формуле:

 .                                                           (3)

Для определения коэффициента были проведены промышленные наблюдения по дрейфу (без хода) на среднем рыболовном морозильном траулере проекта 502 (СPТM 502) в период осуществления промысла кошельковым неводом. Средняя осадка при натурных наблюдениях была равной 3.8-3.9 м при дифференте на корму около одного метра и водоизмещении 1150 тонн. Траекторные измерения проводились по свободно плавающему ориентиру – бую: пеленг - оптическим пеленгатором, а расстояние секстаном по углу снижения. СКП измерения пеленга составляет 0,3 – 0,4⁰, а расстояния от 4 до 6 м. Для случая установившегося дрейфа, когда  и известных значениях угла ветрового дрейфа , скорости и курсовом угле истинного ветра , полученных из натурных наблюдений, можно определить величину отношения безразмерных коэффициентов поперечной аэро и гидродинамической сил  Получив расчетным способом значение коэффициента , определяют значение

Порядок выполнения эксперимента.

Сбрасывают веху, при установившемся дрейфе измеряется скорость дрейфа без хода Траектория дрейфа определялась по свободно плавающему ориентиру – бую. Пеленг измерялся оптическим пеленгатором со СКП около 0,3 – 0,4⁰, а расстояния от 4 до 6 м.

По приведенным результатам были рассчитаны значения поперечных гидро и аэродинамических коэффициентов. Значение рассчитано по формуле

.                                                                    (4)

Результаты выполненных расчетов приведены в табл.II.2. Получено значение аэродинамического коэффициента  со средней квадратической погрешностью ± 0.04. Полученные результаты справедливы только для данного типа судна. Для уточнения значения коэффициента для других судов необходимо на них провести натурные наблюдения по изложенной выше методике. В мореходных таблицах МТ-2000 приведена эмпирическая формула , где - скорость ветрового дрейфа в узлах, - коэффициент ветрового дрейфа, - скорость истинного ветра, м/с. Однако анализ приведенной формулы показывает, что она не учитывает факт отсутствия дрейфа при ветре до 3м/с и существенном изменении характера дрейфа после скорости истинного ветра в 15 м/с.

Выводы

Данная методология используется для учета характера определения коэффициента аэродинамического сопротивления судна по его дрейфу. Полученные результаты справедливы только для данного типа судна. Для уточнения значения коэффициента для других судов необходимо на них провести натурные наблюдения по изложенной выше методике.

Список литературы:

1. Мальцев А.С. Теория и практика безопасного управления судном при маневрировании: Автореф.дис…д-ра тех. наук: 05.22.16/ Одесская национальная морская академия. – Одесса, 2007. – 34 с.
2. Назаров А.Г. Повышение эффективности управления малыми парусными судами. Автореф. дис...канд.техн. наук: 05.22.16/ Одесская национальная морская академия. –Одесса, 2003. -24 с.
3. Товстокорый О.Н. Определение поляры большого парусного судна экспериментальным путём. Судовождение: Сб.научн.трудов.ОНМА. – Вып.10. – Одесса:Феникс,2005.- С. 123-133.
4. Товстокорый О.Н. Изучение зоны неустойчивости диаграммы управляемости большого парусного судна. Судовождение: Сб.научн.трудов. ОНМА. – Вып.13. – Одесса:Феникс,2007.- С. 163-168.
5. Гофман А.Д. Движительно-рулевой комплекс и маневрирование судна: Справочник. - Л.: Судостроение, 1988. – 360 с.