Расчет рулевого устройства судна Цель работы освоение

Расчет рулевого устройства судна Цель работы – освоение навыков расчета конструктивных параметров рулевого устройства и сил, действующих на перо руля

Назначение рулевого устройства Рулевое устройство обеспечивает управляемость судна, т. е. оно позволяет удержать судно на курсе или изменять направление движения, несмотря на воздействия ветра, течения и волн. Рулевое устройство состоит из руля или поворотной насадки, рулевого привода, рулевой машины и дистанционной передачи. Руль, установленный на судне, должен обеспечивать его управляемость в любых условиях эксплуатации. Под управляемостью понимают два основных качества судна - поворотливость и устойчивость на курсе. Руль работает в двух режимах: докритический - режим при углах атаки от 0 до критического; закритический - после критического отличается уменьшением силы на пере руля и резким возрастанием момента на баллере.

Исходные данные (задание преподавателя) Длина судна - ____ м; Ширина судна – ____ м; Высота борта – ____ м; Осадка судна – ____ м; Водоизмещение судна – ____ м 3; Количество и мощность главных двигателей – ___; _____ к. Вт; Скорость – ____ км/ч; Число и диаметр винтов – ____; ____ м; Частота вращения винта – ____ об/мин; Коэффициент нагрузки винта по упору – __. Тип судна – _____________; Класс судна – «____» .

Выбор геометрических параметров руля Тип судна – _____. Выбираем коэффициент µ=______. Площадь одного руля: где L – дина судна, м; Т – наибольшая осадка судна, м; Z – число рулей, принимаемое равным числу гребных винтов (по заданию). Тогда (например) Высота руля определяется (для судов класса «М» ): где h 2=0, 05… 0, 25 (принимаем h 2=____) Ширина руля (средняя ширина):

Относительное Ширина где К к удлинение пера балансирной =0, 1… 0, 25– Максимальная коэффициент толщина компенсации руля: части: (принимаем пера Кк=____) руля: где tm=0, 12… 0, 2 – наибольшая относительная толщина профиля (tm=___) На судах речного флота наибольшее распространение получили рули типа NACA, ординаты профиля которых в зависимости от относительного отстояния от передней кромки b в % от 2 tmax, приведены в таблице.

Координаты профиля руля типа NACA b, % t, % b t 0 0 0, 000 0 0, 25 7, 2 0, 017 0, 07488 0, 5 10, 3 0, 035 0, 10712 1 14, 1 0, 069 0, 14664 5 29, 6 0, 346 0, 30784 10 39 0, 692 0, 4056 15 44, 5 1, 038 0, 4628 17, 5 46, 3 1, 211 0, 48152 25 49, 5 1, 730 0, 5148 30 50 2, 076 0, 52 50 44 3, 460 0, 4576 80 217, 8 5, 536 2, 26512 90 12 6, 228 0, 1248 100 1, 05 6, 920 0, 01092

Руль типа NASA

Гидродинамический расчет руля На руль, установленный под углом α к вектору скорости набегающего потока υ, будет действовать гидродинамическая сила Р, приложенная в центре давления (ЦД). Гидродинамический расчет руля сводится к определению следующих сил в Н и моментов Н*м: подъемной силы (1) силы лобового сопротивления (2) нормальной силы (3) касательной силы (4) момента всех сил, действующих на перо относительно передней кромки руля: (5) момента на баллере руля: (6)

где - плотность воды, равная 1020 кг/м 3; υ – скорость потока воды, набегающего на руль, м/с; F – площадь руля, м 2; Су – коэффициент подъемной силы; Сх – коэффициент лобового сопротивления; Cn = Су*cosα - Cx*sinα – коэффициент нормальной силы; Cm= Cd*Cn – коэффициент момента относительно передней кромки; Cd – коэффициент центра давления; Cm = Cm- Cn*(b 6/b) – коэффициент момента на баллере. Момент на баллере считается положительным, если он препятствует, и отрицательным, если он способствует перекладке руля на борт. Гидродинамический расчет ведется при переднем и заднем ходах судна.

При переднем ходе 1. Для полученного значения λ, выбираем значения гидродинамических коэффициентов Сх, Су, Сd и рассчитываются значения остальных коэффициентов Cn, Cm и Сm для углов атаки в пределах от 0 до 35◦ с шагом 5◦. Результаты расчетов целесообразно свести в таблицу. Значения коэффициентов Cx, Cy, Cd для переднего хода α, град 0 Сх 0 Сd 0 Cy 0 5 10 15 20 25 30 35

2. Для учета влияния корпуса вычисляется коэффициент попутного потока : где х – показатель стенки, равный 1 для среднего руля и 2 для бортовых рулей; V – водоизмещение м 3; Дв – диаметр гребного винта, который равен (0, 7… 0, 8)*Т – для одновинтовых судов, м (Дв=___); - коэффициент общей полноты корпуса судна, принимаемый равным 0, 75… 0, 85 для грузовых судов (выбираем = ____). Тогда

3. Для руля, расположенного в струе от гребного винта оценивается коэффициент нагрузки винта: где ηи – к. п. д. идеального винта, который равен 0, 65… 0, 7 для судов _______типа (принимаем ηи= ___). По σв вычисляется коэффициент χ, учитывающий увеличение средней скорости набегающего на руль потока где Fв = Дв*bср – площадь пера руля, находящаяся в струе от винта (Fв=32, 19 м 2) По рассчитанным и χ определяется скорость потока, набегающего на руль, при полном переднем ходе судна: где υ – максимальная скорость переднего хода, м/с (υ=____ м/с).

Затем рассчитывается скорость набегающего на руль потока υр’ при управлении запасным рулевым приводом где υ’ – скорость управления судна при управлении запасным приводом υ’=0, 5*υ, но не должно быть менее 3, 6 м/с для морского и 3, 5 м/с для речного судна

4. По найденным скоростям υр и υр’ с помощью формул (1) – (6) определяются силы и моменты, действующие на руль, а также теоретический гидродинамический момент на баллере руля:

α, град 0 Сх 0 Сd 0 Cy 0 Сn 0 Cm 0 Py 0 Px 0 Pn 0 Pτ 0 M 0 5 10 15 20 25 30 35

Зависимость Pn= f(α) 300000 Pnзх=f(α) 250000 Pnзх 200000 150000 100000 50000 0 0 5 10 15 20 α 25 30 35

Зависимость Mδ= f(α) M М =f(α) 900000 850000 800000 750000 700000 650000 600000 5500000 450000 400000 350000 300000 250000 200000 150000 100000 50000 0 -100000 5 10 15 20 α 25 30 35 40

При заднем ходе Гидродинамический расчет руля на заднем ходу осуществляется с учетом того, что скорость движения судна задним ходом υз меньше скорости переднего хода υ и составляет υз=(0, 6… 0, 7)*υ ( υз=2, 58 м/с); влияние корпуса на заднем ходу сводится к подтормаживанию потока и приближенно учитывается с помощью коэффициента попутного потока на заднем ходу: где - коэффициент попутного потока на переднем ходу. При расчете руля пи заднем ходе судна можно ограничиться определением момента на баллере по формуле:

И нормальной силы: Значения коэффициентов в этих формулах и скорости υрзх определяются аналогично методике их расчета для переднего хода с учетом значений Сх, Су, Сd. υрзх = 5 м/с α, град 0 Сх 0 Сd 0 Cy 0 Сnзх 0 Cm 0 М з 0 Pnзх 0 5 10 15 20 25 30 α, град

300000 Pnзх=f(α) 250000 Pnзх 200000 150000 100000 50000 0 0 5 10 15 20 α 25 30 35

900000 М зх=f(α) 800000 700000 600000 M зх 500000 400000 300000 200000 100000 0 0 5 10 15 20 α 25 30 35