Контрольная работа: Расчет пройденного расстояния и времени при пассивном и активном торможении судна

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Тема:

«Расчет пройденного расстояния и времени при пассивном и активном торможении судна»

Определить время падения скорости до V = 0,2 · V_o судна с ВФШ и ДВС после команды СТОП и пройденное за это время расстояние (время свободного торможения и выбег судна). Масса судна m = 10000 т, скорость полного хода V_o = 7,5 м/с, сопротивление воды при скорости V_o R_o = 350 кН, начальная скорость V_н = 7,2 м/с

Решение

1.  Масса судна с учетом присоединенных масс воды

m₁ = 1,1 · m = 1,1 · 10000 = 11000 т

2.  Инерционная характеристика судна

S_о =

3.  Продолжительность первого периода (до остановки винта)

t₁ = 2,25

4.  Скорость в конце первого периода V₁ = 0,6V_o, когда останавливается винт

V₁ = 0,6 · V_o = 0,6 · 7,5 = 4,5 м/с

5.  Расстояние, пройденное в первом периоде, принимая =0,2

S₁ = 0,5 · S_o · ℓn  = 0,5·1768·ℓn

6. Во время второго периода (от скорости V₁ = 4,5 м/с до скорости

V = 0,2 · V_о = 0,2 · 7,5 = 1,5 м/с)

где =0,5 – коэффициент сопротивления для ВФШ

7. Расстояние, пройденное во втором периоде

8. Время свободного торможения

t_в = t₁ + t₂ = 115 + 524 = 639 ≈ 640 с

9. Выбег судна

S_в = S₁ + S₂ = 614 + 1295 = 1909 ≈ 1910 м.

- в радианах

Определить время падения скорости до V = 0,2 · V_о судна с ВФШ и ДВС после команды СТОП и пройденное за это время расстояние (время свободного торможения и выбег судна), если свободное торможение осуществляется на скорости V_н ≤ 0,6 · V_o  m = 10000 т, V_o = 7,5 м/с, R_o = 350 кН, V_н = 4,0 м/с

Решение

1.       m₁ = 1,1 · m = 1,1 · 10000 = 11000 т

2. S_о =

3. Определим скорость в конце первого периода, когда останавливается винт

V₁ = 0,6 · V_o = 0,6 · 7,5 = 4,5 м/с

4. Т.к. V_н < V₁, то винт останавливается мгновенно.

5. V = 0,2 · V_o = 0,2 · 7,5 = 1,5 м/с

6.  Время падения скорости от V_н = 4,0 м/с до V = 1,5 м/с

где ε_вт = 0,5 – коэффициент сопротивления для ВФШ

V_н = V₁

7. Расстояние, пройденное при падении скорости от V_н = 4,0 м/с до V = 1,5 м/с

Определить время падения скорости до V = 0,2 · V_о для судна с ВРШ и ГТЗА после команды СТОП и пройденное за это время расстояние (время свободного торможения и выбег судна). m = 10000 т, V_o = 7,5 м/с, R_o = 350 кН, V_н = 7,2 м/с

Решение

1.m₁ = 1,1 · m = 1,1 · 10000 = 11000 т

2.S_о =

3.V = 0,2 · V_o = 0,2 · 7,5 = 1,5 м/с

4.Время падения скорости до V = 1,5 м/с

где V₁ = V_н = 7,2 м/с,

ε_вт ≈ 0,7 – коэффициент сопротивления для ВРШ

5.

Определить время активного торможения и тормозной путь (нормальное реверсирование) судна с ВФШ и ДВС, если максимальный упор заднего хода Р_з.х. = 320 кН. m = 10000 т, V_o = 7,5 м/с, R_o = 350 кН, V_н = 7,2 м/с

Решение

1.Масса судна с учетом присоединенных масс

m₁ = 1,1 · m = 1,1 · 10000 = 11000 т

2.Инерционная характеристика судна

S_о =

3.Продолжительность первого периода (до остановки винта)

t₁ = 2,25

4. Скорость в конце первого периода V₁ = 0,6 · V_o, когда останавливается винт

V₁ = 0,6 · V_o = 0,6 · 7,5 = 4,5 м/с

5. Расстояние, пройденное в первом периоде

S₁ = 0,5 · S_o · ℓn ,

где Р_е – тормозящая сила винта, работающего в режиме гидротурбины и составляющая примерно 0,2 R_o, т.е.  = 0,2

S₁ = 0,5 · 1768 · ℓn

6.Продолжительность второго периода

t₂ = , где V₁ = 4,5 м/с

Р_е = 0,8 · Р_з.х. = 0,8 · 320 = 256 кН

t₂ =

7. Расстояние, пройденное во втором периоде

S₂ = 0,5 · S_o · ℓn  т.к. к концу второго периода V = 0, то

S₂ = 0,5 · S_o · ℓn = 0,5 · 1768 · ℓn

8. Время активного торможения

t_ι = t₁ – t₂ = 115 + 168 = 283 с

9. Тормозной путь

S_ι = S₁ + S₂ = 614 + 354 = 968 ≈ 970 м.

Определить время активного торможения и тормозной путь (нормальное реверсирование) судна с ВФШ и ДВС после команды ЗПХ, если упор заднего хода Р_з.х. = 320 кН и торможение осуществляется со скорости V_н ≤ 0,6 · V_o. Масса судна m=10000 т, скорость полного хода V_o=7,5 м/с, сопротивление воды на скорости V_o R_o=350 кН, начальная скорость V_н=4,0 м/с

Решение

1.Масса судна с учетом присоединенных масс

m₁ = 1,1 · m = 1,1 · 10000 = 11000 т

2.Инерционная характеристика судна

S_о =

3.Скорость в конце первого периода, когда останавливается винт

V₁ = 0,6 · V_o = 0,6 · 7,5 = 4,5 м/с

4.В случае, если V_н ≤ V₁ = 0,6 · V_o (V_н = 4,0 м/с, V₁ = 4,5 м/с), винт останавливается мгновенно и t₁ = 0; S₁ = 0.

5.Тормозящая сила винта

Р_е = 0,8 · Р_з.х. = 0,8 · 320 = 256 кН

6.Время активного торможения

t = ,

где V₁ = V_н = 4,0 м/с

t = = 154 с

7.Тормозной путь

S = 0,5 · S_o · ℓn ,

где V₁ = V_н = 4 м/с

S = 0,5 · 1768 · ℓn

Определить время активного торможения и тормозной путь судна с ВРШ и ГТЗА, если максимальный упор заднего хода Р_з.х. = 320 кН. m = 10000 т, V_o = 7,5 м/с, R_o = 350 кН, V_н = 7,2 м/с

Решение

1.Масса судна с учетом присоединенных масс

m₁ = 1,1 · m = 1,1 · 10000 = 11000 т

2.Инерционная характеристика судна

S_о =

3.Продолжительность активного торможения

,

т.к. к концу периода торможения V = 0, то

, где для ВРШ Р_е = Р_з.х. = 320 кН

4.Т.к. к концу периода торможения V = 0, то тормозной путь судна

S = 0,5 · S_o · ℓn , где V₁ = V_н = 7,2 м/с

S = 0,5 · 1768 · ℓn

5.

Танкер водоизмещением ∆ = 84500 тонн, длина L = 228 м, средняя осадка d_ср = 13,6 м, высота борта Н_б = 17,4 м, масса якоря G = 11000 кг, калибр якорной цепи d_ц = 82 мм, глубина места постановки на якорь Н_гл = 30 м, грунт – ил, наибольшая скорость течения V_т = 4 уз., угол между направлением течения и ДП θ_т = 20º, усиление ветра по прогнозу до u = 10–12 м/с, угол между ДП и направлением ветра q_u = 30º. По судовым документам площадь проекции надводной части корпуса судна на мидель А_u = 570 м², то же на ДП В_u = 1568 м²

Определить:

-  длину якорной цепи необходимую для удержания судна на якоре;

-  радиус окружности, которую будет описывать корма судна;

-  силу наибольшего натяжения якорной цепи у клюза.

Решение

1. Вес погонного метра якорной цепи в воздухе

q_о = 0,021 · d_ц² = 0,021 · 82² = 141,2 кг/м

2. Вес погонного метра якорной цепи в воде

q_w = 0,87 · q_о = 0,87 · 141,2 = 122,84 кг/м

3. Высота якорного клюза над грунтом

Н_кл = Н_гл + (Н_б – d_ср) = 30 + (17,4 – 13,6) = 33,8 м

4. Удельная держащая сила якоря дана в условии задачи: К =1,3

5. Необходимая длина якорной цепи из расчета полного использования держащей силы якоря и отрезка цепи, лежащего на грунте

,

где:

а – длина части якорной цепи, лежащей на грунте; принимаем а = 50 м;

ƒ – коэффициент трения цепи о грунт дан в условии задачи: ƒ=0,15

6. Определим силу ветра, действующую на надводную часть судна

R_A = 0,61 · Сх_а · u² · (А_u · cos q_u + B_u · sin q_u), где

Сх_а – аэродинамический коэффициент задачи дан в условии Сх_а=1,46

R_A = 0,61 · 1,46 · 12² · (570 · cos 30º + 1568 · sin 30º) =163,850 кН = 16,7 m

7. Определим силу действия течения на подводную часть судна

R_т = 58,8 · В_т · V_т² · sin θ_т, где:

В_т – проекция подводной части корпуса на ДП судна,

В_т ≈ 0,9 L · d_cp = 0,9 · 228 · 13,6 = 2790,7 ≈ 2791 м²

V_т – скорость течения в м/с

V_т = 4 уз. ≈ 2 м/с

R_т = 58,8 · 2791 · 2² · sin 20º = 224,517 кН = 22,9 m

8. Определим силу рыскания судна при усилении ветра

R_ин = 0,87 · G = 0,87 · 11000 = 9,57 m = 93,882 кН

9. Сумма действующих на судно внешних сил

∑ R = R_А + R_т + R_ин = 163,850 + 224,517 + 93,882 = 482,249 кН = 49,2 m

10. Определим минимальную длину якорной цепи, необходимую для удержания судна на якоре, при условии F_г = F_х = ∑ R (н) = 10 · G · К и коэффициенте динамичности К_д = 1,4

,

где:

К = 1,3 – удельная держащая сила грунта,

q_w = 122,84 кг/м – вес погонного метра якорной цепи в воде

С целью обеспечения безопасности якорной стоянки надлежит вытравить

9 смычек = 225 м якорной цепи.

11. Определим горизонтальное расстояние от клюза до точки начала подъема якорной цепи с грунта

x=

214,21 м ≈ 214 м.

Следовательно, длина цепи, лежащая на грунте составляет

а = 225 – 214=11 м

12. Радиус окружности, которую будет описывать корма танкера

R_я = а + х + L = 11 + 214 + 228 = 453 м

13. Определим силу наибольшего натяжения якорной цепи у клюза

F₂ = 9,81 · q_w

Список литературы

1.  Сборник задач по управлению судами. Учебное пособие для морских высших учебных заведений / Н.А. Кубачев, С.С. Кургузов, М.М. Данилюк, В.П. Махин. – М. Транспорт, 1984, стр. 48 – 57.

2.  Управление судном и его техническая эксплуатация. Учебник для учащихся судоводительских специальностей высших инженерных морских училищ. Под редакцией А.И. Щетининой. 3-е издание. – М. Транспорт, 1983, стр. 383 – 392.

3.  Управление судном и его техническая эксплуатация. Под редакцией А.И. Щетининой 2-е издание. – М. Транспорт, 1975, стр. 393 – 401.