V111. Расчет рулевого устройства

При расчете рулевого устройства определяют:

а) момент на баллере рабочего органа рулевого устройства m_б;

б) нормальную составляющую гидродинамических сил Рп

в) боковую составляющую гидродинамических сил — подъем­ную силу Рy

Рис. 1-VIII. К расчету рулей:

а—передний ход; б—задний ход

г) продольную составляющую гидродинамических сил — силу лобового сопротивления Рx.

Момент на баллере mб, необходимо знать для выбора мощности рулевой машины и расчета прочности ее элементов, силу Рц — для определения размеров баллера, силу Ру для определения ве­личины усилий, возникающих в элементах счала толкаемого состава.

Руль, отклоненный от прямого положения (рис. 1-VIII) *, дви­жется под углом атаки к в потоке воды со скоростью и,.. При этом на руле возникает гидродинамическая сила Р, которая может быть разложена на подъемную (поперечную) силу Ру и силу лобового со­противления Рx.

Значения сил Ру и Рx определяют по формулам аэрогидромеха­ники:

(1-VIII)

(2-VIII)

Рис. 2-VIII. Кривые безразмерных гидродинамических коэффициентов: а, б-Сх, в, г -С_N

где Су и Сx — безразмерные коэффициенты;

F— площадь пера руля;

р — массовая плотность пресной воды, равная 102,4 кг-сек? 1м¹¹;

vr — скорость руля относительно набегающего потока

в' м/сек.

Силу Р (см. рис. 1-VIII) заменяем нормальной силой Рц, направ­ленной перпендикулярно к хорде пера руля, и касательной Т, направленной вдоль хорды. Согласно рис. 1-VIII

(3-VIII)

а коэффициент нормальной силы См оавен

(4-VIII)

Точка приложения нормальной силы P,v называется центром дав­ления и находится на расстоянии xd от передней кромки руля

(5-VIII)

Отсюда момент силы Рц относительно передней кромки руля будет равен

или

(6-VIII)

где b — длина руля;

С_D и Сm, — коэффициенты, связанные.зависимостью

(7-VIII)

Значения безразмерных гидродина­мических коэффициентов Сх; Су; С_N',С_D, Сm„ приведены на графиках рис. 2-VIII.

Наибольшее влияние на величину безразмерных гидродинамических коэф­фициентов оказывают угол атаки «, от­носительное удлинение пера руля (рис. 3-VIII)

и относительная толщина руля

При установке нескольких параллельно расположенных рулей их гидродинамические характеристики остаются такими же, как и у одиночного руля, при равной площади, если расстояние между ними более длины пера руля.

Горизонтальные пластины (шайбы), привариваемые к верхнему и нижнему торцам пера руля, увеличивают коэффициенты Су и Сn на 20—30%.

В соответствии с рис. 1-VIII момент на баллере на переднем ходу

(8-VIII)

Момент на баллере на заднем ходу

(9-VIII)

 

Рис. З-VIII. Схема подвес­ного руля обтекаемого про­филя

Принимая ряд допущений, значение v, можно определить по формулам:

для рулей, расположенных за винтами без насадок,

(10-VIII)

для рулей, расположенных за «винтами в направляющих на­садках,

(11-VIII)

где v — скорость судна в м/сек;

yp — коэффициент попутного потока в районе рулей. Для ори­ентировочных расчетов его принимают, как и при расчете гребных винтов:

для винтов без насадок

для винтов с направляющими насадками

c. — коэффициент, зависящий от удаления х передней кромки руля от диска винта, может быть в первом приближении принят равным

обычно принимают c = 1,88;

sр — коэффициент нагрузки движителей по полезному упору

причем Z (v) — тяга на гаке при скорости v;

R (v) — сопротивление воды движению корпуса самоход­ного судна в кГ;

D — диаметр винта в м;

г — число винтов;

Vg — скорость, исправленная на попутный поток,

р—массовая плотность воды, равная 102,4 кг-сек^/м'¹;

b — коэффициент расширения насадки.

Скорость судна при заднем ходе принимается равной ²/ ₃ ско­рости при переднем ходе

Площадь пера руля определяется по данным однотипных судов, управляемость которых признана хорошей.

В практических расчетах принимают эмпирические выражения

(12-VIII)

где F — площадь пера руля в м²;

L и Т — соответственно длина и осадка судна в м;

m — коэффициент, в среднем для речных судов изменяющий­ся в пределах: для грузовых и грузо-пассажирских су-лов — 0.06—0,08, для толкачей — 0,20—0,24.

Значительного снижения момента на баллере, а следовательно и мощности рулевой машины, можно добиться, выби­рая надлежащие значения коэффициен­та компенсации,

(13-VIII)

где fb — площадь балансирной части руля;

'F — площадь пера руля;

Кк находится в пределах 0,15—0,30.

Для правильного выбора положения оси баллера, а следова­тельно и коэффициента компенсации К.к, необходимо построить график зависимости моментов на баллере от угла перекладки руля для переднего и заднего ходов (рис. 4-VIII). Следует достичь такого положения, чтобы

тогда выбранная мощность рулевой машины будет оптимальной. Расчет мощности рулевой машины — см. § 4-VIII.

Рис. 4-VIII. График зави­симости моментов на балле-ре от угла перекладки а°

§ 2-VIII. ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПОВОРОТНОЙ НАСАДКИ СО СТАБИЛИЗАТОРОМ [4]