Hiv stabilisatorer på krigsskip. Seksjon II Grunnleggende om fartøydynamikk

Spesielle enheter installert på skip til moderat stigning. De har vært brukt i over 100 år og er svært varierte i prinsipp i drift og design. Kontrollsystemer er klassifisert i henhold til virkningsretningen til det stabiliserende momentet, i henhold til arten av kreftene som skaper dette momentet, og i henhold til prinsippet om kontroll. Ut fra 1. karakteristikk skilles det mellom skipets rulle- og pitchstabilisatorer. De første ble svært utbredt. I henhold til det andre kriteriet er U.C. delt inn i 3 typer: gravitasjon, gyroskopisk og hydrodynamisk. I gravitasjons-U.K. skapes det stabiliserende momentet av bevegelsen av et fast stoff eller væske inne i karet. I sistnevnte tilfelle er U.K. laget i form av beroligende tanker av forskjellige typer. De mest brukte er lukkede tanker, bestående av 2 sideseksjoner forbundet med vann- og luftkanaler. I utlandet har tanker av typen "Flum" blitt utbredt, et karakteristisk trekk er en forbindelseskanal som har samme høyde som sideseksjonene. Hvis det ikke er vann- og luftkanaler, og sidegrenene kommuniserer med hverandre gjennom sjøvann og atmosfæren, kalles tankene åpne. Et gyroskopisk U.K. består av en tung skive (gyroskop) som roterer med høy hastighet rundt en akse koblet til en ramme. Rammens svingakse er plassert horisontalt i fartøyets tverrplan og er forbundet med skroget med spesielle aksler. Når skipet gynger og gyroskopet roterer, oppstår en kompleks bevegelse av rammen - presesjon, noe som fører til utseendet av reaksjoner i akslene som skaper et stabiliserende øyeblikk. For tiden brukes U.K. av denne typen kun for lokal stabilisering av ulike installasjoner på skip. Hydrodynamiske kontrollenheter er spesielle utstikkende deler (plater eller vinger) installert på fartøyets skrog. For å roe rullen brukes zygomatiske kjøl og sidestyrbare ror. Sistnevnte kan være kontinuerlig eller delt, ikke-uttrekkbar, uttrekkbar inn i fartøyet eller falle langs skroget. Lensekjølene skaper et stabiliserende moment på grunn av forskjellen i trykk på øvre og nedre flater når de flyter rundt kjølen i tverrplanet, og siderorene - på grunn av løftekraften som oppstår på dem, proporsjonal med kvadratet av fartøyets hastighet. Derfor er sideror uegnet for skip som krever moderasjon av stigning mens de driver eller ved lave hastigheter, mens lensekjøl har maksimal effektivitet under disse forholdene. Hydrodynamiske vannskutere i form av faste baugkjøler eller vinger kan også brukes til å moderere pitching, men de er ikke mye brukt på grunn av deres relativt lave effektivitet og vibrasjonen i baugenden av fartøyet som oppstår når de er installert. I følge det tredje tegnet er U.C. delt inn i aktiv, passiv og delvis aktivert. Førstnevnte er utstyrt med en drivenhet som gir en tvungen endring i stabiliseringsmomentet i samsvar med et signal generert av et spesielt kontrollsystem. Denne typen inkluderer kontrollerte ror ombord. Aktive stilletanker brukes ikke på moderne skip, siden tvangspumping av væske krever for mye energi. Passive kontrollsystemer har ikke drev eller kontrollsystemer; disse inkluderer zygomatic carinae, nasal carinae og vinger, samt de fleste smokketankene. Det brukes også delvis aktiverte tanker, styrt av spesielle ventiler som stenger vann- og luftkanalene.

En gang, da han kom inn i havnen i Calais, nektet han fullstendig å adlyde styrmannen.

I full fart krasjet Bessemer inn i en steinbrygge. Buen ble redusert til et rot av rusk.

Bessemer reparerte ikke dampskipet sitt. Han mistet for alltid all interesse for skipsbygging.

Etter Bessemer jobbet mange oppfinnere og forskere med å lage tonehøydestabilisatorer. Mange forskjellige systemer har blitt foreslått. Men bare Makarov (1848-1904). få av dem fikk rett til liv og utbredt bruk.

En veldig interessant type tonehøydestabilisator for krigsskip ble utviklet i 1894 av den fremragende marinesjefen og vitenskapsmannen Admiral Stepan Osipovich Makarov.

Makarov-stabilisatoren skilte seg gunstig fra stabilisatorene til andre systemer på grunn av den enkle og lave kostnaden ved designen og samtidig dens sterke motstand mot pitching. Deretter ble Fram-stabilisatoren forbedret og tilpasset for handelsskip. Strukturen består av to tanker inngjerdet langs sidene av skipet. I høyden er de plassert mellom bunnen og dekket. Lengden deres er ikke mer enn ti meter. Tankene er forbundet med et rør eller en kanal lagt langs bunnen. Det ser ut som kommuniserende kar der vann er fylt til halve høyden. På toppen er tankene forbundet med hverandre med et luftrør. En reguleringsventil er installert i midten av røret. Gjennom den kan du føre trykkluft inn i en eller annen tank. Hvordan virker et slikt beroligende middel?

Se for deg en mann med en rocker på skuldrene. Identiske bøtter fylt med vann er festet til endene av vippen. Så lenge endene er balanserte, er det lett for en person å svinge vippearmen. Han kan pumpe den slik at bøttene når bakken. La oss nå henge enda en full bøtte i den ene enden. Det vil ikke være så lett å svinge her. Det er klart at enden med to bøtter vil stige sakte og med stor

innsats. Hvis vi flytter den ekstra bøtta til den andre enden av vippen, får vi det motsatte bildet.

Vi bruker dette eksemplet med bøtter for å forstå handlingen til Fram-demperen. Damperen vippet til høyre mens den rullet. Deretter destilleres alt vannet til høyre, men ikke alt på en gang, men i små porsjoner. Hvis du destillerer det med en gang, vil vekten av vannet bare hjelpe på bevegelsen. Men tvert imot er det nødvendig for henne å blande seg inn. Vannet destilleres på en slik måte at tanken på styrbord side fylles i det øyeblikket denne siden begynner å stige. Da blir en helt fylt tank som en ekstra bøtte på vippen. Det vil redusere svingområdet. Så begynner venstre side å liste. Vannet destilleres til venstre i samme rekkefølge. Når venstre side begynner å stige oppover, kommer den helt fylte tanken på denne siden i aksjon. Det er som å flytte en ekstra bøtte med vann til den andre enden av vippen.

Fram spjeldenhet.

Å veksle vann fra den ene siden til den andre reduserer dermed skipets sving flere ganger.

Driften av Fram-stridsvogner ble testet i den russiske flåten i 1913. Slik husker akademiker A. N. Krylov dette:

«En spesiell kommisjon ble dannet. De prøvde og diskuterte i ti måneder, men kom ikke frem: Noen sier det er nødvendig å bruke Fram-destillere, andre sier Fram-tanker er skadelige, og alle refererer til utenlandske blader. Til slutt, i februar 1913, utnevnte marineminister Grigorovich et møte under hans personlige formannskap. Han lytter til de motstridende meningene til kommisjonen, som «ikke førte til noe, bare bortkastet tid». Og så snur han seg mot meg:

Hva sier du?

Så lenge vi veiledes av ulike tidsskriftartikler, kommer vi ikke til noe. Vi må finne en dampbåt utstyrt med Fram-tanker, utnevne en kommisjon av våre offiserer til den, gå til havet og utføre omfattende tester, så vil vi motta dataene våre - komplette og verifiserte.

Jeg oppnevner en slik kommisjon under ditt formannskap, se etter et skip, ta med deg hvem du vil, og vær til sjøs om en uke.»

Krylov-kommisjonen, etter å ha utført tester på Meteor-dampskipet, beviste overbevisende at det er fordeler med Fram-tanker. Tankene ble testet under en rekke forskjellige seilingsforhold: fra lette dønninger til sjøs til en kraftig tolvstyrkestorm. Kapasiteten til tankene var bare halvannen prosent av fartøyets deplasement, og stigningsområdet ble redusert med tre og fire ganger. I dag fylles slike tanker automatisk, og derfor kalles de aktive.

Det finnes også gyroskopiske tonehøydestabilisatorer, eller gyroskoper. Hoveddelen av gyroskopet er en tung skive som roterer rundt en vertikal akse med hastigheter på opptil 3000 omdreininger per minutt. Akselen er godt festet i en stor ramme, hvis støtte er integrert med fartøyets skrog. Rammen svinger på disse støttene akkurat som "boksen" til Bessemer-dampskipet svingte på rammen.

Så lenge det ikke er noen rulling, opprettholder skivens akse sin vertikale posisjon. Men så begynner rulleringen. Her settes den elektriske motoren umiddelbart i gang, og roterer skiven. Disken blir en topp, som den vi pleide å leke med som barn. Og uansett hvordan skiven vipper på grunn av pitching, har dens vertikale akse, som aksen til en hvilken som helst topp, en tendens til å opprettholde sin tidligere vertikale posisjon. Det er her effekten av gyroskopet spiller inn.

Anta at styrbord side av skipet vipper raskt mot vannet. Den vertikale aksen til skiven skal også vippe sammen med den. Men på grunn av egenskapene til en topp, motstår den hardnakket en slik tilt. Derfor presser akselen på rammen og, gjennom rammestøttene, på skipets skrog. Og den presser presist i motsatt retning av skipets tilt. Dette er hvordan gyroskopet modererer bevegelsen til skipet.

Nylig kom de med nye krengningshemmer - zygomatiske ror.

Dette er den såkalte passive gyrodemperen. Nylig har en aktiv gyrostabilisator blitt installert oftere. Den har en ramme
Den svinger på støttene ikke av seg selv, men ved hjelp av en spesiell elektrisk motor. Dette øker trykket på rammestøttene, og motvirker rullingen av fartøyet.

Gyroskopet er en enorm mekanisme. Diameteren på skiven når fire meter. Derfor er det tildelt et spesielt stort rom for gyroskoper.

På et skip utstyrt med gyroskoper kjennes nesten ikke pitching. Men gyroskopet er en svært kompleks og kostbar mekanisme og har derfor ennå ikke fått utstrakt bruk for å dempe pitching. Men
Ideen om et gyroskop er mye brukt i utformingen av forskjellige enheter.

Nye pitchingsdempere har nylig blitt oppfunnet. Dette er zygomatisk kontrollerte ror. De ligner laterale karinae. Men sidekjølene er fast festet til skroget. Og de zygomatiske rorene kan automatisk skrus opp og ned av en spesiell motor. De er alltid plassert i den mest fordelaktige posisjonen slik at mens skipet beveger seg, som vingene på et fly, skaper de løftekraft. Det er denne kraften som hindrer rullingen. Erfaring med disse demperne har vist at de kun er gode for høyhastighetsfartøy. Når det ikke er pitching, trekkes rorene inn i kroppen, inn i spesielle "lommer". Dette gjøres slik at de ikke bremser fartøyets bevegelse.

Alt som sies her om dempere gjelder rullebevegelse. Hva gjøres for å redusere pitching? Her brukes ingen spesielle beroligende midler. Designernes innsats er rettet mot å om mulig forbedre formen på overflatedelen av baugen på fartøyet. For eksempel gjør de det "camber" til sidene slik at skipet "begraver" mindre når det stiger på en bølge,

Passiv stabilisatorkrets

På en utstilling i St. Petersburg viste det russiske selskapet MSS en prototype av et aktivt pneumatisk pitch-kontrollsystem for store fartøyer og skip. Ifølge FlotProm er systemet i stand til selvstendig å lære å tilpasse seg gjeldende vind- og bølgeforhold samtidig som det opprettholder en stabil kurs og mer effektivt roe ned bevegelsen på skipet.

Rulling, eller rulling, er en endring i tilt av et flytende fartøy til babord eller styrbord under påvirkning av ytre krefter, inkludert bølger og vind. Generelt reduserer pitching ikke bare arbeidsforholdene til skipets mannskap, men forverrer også funksjonen til en rekke mekaniske enheter og instrumenter, reduserer hastigheten og nøyaktigheten til kampsystemer. I verste fall kan bevegelsen føre til at fartøyet kantre.

For å utjevne den romlige posisjonen til sidene av fartøyet, brukes spesielle enheter - hivdempere. Generelt er de delt inn i passive, aktive og gyroskopiske. Den første inkluderer for eksempel spesielle tanker med ballastvann, som under bølger begynner å svinge med et faseskift. Tanker gjør det mulig å redusere pitching med opptil to ganger.

Aktive stabilisatorer er vanligvis ror plassert på sidene av fartøyet. De kan bevege seg ut av kroppen og gjemme seg tilbake hvis det ikke er spenning eller det er svakt. Slike ror endrer angrepsvinkelen, avhengig av kraften til å vinne i bevegelse, og kompenserer derved delvis for stigning eller fall på en eller annen side.

Til slutt, gyroskopiske stabilisatorer er kraftige gyroskoper som roterer i en spesiell ramme. Under rulling roterer gyroskopaksen, noe som fører til fremveksten av et gyroskopisk moment, som stabiliserer skipet.

Det nye aktive pneumatiske systemet presentert av MCC består av tanker om bord fylt med ballastvæske og koblet til hverandre. Avhengig av bevegelsen pumpes luft inn i en av tankene under høyt trykk, som raskt fortrenger vann inn i den andre tanken.

Ifølge utvikleren kan et slikt rullekontrollsystem ikke bare stabilisere skipet i bevegelse, men også skape en kunstig rulling når man beveger seg i is, når skipets tilt endres når det treffer isen. I tillegg kan systemet stabilisere skipet i havn under lasting eller lossing.

Det skal bemerkes at i Russland bruker krigsskip tradisjonelt aktive stabilisatorer basert på ror. De er relativt kompakte, men er i stand til å arbeide utelukkende mens de beveger seg. Store fartøyer bruker aktive og gyroskopiske pitch-kontrollsystemer.

Den russiske våpentransporten “Akademik Kovalev” 20180 “Zvezdochka” er utstyrt med et såkalt rullekompensasjonssystem. I den pumpes ballastvann fra en tank til en annen ved hjelp av pumper.

Vasily Sychev

Hovedmålene med å teste skip utstyrt med hivstabilisatorer er som følger:
x en ganske fullstendig og pålitelig vurdering av effektiviteten og ytelsen til fartøyets stabiliseringssystem under reelle sjøforhold;
bestemme innflytelsen av stigningskontrollen på fartøyets øvrige sjødyktighet (kontrollerbarhet, fremdrift, oppførsel i bølger, etc.);
vurdering av gjennomførbarheten av å bruke disse demperne på andre fartøy som ligner testkaret i henhold til visse kriterier.

De vanligste rulledemperne for tiden er lensekjøl, dempetanker av ulike typer og styrbare ror om bord. En diskusjon av de viktigste testmetodene for generelle skipsstabiliseringsmidler er inneholdt i monografien. Det spesifikke innholdet i fullskala-tester av tonehøydestabilisatorer avhenger sterkt av designfunksjonene til stabiliseringssystemet, som kan være svært forskjellige.

Omfattende informasjon om spjeldtestprogrammet finnes vanligvis i instruksjonene for bruk av stabiliseringssystemet, som er kompilert på grunnlag av beregnings- og eksperimentelle studier utført på spjelddesignstadiet. Fullskala tester kan ikke erstatte de spesifiserte studiene for å optimalisere stabiliseringssystemet, og deres mål bør kun være å verifisere de grunnleggende egenskapene og et begrenset antall spesifikke alternativer for bruk av stabilisatoren under virkelige marine forhold. Spesielt gjelder denne merknaden for å bestemme den optimale innstillingen av tanker i henhold til perioden eller graden av demping av svingninger av stabiliseringsvæsken, optimalisering av spjeldkontrollloven, etc.

De enkleste rulledemperene for skip er lensekjøl, som begynte å bli mye brukt etter de velkjente testene av korvettene til den engelske flåten "Greyhound" og "Perseus" utført av V. Froude i 1872. Lignende tester utført senere av andre forskere og erfaring fra skipsbygging bekreftet alltid høy effektivitet. Basert på analysen av omfattende eksperimentelt materiale, viser monografien at lensekjøl med et areal på 2-4 % av arealet av lastevannlinjen i gjennomsnitt reduserer amplituden til skipets rulle mens de driver med 25-30 %. Mens den er i gang, reduseres den relative effektiviteten til kjølene. Når fartøyet beveger seg med etterslepet til bølgen og Froude-tallet Fr = 0,25 for kjøl i det angitte området, er reduksjonen i pitching 25 %, og med Fr = 0,40 er den 15-20 %. Ved hode- og haleretningsvinkler av bølgen reduseres effektiviteten til kjølene ytterligere, men dette er ikke signifikant, siden rulleamplitudene under disse forholdene er små. En gjennomgang av data om bruk av lensekjøl på skip og en vurdering av hvordan installasjonen påvirker andre sjøegenskaper, spesielt fremdrift, er tilgjengelig i arbeidet. Foreløpig testes ikke skip for å teste effekten av lensekjøl, siden deres effektivitet, bekreftet av omfattende eksperimentelle materialer, er hevet over tvil.

Programmet og omfanget av testing av et fartøy med stilletanker eller sideror avhenger av typen stabiliseringssystem og hovedsakelig av tilstedeværelsen av aktiveringselementer.

Testing av skip med aktive hivdempere utføres i to trinn: i stille vann og i grovt vann. På det første forberedende stadiet blir påliteligheten og nøyaktigheten av driften av individuelle elementer i skipsstabiliseringssystemet kontrollert, og graden av samsvar mellom de tekniske egenskapene og designdataene (følsomhet til omformere, drift av aktuatorer, etc.) bestemmes. . I tillegg, når de tester i rolig vann, kontrollerer de driften av stabiliseringssystemet i vippemodus, bestemmer den naturlige perioden og dempingen av skipets rulling ved å dempe dets frie oscillasjoner, og måler de statiske egenskapene til stabilisatorene (det Det anbefales å merke seg at gynging av fartøyet i rolig vann kan utføres ikke bare av stabilisatoren, men også ved hjelp av et vertikalt ror).

Som en statisk karakteristikk betraktes krengningsvinkelen til fartøyet i stille vann med den statiske påføringen av det maksimale momentet som skapes av hivstabilisatoren. Bestemmelse av de statiske egenskapene til stillstandstanker gjør det ikke bare mulig å etablere samsvar mellom design og faktiske data, men også å kontrollere muligheten for å bruke stillstandstanker som et middel for å redusere listen over et fartøy under sirkulasjon. Eksperimentell bestemmelse av de statiske egenskapene til rorene ombord gir ikke pålitelige resultater, siden rullingen i dette tilfellet ikke bare avhenger av øyeblikket skapt av rorene, men også av øyeblikket forårsaket av fartøyets drift under en rulling. Under tester av det amerikanske ruteflyet Mariposa, i stedet for den statiske rullen på 5° forventet ved beregning, var den målte verdien 3°. Derfor er det ikke gitt stor betydning å måle de statiske egenskapene til rorene ombord under fullskala-tester. Tester i vippemodusen til fartøyet gjør det mulig å bestemme ytelsen og dynamiske egenskaper til svaistabilisatorene som et automatisk kontrollsystem, og å evaluere strømforbruket deres, som er etablert basert på måling av styrken og spenningen til strømmen ved terminalene til den hydrauliske elektriske motoren. Hvis det er mulig å måle løftekraften de skaper når man gynger ved siderorene, kan dempingen av rullen, tatt i betraktning den passive effekten av rorene, bestemmes ikke bare av demping av frie vibrasjoner etter vending av demperen, men også ved fremgangsmåten med tvungne vibrasjoner Vurdering av den passive effekten av roret (ved dragkoeffisienten til rorene som vugger på et fartøy med forlengede uvirksomme ror) er det nok å utføre ved små svingvinkler, som forenkler og fremskynder implementeringen.

Hovedstadiet for å teste et fartøy med hivstabilisatorer er testing i grov sjø. På dette stadiet bestemmes de tekniske egenskapene til pitchstabilisatoren under reelle forhold for fartøyet som seiler i bølger, effektiviteten til stabiliseringssystemet vurderes, og andre problemer med fullskala testing er løst. Effektiviteten vurderes ved å sammenligne intensiteten av skipets gynging med demperne skrudd av og på, eller ved parallelltesting av to skip, hvorav det ene ikke har dempere, under samme seilingsforhold. For å vurdere intensiteten av pitching, blir gjennomsnitts- og maksimumsverdiene for skipets rulleamplituder registrert under testing tatt i betraktning. Sammenligning av gjennomsnittlige amplitudeverdier gjør det mulig å bestemme hvor mange ganger den gjennomsnittlige bevegelsen til skipet avtar under påvirkning av stabiliseringssystemet, det vil si å bestemme "moderasjonsfaktoren". Estimering av maksimale amplituder gjør det mulig å bedømme de størst mulige rullevinklene til fartøyet under drift av stabilisatoren og er av interesse dersom størrelsen på rullevinklene under rulling skaper begrensninger for normal bruk av fartøyet eller dets utstyr.

Når man sammenligner amplituder, betyr de avvikene til fartøyet målt fra nulllinjen for registrering av rullevinkelen θ(t). Tatt i betraktning at amplitudene er proporsjonale med spredningen av rullevinklene Dθ, kan rotmiddelkvadratverdien til rullevinkelen (standard)σθ=√Dθ også betraktes som et mål på stigningsintensiteten. Når du bruker såkalte svingninger av svingninger for å vurdere intensiteten av rulling, er det nødvendig å bare ta hensyn til svingene som tilsvarer doble amplitudene til rullevinkelen, og utelukke svingningene som tilsvarer høyfrekvente sekundære svingninger, ekstrema hvorav er konvekse til nulllinjen i prosessen. Det relative antallet sekundære ytterpunkter i registreringene av bevegelsen til et stabilisert fartøy når 15-20%. For et ustabilisert fartøy er antallet mye mindre, så å ta hensyn til sekundære vibrasjoner kan betydelig forvrenge vurderingen av moderasjonsfaktoren.

I utenlandsk praksis blir effektiviteten til stabilisatorer ofte vurdert av prosentandelen av reduksjon i pitching, som er definert som forholdet mellom arealet mellom sannsynlighetskurvene for rulleamplitudene til et ustabilisert og stabilisert fartøy og området begrenset av sannsynligheten funksjon av rulleamplitudene til et ustabilisert fartøy.

Området som vurderes bestemmer den gjennomsnittlige amplituden til pitching, derfor beregnes prosentandelen av reduksjon i pitching ved å bruke formelen

Der θ0н, θ0с er de gjennomsnittlige rulleamplitudene til et ustabilisert og stabilisert fartøy.

Med resonans på vanlige bølger for et skip med en resonantinnstilt passiv tank

hvor αo er vinkelen til bølgehellingen, φst er den statiske karakteristikken som brukes, dvs. vinkelen for statisk rulling med en imaginær statisk bevegelse av stabiliseringsvæsken på den ene siden, lik amplituden til dens bevegelse under forholdene som vurderes.

Ved å sammenligne formlene (3.15) og (3.16), kan vi vurdere den prosentvise reduksjonen i pitching K1 som en vurdering av de effektive statiske egenskapene til stabilisatoren i uregelmessig sjø, noe som gjør det mulig å bedømme denne egenskapen ut fra et synspunkt om å sikre nødvendig eller tilstrekkelig frekvens av pitching-moderering.

Verdien av K1 og mangfoldet av moderasjon K er relatert av relasjonen

Noen ganger, når man bestemmer prosentandelen av tonehøydereduksjon, ekskluderes amplituder som ikke overstiger et spesifisert nivå (for eksempel 2°). I dette tilfellet øker åpenbart vurderingen av effektiviteten til demperen, og på grunn av det vilkårlige valget av terskelamplitudenivået blir det usikkert. Denne bemerkningen viser at vurderingen av moderasjonsforholdet er utilstrekkelig til å bedømme restbevegelsen til et stabilisert kar, som kan være overdreven, til tross for det høye moderasjonsforholdet.

På grunn av moderasjonsfaktorens avhengighet av bølgeintensiteten (spesielt av gjennomsnittlig bølgeperiode) og skrogets dempende egenskaper, observeres en økning i faktoren i svake bølger for skip med lav rullemotstand (for eksempel , uten lensekjøl). Derfor, for å sammenligne forskjellige fartøy eller vurdere virkningen av endringer i strukturelementene til fartøyet og stabiliseringssystemet, er det nyttig, i tillegg til moderasjonsfaktoren, å vurdere restbevegelsen til et stabilisert fartøy, for vurderingen av hvilken de indikerte statistiske karakteristikkene kan brukes: gjennomsnittlig amplitude eller spredning av bevegelsen.

Når du bruker verdiene av maksimale amplituder for å estimere gjenværende bevegelse, er det nødvendig å ta hensyn til varigheten av bevegelsesregistreringene, det vil si å ta hensyn til sannsynligheten for overskridelse tilsvarende disse amplitudene (se § 33).

Tester i bølger av skip utstyrt med rulledempere, samt skip uten rulledempere, utføres mens skipet beveger seg på rette slag med en gitt bølgeretningsvinkel. Når du vurderer effektiviteten til hivstabilisatorer, er det spesielt viktig å bestemme intensiteten til bølger i sammenlignbare testmoduser, og når du tester ett fartøy, for å øke påliteligheten til resultatene, anbefales det å gjenta hivmålingene på de viktigste viktigste stifter (for eksempel i henhold til skjemaet: 1. stiftstabilisator er slått av, 2 1. stift - stabilisatoren er slått på, 3. stift (gjentatt) - stabilisatoren er slått av).

Betydningen av påvirkning av bølgeforhold kan vises ved eksemplet med å teste fiskefartøyet Natalia Kovshova. Under tester av fartøyet, som ble utført i Atlanterhavet i 1968, i vindbølger med kraft 5, viste det seg at dets rulling var mindre enn i kraft 4-swell (se tabell 19).

Som analysen viste, forklares dette med at perioden med dønningsbølgene var lengre og nærmere fartøyets egen periode enn i vindbølger. Effektiviteten til tankene i dønning var ganske høy: å slå på tankene reduserte rulleamplitudene med omtrent det halve, mens i vindbølger var nedgangen i amplituder 1,6 (fig. 99). Som målinger av væskenivået i tankene viste, nådde vannet ved ca. 40 % fluktuasjoner taket på tanken. Dette indikerte nesten fullstendig bruk av spjeldenes evner og ga grunn til å anta, som senere ble bekreftet, at med sterkere bølger ville effektiviteten til tankene bli lavere. Det er gitt en bred oppsummering av resultatene av testing av passive stilltanker på 13 engelske fartøyer av ulike typer fra losbåt til 151 m containerskip. Spesielt viser arbeidet at for de undersøkte fartøyene avhenger effektiviteten til passive tanker merkbart av farten til fartøyet: når den er underveis er reduksjonen i stigning i gjennomsnitt ca. 25 %, mens den uten å kjøre øker til 40-50 %. , og en høyere demping av pitching er observert på skip uten zygomatic carinae.

Ris. 99. Tilveiebringelse av rullende amplituder av fartøyet "Natalia Kovshova" i bølger.

1 - 5 poeng; 2 - 4 poeng; - tankene er slått av; --- tanker inkludert.

Effektiviteten til anti-roll stabilisatorer avhenger betydelig av den valgte loven for å kontrollere de fungerende delene av stabiliseringssystemet (luftdempere og pumper til stabilisatortankene eller ombord ror). Typisk gir utformingen av stabilisatoren muligheten for å endre driftsmodusen til stabilisatoren for å bruke den mest rasjonelt under forskjellige seilingsforhold. For eksempel er bruken av passive tanker tilveiebrakt ved et optimalt nivå av stabiliserende væske i tankene og verdien av den interne hydrauliske motstanden til dens strømning, noe som sikrer størst grad av demping av frie vibrasjoner. I dette tilfellet kontrolleres effektiviteten til tankene for forskjellige lastforhold for fartøyet.

Når du installerer ror ombord, er det mulig å endre kontrollkoeffisientene, som bestemmer forholdet mellom kinematiske parametre for stigning og rorvinkelen
α (t) = s0θ + t1θ. (3,18)
Valget av kontrollkoeffisienter som vises i formel (3.18) påvirker i stor grad effektiviteten til stabilisatoren. Som et eksempel i fig. 100 viser registreringer av bevegelsen til et fartøy utstyrt med ror.

Sjøforsøk er alltid tidsbegrenset, og man kan ikke regne med å kunne velge optimale kombinasjoner av kontrollkoeffisienter under grove sjøforsøk. Dette problemet kan løses raskere og billigere i laboratorieforhold ved hjelp av elektroniske datamaskiner. Derfor anses ikke valget av kontrollloven for arbeidsorganene til tonehøydestabilisatoren som en oppgave for fullskala testing. For fullskalaverifisering av resultatene av laboratorieforskning anbefales det imidlertid å teste fartøyet under flere driftsmoduser av stabiliseringssystemet, og velge de mest karakteristiske bølgeforholdene, stabiliteten og hastigheten til fartøyet.

Ris. 100. Prøver av registrering av skipets rulling ved forskjellige verdier av kontrollkoeffisientene til de ombordværende rorene s0 og s1: a - ustø rulling, gjennomsnittlig sving 2θ0 = 4,8°; b - rolig rulling, s1 -10 s, s0=0, 2θ0 =1,60; c - roet rulling s1 = 10 s, s0 = 2, 2θ0 = 1°; d - roet rulling s1=10 s, s0=4, 2θ0=0,9°. Fartøyets hastighet er 18 knop, bølgeretningsvinkelen er 45°.

Å teste et fartøy med hivstabilisatorer gir en ide om kvaliteten og effektiviteten til stabiliseringssystemet hvis under testene ikke bare bevegelsen til skipet registreres, men også den samtidige registreringen av parametere som karakteriserer driften av stabilisatoren. Derfor, i tillegg til instrumenter for registrering av rulle og prosessene for å endre hastigheten og akselerasjonen av skipets rulle, er det nødvendig for eksempel instrumenter for å registrere svingninger i nivået av stabiliserende væske i siderommene til tanker, registrere vinklene av forskyvning av siderorene og kreftene og momentene som virker på dem, instrumenter for å måle det strømforbrukte stabiliseringssystemet. Dette kravet fører til en betydelig utvidelse av registreringsutstyret og en økning i volumet av nødvendige målinger ved testing av skip utstyrt med hivdempere, sammenlignet med tester av et skip uten hivdempere.

Hovedformålet med BS-stabiliseringssystemer er å forhindre horisontale forskyvninger fra brønnhodet til verdier som er høyere enn tillatt for å unngå brudd på foringsrør og borerør. Samtidig gir noen typer stabiliseringssystemer, med riktig teknologi for deres bruk, også en betydelig reduksjon i pitching av BS.

Påvirkningen av typen og parameterne til fartøyets stabiliseringssystem på dets rulling og drift

Hovedformålet med BS stabiliseringssystemer er å forhindre horisontale forskyvninger fra brønnhodet til verdier som er høyere enn tillatt for å unngå
havari av foringsrør og borerør. Samtidig gir noen typer stabiliseringssystemer, med riktig teknologi for deres bruk, også
betydelig reduksjon i BS-pitching.

Stabilisering av BS ved hjelp av ankerpeler eliminerer driften fullstendig og reduserer pitching. Imidlertid området for effektiv bruk av forankrede peler
begrenset av vanndybder opp til 8 m og havbølger opp til 3 punkter.
Ankersystemet viser maksimal holdekapasitet når kraften fra kabelen påføres horisontalt på ankeret. Det er slått fast at dersom vinkelen
Når en belastning påføres mer enn 12° fra horisontalen, reduseres ankerets holdekapasitet betydelig. Hvis vi antar at ankerkabelen forlenges kl
rett linje, så må lengden for å oppnå en slik helningsvinkel være 4,8 ganger vanndybden på borestedet.

Det kan imidlertid ikke gjøres noen forsøk på å trekke en skrått rettet kabel inn i en rett linje; under påvirkning av tyngdekraften synker den alltid, og dette reduserer
helningsvinkelen når du nærmer deg ankeret. Derfor anbefales det å ta lengden på ankerkabelen som kastes i vannet i rolig vær, i fravær av sterk
strømmer og vannstandssvingninger er 3-4 ganger større enn vannområdets dybde, og når du arbeider under ugunstige værforhold - 2-3 ganger. For økning
holdekraft og forbedre de støtdempende egenskapene til ankersystemet, anbefales det å henge en spesiell
last eller installer en tung kjetting 2-3 m lang mellom ankeret og kabelen.
Kraften fra plutselige belastninger fra vind og bølger brukes først og fremst på å redusere nedhenget av ankerkabelen. Samtidig med reduksjonen i nedhenget av kabelen øker dens strekkkraft, noe som skaper et moment som hindrer fartøyet i å vippe. Dermed demper en lang ankerkabel plutselige belastninger og reduserer rulling, stigning og hiv av skipet.

Skipsstabilisatorer

Driften av skipssvingstabilisatorer er basert på at de skaper et stabiliserende moment først når det oppstår et avbøyningsmoment, dvs. når skipet
har allerede fått en vinkelhelling som avviker fra verdien i stille vann. Derfor kan ikke stabilisatorer helt eliminere pitching. Likevel
Rulledempere kompenserer delvis for det forstyrrende øyeblikket når skipet ruller, som et resultat av at amplitude, hastighet og akselerasjon reduseres. Dette
har en gunstig effekt på driften av skipsmekanismer og trivselen til folk om bord.

I henhold til prinsippet om operasjonskontroll er tonehøydestabilisatorer delt inn i passive og aktive. Passive har ikke kunstig kontroll over det stabiliserende dreiemomentet
og krever ingen spesielle energikilder. Aktive dempere endrer stabiliseringsmomentet ved hjelp av spesial
mekanismer. Side- og endekjøl, kontrollerte sideror, passive og aktive beroligende gyroskop og
tanker.

Side- og endekjølene er lange plater installert på BS-skroget under vannlinjen. Kjølene skaper ekstra motstand under rulling og pitching og bidrar til
en betydelig reduksjon i amplituden til oscillasjoner (side- og endekjølene påvirker ikke rulleperioden). Bruken av sidekjøler av rasjonelt område fører til
reduserer rulleamplituden til et hurtiggående fartøy med 20 - 30 % (med store kjølområder opptil 50 %). Strukturelt er kjølene
de enkleste passive beroligende midler. Imidlertid fører bruken til noe tap av fartøyets hastighet.

Styrbare sideror er små forlengelsesvinger som stikker ut fra begge sider av fartøyet og er utstyrt med mekanismer som sikrer
rotasjon, forlengelse fra kroppen og rengjøring inni den. Slike ror er klassifisert som aktive krængningshemmer. Sidestyringsror er spesielt effektive
opererer ved høye skipshastigheter, noe som reduserer amplituden til rulle med flere ganger. Takket være dette øker farten til fartøyet i grov sjø, til tross
det faktum at forlengede ror øker motstanden mot bevegelsen i stille vann.

Virkningen til den gyroskopiske stigningsdemperen er basert på det faktum at et massivt gyroskop, når det roterer raskt, motvirker en endring i retningen til dets
rotasjonsakse i rommet. Gyroskopiske dempere er enten passive eller aktive. De er like effektive til å moderere bevegelse mens fartøyet beveger seg og mens det driver.
Ulempene med gyroskopiske stabilisatorer inkluderer betydelig vekt, upraktisk plassering, høye kostnader, kompleksiteten til enheten i
drift, løsning av huskoblingene og fare for betydelig skade på dette ved en gyroskopulykke. Som vist av designstudien utført
Amerikanske spesialister i forhold til et fartøy av AGOR-3-typen (forskyvning -1400 tonn), skal massen til den gyroskopiske stabilisatoren være omtrent 70 tonn, for det
plassering vil kreve et areal på -145 m3, og strømforbruket vil være 260 kW, dvs. 35 % av totaleffekten til skipets kraftverk.

Beroligende tanker er enten passive eller aktive. Strukturelt sett er disse spjeldene spesielle kommuniserende tanker med
vann som strømmer inn i dem, plassert langs sidene av skipet. Prinsippet for drift av en slik demper er at når du pumper, helles vann fra tanken
den ene siden inn i tanken på den andre henger etter hellingen til fartøyet. Dette skaper et stabiliserende moment som motvirker tilt på fartøyet.
Aktive dempingstanker gir nesten fullstendig roing av skipets rulling i alle forhold mellom dets periode og bølgeperioden
(dvs. med uregelmessig spenning). De opererer effektivt mens skipet beveger seg og driver, men krever komplekst og kostbart utstyr (pumpe eller blåser,
kontrollenheter), ekstra strømforbruk for stasjonen. For eksempel pumpemotoreffekten til aktive tanker installert på
forskningsfartøy "Meteor" (Tyskland), lik 110 kW.

Passive stillstandstanker er ineffektive under uregelmessige sjøforhold, og deres effektivitet avhenger av skipets last. På samme tid
Det mest brukte stabiliseringssystemet for å redusere rulle på forskningsfartøy er stabiliseringssystemet Flume, som er basert på
driftsprinsippet for passive stilletanker. Hovedelementene i Flume-systemet er tre tanker: to side og en midtre, koblet mellom
med kanaler og utstyrt med ventilasjonsventiler. Omtrent halvparten av høyden deres er tankene og kanalene fylt med vann.
Prinsippet for drift av systemet er som følger: vann strømmer fra den midterste tanken til sidetanken eller omvendt slik at vannstanden er
den midterste tanken forble konstant når skipet vippet. Det rennende vannet skaper et gjenopprettende moment, som demper rullen.
Ved å endre vannmengden i tankene kan den metasentriske høyden økes eller reduseres, noe som er spesielt viktig for boreskip. BS har mening
metasentrisk høyde under boring kan svinge opptil 30 - 50 % avhengig av forbruket av drivstoffreserver og hovedsakelig av hvor
boret er plassert i en brønn eller på dekket av et skip.

Flume-systemet er preget av sin enkelhet og høye effektivitet, lave start- og driftskostnader, relativt liten størrelse og
vekt (0,7 - 3% av forskyvning), evnen til å bruke drivstoff som arbeidsvæske. Under normale forhold, ifølge Matson-selskapet,
reduserer amplituden til rulle med 75 - 80%, og under forhold nær resonans - opptil 90%. Ved testing av systemet på en modell ble det oppnådd en reduksjon
rull amplitude med 2-3 ganger. Effekten av å bruke Flume-systemet var så betydelig at montering av sidekjøl ikke påvirket reduksjonen i rullen til modellen nevneverdig.

Påvirkningen av forholdet mellom hoveddimensjonene til fartøyet på parametrene for pitching

For å redusere pitching og heaving, er det tilrådelig å designe skip hvis lengde vil være større enn bølgelengden de
sørge for boring (med en bølge på 4 punkter er bølgelengden 25 - 40 m, 5 punkter - 40 - 75 m). Ved borepunktet skal BS
sett nesen på bølgen. Men under prosessen med å bore en brønn kan retningen til vindbølgen endres iht

141 flere ganger. Og siden det er vanskelig å endre posisjonen til fartøyet på brønnen synkront med en endring i bølgeretningen, kan fartøyet havne i en posisjon
bord på bølgen. Samtidig øker avdriften betydelig og fartøyets stabilitet avtar, d.v.s. rullevinklene øker på grunn av krengebelastninger.
Å øke skipets stabilitet oppnås ved å senke tyngdepunktet. Men samtidig forverres arbeids- og levekårene til mennesker, siden ombord
rullingen blir raskere, mer heftig og tyngre.
For å forbedre leveforholdene på et skip, må rulletiden økes. Som følger av uttrykket kan dette gjøres ved å redusere
metasentrisk høyde på fartøyet eller øke bredden. Redusering av den metasentriske høyden til skip oppnås ved å skjerpe konturene i undervannsdelen
skrog og hovedsakelig ved å øke fartøyets tyngdepunkt. Sistnevnte forbedrer leveforholdene på skipet, men gjør det, som allerede nevnt, mindre
stabil.

Stabiliteten til fartøyet øker og leveforholdene på det forbedres med en økning i bredden på BS. Basert på fartøyets driftsmodus (parkering ved borepunktet
utgjør 85-90% av hele tiden), kan bredden på kroppen økes til hvilken som helst nødvendig størrelse. Sammen med dette bør formen og bredden på kroppen ikke
skape stor motstand mot fartøyets bevegelse gjennom vannet med en hastighet på 1 0-1 4 knop.

Følgelig, med ulike effekter av endringer i den metasentriske høyden til fartøyet på dets stabilitet og levekår, og bredde på stabilitet og
Hastigheten til BS bør utformes på en slik måte at rulletiden er maksimal med tilstrekkelig stabilitet. Arbeidet bemerker at amplituden til rullen til en flytende borerigg under boring ikke bør være mer enn 5 - 7° med en periode på titalls sekunder.

Typisk den relative metasentriske høyden (forholdet mellom den metasentriske høyden og den maksimale bjelken på skroget) for laste- og passasjerskip kl.
full forskyvning er omtrent 0,05; for forskningsfartøy (RV) når den 0,082. Rulleperioden for et enkeltskrogs forskningsfartøy med bredde 1
2 m (gjennomsnittlig verdi av bredden på spesialiserte fartøyer for geologisk og geofysisk forskning på sokkelen), beregnet ved formelen kl.
den indikerte verdien av den relative metasentriske høyden er bare 9,4-10,3 s, noe som tydeligvis ikke er nok for normale leveforhold på et skip
av folk.

Det foregående indikerer at tiltak for å redusere stigningen til BS ved å velge dens tyngdepunkt, formen på konturene og dimensjonene til skroget er begrenset
betydning og er ikke effektive nok under forhold med bølger som stadig endrer seg i styrke og retning.

Metoder for å redusere amplituden og styrken til bølger som påvirker et skip

De mest mobile enhetene som beskytter BS mot store bølger er moloer, eller moloer. Handlingen deres er basert på det faktum at når du beveger deg bort
fra overflaten til havdypet dempes kraften til bølgene i henhold til loven hx = h / e5.5(x/X)0′8,
hvor h og hx er høyden av vindbølgen på havoverflaten og på dybden x fra overflaten, henholdsvis; X er bølgelengden.
Beregninger viser at 75 % av energien til en havbølge faller på overflatelaget, hvis dybde er 10 % av bølgelengden; på havets dyp,
lik halve bølgelengden, er vindbølger praktisk talt fraværende.

Typisk er bølgebrytere sylindriske beholdere med positiv oppdrift, som er hengslet forbundet med hverandre eller plassert i et nett.
skallet plasseres i flere rader rundt fartøyet eller på sjøsiden og sikres med ankre.

For at bølgebrytere skal fungere effektivt, må aksene til de sylindriske tankene være under vannstanden, hvor bølgeenergien er maksimal. For dette formålet beregnes
en del av hver beholder er fylt med sjøvann, og den resterende delen med trykkluft. Effektiviteten til en molo øker med økende diametre
sylindriske beholdere. Eksperimentelt, ved bruk av bølgebrytere, reduserte spesialister fra boreselskaper i England bølgeamplituden fra 9 til 1,5 m.