Глава 3 Определение рабочих параметров, построение характеристик

3.1 Расчет, определение размеров руля.

Для расчета принимается простой обтекаемый прямоугольный двухопорный балансирный руль, который по сравнению с рулями других типов позволяет получить наименьшее значение момента на баллре.

Наименование величины	Обозначение	Единица измерения	Расчетная формула	Числовое значение
Длина и осадка судна	L T	м м	Задана	120,0 7,7
Площадь пера руля	F	м	(0,013 0,019) LT	12,012
Относительное удлинение руля			Задано
Высота пера руля	h	м		4,091
Ширина пера руля	b	м		2,451
Коэффициент компенсации	k		(0,25 0,35)	0,26
Расстояние от передней кромки руля до оси баллера	z	м	k b	0,637
Площадь балансирной части руля		м	k F	3,123

3.2 Расчет гидродинамических сил, момента на баллере руля.

Наименование величины	Обозначение	Единица измерения	Расчетная формула	Числовое значение
Коэффициент попутного потока			(0,22 0,26)	0,25
Коэффициент влияния корпуса на руль	K			0,563
Диаметр гребного винта	D	м	Задан	3.95
Площадь винта, омываемая потоком винта		м		9,681
Скорость судна	v v	уз м/с	Задана 1856v/3600	16,0 8,249
Плотность забортной воды		кг/м	[4, табл. 4]
Осевая скорость винта относительно воды	v	м/с	(1- ) v	6,187
Мощность, затрачиваемая на вращение винта	N	кВт	0,98 N
Упор винта	P	кН	=0,6 0,7	378385,3
Коэффициент нагрузки винта по упору				1,574
Коэффициент влияния винта на руль	K			2,27
Угол поворота руля от среднего положения		град
Коэффициент сопротивления	C		[7, табл. 6.1]	0,03	0,04	0,06	0, 09	0,17	0,27	0,385
Коэффициент подъемной силы	C			0,25	0,53	0,835	1,06	1,11
Коэффициент центра давления	C			0,23	0,245	0,265	0,285	0,365	0,33
Коэффициент нормальной силы	C				0,253	0,532	0,83	1,054	1,12	1,059
Отстояние центра давления от передней кромки руля	s	м			0,564	0,6	0,65	0,699	0,895	0,809
Коэффициент гидродинамического момента	C				0,058	0,13	0,22	0,3	0,409	0,35
Нормальная сила	N	кН			135,37	284,686	444,153	564,021	599,339	566,697
Гидродинамический момент относительно передней кромки руля	M	кН м			25,014	56,066	94,882	129,815	176,394	150,948
Гидродинамический момент относительно оси руля	M	кН м			-9,92	-10,392	5,559	34,707	154,399	97.375
Коэффициент нормальной силы на заднем ходу	C		(0,7 0,8) C		0,19	0,399	0,623	0,791	0,84	0,794
Отстояние центра давления от задней кромки руля на заднем ходу	S	м	(0,3 0,35)b	0,797
Гидродинамический момент на заднем ходу судна	M	кН м			5,058	10,621	16,584	21,056	22,361	21,136
Гидродинамический момент для расчета	M	кН м	Принимается равным M (вся строка), если , или M (вся строка), если >		-9,92	-10,392	5,559	34,707	154,339	97,375
Крутящий момент на баллере с учетом дополнительных внешних нагрузок	M	кН м	(1,1 1,2) M		-13,347	-13,983	7,48	46,698	207,744	131,018
Момент на баллере руля с учетом трения в боковых опорах баллере и пяте руля	M	кН м	(1,15 1,2) M		-11,606	-12,159	6,504	40,607	180,647	113,929

3.3 Расчет рулевого привода, мощности насоса.

Наименование величины	Обозначение	Единица измерения	Расчетная формула	Числовое значение
Диаметр баллера		м	,	0,265
Начальный радиус румпеля		м		0,331
Давление масла в цилиндре привода		МПа
Число пар цилиндров привода
КПД привода			[7, рис. 6.6]	0,28 0,54 0,67 0,75 0,77 0,78 0,77
Диаметр плунжера		м		0,14
Ход плунжера при перекладки руля с борта на борт		м		0,382
Объем масла, подаваемый в цилиндры рулевого привода при перекладке руля с борта на борт	V	м		0,012
Время перекладки руля с борта на борт	t	с		Не более 28
Подача насоса	q	м /с		4,9
Радиус румпеля при значении угла поворота угла		м		0,331	0,332	0,336	0,343	0,352	0,365	0,382
Нормальная сила давления на цапфу румпеля	Q	кН			-20,101	-20,808	10,904	66,332	284,581	171,49
Сила давления на цапфу вдоль оси плунжера	Q	кН			-20,025	-20,492	10,532	62,332	257,918	148.515
Сила давления масла на плунжер		кН			-37,083	-30,585	14,043	80,951	330,664	192,877
Давление масла в цилиндре при значениях угла поворота руля		МПа			-2,409	-1,987	0,912	5,259	21,481	12.53
Давление масла в цилиндре с учетом подпитки		МПа		0,25	-2,159	-1,737	1,162	5,509	21,731	12.78
Давление нагнетания насоса с учетом сопротивления напорного трубопровода		МПа		0,04	-2,369	-1,947	0,952	5,299	21,521	12,57
Давление всасывания насоса с учетом давления подпитки и сопротивления сливного (всасывающего) насоса		МПа		0,21
Давление насоса	P	МПа		-0,17	-2,579	-2,157	0,742	5,089	21,311	12,36
Мощность насоса	N	кВт		-1,53	-2,393	-1,479	0,46	2,986	12,506	7,533
КПД насоса			[1, рис. 149,а]	0,1	0,096	0,099	0,35	0,72	0,52	0,59
Мощность электродвигателя		кВт		14.5