Для успокоения бортовой качки судна существует множество возможностей, краткий обзор которых приводится ниже.
Обзор. В первую очередь представляется целесообразным повышать собственные демпфирующие свойства корпуса судна относительно оси бортовой качки путем установки вдоль него ниже ватерлинии боковых килей. Однако эффективность действия боковых килей очень ограничена и к тому же они вызывают ряд дополнительных недостатков.
Второй путь состоит в искусственном создании так называемого корректирующего момента Мкор, который противодействует кренящему моменту судна Мк и постоянно приводится в соответствие с последним. Использовавшиеся до сих пор методы направлены на боковое перемещение масс. Широкое распространение получила предложенная еще в 1908 г. Фрамом стабилизация судна посредством успокоительных цистерн, основанная на использовании эффекта переливания жидкости в поперечном направлении с одного борта на другой. Аналогичное действие оказывают управляемые бортовые рули.
В связи с автоматизацией рассматриваться могут только методы стабилизации с помощью успокоительных цистерн и управляемых бортовых рулей, принцип действия которых более подробно рассматривается ниже.
Стабилизация судна посредством успокоительных цистерн.
а) Неуправляемая стабилизация посредством пассивных успокоительных цистерн. Системе пассивных так называемых успокоительных цистерн в их первоначальном виде можно приписать известные свойства саморегулирования. Принцип действия системы основан на взаимодействии двух связанных колебательных систем, причем вторую систему образует жидкость, находящаяся в боковых цистернах внутри судна, соединенных между собой водо- и воздухопроводами или открытыми каналами.
При оптимальном выборе размеров жидкостной системы ее ча-колебаний совпадает с собственной частотой колебания судна, поэтом случае колебания судна и воды в цистернах сдвинуты по нзе относительно друг друга точно на один период и первоначальная резонансная частота устраняется.
Заслуживающим внимания явлением в двух колебательных системах, частота колебаний которых настроена в резонанс, является так называемое расщепление частоты. В этом случае вместо первоначальной частоты резонанса ниже и выше ее возникают две новые собственные частоты. Это явление поясняется рис. 2, на котором показаны амплитудные характеристики судна в состоянии свободной бортовой качки и при стабилизации посредством пассивных успокоительных цистерн.
Рис. 1. Принцип действия системы стабилизации судна с пассивными успокоительными цистернами.
б) Управляемая стабилизация посредством пассивных успокоительных цистерн. Описанная выше система стабилизации посредством пассивных успокоительных цистерн не допускает никакого приспособления к изменениям параметров как самого судна, так и морских волн. Возмущающее воздействие оказывают также и возникающие при этом собственные частоты.
Улучшение стабилизации может быть достигнуто за счет выбора избыточных размеров цистерн и оказания воздействия на переливание жидкости с помощью управляемого дроссельного клапана, встроенного в воздухопровод.
Рис. 2. Логарифмическая амплитудная характеристика стабилизации судна с пассивными успокоительными цистернами.
Рис. 3. Логарифмическая амплитудная характеристика неуправляемой и управляемой стабилизации судна с помощью пассивных успокоительных цистерн.
Такие системы называются системами стабилизации судна посредством активных успокоительных цистерн. В качестве внешних источников энергии для активизации перелива жидкости служат либо воздуходувки, либо гидравлические насосы. Для управления жидкостью предусмотрены заслонки. Повышение эффективности активной стабилизации по сравнению с пассивной иллюстрируется рис. 5.6. Стабилизация судна посредством управляемых бортовых рулей.
Рис. 4. Принцип стабилизации судна посредством активных успокоительных цистерн:
а — судно в вертикальном положении; б — судно в накрененном положе-
Рис. 5. Логарифмическая амплитудная характеристика стабилизации судна посредством пассивных и активных успокоительных цистерн по [5.4]..
1 — без стабилизации (свободная бортовая качка); 2-е пассивной стабилизацией; 3 — с активной стабилизацией.
Рис. 6. Силы, действующие на бортовой руль.
А — сила поддержания; W — сила сопротивления; R — результирующая сила; V — угол атаки (обтекания); v—скорость потока (скорость судна).
Если управляемые бортовые рули по обоим бортам судна поворачиваются вокруг своей оси вращения во взаимно противоположных направлениях, то вследствие сложения сил поддержания образуется момент вокруг продольной оси судна, который может использоваться Для корректировки положения судна.
Рис. 7. Выдвижные бортовые рули