Siły działające na statek podczas sterowania i manewrowania.

Właściwości skrzydeł

Właściwości skrzydła w stosunku do kadłuba statku są następujące. Kadłub statku w części podwodnej i nawodnej jest korpusem wydłużonym, symetrycznym względem DP, czyli przypominającym pionowe skrzydło o symetrycznym profilu.

Teoria skrzydła rozpatrywana w hydromechanice statku pozwala określić charakter rozkładu wpływów aerodynamicznych i hydrodynamicznych na kadłub poruszający się na granicy dwóch ośrodków oraz znaleźć wielkość, kierunek i punkt przyłożenia wypadkowej tych sił, a co za tym idzie momenty aerodynamiczne i hydrodynamiczne względem osi pionowej. Dane te, w połączeniu z siłami i momentami przyłożonymi do kadłuba przez sterowanie, wyznaczają ruch translacyjny i kątowy statku o danej masie.

Teoretyczne obliczenia sił i momentów powstających na kadłubie statku są złożone i czasochłonne, dlatego nie zawsze można je zastosować w praktycznych manewrach. Niemniej jednak istnieją ogólne wzorce, których znajomość ma ogromne znaczenie dla prawidłowej oceny i przewidywania zachowania statku jako obiektu kontroli.

Aby uzyskać te wzory, rozważmy podstawowe właściwości skrzydła w stosunku do kadłuba statku.

Jeśli skrzydło porusza się liniowo w strumieniu wody lub powietrza pod pewnymi względami kąt natarcia, następnie, oprócz siły czołoweopór, skierowany przeciwnie do ruchu, pojawia się również siła podnoszenia, skierowany prostopadle do nadchodzącego strumienia.

Wielkość siły nośnej jest w pierwszym przybliżeniu proporcjonalna do kąta natarcia. Może ona znacznie przekraczać siłę oporu, w związku z czym wypadkowa tych sił nie pokrywa się z kierunkiem przepływu, lecz odchyla się w kierunku poprzecznym.

W odniesieniu do części podwodnej kadłuba kąt natarcia jest kątem znoszenia, a dla części powierzchniowej kątem kierunku wiatru pozornego.

Przy badaniu zagadnień sterowania statkiem wygodniej jest uwzględnić, zamiast sił związanych z kierunkiem ruchu, rzuty ich wypadkowej na osie statku – podłużny X i poprzeczny Y.

Ryż. 4.1. Siła hydrodynamiczna R, zastosowane do kadłuba statku i jego rzutu na oś X I Y

Na ryc. 4.1 pokazuje jako przykład siłę hydrodynamiczną R i jego elementy (lifting R pod i przeciągnij I czoło), jak również projekcje sił R na osiach statków (poprzecznych R y i podłużne R X ). Jest oczywiste, że poprzeczna siła hydrodynamiczna R y tworzy moment względem osi pionowej przechodzącej przez środek ciężkości (CG) statku R y l R .

Należy pamiętać, że stacja centralna zawsze znajduje się w pobliżu centrum centralnego, a położenie centrum centralnego zależy od architektury części nawodnej i przegłębienia statku.

Siły i momenty działające na statek podczas sterowania.

Wszystkie siły działające na statek, zgodnie z aktualnie przyjętą klasyfikacją, dzielą się na trzy grupy: napędowe, zewnętrzne i reaktywne.

Siły napędowe obejmują siły wytwarzane przez elementy sterujące w celu zapewnienia wymaganego ruchu liniowego i kątowego statku. Siły te obejmują ciąg śmigła, siłę boczną steru, siły wytwarzane przez działa samobieżne itp.

Siły zewnętrzne obejmują ciśnienie wiatru, fale morskie i prądy. Siły te, wywołane zewnętrznymi źródłami energii, w większości przypadków utrudniają manewrowanie.

Do sił reakcji zalicza się siły i momenty powstałe w wyniku ruchu statku pod wpływem sił napędowych i zewnętrznych. Siły reakcji zależą od prędkości liniowej i kątowej.

Ze swej natury siły i momenty reakcji dzielą się na inercyjne i nieinercyjne.

Siły i momenty bezwładności powstają na skutek bezwładności naczynia i dołączonych do niego mas płynu. Siły te powstają tylko w obecności przyspieszeń - liniowych, kątowych, dośrodkowych.

Siła bezwładności jest zawsze skierowana w stronę przeciwną do przyspieszenia. Przy równomiernym prostoliniowym ruchu statku nie powstają siły bezwładności.

Siły nieinercyjne i ich momenty wynikają z lepkości wody morskiej, dlatego są siłami i momentami hydrodynamicznymi. Rozważając problemy ze sterownością, zwykle stosuje się ruchomy układ współrzędnych powiązany ze statkiem, którego początek znajduje się w punkcie c. t. Dodatni kierunek osi: X - w nosie; Y - w stronę prawej burty; Z - w dół. Dodatni odczyt kąta dokonywany jest zgodnie z ruchem wskazówek zegara, jednak z zastrzeżeniami dotyczącymi kąta steru, kąta znoszenia i kąta kierunku wiatru.

Za dodatni kierunek przesunięcia steru przyjmuje się przesunięcie powodujące cyrkulację zgodnie z ruchem wskazówek zegara, czyli przesunięcie na prawą burtę (płetwa steru obraca się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara).

Za dodatni kąt znoszenia przyjmuje się taki, przy którym przepływ wody następuje z lewej strony i w związku z tym wytwarza dodatnią poprzeczną siłę hydrodynamiczną na kadłubie. Ten kąt dryfu występuje w prawym krążeniu statku.

Siły i momenty bezwładności

Podczas ruchu prostoliniowego i krzywoliniowego statku lub zestawu do siły ciągu pędników, oporów ruchu oraz sił powstających na kadłubie i sterze można dodać siłę bezwładności.

Zgodnie z prawami mechaniki (prawami I. Newtona) siły bezwładności można zdefiniować następująco:

siła bezwładności podczas ruchu postępowego

(4.1)

składowa odśrodkowa siły bezwładności podczas ustalonego ruchu krzywoliniowego

(4.2)

W ostatnich wzorach:

- masa ciała (statek lub konwój), kg;

- przyspieszenie, m/sek 2 ;

- promień krzywizny toru ruchu, M;

- prędkość ciała, m/sek.

Równanie (4.2) można również przepisać w następujący sposób:

, (4.3)

Gdzie - prędkość kątowa obrotu statku, rad/sek.

Podczas nieustalonego ruchu naczynia od strony cieczy będą na niego działać następujące siły bezwładności związane z osiami: X I Y .

(4,4)

a w przypadku nieustalonego ruchu obrotowego – także moment bezwładności względem osi pionowej przechodzącej przez c. T.,

(4.5)

We wzorach (4.4) i (4.,5):

, - składowe prędkości ruchu wzdłuż osi

,- dodano masy płynu podczas poruszania się wzdłuż osi OH I OJ;

- współczynnik dodanego momentu bezwładności podczas obrotu naczynia wokół osi pionowej (ze względu na dodaną masę cieczy);

- prędkość kątowa obrotu statku względem tej osi.

Podczas krzywoliniowego ruchu naczynia pojawi się przyspieszenie dośrodkowe, które spowoduje pojawienie się składowych siły odśrodkowej bezwładności płynu. Składniki te zostaną określone zgodnie z wyrażeniem (4.3) w następujący sposób:

(4.6)

Sam statek, poruszając się po zakrzywieniu, również ma bezwładność. W takim przypadku moment bezwładności działający na statek zostanie określony w następujący sposób:

(4.7)

Biorąc pod uwagę wszystkie omówione powyżej składowe sił bezwładności, piszemy

(4.8)

Wpływ steru na sterowność statku

Podczas gdy statek porusza się do przodu po prostym kursie (ryc. 4.2 pozycja ) będzie na niego działać siła napędowa
podróż do przodu i siła wodoodporność, która jest skierowana na podwodną część kadłuba wzdłuż DP (symetrycznie wzdłuż boków statku).

Podczas zmiany kierownicy z DP na kąt Przeciwny przepływ wody wytwarza ciśnienie hydrodynamiczne na płetwie steru, która rozkłada się na dwie części; - siła kierownicza I - siła hamowania.

Rozważ działanie siły sterującej na statek. Aby to zrobić, zastosujmy w c. tj. na statek działają dwie przeciwnie skierowane siły I , równe i równoległe do siły . Uprawnienie I tworzą parę sił i odległość z ok. środek statku do środka steru będzie ramieniem tej pary. Generowany jest moment obrotowy układu kierowniczego
, co powoduje obrót statku.

Wartości sił i momentów dla izolowanego steru można wyrazić za pomocą bezwymiarowych współczynników w następujący sposób:

(4.9)

(4.10)

(4.11)

Gdzie
- bezwymiarowy współczynnik siły wzdłużnej działającej na kierownicę;
- bezwymiarowy współczynnik siły bocznej działającej na kierownicę;
- bezwymiarowy współczynnik momentu obrotowego na kierownicy; - gęstość wody, kg/m3; - powierzchnia płetwy steru, m2; - prędkość przepływu wody na kierownicę, m/s; - średnia szerokość kierownicy, m;
- moment obrotowy na kierownicy; - siła boczna na kierownicy; - siła wzdłużna na kierownicy.

Siła sterowa prawdziwego statku zależy nie tylko od powierzchni płetwy steru, kąta przesunięcia i prędkości otaczającego go przepływu, ale także od cech konstrukcyjnych kadłuba statku, jego pędników i urządzenia sterowego .

Optymalny kąt steru względem płaszczyzny środkowej statku wynosi zwykle 40-45°. Wraz ze wzrostem kąta przełożenia zwiększa się siła oporu , który na sterze działa hamująco i zmniejsza prędkość statku.

Wartość dźwigni zależy od lokalizacji c. t statku na całej długości kadłuba. Im większa odległość od rufy statku do c. tj. im większe będzie ramię . Od wartości z kolei zależy od wartości momentu obrotowego
. Jeśli moment obrotowy będzie zbyt duży, statek będzie zbyt wrażliwy na ster i będzie niestabilny na kursie.

Podczas przesuwania steru zwiększa się opór wody i maleje prędkość ruchu, dlatego na prostych kursach należy unikać częstego przesuwania steru. Przy jeździe na wprost i przy kącie skrętu 5° spadek prędkości wynosi ok. 2%, o 10°-3%. Doświadczeni sternicy poruszając się stałym kursem, średnio wychylają kierownicę o nie więcej niż 0,8-1,0°, a utrata prędkości nie przekracza 0,5-0,6%.

Przesunięcie steru powoduje przesunięcie (dryfowanie) statku pod wpływem siły w kierunku przeciwnym do skrętu , w tym przypadku największą wartość dryfu obserwuje się na rufie statku. Tę okoliczność należy wziąć pod uwagę podczas wykonywania zakrętów w pobliżu nabrzeży, innych statków, mielizn itp.

Rys. 4.2 Działanie steru podczas ruchu statku do przodu.

W procesie poruszania się statku po zakrzywionej ścieżce na kadłubie statku następuje redystrybucja sił hydrodynamicznych oporu wody w wyniku uderzenia strumieni wody po zewnętrznej stronie pod pewnym kątem do kadłuba, wytwarzając siły , które zwykle nazywane są pozycyjnymi. W tym przypadku wzrasta ciśnienie wody po stronie zewnętrznej i wypadkowa sił pozycyjnych (patrz rys. 4., poz ) będzie skierowany pod kątem do DP. Można go rozłożyć na dwa składniki: I . Punkt przyłożenia siły znajduje się w środku ciśnienia (c.p.) podwodnej części kadłuba i przesuwa się w kierunku nadpływającego strumienia, im większa jest prędkość ruchu i kąt uderzenia strumieni w kadłub statku. Jak wykazały badania modelowe, umiejscowiony jest on na dziobie statku w odległości około 1/4 długości kadłuba od dziobnicy. Aby przeanalizować wpływ sił pozycyjnych na statek, stosujemy się do jego c. tj. dwie przeciwstawnie skierowane siły I , równe i równoległe do siły . Uprawnienie I z ramieniem tworzą parę sił, których moment obrotowy
zwany momentem pozycyjnym.

Wartość momentu pozycyjnego zależy od kształtu i wymiarów kadłuba statku, jego prędkości ruchu oraz prędkości kątowej obrotu. W konsekwencji, gdy statek porusza się po zakrzywionym torze, będzie podlegał całkowitemu momentowi obrotowemu równemu momentowi steru i momentowi pozycyjnemu, tj.
.

Poniżej podano wartości sił i momentów hydrodynamicznych wyrażone za pomocą współczynników bezwymiarowych.

(4.12)

(4.13)

(4.14)

Gdzie
- bezwymiarowy współczynnik wzdłużnej siły hydrodynamicznej działającej na kadłub statku;
- bezwymiarowy współczynnik siły poprzecznej działającej na kadłub statku;
- bezwymiarowy współczynnik momentu hydrodynamicznego na kadłubie statku; - gęstość wody, kg/m3; - zanurzona powierzchnia pośladka, m2; - prędkość przepływu wody na kadłub statku, m/s; - długość statku, m;
- moment hydrodynamiczny na kadłubie statku; - składowa siły hydrodynamicznej działającej na kadłub statku; - składowa wzdłużna siły hydrodynamicznej działającej na kadłub statku.

Po pokonaniu sił bezwładności ruchu prostoliniowego statek zaczyna poruszać się po zakrzywionej trajektorii. W tym czasie na statek, jak każde ciało poruszające się po krzywiźnie, działa siła odśrodkowa (patrz rys. 4.2, poz
), załączony w c. t statku i skierowany w kierunku przeciwnym do zakrętu. Wielkość siły odśrodkowej jest wprost proporcjonalna do masy naczynia
, kwadrat prędkości ruchu translacyjnego i odwrotnie proporcjonalna do promienia krzywizny trajektorii tj. .
.

Ruch obrotowy naczynia powoduje pojawienie się sił statycznych oporu wody I (patrz rys. 4, poz IV), w wyniku czego powstaje moment obrotowy
, co nazywa się momentem tłumiącym. Jest skierowany w kierunku przeciwnym do kierunku obrotu naczynia i zapobiega jego obracaniu się. Moment tłumienia osiąga największą wartość, gdy statek obraca się w jednym miejscu, co wyjaśnia długi czas obrotu.

Zatem, gdy statek porusza się do przodu ze sterem odchylonym po zakrzywionym torze, będzie poddany działaniu ogólnej siły skrętu.

moment równy sumie algebraicznej momentów sterujących, pozycyjnych i tłumiących, tj.

Siła statku- zdolność ciała do nie zapadania się i zmiany kształtu pod wpływem sił stałych i chwilowych

Siły działające na kadłub statku pływającego

Na kadłub statku działają siły tymczasowe i stałe. Siły przejściowe obejmują siły powstające podczas kołysania statku na wzburzonej powierzchni wody: siły bezwładności mas statku i siły oporu wody. Stałe obejmują siły statyczne, ciężar statku i ciśnienie wody na zanurzoną część kadłuba – siły podporowe. Siły działające na statek pływający po spokojnej wodzie, pomimo równych wypadkowych, rozkładają się nierównomiernie na długości kadłuba. Siły nośne rozkładają się na długości zgodnie z objętością kadłuba zanurzonego w wodzie i charakteryzują się kształtem formacji wzdłuż wręgów. Siły ciężaru rozkładają się na długości kadłuba w zależności od umiejscowienia jego elementów, takich jak maszty, grodzie, mechanizmy, nadbudówki, instalacje, obciążenia itp. Okazuje się, że w jednym odcinku wzdłuż długości kadłuba podpory siły przeważają nad siłami ciężaru, a z drugiej strony - odwrotnie.

Ugięcie kadłuba statku spowodowane nierównomiernym rozkładem sił na niego działających. 1 - krzywa siły ciężaru; 2 - krzywa sił podporowych.
Nierównomierny rozkład ciężaru i sił nośnych na długości kadłuba powoduje ogólne zginanie wzdłużne kadłuba statku. Siły te osiągają swoją maksymalną wartość, gdy statek porusza się po kursie prostopadłym do kierunku fali, której długość jest równa długości statku. Kiedy szczyt fali przechodzi w pobliżu środkowej części kadłuba, w środkowej części kadłuba powstają nadmierne siły podporowe, a na krańcach ich brak.

W tym przypadku nierównomierny rozkład sił podporowych skutkuje wygięciem korpusu (a). Po krótkim czasie statek przesuwa się na dno fali, natomiast nadmiar sił podporowych przesuwa się na końce, powodując ugięcie kadłuba (b). W wyniku kołysania statku, które występuje na falach, na kadłub działają siły bezwładności, wywierając na niego dodatkowy wpływ, a podczas żeglugi z dużą prędkością pod dużą nadchodzącą falą, gdy dolna część dziobu uderza w wodę ( zjawisko trzaskania), powstają dodatkowe wstrząsy lub obciążenia dynamiczne.

Pojęcie wytrzymałości statku

Siła statku to zdolność jego kadłuba do nie zmiany kształtu i nie zapadnięcia się pod wpływem sił tymczasowych i stałych. Rozróżnia się ogólną i lokalną wytrzymałość statku.

Ogólna wytrzymałość wzdłużna kadłuba statku to jego zdolność do wytrzymywania sił zewnętrznych działających na jego długości.

Ogólną wytrzymałość statku zapewnia wodoszczelny poszycie, jakim jest kadłub i górny pokład, podłogi pozostałych pokładów, grodzie wzdłużne wraz z ich konstrukcjami wsporczymi oraz wszystkie połączenia konstrukcyjne mające długość większą niż wysokość burty.

Lokalną wytrzymałością kadłuba jest zdolność jego poszczególnych konstrukcji do wytrzymywania dodatkowych sił: głównie ciśnienia wody morskiej i obciążeń skupionych.

Aby zapewnić lokalną wytrzymałość poszczególnych konstrukcji, stosuje się specjalne lokalne wzmocnienie.

Oprócz wytrzymałości konstrukcje statków muszą być również stabilne, tj. nie powinny zmieniać swojego kształtu pod wpływem sił ściskających (np. nie powinno występować wybrzuszenie pokładów, wygięcie grodzi itp.). Aby zapewnić niezbędną stabilność konstrukcji, instaluje się na nich dodatkowe usztywnienia lub inne wzmocnienia.

Obliczanie całkowitej wytrzymałości statku sprowadza się do określenia wielkości jego mocnych połączeń i obliczenia naprężeń wewnętrznych, jakie powstają w nich pod wpływem przyłożonych sił. Jeżeli powstałe naprężenia nie przekraczają dopuszczalnych dla danego materiału, wówczas zapewniona jest wytrzymałość naczynia; jeżeli jest odwrotnie to należy zwiększyć wielkość wiązań i ponownie obliczyć wytrzymałość. Do takich obliczeń konieczna jest znajomość momentu oporu przekroju poprzecznego w środku długości kadłuba statku.

W mechanice konstrukcji korpus jest uważany za pustą belkę zespoloną o złożonej strukturze. Obliczenie takiej belki sprowadza się do obliczenia momentu oporu tzw. belki zastępczej, czyli konwencjonalnej belki zespolonej, której poszczególne części mają układ powierzchni i wysokości zbliżony do odpowiednich elementów mocnych połączeń kadłuba zaangażowanych w zapewnienie wytrzymałości wzdłużnej statku. W przybliżeniu najmniejszą wartość momentu oporu określa wzór

gdzie η jest współczynnikiem wykorzystania powierzchni przekroju równym 0,5-0,55;

F – pole przekroju połączeń podłużnych;

H – wysokość burty statku. Jak wiadomo, naprężenia wewnętrzne powstałe podczas zginania belki określa się ze wzoru

gdzie M jest największym momentem zginającym na długości statku. Moment zginający zależy od wyporności i długości statku i wyraża się zależnością

gdzie k jest współczynnikiem proporcjonalności wahającym się od 20 do 40 w zależności od typu statku.

Siły i momenty działające na statek. Analizując siły działające na statek, rozważa się go jako skrzydło pionowe o profilu symetrycznym względem płaszczyzny środkowej (DP). W odniesieniu do statku główne właściwości skrzydła formułuje się następująco: porusza się ono prostoliniowo w strumieniu wody lub powietrza pod pewnym kątem natarcia, następnie oprócz siły oporu, skierowanego przeciwnie do ruchu, pojawia się siła nośna skierowana prostopadle do nadchodzącego przepływu. W efekcie wypadkowa tych sił nie pokrywa się z kierunkiem przepływu. Wielkość powstałych sił jest proporcjonalna do kąta natarcia i kwadratu prędkości nadchodzącego przepływu; Punkt przyłożenia wypadkowej siły przesuwa się wzdłuż DP od środka powierzchni skrzydła w kierunku przepływu. Im ostrzejszy kąt natarcia, tym większa wielkość tego przemieszczenia. Przy kątach natarcia bliskich 90 stopni punkt przyłożenia wypadkowej siły pokrywa się ze środkiem żagla (dla części nawodnej statku) i środkiem oporu bocznego (dla części podwodnej); W odniesieniu do podwodnej części kadłuba statku: kąt natarcia to kąt dryfu, a dla części powierzchniowej kąt kursu (CA) to wiatr pozorny; Środek oporu bocznego zwykle pokrywa się ze środkiem ciężkości statku, a położenie środka żagla zależy od umiejscowienia nadbudówek.

Siły i momenty działające na statek. Ryż. 1. 3. Oddziaływanie sił zewnętrznych na kadłub statku

ZWROTNOŚĆ STATKU 1. 1. Ogólne pojęcia i definicje Manewrowanie to zmiana kierunku ruchu statku i jego prędkości za pomocą steru, urządzeń napędowych, sterów strumieniowych w celu zapewnienia bezpieczeństwa żeglugi lub rozwiązania problemów eksploatacyjnych (cumowanie, kotwiczenie, przepływanie przez wąskie przestrzenie itp.). O zwrotności decydują takie cechy statku, jak prędkość, napęd, sterowność, stabilność kursu i zwinność, a także charakterystyka bezwładności statku. Zwrotność statku nie jest stała. Jego zmiana następuje pod wpływem różnych czynników (obciążenie, przechylenie, przegłębienie, wiatr itp.), które nawigatorzy muszą wziąć pod uwagę podczas obsługi statku. Przez napęd rozumie się zdolność statku do pokonywania oporów otoczenia i poruszania się z wymaganą prędkością przy jak najmniejszym zużyciu mocy z silników głównych. Prędkość statku jest jedną z najważniejsze cechy elementy zwrotne statku. Prędkość statku to prędkość, z jaką porusza się on względem wody. Sterowność to zdolność statku do poruszania się po zadanej trajektorii, czyli utrzymania zadanego kierunku ruchu lub jego zmiany pod wpływem urządzeń sterujących. Głównymi urządzeniami sterującymi na statku są elementy sterujące, elementy sterujące napędem i elementy sterujące aktywnym. Sterowanie łączy w sobie dwie właściwości: stabilność kursu i zwinność. Stateczność kursu to zdolność statku do utrzymania prostego kierunku. Zwinność to zdolność statku do zmiany kierunku ruchu i opisania trajektorii o zadanej krzywiźnie. Stabilność kursu i zwinność są ze sobą sprzeczne. Im bardziej stabilny jest ruch prostoliniowy statku, tym trudniej jest go obrócić, czyli pogarsza się zwrotność. Z drugiej jednak strony poprawa zwrotności statku utrudnia mu poruszanie się w stałym kierunku; w tym przypadku utrzymanie statku na kursie wiąże się z ciężką pracą sternika lub autopilota i częstym przesuwaniem steru. ster. Projektując statki, starają się znaleźć optymalna kombinacja te właściwości. O sterowności statku decyduje przede wszystkim względne położenie trzech punktów: środka ciężkości (CG), środka przyłożenia wszystkich sił oporu ruchu oraz środka przyłożenia sił napędowych (ryc. 1. 4). . Ryż. 1. 4. Położenie środka obrotu statku

ZWROTNOŚĆ STATKU Jeżeli środek ciężkości w danym stanie załadowania statku pozostaje nieruchomy, to środek przyłożenia sił oporu nie ma stałego położenia. W zależności od ruchu statku zmienia się całkowity wektor sił oporu środowiska wodnego i powietrznego, a punkt jego przyłożenia do statku przemieszcza się zwykle wzdłuż płaszczyzny środkowej. Podczas skrętu statek obraca się wokół osi pionowej (środek obrotu - P), przechodzącej przez środek sił oporu. Jeśli środek ciężkości znajduje się przed środkiem sił oporu, wówczas statek jest stabilny na kursie i odwrotnie, jeśli środek ciężkości znajduje się za środkiem sił oporu, wówczas statek jest niestabilny na kursie i jest bardziej podatny na odchylenia. Położenie środka przyłożenia sił napędowych zależy od trybu pracy napędu, położenia steru, wpływu wiatru, prądu itp. W zależności od położenia tych trzech punktów mogą wystąpić zjawiska towarzyszące, gdy statek ruchy: przewrót, trym, przemieszczenie boczne. W wyniku oddziaływania przepływających mas wody i wiatru na kadłub, śrubę napędową i ster, nawet przy spokojnym morzu i przy słabym wietrze, statek nie utrzymuje się stale na zadanym kursie, lecz z niego odbiega. Zejście statku z kursu, kiedy pozycja pionowa ster nazywany jest współczynnikiem odchylenia. Amplituda odchylenia statku przy spokojnej pogodzie jest niewielka. Dlatego, aby utrzymać kurs, wymagane jest lekkie przesunięcie kierownicy w prawo lub w lewo. Przy silnym wietrze i falach stabilność kursu statku znacznie się pogarsza. Na prędkość odchylenia statku duży wpływ ma lokalizacja nadbudówki. Na statkach z nadbudówkami na rufie odchylenie wzrasta, ponieważ rufa prawie zawsze płynie „z wiatrem”, a dziób „z wiatrem”. Jeśli nadbudówka znajduje się na dziobie, statek unika wiatru. Ruch statku pod wiatr nazywa się kołysaniem. Ta właściwość, podobnie jak odchylenie, jest wadą statku i zawsze trzeba ją brać pod uwagę podczas wykonywania różnych manewrów, szczególnie w ciasnych warunkach.

CYRKULACJA Cyrkulacja to trajektoria opisana przez środek ciężkości statku podczas poruszania się ze sterem wychylonym pod stałym kątem. Cyrkulacja charakteryzuje się prędkościami liniowymi i kątowymi, promieniem krzywizny i kątem znoszenia. Kąt pomiędzy wektorem prędkości liniowej statku a płaszczyzną środkową nazywany jest kątem dryfu (β). Cechy te nie pozostają stałe podczas całego manewru. Cyrkulacja zwykle dzieli się na trzy okresy: zwrotny, ewolucyjny i stały. Okres manewrowania to okres, w którym kierownica jest przesunięta o określony kąt. Od chwili, gdy ster zaczyna się przesuwać, statek zaczyna dryfować w kierunku przeciwnym do przesunięcia steru i jednocześnie zaczyna skręcać w kierunku przesunięcia steru. W tym okresie trajektoria środka ciężkości statku zmienia się z prostoliniowej w zakrzywioną, a prędkość statku spada. Okres ewolucyjny to okres rozpoczynający się od momentu przesunięcia steru i trwający do zakończenia zmiany kąta dryfu, prędkości liniowej i kątowej. Okres ten charakteryzuje się dalszym spadkiem prędkości (do 30 - 50%), zmianą przechyłu na burtę zewnętrzną do 100 i ostrym ruchem rufy na burtę zewnętrzną. Okres cyrkulacji w stanie ustalonym to okres rozpoczynający się pod koniec okresu ewolucyjnego, charakteryzujący się równowagą sił działających na statek: ciągu śruby napędowej, sił hydrodynamicznych na sterze i kadłubie oraz siły odśrodkowej . Trajektoria środka ciężkości statku (CG) zmienia się w trajektorię zwykłego okręgu lub jest mu zbliżona. Geometrycznie tor ruchu charakteryzują następujące elementy: Do – średnica krążenia ustalonego – odległość pomiędzy płaszczyznami środkowymi statku na dwóch kolejnych kursach, różniąca się o 180 * w ruchu ustalonym; Dts – taktyczna średnica cyrkulacji – odległość pomiędzy położeniami płaszczyzny środkowej (DP) statku przed rozpoczęciem skrętu i w momencie zmiany kursu o 180*; l 1 – przedłużenie – odległość pomiędzy położeniami środka ciężkości statku przed wejściem w ruch do punktu ruchu, w którym kurs statku zmienia się o 90*; l 2 – wyporność bezpośrednia – odległość od początkowego położenia środka ciężkości statku do jego położenia po obrocie o 90*, mierzona prostopadle do pierwotnego kierunku ruchu statku; l 3 – wyporność wsteczna – największe przemieszczenie środka ciężkości statku na skutek dryfu w kierunku przeciwnym do burty steru (wyporność wsteczna zwykle nie przekracza szerokości statku B, a na niektórych statkach jest ona całkowicie nieobecny); Tc – okres obiegu – czas, w którym statek wykonuje obrót o 360*.

Wpływ różnych czynników na zwrotność statku. Współczynniki konstrukcyjne. Stosunek długości do szerokości statku (L/B). Im większy jest ten współczynnik, tym gorsza zwrotność statku. Wynika to ze względnego wzrostu sił oporu ruchu bocznego statku. Dlatego szerokie i krótkie statki mają lepszą manewrowość niż długie i wąskie. Stosunek zanurzenia do długości statku (T/L). Wraz ze wzrostem współczynnika zwrotność statku nieco się pogarsza, tj. w pełni załadowany statek będzie miał gorszą zwrotność niż pod balastem. Stosunek szerokości do zanurzenia (szer./gł.). Zwiększenie tego współczynnika prowadzi do znacznej poprawy zwinności. Statki szerokie i o płytkim zanurzeniu są bardziej zwrotne niż statki o głębokim zanurzeniu i wąskie. Ogólny współczynnik kompletności (δ). Wraz ze wzrostem współczynnika δ poprawia się zwrotność, tj. im pełniejsze kontury statku, tym lepsza jest jego zwrotność. Kształt rufy (obszar martwego drewna na rufie i pełnia rufy). Szczególnie duży wpływ na zwrotność statku ma obszar posuszu rufowego. Dlatego nawet niewielki jego wzrost prowadzi do gwałtownego wzrostu średnicy cyrkulacji przy wszystkich kątach steru. Zwiększenie pełności rufy pomaga poprawić manewrowość statku. Kształt konstrukcji dziobowej statku ma znacznie mniejszy wpływ na zwrotność niż kształt rufy. Z reguły wpływ kształtu dziobu pojawia się tylko w przypadku znacznego prześwitu dziobu (na przykład w lodołamaczach), co powoduje nieznaczny wzrost średnicy cyrkulacyjnej statku. Wymiary i konfiguracja kierownicy. Zwiększenie powierzchni kierownicy, a także inne zmiany w kształcie kierownicy, mają podwójny wpływ na zwinność. Z praktycznych obliczeń wynika, że ​​zwiększenie powierzchni steru prowadzi do zmniejszenia średnicy cyrkulacji przy dużych kątach steru i do zwiększenia przy małych kątach steru. Umiejscowienie steru względem śrub napędowych znacząco wpływa na zwrotność statku. Umiejscowienie steru w nurcie śrubowym, ze względu na wzrost prędkości jego przepływu, przyczynia się do wzrostu sprawności steru i przekłada się na zwrotność statku w taki sam sposób, jak wzrost steru obszar. Wpływ strumienia ślimaka przedstawiono na ryc. 1. 17. Wpływ kąta steru na zwrotność statku: im bardziej powierzchnia steru wchodzi w przepływ, a – kąt steru wynosi do 45*, b – kąt steru jest większy niż 45* od śruby napędowej . Przy przesunięciu steru o więcej niż 45° skuteczność jego wpływu na zwrotność statku gwałtownie maleje (ryc. 1. 17).

Wpływ różnych czynników na zdolność zwrotną statku. Prędkość początkowa V, z jaką statek porusza się po linii prostej przed przesunięciem steru, wpływa na wartości przemieszczeń do przodu, do przodu i do tyłu. Na wietrze sterowność w znacznym stopniu zależy od prędkości statku: im niższa prędkość, tym większy wpływ wiatru na sterowność. Wzburzone morze przyczynia się do odchylenia statku. Kąty odchylenia zależą od kąta kursu fali i rosną wraz ze wzrostem stanu morza. Żegluga będzie szczególnie niekorzystna w obecności fal wiatru i falowania od kątów kursowych 120°−180° przy prędkości statku zbliżonej do prędkości propagacji fal. W tym przypadku amplituda odchylenia może dochodzić do 30−50°, a przestawianie steru na kolejnej fali staje się nieskuteczne. Elementy wykończenia lądowania statku. Zwiększenie przegłębienia na rufie poprawia stabilność kursu statku i pogarsza jego zwrotność. Z drugiej strony przegłębienie dziobu znacznie pogarsza stabilność kursu - statek zbacza z kursu, co komplikuje manewrowanie w ciasnych warunkach. Dlatego starają się załadować statek tak, aby podczas rejsu miał lekkie przegłębienie do rufy. Przechylenie statku zakłóca symetrię przepływu wokół kadłuba. Powierzchnia zanurzonej powierzchni grzbietu strony pięty staje się większa niż odpowiadająca jej powierzchnia grzbietu strony uniesionej. W rezultacie statek ma tendencję do skręcania w kierunku przeciwnym do przechyłu, tj. w kierunku najmniejszego oporu.

Wykorzystana literatura. 1. 2. 3. Snopkov V.I. Kontrola statku. / V.I. Snopkov – ul. Petersburgu. : ANO NPO Professional, 2004. -536 z Sharlay G. N. Kontrolą statku morskiego. / Sharlay G. N. Władywostok. : Mor. Państwo uniw., 2009. -503 s. Likhachev A.V. Zarządzanie statkami: podręcznik dla uniwersytety morskie. /Likhachev A.V. Petersburg. : Wydawnictwo Uniwersytet Politechniczny, 2004. 504 s. Opracowano przez profesora nadzwyczajnego Katedry Kontroli i Bezpieczeństwa na Morzu Charkowskiej Państwowej Akademii Medycznej K. D. P., K. T. N. Tovstokory O. N.

CHARAKTERYSTYKA HAMULCA BEZWŁADNOŚCIOWEGO STATKU

Siły i momenty działające na statek.

Układ równań ruchu statku w

Płaszczyzna pozioma.

Charakterystyka manewrowa statku.

Wymagania dotyczące treści informacji nt

Charakterystyka manewrowa statku.

Informacje ogólne o hamowaniu bezwładnościowym

Właściwości statku.

7. Funkcje cofania różne typy

Układy napędowe statków.

Hamowanie statku.

Statek jako przedmiot kontroli.

Morski statek transportowy porusza się na granicy dwóch mediów: wody i powietrza, poddając się wpływom hydrodynamicznym i aerodynamicznym.

Aby osiągnąć zadane parametry ruchu, należy sterować statkiem. W tym sensie statek jest systemem kontrolowanym. Każdy kontrolowany system składa się z trzech części: obiektu sterującego, urządzenia sterującego i urządzenia sterującego (maszyny lub człowieka)

Kontrola – Jest to taka organizacja procesu, która zapewnia osiągnięcie określonego celu odpowiadającego zadaniu zarządzania.

Kiedy statek płynie po pełnym morzu, zadaniem zarządzania jest w zapewnieniu jego przejścia z jednego punktu do drugiego po prostej trajektorii, utrzymaniu zadanego kursu i okresowym korygowaniu go po otrzymaniu obserwacji. W tym przypadku kurs jest współrzędną kontrolowaną, a proces utrzymywania jej stałej wartości jest cel zarządzania.

Chwilowa wartość szeregu współrzędnych określa stan statku w tej chwili. Te współrzędne to: kurs, prędkość, kąt znoszenia, przemieszczenie boczne w stosunku do kursu ogólnego oraz itp. Są współrzędne wyjściowe. Natomiast współrzędne, które są przyczyny kontrolowanego ruchu nazywane są sygnałami wejściowymi . Ten kąt steru i prędkość śmigła . Przy wyborze wartości współrzędnych wejściowych urządzenie sterujące (autopilot, nawigator) kieruje się wartościami współrzędnych wyjściowych. Ten związek między skutkiem a przyczyną nazywa się sprzężeniem zwrotnym.

Rozważany system kontrolowany jest zamknięty, ponieważ obsługuje urządzenie sterujące (nawigator). Jeśli urządzenie sterujące przestanie działać, system stanie się pętlą otwartą, a zachowanie obiektu sterującego (statku) będzie określone przez stan, w którym elementy sterujące są zamocowane (kąt steru, częstotliwość i kierunek obrotu śruby).

W dyscyplinie „Sterowanie statkiem” badane są zadania kierowania statkiem, którego ruch odbywa się w pobliżu przeszkód, tj. w odległościach porównywalnych z wielkością samego obiektu sterującego, co wyklucza możliwość uznania go za punkt (np. jak w kursie „Nawigacja”).

Siły i momenty działające na statek

Wszystkie siły działające na statek dzieli się zwykle na trzy grupy: napędowe, zewnętrzne i reaktywne.

Do przeprowadzków odnosi się do sił wytwarzanych przez elementy sterujące w celu nadania statkowi ruchu liniowego i kątowego. Do sił tych zalicza się: napór śmigła, siłę boczną steru, siły wytwarzane przez aktywne urządzenia sterujące (ACS) itp.

Do zewnętrznegoobejmują ciśnienie wiatru, fale morskie i prądy. Siły te w większości przypadków zakłócają manewrowanie.

Za reaktywnyodnosi się do sił i momentów wynikających z ruchu statku. Siły reakcji zależą od prędkości liniowej i kątowej statku. Ze swej natury siły i momenty reakcji dzielą się na inercyjne i nieinercyjne. Siły i momenty bezwładności powstają na skutek bezwładności naczynia i dołączonych do niego mas płynu. Siły te powstają tylko wtedy, gdy obecność przyspieszeń - liniowych, kątowych, dośrodkowych. Siła bezwładności jest zawsze skierowana w stronę przeciwną do przyspieszenia. Przy równomiernym prostoliniowym ruchu statku nie powstają siły bezwładności.

Siły nieinercyjne i ich momenty wynikają z lepkości wody morskiej, dlatego są siłami i momentami hydrodynamicznymi. Rozważając problemy ze sterownością, wykorzystuje się ruchomy układ współrzędnych powiązany ze statkiem, którego początek znajduje się w jego środku ciężkości. Dodatni kierunek osi: X – do nosa; Y – w stronę prawej burty; Z – w dół. Dodatni odczyt kąta dokonywany jest zgodnie z ruchem wskazówek zegara, jednak z zastrzeżeniami dotyczącymi kąta przesunięcia, kąta znoszenia i kąta kierunku wiatru.

Za dodatni kierunek przesunięcia steru przyjmuje się przesunięcie powodujące ruch zgodny z ruchem wskazówek zegara, tj. przesunąć na prawą burtę (ster obraca się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara).

Za dodatni kąt znoszenia przyjmuje się taki, przy którym przepływ wody następuje z lewej strony i w związku z tym wytwarza dodatnią poprzeczną siłę hydrodynamiczną na kadłubie statku. Ten kąt dryfu występuje w prawym krążeniu statku.

Ogólny przypadek ruchu statku opisuje układ trzech równań różniczkowych: dwóch równań sił wzdłuż osi podłużnej X i poprzecznej Y oraz równania momentów wokół pionowej osi Z.

Na statek poruszający się z określoną prędkością V działa siła
opór środowiska R (woda i powietrze), skierowany w stronę
stronę przeciwną do jego ruchu.
Siły hydrodynamiczne działające na powierzchniowe elementy kadłuba poruszającego się statku można rozłożyć na dwie składowe: styczną i normalną.
Składowa styczna nazywana jest siłą tarcia, a składowa normalna nazywana jest siłą nacisku. Na rysunku siła tarcia τ i siła nacisku P działają na wybrany element zwilżonej powierzchni naczynia. Rzutowanie wszystkich elementarnych sił tarcia na kierunek prędkości
ruchy naczynia i sumując je po całej zwilżonej powierzchni, otrzymujemy wypadkowe siły tarcia – opór tarcia RTR, wywołany działaniem sił lepkich.
Wynikowy rzut sił nacisku na kierunek prędkości ruchu
naczynie V, przejmując całą zwilżoną powierzchnię, określa opór ciśnienia RD, który jest określony przez gęstość i lepkość wody.
Naciski na powierzchnię statku rozkładają się nierównomiernie: na dziobie
Są większe w częściach, mniejsze w części rufowej. Tworzy się ta różnica ciśnień
odporność na ciśnienie, która z kolei jest podzielona na dwie części.
Pierwsza część to opór RF, wywołany wpływem lepkości cieczy, druga część to opór fali RB, zależny od intensywności ruchów falowych cieczy powodowanych przez poruszające się naczynie.
Każdy statek ma pewne wystające części (stery, wsporniki i
filety wały napędowe, karina jarzmowa itp.). Wodoodporność,
powodowany przez nie nazywany jest oporem wystających części RВ.Ч. Ponadto statek doświadcza oporu powietrza RВОЗ, rozłożonego na powierzchni poruszającego się statku.
Zatem całkowity opór ruchu statku sumuje się z następujących składników:

R = RTR + RB + RF + RV.Ch. + RWHO (1)

Aby określić każdy składnik impedancji
Stosuje się różne metody. Określany jest opór tarcia
poprzez obliczenia oparte na teorii warstwy granicznej. Opór
kształty i opór fal, łączone pod ogólną nazwą oporności szczątkowej Ro, określa się metodami eksperymentalnymi, testując modele statków w basenach doświadczalnych.
W obliczeniach praktycznych całkowity opór ruchu statku
obliczane według wzoru:

R = C × (ρπV2 / 2) × (S + SHF), (2)

gdzie C jest współczynnikiem całkowitego oporu;
S - zwilżona powierzchnia gołego nadwozia;
SHF - zwilżona powierzchnia wystających części;
ρ - gęstość wody;
V to prędkość statku.
Analogicznie do wzoru (1) współczynnik impedancji można przedstawić jako sumę współczynników:

C = CTP + CB + SF + S.H. + CWHO lub C = CTP + CO + MW.H. + KTO

gdzie Co jest współczynnikiem rezystancji resztkowej.
Zatem całkowity opór statku wynosi:
R = (CTR + CO + SHF + SVOZ) × (ρπV2 / 2) × (S + SHF) (3).

Siła napędowa Pe jest wytwarzana i utrzymywana przez pędniki statku, które przekształcają energię mechaniczną ruchu statku do przodu.

Zespół napędowy podczas pracy wpływa na przepływ otaczający statek, a kadłub statku zmienia przepływ w obszarze, w którym znajduje się zespół napędowy.

Moc użyteczna wytwarzana przez napęd: N=Pvp

Moc pobierana przez napęd Np=Mw

(M-moment obrotowy przenoszony na napęd z silnika, w-prędkość kątowa obrotu śmigła)

Pędniki statków są hydrauliczne lub hydroodrzutowe, w zależności od ich zasady działania. Ostatnio zaczęto stosować pędniki powietrzne (na statkach m.in poduszka powietrzna wyposażone w śmigła).

Działanie polega na wyrzucaniu mas otaczającego ośrodka: wody lub powietrza, w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu statku. Osiąga się to poprzez przekazanie wielkości ruchu masom przetwarzanym przez elementy robocze zespołu napędowego. Reakcja wyrzuconych mas jest odbierana przez części urządzenia napędowego. Jego składowa w kierunku ruchu statku nazywa się ogranicznikiem napędu. Siły powstające na elementach napędu mogą powstawać zarówno w wyniku sił oporu podczas wjeżdżania napędu środowisko, a ze względu na siłę nośną - zbliżoną w charakterze do siły nośnej skrzydła głównego.

Na statkach używa się śmigieł różne typy i przeznaczenia, charakteryzują się prostotą konstrukcji, zadowalającą niezawodnością działania i stosunkowo dużą wydajnością. Rodzaje śmigieł obejmują śmigła o regulowanym skoku, współosiowe śmigła przeciwbieżne i śmigła tandemowe.

Urządzenie napędowe skrzydeł ma specyficzne właściwości.

Pędniki strumieniowe wody

Istnieją inne typy pędników, wśród których są pędniki gazowe i obrotowe.

Pędy okrętowe to specjalne urządzenia, które zamieniają energię silników głównych na siłę napędową (ciąg użyteczny) niezbędną do pokonania oporów otoczenia dla ruchu statku i zapewnienia określonej prędkości jego ruchu.
Zgodnie z zasadą działania pędniki statków są pędnikami hydroodrzutowymi, ponieważ wytwarzają siłę napędową w wyniku reakcji mas wody wyrzucanych przez robocze części zespołu napędowego – łopaty – w kierunku przeciwnym do ruchu statku. Obecnie w transporcie wodnym wykorzystuje się następujące główne typy pędników okrętowych: napęd śrubowy, koło łopatkowe, skrzydłowy i strugowodny. Śmigło służy jako główny rodzaj napędu
dla statków morskich. Składa się z kilku łopatek umieszczonych na piaście w równych odległościach kątowych od siebie. Liczba łopat śrubowych waha się od 2 do 6. Aby zapobiec drganiom części rufowej statków jednowirnikowych, przyjmuje się, że liczba łopatek śrubowych wynosi co najmniej cztery. Średnica śmigieł dużych nowoczesnych statków sięga 6–8 m.
Wyróżnia się trzy główne typy konstrukcyjne śmigieł: śmigła pełne (pełne), śmigła z zdejmowanymi łopatami (prefabrykowane) oraz śmigła z łopatkami obrotowymi – śmigła o regulowanym skoku (PVP). Śmigło charakteryzuje się swoim skokiem. Skok śruby to odległość, o jaką wierzchołek śruby przesunie się podczas jednego pełnego obrotu śruby podczas obracania jej w absolutnie sztywnym korpusie. Śmigła, w zależności od kierunku, w którym się obracają, mają skok lewy i prawy. W odróżnieniu od łopat VFSh, łopaty śruby napędowej o regulowanym skoku mogą obracać się wokół własnej osi podłużnej i zmieniać skok, co pozwala na wykorzystanie pełnej mocy silnika przy optymalnej prędkości obrotowej w dowolnym trybie ruchu statku. Obliczenia śruby polegają na określeniu jej parametrów geometrycznych (średnicy, skoku, przełożenia tarcz i liczby łopatek), które zapewniają statkowi najwyższe właściwości napędowe w jego głównym trybie pracy. Tym samym dla statku transportowego określona charakterystyka powinna zapewniać największą prędkość, dla statku holującego – największy nacisk na hak przy pełnym wykorzystaniu mocy silników głównych.
Zalety i wady VR Sh w porównaniu do konwencjonalnego śmigła: możliwość zmiany położenia łopatek VR Sh pozwala na zmianę siły ciągu śmigła bez zmiany częstotliwości i kierunku obrotu wału z pełnego do przodu do zera , a następnie do pełnego odwrócenia. Pozwala to na zastosowanie na statku silnika nienawrotnego, który jest łatwiejszy w utrzymaniu i którego żywotność jest znacznie dłuższa niż silnika nawrotnego. Ze względu na to, że nie ma konieczności cofania w celu zmiany siły ciągu śruby, a wystarczy obrócić łopatki śruby napędowej, co odbywa się zdalnie z mostka, czas potrzebny statkowi na przejście z jednego trybu ruchu Do
inny jest znacznie zmniejszony. Poprawia to zwrotność statku i upraszcza obsługę silnika. Ale konstrukcja VR Sh jest znacznie bardziej złożona, co zmniejsza jego niezawodność i zwiększa koszt. Przy tej samej wydajności V R Sh mają większą wagę i rozmiar niż konwencjonalne śruby, co komplikuje ich mocowanie.

Do głównych elementów geometrycznych i cech decydujących o działaniu śruby napędowej łodzi należą:
1. Średnica śmigło D=2R, czyli średnica okręgu opisanego przez punkt łopatki znajdujący się najdalej od osi śmigła. Średnica śruby łodzi zależy od obszaru hydrauliczny, Lub pracownik, sekcje napędowe.
2. Promień śruba łodzi R=0,5D - odległość od osi śruby do najdalszego punktu, tzw krawędź ostrza.
3. Geometryczny , Lub konstruktywny , skok śruby - H, charakteryzujący możliwy ruch śruby na obrót podczas ruchu bez poślizgu. Skok konstrukcyjny śruby napędowej jest określony przez skok linii śrubowych tworzących powierzchnię wylotową (rufową) łopatki śruby napędowej łodzi i obliczany jest według wzoru: H=2πrtgѵ,

gdzie r jest promieniem rozważanego przekroju łopaty; tgѵ - tangens kąta kroku przy promieniu r.
Istnieją różne typy śmigieł do łodzi stały krok H = stała i zmienny H = ϝ(r), dla którego skok wzdłuż promienia ostrza zmienia się zgodnie z pewnym prawem.
4. Konstruktywna postawa H/D to stosunek projektowego skoku śmigła do jego średnicy.
5. Stosunek dysku Θ, reprezentujący stosunek całkowitej powierzchni wszystkich łopatek z do powierzchni tarczy omiatanej przez śmigło, Θ=A/Ad=(2zbcp(D-dc))/(πDD),

6. Dany , Lub względny , promień łopaty, będący stosunkiem promienia nacisku łopatki R0 do największego promienia śmigła R. Zwykle przyjmuje się, że środek nacisku, który charakteryzuje punkt przyłożenia wypadkowej wszystkich sił do ostrza, pokrywa się ze środkiem ciężkości wyprostowanej powierzchni ostrza.
7. Profil sekcji ostrza , przez co rozumiemy ślad przekroju poprzecznego łopaty śruby napędowej łodzi wyprostowanej na płaszczyźnie za pomocą okrągłego cylindra współosiowego z nią pod zadanym promieniem.

Aby scharakteryzować tryb pracy śmigła jako całości, stosuje się koncepcję stopnia. Posuw liniowy hp ślimaka to droga, jaką przebywa ślimak w kierunku osiowym podczas jednego obrotu = vp/hp

Stosunek posuwu liniowego do średnicy ślimaka nazywany jest posuwem względnym lub po prostu postępem ślimaka. λp=KM /D=Vp/nD

Skok śruby to odległość, jaką pokonuje śruba podczas jednego obrotu w sztywnym korpusie.

Bezwymiarowe charakterystyki hydrodynamiczne śmigła, przedstawione w postaci krzywych w funkcji względnego wyprzedzenia, nazywane są krzywymi działania. Za ich pomocą można określić ciąg, moment obrotowy i wydajność śruby w różnych trybach pracy.

Wykres pokazuje również λ1=H1/D – współczynnik stopnia zatrzymania zerowego lub współczynnik stopnia hydrodynamicznego.

λ2=H2/D - stopień przełożenia zerowego momentu obrotowego.

Gdy λp ›λ2, k2‹ 0, śmigło pracuje w trybie turbinowym, wytwarzając moment obrotowy dzięki energii przepływu.

W zakresie zmian prędkości względnej λ1 ‹ λp‹ λ2 śmigło nie może być stosowane ani jako urządzenie napędowe, ani jako turbina. Pole robocze śruby jako układu napędowego statku to zakres ruchów względnych 0 ‹ λp ‹ λ1, gdzie P› 0

W każdym konkretnym przypadku, w warunkach projektowych, śmigło musi pracować w zakresie względnych wyprzedzeń odpowiadających wysokim wartościom sprawności, co zapewnia odpowiedni dobór charakterystyk geometrycznych śmigieł.

Jednym z najważniejszych celów modelowych badań hydrodynamicznych śmigieł jest uzyskanie systematycznych materiałów doświadczalnych niezbędnych do projektowania śmigieł. Materiały te uzyskuje się poprzez badanie określonych serii śrub. Opracowując serię modeli, dążą do uzyskania systematycznej zmiany w ich najważniejszym elementy konstrukcyjne, znacząco wpływając na właściwości hydrodynamiczne śmigła.

Takimi elementami są: stosunek podziałki H/D, stosunek tarczy A/Ad, liczba łopatek Z, względna grubość łopatki Ω, kształt przekrojów łopatki, jej obrys.

Badane materiały przedstawiono na wykresach zawierających krzywe działania śrub danej serii, różniących się jedynie stosunkiem podziałki. Wykres przedstawia krzywe współczynnika ciągu K1 i sprawności w funkcji stopnia.

Każdy szereg śrub, różniący się stosunkiem podziałki, jest reprezentowany przez dwa wykresy: wykres naniesiony w osiach k1-λp i wykres naniesiony w osiach k2-λp.

Pierwszy wykres nazywa się wykresem kadłuba; stosuje się go, gdy punktem wyjścia do obliczenia śruby napędowej jest opór holowniczy kadłuba statku oraz moc zespołu napędowego wymagana do zapewnienia prędkości statku określonej w specyfikacjach technicznych projektu. . Diagram zbudowany na osiach k2-λp nazywany jest diagramem maszyny. Wykres ten stosuje się, gdy podana jest moc elektrowni projektowanego statku, a osiągalna prędkość jest pożądaną wartością.

Najprostszą formą zadania zaprojektowania śruby, pozwalającą na jednoznaczne określenie elementów geometrycznych śruby w zadanym szeregu, jest przypadek, gdy prędkość obrotowa n, średnica śruby D, prędkość postępowa śruby Wskazane jest Vp, a także wymagany ciąg lub dostępna moc na śrubie Np. Korzystając z tych wartości, można obliczyć względny postęp λp i współczynnik ciągu k2, które definiują pojedynczy punkt na polu wykresu, który jednoznacznie określa współczynnik skoku i sprawność ślimaka.