Ridicați stabilizatorii pe navele de război. Caracteristicile navelor de testare echipate cu amortizoare

Pentru a atenua vibrațiile obiectelor de transport și în unele alte cazuri speciale, se folosesc amortizoare dinamice bazate pe utilizarea giroscoapelor. Acțiunea echivalentă a unor astfel de sisteme este similară cu funcționarea unui amortizor cu arc cu frecare, deși proiectarea și principiul de funcționare sunt diferite.

Ca exemplu în Fig. Figura 24 prezintă o diagramă a amortizorului de rulare a navei. Rotorul giroscopului 1 este montat într-o carcasă 2, care se poate balansa în raport cu nava în jurul unei axe 3 perpendiculare pe axa longitudinală a navei. În acest caz, centrul de greutate al carcasei este situat sub axa de balansare la distanță.Oscilațiile carcasei sunt amortizate cu ajutorul tamburului de frână 4. Masa rotorului giroscopului este de obicei masa vasului. Cu ajutorul unui motor, rotorul este rotit la viteza unghiulară maximă admisă

Orez. 24. Amortizor giroscopic cu tambur de frână: 1 - rotor; 2 - carcasă; 3 - axa carcasei; 4 - tambur de frână

Notând momentul de inerție al rotorului prin și considerând rotorul să se rotească în sens invers acelor de ceasornic (dacă îl priviți de sus), stabilim, ținând cont de proprietățile giroscopului, că atunci când nava se întoarce în jurul axei longitudinale spre dreapta (privind de la pupa) cu viteza unghiulara, carcasa giroscopului va incepe sa devieze spre pupa cu viteza unghiulara, unghiul de rotatie al carcasei) ca urmare a actiunii unui moment de forta egal cu In acest caz, momentul reactiv care contracarează ruliu va fi egal cu Indicarea momentului de inerție al vasului față de axa longitudinală; momentul de inerție al carcasei față de axa transversală 3; greutatea carcasei, scriem sistemul de ecuații diferențiale pentru vibrații mici în formă

Coeficientul caracterizează frecarea vâscoasă în tambur; c - stabilitatea navei; moment al forțelor externe determinat de valurile mării.

Presupunând și căutând o soluție a sistemului de ecuații (34) în forma (17), după transformări obținem următoarea expresie care caracterizează amplitudinea ruliui, similară cu (4):

Astfel, analiza efectuată la paragraful 5 se aplică pe deplin cazului în cauză. Ținând cont de frecvența variabilă a valurilor mării, concluzionăm că sistemul giroscopic descris poate funcționa eficient doar cu o alegere rațională a amortizarii în tamburul de frână 4. Coeficientul optim de amortizare este determinat de (32), unde ele sunt exprimate prin parametrii sistemului în conformitate cu (35).

Alături de schema avută în vedere, un sistem giroscopic cu părere. Carcasa 2 a giroscopului executiv (Fig. 25, a) este instalată concentric față de axa 3 de precesie,

Rotațiile carcasei sunt efectuate de servomotorul 4 prin angrenajul 5, acționat folosind semnale de la un mic giroscop de ghidare (Fig. 25, b). Acesta din urmă este instalat în mod similar cu giroscopul executiv și este o copie mult redusă a acestuia. La rulare, ca urmare a întoarcerii carcasei giroscopului de ghidare, contactele corespunzătoare ale releului sunt închise, pornind servomotorul. Ca rezultat, carcasa giroscopului executiv este rotită în așa fel încât momentul reactiv rezultat care acționează asupra suporturilor carcasei să contracareze inclinarea.

Orez. 25. Stabilizator giroscopic (a) de rulou cu giroscop de ghidare (b): 1 - rotor; 2 - carcasa: 3 - axa carcasei; 4 - servomotor; 5 - transmisie de viteze

În unele cazuri, pentru combaterea tangajului s-au folosit amortizoare dinamice, realizate sub formă de rezervoare amplasate pe lateral, parțial umplute cu lichid și conectate printr-o conductă pentru curgerea liberă a acestuia, sau echipate cu pompe speciale pentru pomparea forțată a lichidului, controlată. de un giroscop ghid.

La majoritatea navelor moderne, pentru a suprima rostogolirea, ele folosesc dispozitive bazate pe utilizarea unor aripi orientabile sau fixe care modifică unghiul de atac în timpul unei rostogoliri, astfel încât forța de ridicare rezultată atunci când apa curge în jurul lor să contracareze ruliul. Spre deosebire de stabilizatorii giroscopici, aceste dispozitive asigură stabilizarea numai atunci când nava se mișcă.

Odată, la intrarea în portul Calais, a refuzat complet să se supună cârmaciului.

Cu viteză maximă, Bessemerul s-a prăbușit într-un dig de piatră. Prora lui a fost redusă la o mizerie de resturi.

Bessemer nu și-a reparat nava cu aburi. Și-a pierdut pentru totdeauna orice interes pentru construcția de nave.

După Bessemer, mulți inventatori și oameni de știință au lucrat la crearea stabilizatorilor de pas. Multe au fost propuse diverse sisteme. Dar numai Makarov (1848-1904). puțini dintre ei au primit dreptul la viață și la o utilizare pe scară largă.

Un tip foarte interesant de stabilizator de pas pentru nave de război a fost dezvoltat în 1894 de remarcabilul comandant naval și om de știință amiralul Stepan Osipovich Makarov.

Stabilizatorul Makarov s-a diferențiat în mod favorabil de stabilizatorii altor sisteme datorită simplității și costului scăzut al designului său și, în același timp, rezistenței sale puternice la pitch. Ulterior, stabilizatorul Fram a fost îmbunătățit și adaptat pentru nave comerciale. Structura sa este alcătuită din două tancuri împrejmuite de-a lungul părților laterale ale navei. În înălțime sunt situate între fund și punte. Lungimea lor nu depășește zece metri. Rezervoarele sunt conectate printr-o conductă sau un canal așezat de-a lungul fundului. Arată ca niște vase comunicante în care apa este umplută până la jumătate din înălțime. În partea de sus, rezervoarele sunt conectate între ele printr-o conductă de aer. O supapă de control este instalată în mijlocul țevii. Prin el puteți trece aer comprimat într-unul sau altul rezervor. Cum funcționează un astfel de sedativ?

Imaginați-vă un bărbat cu un rocker pe umeri. Găleți identice umplute cu apă sunt atașate la capetele balansoarului. Atâta timp cât capetele sunt echilibrate, este ușor pentru o persoană să balanseze culbutorul. Îl poate pompa astfel încât gălețile să ajungă la pământ. Acum să atârnăm încă o găleată plină la un capăt. Nu va fi atât de ușor să te balansezi aici. Este clar că capătul cu două găleți se va ridica încet și cu grozav

efort. Dacă mutam găleata suplimentară la celălalt capăt al balansoarului, obținem imaginea opusă.

Folosim acest exemplu cu găleți pentru a înțelege acțiunea amortizorului Fram. Aparatul cu abur s-a înclinat spre dreapta în timp ce se rostogolea. Apoi toată apa este distilată spre dreapta, dar nu toată o dată, ci în porții mici. Dacă îl distilați imediat, atunci greutatea apei va ajuta doar mișcarea. Dar, dimpotrivă, este necesar ca ea să intervină. Apa este distilată în așa fel încât rezervorul de pe partea tribord să fie umplut în momentul în care această latură începe să se ridice. Apoi, un rezervor complet umplut va fi ca o găleată suplimentară pe balansoar. Va reduce raza de balansare. Apoi partea stângă începe să fie listată. Apa se distilează spre stânga în aceeași ordine. Când partea stângă începe să se ridice în sus, rezervorul complet umplut al acestei părți intră în acțiune. Este ca și cum ai muta o găleată suplimentară cu apă la celălalt capăt al balansoarului.

Dispozitiv amortizor de cadru.

Astfel, turnarea alternativă a apei de pe o parte pe alta reduce balansul navei de mai multe ori.

Funcționarea tancurilor Fram a fost testată în flota rusă în 1913. Așa își amintește academicianul A. N. Krylov:

„S-a format o comisie specială. Au încercat și au dezbătut timp de zece luni, dar au ajuns la nimic: unii spun că este necesar să se folosească calmante Fram, alții spun că rezervoarele Fram sunt dăunătoare, iar toată lumea se referă la reviste străine. În cele din urmă, în februarie 1913, ministrul naval Grigorovici a numit o întâlnire sub președinția sa personală. El ascultă opiniile contradictorii ale comisiei, care „nu au dus la nimic, doar timp pierdut”. Și apoi se întoarce spre mine:

Ce zici?

Atâta timp cât ne ghidăm după diverse articole de jurnal, nu vom ajunge la nimic. Trebuie să găsim un abur echipat cu tancuri Fram, să numim o comisie a ofițerilor noștri la acesta, să mergem la ocean și să efectuăm teste cuprinzătoare, apoi vom primi datele noastre - complete și verificate.

Numim o astfel de comisie sub președinția ta, caută o navă, ia cu tine pe cine vrei și fii pe mare într-o săptămână.”

Comisia Krylov, după ce a efectuat teste pe nava cu aburi Meteor, a demonstrat în mod convingător că există beneficii de la tancurile Fram. Tancurile au fost testate într-o mare varietate de condiții de navigație: de la umflături ușoare pe mare până la o furtună puternică cu douăsprezece forțe. Capacitatea tancurilor era de doar un procent și jumătate din deplasarea navei, iar intervalul de tanaj a fost redus de trei sau de patru ori. În zilele noastre, astfel de rezervoare sunt umplute automat și, prin urmare, sunt numite active.

Există, de asemenea, stabilizatoare de pas giroscopice, sau giroscoape. Partea principală a giroscopului este un disc greu care se rotește în jurul unei axe verticale cu viteze de până la 3000 de rotații pe minut. Axa este fixată ferm într-un cadru mare, ale cărui suporturi sunt integrale cu carena navei. Cadrul se balansează pe aceste suporturi exact așa cum se balansa „cutia” navei cu aburi Bessemer pe cadru.

Atâta timp cât nu există rostogolire, axa discului își menține poziția verticală. Dar apoi începe rostogolirea. Aici motorul electric este imediat pus în acțiune, rotind discul. Discul devine un top, ca cel cu care ne jucam noi în copilărie. Și, indiferent de modul în care discul se înclină din cauza înclinării, axa lui verticală, la fel ca axa oricărui vârf, tinde să-și mențină poziția verticală anterioară. Aici intervine efectul giroscopului.

Să presupunem că partea tribord a navei se înclină rapid spre apă. Axa verticală a discului ar trebui, de asemenea, să se încline împreună cu acesta. Dar, datorită proprietăților unui blat, rezistă cu încăpățânare la o astfel de înclinare. Prin urmare, osia apasă pe cadru și, prin suporturile cadrului, pe carena navei. Și apasă exact în direcția opusă înclinării navei. Acesta este modul în care giroscopul moderează mișcarea navei.

Recent au venit cu noi bare anti-ruliu - cârme zigomatice.

Acesta este așa-numitul amortizor giroscop pasiv. Recent, un stabilizator giroscop activ a fost instalat mai des. Are cadru
Se balansează pe suporturi nu de la sine, ci cu ajutorul unui motor electric special. Aceasta crește presiunea asupra suporturilor cadrului, contracarând rularea vasului.

Giroscopul este un mecanism uriaș. Diametrul discului ajunge la patru metri. Prin urmare, o cameră mare specială este alocată pentru giroscoape.

Pe o navă echipată cu giroscoape, tanajul aproape că nu se simte. Dar giroscopul este un mecanism foarte complex și costisitor și, prin urmare, nu a primit încă o utilizare pe scară largă pentru calmarea tonului. Dar
Ideea de giroscop este utilizată pe scară largă în proiectarea diferitelor dispozitive.

Au fost inventate recent amortizoare noi. Acestea sunt cârme controlate zigomatic. Se aseamănă cu carinele laterale. Dar chilele laterale sunt atașate fix de carenă. Și cârmele zigomatice pot fi rotite automat în sus și în jos de un motor special. Ele sunt întotdeauna plasate în cea mai avantajoasă poziție, astfel încât, în timp ce nava se mișcă, ca aripile unui avion, creează forță de ridicare. Această forță este cea care împiedică rularea. Experiența cu aceste amortizoare a arătat că sunt bune numai pentru navele de mare viteză. Atunci când nu există pasaj, cârmele sunt retractate în interiorul corpului, în „buzunare” speciale. Acest lucru se face astfel încât să nu încetinească mișcarea vasului.

Tot ce se spune aici despre amortizoare se aplică mișcării rolelor. Ce se face pentru a reduce pitching-ul? Aici nu se folosesc sedative speciale. Eforturile designerilor vizează îmbunătățirea, dacă este posibil, a formei părții de suprafață a prova navei. De exemplu, o fac „camber” în lateral, astfel încât nava „îngroapă” mai puțin atunci când se ridică pe un val,

dispozitive speciale instalate pe nave la tanaj moderat. Sunt folosite de peste 100 de ani și sunt foarte diverse ca principiu de funcționare și design. Amortizoarele se clasifică după direcția de acțiune a momentului de stabilizare, după natura forțelor care creează acest moment și după principiul de control. Pe baza primei caracteristici, se face o distincție între stabilizatorii de ruliu și pas ai navei. Primele au devenit foarte răspândite. Pe baza celui de-al doilea criteriu, amortizoarele de tanar sunt împărțite în 3 tipuri: gravitaționale, giroscopice și hidrodinamice. Cu stabilizatorii gravitaționali, momentul stabilizator este creat de mișcarea unui solid sau lichid în interiorul vasului. În acest din urmă caz, stabilizatoarele de pas sunt realizate sub formă de rezervoare de calmare tipuri diferite. Cele mai utilizate sunt rezervoarele închise, formate din 2 secțiuni laterale conectate prin canale de apă și aer. Cisternele de tip „Flum” au devenit larg răspândite în străinătate. trăsătură caracteristică care este un canal de legătură având aceeași înălțime ca și secțiunile laterale. Dacă nu există canale de apă și aer, iar ramurile laterale comunică între ele prin apa de mare și atmosferă, rezervoarele se numesc deschise. Un stabilizator de pas giroscopic constă dintr-un disc greu (giroscop) care se rotește cu viteză mare în jurul unei axe conectate la cadru. Axa de balansare a cadrului este situată orizontal în planul transversal al navei și este legată de corpul acestuia prin axe speciale. Când nava se balansează și giroscopul se rotește, are loc o mișcare complexă a cadrului - precesiune, ceea ce duce la apariția unor reacții în osii care creează un moment de stabilizare. În prezent, acest tip de stabilizator este utilizat doar pentru stabilizarea locală a diferitelor instalații de pe nave. Stabilizatorii hidrodinamici sunt părți speciale proeminente (plăci sau aripi) instalate pe carena navei. Pentru a calma ruliul, se folosesc chile zigomatice și cârme laterale orientabile. Acesta din urmă poate fi continuu sau despicat, neretractabil, retractabil în navă sau căzând de-a lungul carenei. Chilele de santină creează un moment de stabilizare datorită diferenței de presiune pe suprafețele superioare și inferioare atunci când curg în jurul chilei în plan transversal, iar cârmele laterale - datorită forței de ridicare care apar asupra lor, proporțională cu pătratul navei. viteză. Prin urmare, cârmele laterale sunt nepotrivite pentru navele care necesită o moderare a tangajului în derivă sau la viteze mici, în timp ce chilele de santină în aceste condiții au eficienta maxima. Stabilizatoarele hidrodinamice de pas sub formă de chile sau aripi fixe de prova pot fi, de asemenea, folosite pentru a modera tanajul, dar nu sunt utilizate pe scară largă din cauza eficienței lor relativ scăzute și a vibrației capătului de prova al navei care apare atunci când sunt instalate. Conform celui de-al 3-lea criteriu, amortizoarele de pas sunt împărțite în active, pasive și parțial activate. Primele sunt echipate cu un antrenare care asigură o modificare forțată a cuplului de stabilizare în conformitate cu semnalul generat sistem special management. Acest tip include cârmele controlate la bord. Tancurile de calmare active nu sunt folosite pe navele moderne, deoarece pomparea forțată a lichidului necesită prea multă energie. Stabilizatorii pasivi nu au acționări sau sisteme de control; acestea includ carinele zigomatice, carinele nazale și aripile, precum și majoritatea rezervoare de calmare. Se folosesc și rezervoare parțial activate, controlate de supape speciale care închid canalele de apă și aer.

Stabilizatoare de pas Se obișnuiește să se apeleze dispozitive care sunt folosite pentru a reduce amplitudinea mișcării de inclinare a navei.
Efectul stabilizatorilor instalați pe navă este că aceștia creează un moment de stabilizare variabil, în semn opus momentului perturbator al valului. În prezent, se folosesc doar amortizoare. Este practic dificil să reduceți amplitudinile de înclinare și înclinare cu ajutorul amortizoarelor, deoarece Nu au fost încă creați stabilizatori capabili să dezvolte momente de stabilizare semnificativ mai mari decât în ​​timpul rulării.
Amortizoarele de pas sunt împărțite în pasive și active. Acțiunea corpurilor de lucru ale amortizoarelor pasive se bazează pe crearea unui moment stabilizator datorită mișcărilor oscilatorii ale vasului în timpul rulării, adică. atunci când le folosiți, nu este nevoie de surse speciale de energie. În stabilizatorii activi, un moment de stabilizare variabil este creat forțat folosind mecanisme speciale controlate de un dispozitiv de control special, care, la rândul său, răspunde la vibrațiile vasului. Amortizoarele active sunt mai eficiente, dar necesită putere suplimentară pentru a funcționa.
Sedative pasive. Amortizoarele pasive includ chile zigomatice și rezervoarele pasive.

Chilele din China sunt cele mai simple și mai eficiente mijloace de reducere a ruliului și, prin urmare, găsesc cea mai largă aplicație.
Rezervoarele de calmare pasive pot fi de două tipuri: închise, neconectate la apa de mare (tip I) și deschise, conectate la apă de mare (tip II). Rezervoarele sunt umplute pe jumătate cu apă (uneori combustibil) și conectate prin canale. Rezervoarele de calmare pasive sunt cele mai eficiente în timpul pompării rezonante. În anumite condiții și moduri de unde neregulate, astfel de amortizoare pot duce la o creștere a amplitudinilor de rulare. Prezența unei suprafețe libere de lichid în rezervoare afectează, de asemenea, în mod negativ stabilitatea vasului. Din aceste motive, rezervoarele pasive nu sunt în prezent utilizate practic.
Sedative active. Stabilizatorii activi includ cârme orientabile la bord, rezervoare stabilizatoare active și stabilizatoare giroscopice.
Cârmele la bord sunt un mijloc foarte eficient de reducere a ruliului și sunt utilizate pe scară largă în transport și în special pe navele de pasageri. Sunt amplasate pe unități speciale care asigură schimbarea unghiurilor de atac conform unei anumite legi, extinzându-le în afara carcasei și retrăgându-le în interiorul carcasei.
Practica arată că este recomandabil să folosiți cârmele laterale la viteze care depășesc 10-15 noduri. În acest caz, cârmele laterale conduc la o reducere semnificativă (de câteva ori) a amplitudinilor de rulare.
Rezervoarele de calmare active sunt de obicei realizate sub formă de rezervoare de tip I. Pentru a regla mișcarea apei, se folosesc fie pompe instalate în canalul de apă, fie suflante situate în canalul de aer. Pompa sau suflantele sunt controlate cu ajutorul unei automatizări speciale, astfel încât să fie posibilă reglarea alimentării cu apă de la un rezervor la altul și să se asigure modificarea necesară a momentului de stabilizare. Eficiența instalației nu depinde de viteza navei: rezervoarele moderată la fel de bine în mișcare și când staționează. Dezavantajele rezervoarelor active: complexitatea designului, preț mare, utilizarea echipamentelor de control complexe, reducerea capacității de transport a navei, nevoia de a cheltui energie suplimentară.
Amortizor giroscopic Sistemul de pitch este un giroscop puternic care se rotește pe o axă dintr-un cadru. Giroscopul este instalat vertical. Rotirea navei în timpul ruliului provoacă o rotație a axei giroscopului - așa-numita precesie a giroscopului. Ca urmare, apare un moment giroscopic, care este momentul stabilizator al amortizorului. Amortizoarele giroscopice pot fi fie pasive, fie active. Într-un amortizor pasiv, precesia are loc ca reacție la balansarea vasului. În stabilizatorii activi, precesia este creată forțat prin transferul energiei externe către un motor electric controlat de un regulator automat care răspunde la modul de balansare al navei. Dezavantaje: greutate semnificativă, cost ridicat, complexitate de proiectare și exploatare.

Amortizoarele de rulare sunt de obicei numite dispozitive care sunt utilizate pentru a reduce amplitudinea mișcării de inclinare a navei.

Efectul stabilizatorilor instalați pe navă este că aceștia creează un moment de stabilizare variabil, în semn opus momentului perturbator al valului. În prezent, se folosesc doar amortizoare. Este practic dificil să reduceți amplitudinile de înclinare și înclinare cu ajutorul amortizoarelor, deoarece Nu au fost încă creați stabilizatori capabili să dezvolte momente de stabilizare semnificativ mai mari decât în ​​timpul rulării.

Amortizoarele de pas sunt împărțite în pasive și active. Acțiunea corpurilor de lucru ale amortizoarelor pasive se bazează pe crearea unui moment stabilizator datorită mișcărilor oscilatorii ale vasului în timpul rulării, adică. atunci când le folosiți, nu este nevoie de surse speciale de energie. În stabilizatorii activi, un moment de stabilizare variabil este creat forțat folosind mecanisme speciale controlate de un dispozitiv de control special, care, la rândul său, răspunde la vibrațiile vasului. Amortizoarele active sunt mai eficiente, dar necesită putere suplimentară pentru a funcționa.

Sedative pasive. Amortizoarele pasive includ chile zigomatice și rezervoarele pasive.

Chilele din China sunt cele mai simple și mai eficiente mijloace de reducere a ruliului și, prin urmare, găsesc cea mai largă aplicație.

Rezervoarele de calmare pasive pot fi de două tipuri: închise, neconectate la apa de mare (tip I) și deschise, conectate la apă de mare (tip II). Rezervoarele sunt umplute pe jumătate cu apă (uneori combustibil) și conectate prin canale. Rezervoarele de calmare pasive sunt cele mai eficiente în timpul pompării rezonante. În anumite condiții și moduri de unde neregulate, astfel de amortizoare pot duce la o creștere a amplitudinilor de rulare. Prezența unei suprafețe libere de lichid în rezervoare afectează, de asemenea, în mod negativ stabilitatea vasului. Din aceste motive, rezervoarele pasive nu sunt în prezent utilizate practic.

Sedative active. Stabilizatorii activi includ cârme orientabile la bord, rezervoare stabilizatoare active și stabilizatoare giroscopice.

Cârmele la bord sunt un mijloc foarte eficient de reducere a ruliului și sunt utilizate pe scară largă în transport și în special pe navele de pasageri. Sunt amplasate pe unități speciale care asigură schimbarea unghiurilor de atac conform unei anumite legi, extinzându-le în afara carcasei și retrăgându-le în interiorul carcasei.

Practica arată că este recomandabil să folosiți cârmele laterale la viteze care depășesc 10-15 noduri. În acest caz, cârmele laterale conduc la o reducere semnificativă (de câteva ori) a amplitudinilor de rulare.

Rezervoarele de calmare active sunt de obicei realizate sub formă de rezervoare de tip I. Pentru a regla mișcarea apei, se folosesc fie pompe instalate în canalul de apă, fie suflante situate în canalul de aer. Pompa sau suflantele sunt controlate cu ajutorul unei automatizări speciale, astfel încât să fie posibilă reglarea alimentării cu apă de la un rezervor la altul și să se asigure modificarea necesară a momentului de stabilizare. Eficiența instalației nu depinde de viteza navei: rezervoarele moderată la fel de bine în mișcare și când staționează. Dezavantajele rezervoarelor active: complexitatea designului, costul ridicat, utilizarea echipamentelor de control complexe, capacitatea de transport redusă a navei și necesitatea de a cheltui energie suplimentară.

Stabilizatorul de pas giroscopic este un giroscop puternic care se rotește pe o axă din cadru. Giroscopul este instalat vertical. Rotirea navei în timpul ruliului provoacă o rotație a axei giroscopului - așa-numita precesie a giroscopului. Ca urmare, apare un moment giroscopic, care este momentul stabilizator al amortizorului. Amortizoarele giroscopice pot fi fie pasive, fie active. Într-un amortizor pasiv, precesia are loc ca reacție la balansarea vasului. În stabilizatorii activi, precesia este creată forțat prin transferul energiei externe către un motor electric controlat de un regulator automat care răspunde la modul de balansare al navei. Dezavantaje: greutate semnificativă, cost ridicat, complexitate de proiectare și exploatare.