Dynamika jednostki pływającej

Techniczne zagadnienia okrętowe

Moderatorzy: crolick, Marmik

Awatar użytkownika
Maciej3
Posty: 4748
Rejestracja: 2008-05-16, 11:36

Re: Osie/punkty obrotu jednostki pływającej

Post autor: Maciej3 »

1. Jeśli kadłub wykonuje ruchy podłużne (góra-dół itp.) to oś obrotu kadłuba w układzie związanym ze średnią powierzchnią morza będzie sobie mocno podróżować i nie ma na to rady. Kanonicznie: jeśli nie ma zewnętrznych więzów, to bierzemy bryłę kadłuba, obliczamy niezrównoważone siły (dają przyspieszenia liniowe środka masy) i momenty względem środka masy (dają przyspieszenia kątowe bryły), całkujemy numerycznie. Jeśli nie działa, mamy błąd.
Działa i to całkiem sprawnie.
Przyśpieszenie liniowe "góra/dół" działa pięknie.
Ale momenty sił zależą od osi obrotu... I tu mam schody.
Dla celów diagnostycznych proponowałbym "test przechyłowy": przechylamy kadłub, blokujemy kąt obrotu kadłuba, regulujemy zanurzenie do zrównoważenia wyporu i dopiero wtedy obliczmy momenty od sił hydrostatycznych względem środka masy i sprawdzamy w którą stronę chce się obrócić. Jeśli wynik nie zgadza się z pomiarami obiektu rzeczywistego, mamy błąd.
Robione setki razy. Dla małych kątów przechyłu działa idealnie. Dla większych, zależy gdzie umieszczę oś obrotu....
Jak oś obrotu w metacentrum obliczonym dla małego przechyłu - kicha. Jak oś w środku geometrycznym, też kicha.
Generalnie mam jednostki zbyt stabilne. Ale jak się im sztucznie podniesie środek ciężkości ( powiedzmy tak z 1000 ton 20 czy 30 metrów nad poziomem morza w pozycji "0" ) to już jest w miarę OK.
Może po prostu źle liczę środek masy?

W przypadku jednostek prawdziwych gdzie może być środek masy? Znaczy ile nad linią wodną w pozycji "0"?
Jakoś rzadko się o tym wspomina w monografiach. O wysokości metacentrycznej to piszą często, ale o środku wyporu czy masy to już nie.....
2. Jeśli nie symulujemy pełnego oddziaływania z wodą, tylko siły hydrostatyczne od powierzchni wody, to należy dodać jakieś arbitralne tłumienie (najprościej proporcjonalne od kwadratu prędkości kątowej i liniowej). Pomaga zarówno na "realizm", jak i na problemy z numeryką.
Tak to zrobiłem.
Inaczej było piękne wahadło fizyczne. Jak się wzięło początkowy przechył powiedzmy 40 stopni i puściło go wolno, to się waha po ~40 stopni na każdą burtę w nieskończoność.
Jeśli oś obrotu jest stała, to będzie zawsze po 40 stopni prawa/lewa burta.
Jeśli zanurzenie się zmienia, to po mniej więcej 40 stopni na burtę, bo wraz z przechyłem, nieco zmienia się siła wyporu ( nie tylko momenty ) a jak się zmieni siła wyporu to i zanurzenie i oś obrotu itd.
Robi się dość skomplikowana trajektoria, ale też w nieskończoność.
3. Numeryka, szczególnie 'domorosła', jest złośliwa. Przy całkowaniu zacząłbym od jakiegoś Runge-Kutty (prosta linearyzacja bez tłumienia może owocować spektakularną niestabilnością).
A pewnie. Doświadczałem tego zwłaszcza przy wolniejszych procesorach, gdy skok pomiędzy kolejnymi obliczeniami był duży. Teraz po kilku latach przerwy, jak zaczynam symulować na mocniejszych maszynach, to problem staje się o wiele mniejszy. Najprostsza linearyzacja wystarcza ( przynajmniej do jednego - dwóch okrętów jednocześnie, co będzie jak ich będzie więcej to się zobaczy, najwyżej nie będzie to działało w czasie rzeczywistym ).

Rungego Kudty stopnia 4-5 ( czy jakoś tak ) przerabiałem kiedyś na uczelni....
Jako któreś tam zadanie na laboratorium trzeba było napisać program co coś tam liczył....
Oj nie chce mi się do tego wracać....
Ale jak trzeba.
Historia jest najlepszą nauczycielką życia, bo
Jeszcze nigdy, nikogo, niczego nie nauczyła.
Awatar użytkownika
Maciej3
Posty: 4748
Rejestracja: 2008-05-16, 11:36

Re: Osie/punkty obrotu jednostki pływającej

Post autor: Maciej3 »

Coby nie być gołosłownym, że przechył zależy od osi obrotu.
Powiedzmy, że mamy kadłub okrętu który otarł się o skały, ale nie ma przecieków. Dno się z jednej strony wgięło do środka. Z tej strony wyporność będzie mniejsza niż z drugiej, a więc środek wyporności się zmieni.
Środek masy nie jest symetrycznie, bo się ładunek przemieścił ( niech będzie, że woda się wlała ).
Oś obrotu oznaczona na czerwono. Umieszczam ją sobie po środku obiektu, to chyba nie trzeba nikogo przekonywać, że w tym położeniu kadłub zacznie się przechylać. Jak bardzo się przechyli i czy się zrównoważy, czy fiknie koziołka, to się okaże, ale w tym momencie na pewno zacznie się przechylać, jest to oczywiste.
przechyl.jpg
Przesuwam oś obrotu w bok. ( rysunek oczywiście nie w skali, chodzi o pokazanie problemu )
I tu już nie wiadomo co się będzie działo. To zależy czy więcej będzie wzrostu masy czy więcej wzrostu wyporności - tu się liczą momenty a to wiadomo siła razy ramię.
Miejsce przyłożenia siły mam. Policzyłem sobie.
Ale jak policzyć długość ramienia, skoro nie wiem gdzie ma być oś obrotu???????????????

Pewnie, że w prawdziwym życiu oś obrotu nie będzie tak z boku.
Ale jak mamy metacentrum wyliczone w pozycji "statycznej" przy przechyle paru stopni i próbujemy obracać kadłub dokoła tego metacentrum ale z kątami rzędu 60 stopni czy więcej, to zaczynamy mieć właśnie taki efekt jak na rysunku B ( tu oczywiście przerysowany )

Dlatego drążę temat, jak się będzie to położenie metacentrum zmieniało w zależności od przechyłu....
Historia jest najlepszą nauczycielką życia, bo
Jeszcze nigdy, nikogo, niczego nie nauczyła.
pd
Posty: 127
Rejestracja: 2007-01-23, 20:45

Re: Osie/punkty obrotu jednostki pływającej

Post autor: pd »

Maciej3 pisze:
W przypadku jednostek prawdziwych gdzie może być środek masy? Znaczy ile nad linią wodną w pozycji "0"?
Jakoś rzadko się o tym wspomina w monografiach. O wysokości metacentrycznej to piszą często, ale o środku wyporu czy masy to już nie.....
Z grubsza - w realu też były problemy - położenie metacentrum było można obliczyć w XVIII wieku, obliczenie położenie środka ciężkości wymagało starannego projektowania i starannej buchalterii w trakcie budowy i w miarę wiarygodne stało się w XX wieku (wcześniej przekroczenia projektowego ciężaru i wysokości środka ciężkości były nagminne). Co oznacza że początkowo środek ciężkości wyznaczano od d. strony - z linii teoretycznych wyznaczano położenie metacentrum, z prób przechyłowych wyznaczano wysokość metacentryczną, a dopiero stąd obliczano rzeczywiste położenie środka masy. Alternatywnie, jeśli znamy kąt zaniku momentu prostującego, to po przechyleniu kadłuba o taki kąt środek masy znajduje się bezpośredni nad środkiem wyporu.
wojtekp
Posty: 17
Rejestracja: 2007-10-02, 07:49
Lokalizacja: Gdańsk

Re: Osie/punkty obrotu jednostki pływającej

Post autor: wojtekp »

Dzień dobry,

proponuję zaglądnąć do pracy badawczej wykonanej w Polskim Rejestrze Statków:

http://www.prs.pl/__files/parent347/tr_no_71.pdf

Wojtek P.
pd
Posty: 127
Rejestracja: 2007-01-23, 20:45

Re: Osie/punkty obrotu jednostki pływającej

Post autor: pd »

wojtekp pisze:Dzień dobry,

proponuję zaglądnąć do pracy badawczej wykonanej w Polskim Rejestrze Statków:

http://www.prs.pl/__files/parent347/tr_no_71.pdf

Wojtek P.
To jest praca opisująca wpływ zmiany trymu (wynikającej ze znacznej asymetrii wodnic rufa-dziób) na stabilność poprzeczną. To jest nadal statyka, nie dynamika, co więcej, dla typowych jednostek drugowojennych, o smukłym kadłubie i w miarę symetrycznych liniach, efekt był zaniedbywalny (nawet na takich trampkach jak SoDa/Iowa). Jeśli kogoś interesuje stateczność dynamiczna, to warto zacząć od Cz. Marchaja "Seaworthiness" - wyszło niedawno po polsku jako "Dzielność Morska".
Maciej3 pisze: Ale jak policzyć długość ramienia, skoro nie wiem gdzie ma być oś obrotu???????????????
Powtórzę (podstawy kinematyki i dynamiki):
Oś obrotu bryły zależy od przyjętego układu odniesienia. W układzie związanym ze środkiem masy kadłuba, ale z kierunkami osi "zamrożonymi" kadłub będzie się obracał z definicji wokół środka masy. Ale w układzie odniesienia związanym ze średnim poziomem morza obserwowana oś obrotu zależy od tego czy kadłub się porusza, i zależnie od prędkości obrotowej i liniowej będzie wypadać w różnych miejscach. Jeśli wychylimy, a następnie zwolnimy kadłub, tak by kołysał się swobodnie, to będzie wykonywał nie tylko ruchy obrotowe, ale także liniowe, co będzie miało wpływ na obserwowaną oś obrotu - nie można więc z góry jej określić i zależy od dotychczasowej trajektorii.

Jeśli nie mamy zewnętrznych więzów, to przyspieszenie obrotowe jest proporcjonalne do momentu sił obliczonych względem środka masy (jeśli mamy więzy, to zasada nadal obowiązuje, ale trzeba wprowadzić dodatkowe siły dobrane tak aby spełnić zależności narzucone przez więzy - numeryka z arbitralnymi więzami jest b. trudna).
Awatar użytkownika
Maciej3
Posty: 4748
Rejestracja: 2008-05-16, 11:36

Re: Osie/punkty obrotu jednostki pływającej

Post autor: Maciej3 »

Wiesz, to wszystko wydawało mi się dość jasne, do czasu.
Chodziło mi o znalezienie tej chwilowej osi obrotu. Ja wiem, że jej położenie zmienia się w czasie - ale jak ją wyliczyć w danym momencie?
W końcu przyjąłem arbitralnie w środku geometrycznym okrętu, a ciągle wychodziły bzdury.
Albo dobrze przy małych kątach przechyłu, albo dużych albo wcale...

Znalazłem przyczynę.
Błąd wredny jak sto pięćdziesiąt.
Wiadomo, że trzeba było policzyć momenty sił w odpowiednio przekształconych układach współrzędnych. Jak się sumowało momenty sił ciężkości w układzie obróconym zgodnie z aktualnym przechyłem kadłuba, z momentami sił wyporu zgodne z układem odniesienia umieszczonym co prawda w środku okrętu, ale z osiami równoległymi do powierzchni wody, to nic dziwnego że wychodziły jakieś badziewia.
Po ujednoliceniu układów jakoś zadziałało. Nawet na oko nie najgorzej.
Dla Nelsonów kąt krytyczny przechyłu ( czy jak go zwał ) przy normalnych zapasach amunicji i paliwa to około 54 stopnie. Dokładnej wartości nie chciało mi się szukać.
Przy 53, wstaje, przy 55 robi grzyba.
Dla KGV jest to około 70 stopni.
Nie mam teraz dostępu do biblioteczki. Pamiętam, że w Ravenie i Robetrsie były podane te krytyczne kąty dla których Nelsony mają się przewrócić.
Ma ktoś tą książkę pod ręką i mógłby podać jak bardzo mój model odbiega od rzeczywistości? ( oczywiście poza uproszczeniami w obliczeniach, trzeba jeszcze wziąć pod uwagę dokładność - czy raczej niedokładność - wykonania modelu Nelsona. )
Dla KGV wartość wydaje się zbyt duża, ale ostatnio trochę manipulowałem grubościami poszczególnych jego ścianek, jak mi się nie kładł, albo kładł za szybko, więc może być mocno przekłamany....

Dla uproszczenia przyjmuję, że środkiem obrotu ( chwilowym ) jest środek geometryczny okrętu. W sumie manipulowanie tym środkiem niewiele zmienia w zachowaniu jednostki. Znaczy coś tam zmienia, ale bez przesady.
Tylko położenie tego środka geometrycznego zmienia się w czasie. Bo działają różne siły, które powodują jego przemieszczanie się. Jedynie w momencie wykonywania obrotu przez ten bardzo krótki okres czasu przyjmuję, że jest stały ( przez jedno przejście pętli czasu rzeczywistego, potem zmiana itd ).

Z tymi dziwnymi oscylacjami to oczywiście racja. Skok przy obliczeniach numerycznych jest niezmiernie ważny.
Ale wielkości skoku nie chce mi się regulować - zresztą, nie mogę. W końcu to ma być czas rzeczywisty, więc skok taki w jakim tempie się to policzy.
Różnice w jego długości wpływają na różnice w zachowaniu się jednostki, zwłaszcza pocisków ( niewiele, ale skumulowany efekt z dłuższego czasu zaczyna mieć znaczenie ).
Zostawiam to. Wprowadza to element losowości bez używania generatora liczb losowych :)
Muszę jednak odgórnie ograniczyć długość tego skoku. Jak jest zbyt duży, to wiadomo - robi się badziew, bo obliczenia nijak się nie mają do rzeczywistości i zaczynają się pojawiać jakieś absurdalne wartości obliczeń i w efekcie absurdalne zachowanie jednostki.
Ale przy dzisiejszych procesorach... I jeszcze jak mi się zachce kiedyś przerobić to na aplikację wielowątkową....
Historia jest najlepszą nauczycielką życia, bo
Jeszcze nigdy, nikogo, niczego nie nauczyła.
Awatar użytkownika
Peperon
Posty: 6384
Rejestracja: 2010-11-05, 14:52
Lokalizacja: z Krakowa

Re: Osie/punkty obrotu jednostki pływającej

Post autor: Peperon »

Poniżej masz przepisane z niemieckiego wydania :diabel:
Stopnie wpisałem w ludzkim języku. :mrgreen:

maximale stabilität bei krängungswinkel 38 stopni
maximale stabilität bei krängungswinkel 67 stopni
verdrängung 33.500 ts
durchschnittlicher tiefgang 8,56 m
GM 2,35 m

Poprawka
Opis przy kącie 67 stopni brzmi jak niżej:
kenterpunkt (stabilitätsumfang), co według wujka Gugla tłumaczy się jako punkt wywrócenia (zakres stateczności).

Natomiast maximale stabilität bei krängungswinkel można przetłumaczyć jako maksymalny kąt stabilnego przechyłu lub maksymalny stabilny kąt przechyłu (tak mi wychodzi z tłumacza Gugla po "ulogicznieniu").
Ostatnio zmieniony 2015-10-24, 18:21 przez Peperon, łącznie zmieniany 1 raz.
Ludzkość dzieli się na trzy części.
Żywych, zmarłych i tych co na morzu.
Awatar użytkownika
Maciej3
Posty: 4748
Rejestracja: 2008-05-16, 11:36

Re: Osie/punkty obrotu jednostki pływającej

Post autor: Maciej3 »

Jeśli dobrze zrozumiałem, to przy 67 miał robić grzyba. Bo w 38 jakoś ciężko mi uwierzyć.
Te 38 to kąt przy którym zanika wzrost ramienia prostującego wraz z przechyłem?

Co by nie było.
Przechył 38 stopni wygląda tak
rodney38.jpg
Tak "na oko" powinien się jeszcze podnieść. Oczywiście jakby go doprowadzić to tego przechyły w stanie nieuszkodzonym ( jak? falą? )

A 67 stopni tak
rodney67.jpg
Cienko widzę wstanie.
Oczywiście w rzeczywistości będzie nieco większe zanurzenie. Tu to olałem, tylko wyświetliłem figurę na wodzie.

A tak wygląda zachowanie się KGV i Rodneya na fali.
Historia jest najlepszą nauczycielką życia, bo
Jeszcze nigdy, nikogo, niczego nie nauczyła.
Awatar użytkownika
Maciej3
Posty: 4748
Rejestracja: 2008-05-16, 11:36

Re: Osie/punkty obrotu jednostki pływającej

Post autor: Maciej3 »

Ha,
odpowiednio manipulując długością fali, udało mi się wprawić w rezonans ustawionego bokiem do fali Nelsona, w efekcie przy 8 metrowej fali się przewrócił.
Jak zmieniłem długość fali na inną to przy tej samej wysokości fali, tym samym ustawieniu okrętu, prędkości itd, jego przechyły nie przekraczały jakiś 20 stopni. Przy odpowiednio długiej fali nawet rzędu 15.
Czyli chyba jest w miarę OK.
Do projektowania jednostek pływających się to na pewno nie nadaje, ale na potrzeby "gry", chyba wystarczy?
Historia jest najlepszą nauczycielką życia, bo
Jeszcze nigdy, nikogo, niczego nie nauczyła.
Awatar użytkownika
Maciej3
Posty: 4748
Rejestracja: 2008-05-16, 11:36

Re: Osie/punkty obrotu jednostki pływającej

Post autor: Maciej3 »

Dzięki uprzejmości MarkaT, mam już te dane.
W sumie to mój model KGV nie taki najgorszy. U mnie wstaje przy ~70 stopniach ( przy pełnej wyporności), historycznie Howe w zależności od aktualnej wyporności wstawał od 63 do 67 stopni. IM większa wyporność tym większy kąt, z którego wstanie. Logiczne, bo przecież woda czy paliwo lądowały głęboko pod linią wodną.
Te 3 stopnie różnicy to zarówno niedokładności jak i badziewie, które w 42 Howe miał, a którego ja nie mam.

Nelson mnie zmartwił, bo historycznie wstawał i z 80 stopni, a u mnie znacznie wcześniej już nie.
Trzeba model przejrzeć.
Na szybko od razu widzę za grube nadbudówki.
NIe wiem czemu wpisałem ściany i pokłady grubości 20 mm.
Na pewno były cieńsze, ale ile mogły mieć?
To wbrew pozorom ma ogromne znaczenie dla stateczności.
Program to uwzględnia.
Historia jest najlepszą nauczycielką życia, bo
Jeszcze nigdy, nikogo, niczego nie nauczyła.
Awatar użytkownika
Maciej3
Posty: 4748
Rejestracja: 2008-05-16, 11:36

Re: Osie/punkty obrotu jednostki pływającej

Post autor: Maciej3 »

Peperon pisze:Poniżej masz przepisane z niemieckiego wydania :diabel:
Stopnie wpisałem w ludzkim języku. :mrgreen:

maximale stabilität bei krängungswinkel 38 stopni
maximale stabilität bei krängungswinkel 67 stopni
verdrängung 33.500 ts
durchschnittlicher tiefgang 8,56 m
GM 2,35 m

Poprawka
Opis przy kącie 67 stopni brzmi jak niżej:
kenterpunkt (stabilitätsumfang), co według wujka Gugla tłumaczy się jako punkt wywrócenia (zakres stateczności).

Natomiast maximale stabilität bei krängungswinkel można przetłumaczyć jako maksymalny kąt stabilnego przechyłu lub maksymalny stabilny kąt przechyłu (tak mi wychodzi z tłumacza Gugla po "ulogicznieniu").
Nie wiem, co tam niemiaszki nawypisywały ;), ale w oryginale jest, że te 38 i 67 stopni to dla wyporności standardowej.
Dla pełnej większe zakresy, a "ekstra głębokiej" to nawet z 80 stopni powinien się podnieść.
Te 38 stopni, to kąt dla którego jest największe ramię prostujące
Te 67 stopni, to kąt krytyczny

Czyli po ludzku.
Jak okręt się przechyla, to zmienia się kształt powierzchni zanurzonej i zaczyna pojawiać się siła prostująca. Dla "zwykłych" kadłubów im przechył większy tym ta siła większa. Do pewnego momentu. Jak pokład pogodowy wjedzie pod powierzchnię wody ( a w zasadzie nieco później ) dalsze zwiększanie przechyły już nie powoduje zwiększania tej siły prostującej, lecz znów spadanie.
Te 38 stopni to wartość największej siły prostującej.
Te 67 to wartość przy której siła prostująca ( konkretniej to ramię, ale mniejsza o dokładne nazewnictwo ) wynosi "0". Przy mniejszym kącie jeszcze jakaś tam minimalna siła prostująca jest. Przy większym kącie, wychylenie masy jest większe niż siła wyporu chcąca wyprostować okręt, i jednostka zaczyna się przewracać.
Przy kącie krytycznym jest w stanie równowagi. Dość mało stabilnej, ale równowagi ( w praktyce wiadomo ile jest taka równowaga warta ).

Tak czy inaczej serdecznie wam dziękuje.
Od jutra już biblioteczkę będę miał, ale jakoś te dwa dni braku dostępu do danych, strasznie mnie męczyły.
Historia jest najlepszą nauczycielką życia, bo
Jeszcze nigdy, nikogo, niczego nie nauczyła.
Awatar użytkownika
Maciej3
Posty: 4748
Rejestracja: 2008-05-16, 11:36

Re: Dynamika jednostki pływającej

Post autor: Maciej3 »

Zmieniłem tytuł wątku, żeby był bardziej adekwatny do późniejszych postów.

W każdym razie - chodzi mi teraz o parę uwag od praktyków.
Najpierw opiszę w czym problem.
Dane historyczne są jakie są, nic na to nie poradzę.
Mam zależność prędkości od mocy wygenerowanej przez siłownię.
Oczywiście ta prędkość odpowiada "stanowi ustalonemu", wiadomo, że jak przyśpieszamy to przy powiedzmy 20 w przykładamy moc odpowiadającą prędkości 25 węzłów ( czy ile tam ) i okręt się rozpędza.
Teraz pytanie za 3 punkty - jakie skoki mocy są możliwe? W górę oczywiście, choć prędkość zatrzymania śrub też jest interesująca. Czy jak idę z pełną prędkością, to mogę śruby zatrzymać "w miejscu"? I co to oznacza w praktyce, w końcu jest jakaś tam bezwładność, ale podejrzewam, że pomijalna w porównaniu do bezwładności całej jednostki.
Ale jak tak zatrzymam w miejscu, to na jak długo? Pamiętam z książki "pancernik Bismarck", że nie na długo, bo trzeba było odpowiednio turbiny schładzać ( czy coś ) żeby się nie popsuły.
Jakie to są orientacyjnie czasy?

Ale męczy mnie co innego.
Start z miejsca.
Mam sobie zależność
moc = siła * prędkość

Jak mam moc i prędkość to se wyliczę działającą siłę.
Oczywiście jest pewien problem przy prędkości 0, bo dzielenie przez zero się robi, ale można z tym sobie radzić.

Ale idziemy dalej.
Statek stoi.
Jak ruszam to jaką moc realnie mogę przyłożyć na śruby? Znaczy maszyny to może i dadzą prawie od ręki prawie 100%, ale przecież będzie wtedy jakaś kawitacja czy coś.
Pytam nie bez powodu. Dorobiłem sobie przyłożenie siły w odpowiednim miejscu ( śrub ), które przecież nie są w osi jednostki. Jak są symetryczne to momenty na boki się znoszą, ale przecież rufa będzie siadać, bo przecież śruby są poniżej środka obrotu, więc moment siły będzie. Moment bezwładności też mam, to i przyśpieszenia kątowe się policzyło, co wpływa na zmianę momentu siły wyporu itd.
O ile ta rufa siądzie?
Komputer jest gupi i nie ma problemu jak przy prędkości "0" od razu dostaje 100% mocy w milisekundę ( czy ile tam trwa przejście jednej pętli czasu rzeczywistego ). Kawitacji nie uwzględniam. W efekcie przy prędkości poniżej kilku m/s ( czy węzłów jak kto woli, mniejsza o dokładne wartości ) przy takiej mocy rufą siada jak rasowa motorówka. Błędu obliczeniowego nie ma, tak to wyjdzie. Jest oczywisty błąd w modelowaniu bo od 0 do 100% mocy w nanosekundę to się w prawdziwym świecie nie przejdzie.
Już przy kilku węzłach ten efekt znika i owszem jednostka siada rufą, ale minimalnie. Czasem nawet tego nie widać.

Teraz pytanie, czego się można spodziewać w praktyce na dużej jednostce ruszającej z miejsca?
Jaka moc jest realnie dostępna "od ręki" - czyli naprawdę "od ręki" a nie za 30 sekund, jak się silnik rozpędzi czy coś. Uda się uzyskać efekt "palenia gumy" czy silniczka w motorówce co to mieli małą śrubą w miejscu, zanim całość ruszy z miejsca?
A jak nie, to o jakich realnie wartościach mówimy.
No i po jakim czasie realnie będzie ta pełna moc? Maszyny rozgrzane, wszystko "pod parą" tylko czeka na rozkręcenie zaworów. Ruszam te zawory bo dostałem polecenie "wal ile wlezie z przeciążeniem maszyn". Po ilu sekundach czy raczej minutach będzie ta pełna moc? Rozpalanie pod kotłem czy wygrzewanie turbin pomijam, to wtedy to inne opóźnienia nie mają już żadnego znaczenia.
Ja tam szczur lądowy jestem, ale jak sobie przypomnę filmy z prawdziwymi jednostkami, to "efektu motorówki" na pancernikach jakoś nie widać. Zwykle. Znam parę zdjęć, gdzie faktycznie ta rufa się nurzała, ale przy większych prędkościach i nie we wszystkich przypadkach. Z tym to program sobie jakoś radzi, ale gwałtowne ruszanie z rufą siadającą o parę metrów w pierwszym momencie wygląda komicznie.
Historia jest najlepszą nauczycielką życia, bo
Jeszcze nigdy, nikogo, niczego nie nauczyła.
Awatar użytkownika
Grzechu
Posty: 1624
Rejestracja: 2004-06-29, 16:05
Lokalizacja: Kwidzyn (Powiśle)

Re: Dynamika jednostki pływającej

Post autor: Grzechu »

Myślę, że sporo - o ile nie wszystkie - odpowiedzi znalazłbyś w książce "Okrętowe turbiny parowe" Andrzeja Perepeczki (ja ją kartkowałem zaledwie, bo jest dla mnie "za mądra" ;)).
Poniżej przykładowy opis przestawienia turbiny na bieg wstecz:
Załączniki
Image1.jpg
Image1.jpg (136.86 KiB) Przejrzano 11052 razy
Republika marzeń...
Awatar użytkownika
AvM
Posty: 6360
Rejestracja: 2004-08-03, 01:56

Re: Dynamika jednostki pływającej

Post autor: AvM »

Polecam ksiazke mojego starszego kolegi z CTO

Dr,Dudziak "Teoria Okretu"
Wydawnictwo Morskie
Gdansk 1988
ISBN 83.-215-0113-3

Jakby bylo za madere byly podreczniki dla "Konradinum"
czyli Technikum Budowy Okretow we Wrzeszczu
i innych podobnych szkol.
Awatar użytkownika
Maciej3
Posty: 4748
Rejestracja: 2008-05-16, 11:36

Re: Dynamika jednostki pływającej

Post autor: Maciej3 »

Grzechu - dzięki
Sam czas otwarcia zaworu to ponad 3 minuty ( pi razy drzwi ). Zakładając dla uproszczenia liniową zależność mocy od otwarcia zaworu, widać że przez ileś tam sekund ( krytycznych dla zachowania się jednostki "jak motorówka" ) moc podawana przez turbiny jest bliska zeru, więc i siły działające niewielkie, ale wystarczające do ruszenia jednostki z miejsca, więc już po chwili dzielenia nie są przez bardzo małe liczby, więc i wyniki nie takie wielkie i wszystko staje się bardziej płynne.
Dzięki raz jeszcze.
Historia jest najlepszą nauczycielką życia, bo
Jeszcze nigdy, nikogo, niczego nie nauczyła.
Kossakowski
Posty: 149
Rejestracja: 2009-10-29, 16:42

Re: Dynamika jednostki pływającej

Post autor: Kossakowski »

Oj Maćku mieszasz z tą mocą straszliwie...

Postaram się wyjaśnić łopatologicznie.
Po otwarciu zaworów para uderza z pewną siłą na łopatki turbiny. Siła ta generuje moment obrotowy na wale. Ten moment powiększany jest na reduktorach (za cenę obniżenia prędkości obrotowej) i "podawany" na śruby generuje ruch jednostki. Moc jest wartością jedynie wynikową!
moc = moment obrotowy * prędkość kątowa (prędkość kątową można łatwo przeliczyć z RPMów)
Z powyższego wynika następujący wniosek.
W chwili, gdy para uderza w łopatki turbiny moc generowana przez maszynownię jest równa zero, bo wał nie kręci się wcale!
Wynika również, że maksymalną moc turbina uzyskuje przy maksymalnej prędkości okrętu.
Wtedy moment generowany przez turbinę jest największy oraz obroty są najwyższe możliwe. Iloczyn tych wartości daje w konsekwencji największą możliwą moc.

Nie zachodzi żadne zjawisko, które opisałeś jako skok mocy. Jeżeli założysz sobie, że turbina ma płaską charakterystykę momentu w całym zakresie prędkości obrotowej to moc rośnie liniowo w zależności od obrotów wału. Prędkość obrotowa wału wzrasta natomiast zgodnie z wzorem:
przyspieszenie kątowe wału = moment obrotowy turbiny/momenty bezwładności wszystkich elementów
Moment bezwładności turbiny, wałów, reduktora i śruby oraz opór jaki woda stawia ruchowi śruby jest tak duży, że rozpędzenie tego wszystkiego do maksymalnej prędkości to czasy rzędu kilkudziesięciu sekund lub nawet kilku minut.

Ogólnie dynamika ruchu okrętu nie będzie taka prosta do zamodelowania i to co napisałem to rzeczy bardzo uproszczone. Żeby to dokładnie modelować trzeba znać przebiegi charakterystyk turbiny oraz śruby, znać krzywą oporu jaką kadłub stawia przy danej prędkości, uwzględniać poślizg na śrubie i kawitację.
W poście chciałem tylko zwrócić uwagę, że okręt "płynie momentem", a nie mocą. Jeżeli będzie trzeba to mogę narysować kilka wykresików, które zobrazują to co napisałem powyżej.
ODPOWIEDZ