V — скорость судна, м/с.

Сила сопротивления воды

R= V² (7.5)

где ζ — безразмерный гидродинамический коэффициент полного сопротивления, зависящий от формы (обводов) корпуса и состояния его поверхности (шероховатости);

р — массовая плотность воды (для морской воды средней солености можно принимать р~ 1020 кг/м³);

Ώ— площадь смоченной поверхности корпуса, м³.

Из сопоставления формул ясно, что

k= (7.6)

т. е. коэффициент k зависит не только от формы и состояния поверхности корпуса, но и от его размеров, характеризуемых площадью смоченной поверхности, поэтому для каждого судна значение коэффициента k изменяется с изменением осадки.

Сила упора винта зависит от диаметра D_B, шагового отношения H/D_B, дискового отношения Θ, числа лопастей Z, частоты вращения n, также от взаимодействия винта с корпусом судна.

Для изменения скорости движения судна приходится изменять частоту вращения винта (винтов), а иногда и изменять направление вращения. т.е. выполнять реверсирование. Способ выполнения этих операций зависит от типа комплекса двигатель – движитель.

На всех судах устанавливаются определенные дискретные режимы двигателя (двигателей) для работы передним и задним ходом, которые по установившейся традиции, имеют следующие названия: самый малый ход, малый ход, средний ход, полный маневренный ход, полный ход. В конце каждого из указанных названий добавляется слово «вперед» или «назад». В дальнейшем для обозначения режимов будем пользоваться для краткости сокращениями: СМХП, МХП, СХП, ПХПм, ПХП, а также СМХЗ, МХЗ и т. Для каждого из перечисленных режимов устанавливается частота вращения винта. При этом для ПХП частота вращения соответствует мощности главного двигателя, обеспечивающей движение судна с эксплуатационной плановой скоростью. Поскольку коэффициент сопротивления воды зависит от осадки судна, то для реализации мощности двигателя в грузу и в балласте устанавливаются обычно разные значения частоты вращения: в балласте частота вращения винта и соответствующая ей эксплуатационная скорость судна несколько выше, чем в грузу.

Для промежуточных режимов частоты вращения устанавливаются таким образом, чтобы скорости судна имели по отношению к скорости полного хода примерно следующие значения: СХП=0,7 ПХП; МХП=0,5 ПХП; СМХП =0,3 ПХП.

Иногда для СМХП выбирается минимальная частота вращения, при которой еще обеспечивается устойчивая работа двигателя внутреннего сгорания. При этом скорость судна, соответствующая этой частоте, может быть меньше 0,3 от скорости полного хода.

Скорость ПХПм выбирается обычно несколько выше скорости среднего хода.

Примерная зависимость между частотами вращения винта и со­ответствующими им скоростями судна выражается формулой

^0.9 (7.7)

Эта формула позволяет приближенно определить скорость судна, соответствующую заданной частоте вращения винта, если известна скорость при какой-то другой частоте вращения.

Процесс движения судна после изменения частоты вращения работающего передним ходом двигателя описывается дифференциальным уравнением (7.2) которое для данного случая и (7.4) с учетом подстановки приобретает вид

m_X (7.8)

где Р_е — текущее значение силы упора винта на переднем ходу, Н.

Как показывает анализ модельных и натурных экспериментов, полезная сила упора винта на переднем ходу при изменении режима двигателя быстро приобретает значение, соответствующее этому новому режиму, после чего изменяется мало, т. е. остается близкой к постоянному значению в процессе изменения скорости судна. Сказанное позволяет сделать допущение, что полезная сила упора винта на переднем ходу в переходном процессе изменения скорости судна остается постоянной, т. е.

P_e=const (7.9)

Когда переходный процесс изменения скорости заканчивается, т. е. скорость приобретает установившееся значение (V=V_УСТ), ускорение

(или замедление) судна становится равным нулю ( )Следовательно, уравнение (7.7) для этого предельного случая приобретает вид

kV²_УСТ=P_e, (7.10)

а так как Р_е в процессе изменения скорости принята постоянной (7.9), то дифференциальное уравнение (7.8) можно записать в виде:

m_X (7.11)

где Vуст — значение установившейся скорости для используемого режима двигателя, м/с;

V — текущее значение скорости, м/с.

Если в конкретном случае V< V_УСТ, то уравнение (7.11) описывает процесс увеличения скорости судна. Если же V>V_уст, то происходит снижение скорости.