Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Science Education
Mechanical Engineering

A subscription to JoVE is required to view this content.
You will only be able to see the first 20 seconds.

יציבות של כלי שיט צפים
 
Click here for the English version

יציבות של כלי שיט צפים

Overview

מקור: אלכסנדר ס. רטנר וקווין ראו לי המחלקה להנדסה מכנית וגרעינית, אוניברסיטת פנסילבניה, פארק האוניברסיטאות, הרשות הפלסטינית

מטרת הניסוי הזה היא להדגים את תופעת היציבות של כלי שיט צפים - היכולת ימינה-עצמית כאשר הם מגולגלים לצד על ידי כוח חיצוני כלשהו. תכנון זהיר של צורות גוף הספינה וחלוקת מסה פנימית מאפשר לכלי שיט להיות יציבים עם טיוטות נמוכות (עומק שקוע של גוף הספינה), שיפור יכולת התמרון של כלי השיט והפחתת הגרירה.

בניסוי זה, תחילה תשונה סירה לדוגמה כדי לאפשר התאמה של מרכז המסה שלה (המייצג עומסי מטען שונים) ומעקב אוטומטי אחר זווית הגליל שלה. הסירה תונח במיכל מים, ותוטה לזוויות שונות בגבהים שונים של מרכז המסה שלה. לאחר שחרורו, ההתהפכות (התהפכות) או התנועה המתנדנדת של הסירה יהיו במעקב באמצעות מצלמה דיגיטלית ותוכנת ניתוח וידאו. התוצאות עבור זווית הגליל היציבה המרבית ותדירות התנודה יושוו לערכים תיאורטיים. חישובי יציבות יבוצעו באמצעות תכונות גיאומטריות ומבניות של הסירה שנקבעו בסביבת תכנון בסיוע מחשב.

Principles

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

כוח הציפה, התומך בכלי שיט צפים, שווה למשקל הנוזל שנעקר על ידי החלק השקוע של כלי שיט כאלה. כוח הציפה פועל כלפי מעלה, לאורך הקו האנכי העובר דרך המרכז (מרכז הנפח) של נפח שקוע זה. נקודה זו נקראת מרכז הציפה. אם מרכז המסה של מבנה צף נמצא מתחת למרכז הציפה שלו, כל ציד מתגלגל (תנועתעקב) יעניק רגע כדי לתקן את המבנה, ויחזיר אותו לכיוון הישר (איור 1א). אם מרכז המסה נמצא מעל מרכז הציפה, המבנה עלול להיות לא יציב ולגרום לו להתהפך אם הוא מופרע (איור 1ב). עם זאת, אם גוף הספינה הצפה מתוכנן בקפידה, הוא יכול להיות יציב, גם אם מרכז המסה שלו נמצא מעל מרכז הציפה שלו. כאן, להטות את כלי השיט מעט גורם לצורת הנפח השקוע שלו להשתנות, הסטת מרכז הציפה שלו כלפי חוץ לכיוון ההטיה. התוצאה היא רגע ימין נטו כל עוד קו הפעולה של ציפה הוא מחוץ למרכז המסה של המבנה (איור 1c). באופן שווה, כלי יהיה יציב אם נקודת ההצטלבות של קו הפעולה של ציפה ואת קו האמצע של גוף הספינה (metacenter) הוא מעל מרכז המסה שלה. חלק מהכלים הם מטא-כיווניים- רק כיוונון עצמי עד לזווית קריטית כלשהי.

חשוב גם לשקול את ההתנהגות הדינמית של כלי צף. דחפים חזקים מגלים עלולים לגרום לסירה להסתובב מעבר לגבול המטא-גרורתי שלה, גם אם זווית ההטיה הראשונית קטנה (כלומר, Equation 1 גדולה Equation 2 לקטן). התדירות והמשרעת של תנודה עשויים להשפיע גם על נוחות הנוסעים. ניתן לחזות את תנועת הסיבוב של כלי השיט באיזון רגעי על מרכז המסה שלו. כאן, אניzz הוא הרגע של אינרציה על מרכז המסה, θ הוא זווית הגליל, m הוא מסת כלי השיט, ו Lס"מ, mc הוא המרחק לאורך קו האמצע של הסירה ממרכז המסה שלה metacenter שלה.

Equation 3 (1)

Figure 1

איור 1: א. כלי יציב עם מרכז המסה מתחת למרכז הציפה, הבטחת רגע ימין. b. כלי לא יציב עם מרכז המסה מעל מרכז הציפה. ג. צורת גוף הגורמת למרכז הציפה לפעול מחוץ למרכז המסה (מטה-מרכז מעל מרכז המסה). זה מניב יציבות גם עם מרכז המסה מעל מרכז הציפה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Procedure

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. מדידת זווית היציבות המרבית

  1. בחר סירה קטנה. מומלץ גוון פשוט יחסית לצמצם את מורכבות הניתוח בסעיפים 3 ו-4.
  2. חבר תורן אנכי קל משקל בצבע בהיר לסירה (מומלץ כחול). קוד MATLAB שסופק עוקב אחר מיקום התורן בסרטון על-ידי חיפוש פיקסלים כחולים בהירים בתמונה. אם נעשה שימוש בתורן צבע אחר, יהיה צורך להתאים את קוד ניתוח התמונה בהתאם.
  3. הדביקו עניבת כבלים לתורן כדי לשמש כתחנה למשקל. החלק משקל(למשל,אגוז צימוד) על התורן כך שהוא נשען על העצירה.
  4. מניחים את הסירה במיכל מים גדול יותר, ואפשרו לה להתיישב (איור 2א). מקם את ההתקנה כך שזרימת האוויר בחדר לא תפריע לסירה. התקן מצלמת וידאו הפונה לתורן לאורך הסירה. מומלץ תפאורה לבנה.
  5. לאסוף וידאו הפניה של הסירה במנוחה, ולנתח אותו באמצעות הפונקציה MATLAB שסופקה(TrackMast.m). התאם את כיוון המצלמה עד שהיא תקרא נכון 0-הטיה כאשר הסירה נמצאת במנוחה. ייתכן שיהיה עליך להתאים את הפרמטרים מיסוך כדי לבודד את התורן על שורה 17 של הקוד.
  6. לאסוף קטעי וידאו של בהדרגה מאוד מפנה את הסירה על ידי לחיצה לצדדים על החלק העליון של התורן עד שהוא נופל על שלה (מתהפך). שמור את התורן במסגרת הווידאו זמן רב ככל האפשר במהלך כל בדיקה. בצע הליך זה עבור גבהים שונים של המשקל. הקלט את גובה המשקל על התורן עבור כל מקרה.
  7. נתח סרטוני וידאו אלה באמצעות קובץ Script MATLAB שסופק. עבור כל מקרה, ניתן לקבוע את הזווית היציבה המרבית על-ידי בדיקת זווית הפלט ומערכי הזמן. השלם טבלה של זווית התהפכות לעומת גובה המשקל.

Figure 2
איור 2: א. סירת דגם עם משקל מתכוונן על התורן, b. וריאציית זווית גליל עם כאשר שוחרר מזווית קלה (שלב 2.1), ג. חלקת צפיפות ספקטרום הספקטרום של (ב) המציגה תדר תנודות שיא של 1.4 הרץ אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

2. מדידת תדירות התנודה

  1. בצע ערכה שנייה של ניסויי הטיה עם שני גבהים שונים במשקל התורן. הפעם, רק להטות את הסירה מעט (~ 10 °), ולאסוף קטעי וידאו של סירת נדנדה עבור 10 - 15 s.
  2. הפעל מחדש את פונקציית המעקב אחר התורן בסרטון הווידאו. לאחר קריאה לפונקציה, הערך את הביטוי הבא של MATLAB בפלט: pwelch( טטה,[],[], [],1/(t(2)-t(1)) ); . זה יתווה את צפיפות ספקטרום הכוח עבור סירת הנדנדה. התדירות המתגלגלת העיקרית היא ערך השיא בעלילה זו (איור 2b-c).

3. חיזוי זווית ההטיה

  1. באמצעות קנה מידה, למדוד את המסה של סירת הדגם, כולל התורן והמשקל.
  2. עבור כל מיקום של משקל התורן המוערך בשלב 1.5, איזון הסירה בצד שלה עם התורן על קצה ישר. תיעד את גובה נקודת האיזון מתחתית גוף הספינה כמרכז המסה (Hcm).
  3. באמצעות חבילת תוכנה CAD, ליצור מודל בקנה מידה של הסירה התורן עם משקל. ודא כי גוף מלא (מוצק) בדגם זה (איור 3א).
  4. מקם את המודל כך שקו המרכז של המעטפת התחתונה (השדרית) עולה בקנה אחד עם המקור בסביבת CAD והתורן הוא (בתחילה) מקביל לציר האנכי (y).
  5. בסביבת CAD, לסובב את הסירה על ציר z, אשר לאורך גוף הספינה, במרווחים קטנים (למשל, 5°, 10°, 15 °...).
  6. לאחר כל סיבוב, לחתוך את כל הסירה מעל רמה אנכית, כך שהנפח של החלק התחתון הנותר שווה את מסת הסירה הכוללת חלקי צפיפות המים (m / ρw, ρw = 1000 ק"ג מ'-3). זה מייצג את החלק של הסירה מתחת לקו המים כאשר הוא צף בזווית זו (איור 3b).
  7. באמצעות התכונה "מאפייני מסה" בתוכנת CAD, להעריך את מיקום x של centroid של המעטפת הנותרת. כאן, המקור צריך להיות לאורך הקצה הנמוך ביותר של boal (השדרית), ואת ציר x צריך להצביע בכיוון האופקי. זה מייצג את מרכז הציפה (xb); כוח הציפה פועל דרך נקודה זו. הכן טבלה של xס"מ לעומת θ.
  8. עבור כל זווית יציבה מקסימלית (θ) שזוהתה בשלב 1.6, השווה את זרוע הרגע של משקל הסירה ( Equation 4 ) ואת זרוע הרגע של כוח הציפה המשקם ( Equation 5 ). ייתכן שיהיה עליך לבצע אינטרפולציה בין הערכים שהושגו בשלב 3.7. האם אלה מאזנים בערך?

Figure 3
איור 3: א. מלא בדגם של גוף הסירה, ב. חיתוך אנכי של גוף הספינה, חושף את הנפח השקוע של כלי השיט, ג. דגם מדויק פיזית של כלי השיט.

4. חיזוי תקופת התנודה

  1. לייצר דגם CAD שני של הסירה עם המיקום של המשקל המתאים למקרים בשלב 2.1. הפעם דגם את העובי בפועל של גוף הספינה (כלומר,לא מלא, איור 3c). התאם את צפיפות החומרים לערכים בפועל.
  2. באמצעות תוכנה CAD "מאפייני מסה", להעריך את הרגע של אינרציה של הסירה על מרכז המסה שלה לאורך ציר הגליל (Izz) עבור גבהים משקל.
  3. באמצעות תוצאות של שלבים קודמים, ואת המיקום xשל מרכז הציפה נמדד כאשר Equation 6 (שלב 3.7), להעריך את תדרי התנודה התיאורטית:
    Equation 7 (2)
  4. השווה את התוצאה התיאורטית של שלב 4.3 עם תדרי התנודה הנמדדים. האם ערכים אלה מסכימים באופן סביר?

בעת הערכת כלי שיט ומבנים צפים, מדד הביצועים החשוב ביותר, מלבד להישאר לצוף, הוא לטעון כי הוא יכול להישאר זקוף. למעשה, עבור כלי שיט רבים, היכולת להישאר לצוף תלויה במידה רבה ביכולת לשמור על אוריינטציה מסוימת. כלי שיט שהתהפך צפוי להציף ולאחר מכן לאבד ציפה חיובית. אפילו בתרחישים פחות קיצוניים, הבטיחות והנוחות של הצוות והמטען מונחות על כף המאזניים. נטייה זו של כלי לתקן את עצמו או להתהפך כאשר מופרע מאופיין ביציבותו. למרבה הצער, שינויים המשפרים את היציבות משפיעים לעתים קרובות לרעה על מדדי ביצועים חשובים אחרים כגון יעילות דלק ויכולת תמרון. בגלל החלפה זו, מיטוב עיצוב לבטיחות וביצועים דורש בדרך כלל הבטחת יציבות מספקת אך לא מקסימלית. בהמשך סרטון זה, נמחיש כיצד התפלגות הצורה והמשקל של מבנה צף משפיעה על יציבותו. לאחר מכן נבחן עקרונות אלה באופן ניסיוני על סירת מודל ונשווה את התוצאות עם תחזיות תיאורטיות שנעשו על ידי תוכנת עיצוב בעזרת מחשב.

בסרטון קודם, כיסינו את היסודות של ציפה וכוח המשיכה. כעת נבחן כיצד שני הכוחות הללו יכולים להשפיע על הכיוון של אובייקט. זכור כי עבור אובייקט מורחב, ההשפעה המצטברת של הכבידה היא כוח העובר דרך מרכז המסה שווה ערך למשקל הכולל של האובייקט. באופן דומה, כוח הציפה נטו עובר דרך מרכז הציפה במרכז החלק השקוע של האובייקט. לכן, אם האובייקט שקוע חלקית בלבד או שהמסה אינה מופצת באופן שווה, מומנט יכול להתפתח. אם מרכז המסה נמצא מתחת למרכז הציפה, כל תנועה מתגלגלת או עקב הצידה תעניק רגע שחזור כדי לתקן את המבנה. תצורה זו תמיד יציבה, אך בדרך כלל דורשת שקוע באמצעי אחסון גדול יותר. עכשיו, אם מרכז המסה מורם מעל מרכז הציפה, המבנה עלול להפוך לבלתי יציב וכל תנועת עקבים תואץ על ידי הרגע המוענק, מה שיגרום לו להתהפך. שים לב כי מרכז מסה גבוה יותר אינו מבטיח כי המבנה יהיה בלתי יציב לחלוטין. גוף מעוצב בקפידה יכול להפוך את המבנה metastable, כי הוא יציב עד זווית קריטית. זה קורה כי באופן כללי, הצורה של החלק השקוע משתנה עם זווית עקב כך מרכז הציפה משתנה כמו המבנה נוטה. אם הוא זז לרוחב מחוץ למרכז המסה, אז הרגע הזה יפעל כדי לתקן את המבנה. באופן שווה, כלי השיט יהיה יציב כל עוד מרכז המסה נמצא מתחת למרכז, שהוא נקודת ההצטלבות בין קו האמצע של גוף הספינה לבין קו הפעולה של הציפה. ההתנהגות הדינמית של מבנה צף חשובה גם מכיוון שדחפים חזקים מהסביבה יכולים להניע אותו מעבר לגבול המטא-סעיפים שלו. התדירות והמשרעת של תנודות משפיעות גם על הבטיחות והנוחות של הנוסעים והמטען. ניתן לחזות את התנועה הסיבובית של כלי השיט עם איזון רגעי סביב מרכז המסה שלו, מה שמביא למשוואה דיפרנציאלית מסדר שני לזווית העקב, התלויה ברגע האינרציה על מרכז המסה של הכלי, המסה הכוללת, התאוצה עקב הכבידה והמרחק L לאורך קו האמצע של הכלי ממרכז המסה למטא-מרכז. פתרונות למשוואה זו לזוויות קטנות הם חטאים וקוסינוסים המשתנים בתדר התנודה הטבעי של הכלי המסומנים על ידי אומגה. עכשיו שראינו איך לקבוע יציבות בתיאוריה, בואו נשתמש בידע הזה כדי לנתח עיצוב גוף באופן ניסיוני.

הקימו אמבט מים באזור מוגן מפני זרמי אוויר והניחו מאחוריו רקע לבן מוצק. עכשיו להשיג סירה קטנה, רצוי לבן עם עיצוב גוף פשוט. חבר תורן קל משקל בצבע בהיר במרכז הסירה וצף אותו על המים כך שהוא מצביע לכיוון המצלמה. הקימו מצלמה מול האמבטיה כך שהסירה תתמקד במסך והתאמו את גובה המצלמה כך ששדה הראייה יתפוס את חלק התורן מעל הסירה. ודא שהאזור מואר היטב והקליט סרטון התייחסות של הסירה במנוחה. נשתמש בקוד מותאם אישית כדי לעקוב אחר זווית התורן על ידי בידוד צבע התורן בהקלטות מהמצלמה. עיין בטקסט לקבלת פרטים וקוד לדוגמה. נתח את סרטון הייחוס כדי לוודא שהמעקב פועל כראוי ולהתאים את הקוד לפי הצורך כדי לבודד את התורן. לבסוף, יישר את המצלמה עד שהקוד לא מדווח על זווית הטיה עם הסירה במנוחה. לאחר הקוד והמצלמה מותאמים, להסיר את הסירה מהמים ולייבש את גוף הספינה. מצמידים עניבת כבלים בסנטימטר אחד מתחתית התורן, כך שהוא יכול לתמוך במשקל. עכשיו להחליק משקל למטה על התורן ולשקול את התורן הכולל של הסירה כאשר יבש. לאחר מכן, להקליט את גובה המשקל על התורן ולאחר מכן להשתמש בקצה ישר כדי לאזן את הסירה בצד שלה. נקודת איזון זו מזהה את מרכז המסה של הסירה. תעד את המרחק מתחתית המעטפת למרכז המסה. הניחו את הסירה בחזרה במים והקליטו סרטון תוך כדי הטה הדרגתית של הסירה, לחיצה לצדדים על החלק העליון של התורן עד שהיא מתהפכת. עכשיו לצלם וידאו שני עם הסירה בתחילה הטה כ 10 מעלות ולאחר מכן שוחרר פתאום. הקלט את התנודות במשך 10 עד 15 שניות. חזור על הליך התהפכות שלוש או ארבע פעמים נוספות להגדלת הגבהים של המשקל. בגובה הסופי, להקליט וידאו נוסף של התנודות כמו קודם. נתח כל אחד מהסרטונים המתהפכות באמצעות סקריפט הניתוח. הזווית היציבה המרבית יכולה להיקבע על ידי בדיקה של התרשים, מחפש את הנקודה שמעבר לה הסירה מתגלגלת במהירות. במקרה זה, זה קורה סביב מינוס 26 מעלות. השלם טבלה עם גבהים של המשקל ומרכז המסה והתהפכו בזווית. לאחר מכן, נתח את שני סרטוני התנודה. קבע את תדר התנודה הדומיננטי על ידי בדיקת האנימציה של תנועת התורן או הגרף של זווית התורן עם הזמן או באמצעות פונקציית הערכת צפיפות ספקטרלית כוח. הליך ניסיוני זה שימושי לבדיקות בקנה מידה קטן ועיצובים פשוטים, אך הוא לא תמיד מעשי בתרחישים בעולם האמיתי או למיטוב מהיר של עיצוב. בחלק הבא, נדגים גישה מספרית לניתוח הסירה ונשווה את התוצאות לממצאים ניסיוניים אלה.

נשתמש בחבילת עיצוב או CAD בעזרת מחשב כדי לנתח את היציבות של סירת הדגם. ראשית, בואו נראה כיצד לקבוע את מרכז הציפה. השתמש בתוכנת CAD כדי ליצור דגם מוצק בקנה מידה של גוף הסירה. מקם את המודל כך שקו האמצע של השדרית יהיה בקנה אחד עם המקור בסביבת CAD והתורן מקביל לציר האנכי. זכור כי מרכז הציפה נמצא במרכז החלק השקוע של גוף הספינה. אז כדי למצוא את מרכז הציפה, עלינו לבודד תחילה את החלק השקוע של כלי השיט. צור מישור אופקי חוצה את גוף הספינה כדי לייצג את פני השטח הנוזליים ולאחר מכן להסיר את כל מה שמעל המישור. אם המטוס היה בגובה הנכון, הנפח הנותר יהיה שווה למסה הכוללת של הסירה חלקי צפיפות הנוזלים. בטל את החיתוך והתאם את גובה המישור לפי הצורך עד שהנפח הנותר יהיה נכון. כאשר נמצא החלק השקוע הנכון של גוף הספינה, השתמש בפונקציית המאפיינים ההמוניים של תוכנת CAD כדי להעריך את ההיסט הרוחב של הצנטרואיד של אמצעי אחסון זה. במקרה זה, מאז המעטפת היא סימטרית ורמה, אתה צריך למצוא שום היסט לרוחב. במילים אחרות, המרכז יהיה בקו האמצע של המעטפת. חזור על תהליך זה להגדלת זוויות עקב של הסירה כדי לבנות שולחן של היסט centroid כפונקציה של זווית עקב. כשתסיים, שרטט את התוצאות והתאים פולינום מעוקב למרכז הציפה. עכשיו התווו את ההיסט הרוחב של מרכז המסה, שהוא גובהו כפול הסינוס של זווית העקבים. בזווית הקריטית, מרכז המסה יהיה במטה-מרכז וההיכוסים לרוחב יהיו שווים. אתה צריך למצוא כי הזווית הקריטית החזויה תואמת את הערך הניסיוני בתוך אי ודאות סבירה. עכשיו בואו ננבא באופן מספרי את תדר התנודה הטבעי של סירת הדגם. מקד את מודל CAD כך שיתאים לעובי בפועל של גוף הספינה והוסף את התורן והמשקל. התאם את גובה המשקל כך שיתאים למיקום במבחן התנודה הראשון. התאם את צפיפות החומרים במודל לערכים בפועל ולאחר מכן השתמש בפונקציית המאפיינים ההמוניים כדי להעריך את רגע האינרציה סביב מרכז המסה לאורך ציר העקבים. חזור על תהליך זה עבור המיקום השני של המשקל שבו מדדת את תדר התנודה. חשב את הגובה של metacenter במהלך תנודות קטנות על ידי הנחת זווית עקב קטנה כגון חמש מעלות. הפחת את הגובה של מרכז המסה שמדדת קודם לכן כדי לקבוע את אורך זרוע הרגע L. עכשיו להשתמש בפתרון שמצאנו קודם לכן כדי לחשב את התדירות הטבעית של התנועה המתגלגלת. השווה תדרים מחושבים אלה לתדרים הנמדדים שצפית בהם בעבר. אתה צריך למצוא התאמה קרובה. שים לב כי במקרה יציב יותר המוצג בשורה העליונה, אשר יש מרכז תחתון של מסה hCM, אורך זרוע הרגע שחזור L גדול יותר. התוצאה היא תדירות גבוהה יותר של גלגול מאשר במקרה פחות יציב בשורה התחתונה.

עכשיו שראינו כמה שיטות לניתוח עיצוב גוף הספינה, בואו נראה איך אלה מיושמים בתרחישים אמיתיים. יציבות היא שיקול חשוב ביותר בתכנון של כל המבנים והכלים הצפים. ספינות הפועלות עם טיוטות רדודות, כלומר עם רוב כלי השיט מעל פני המים, הפחיתו את הגרירה ויכולת התמרון הטובה יותר. בכלי מטען גדולים, מכולות משלוח ניתן לערום גבוה מעל הסיפון העליון, הגדלת קיבולת המטען להקלה על פעולות טעינה ופריקה. שני שיפורים אלה דורשים מרכז מסה גבוה יותר והם נעשים מעשיים על ידי תכנון זהיר של גוף הספינה כדי להבטיח כי כלי הם metastable. בספינות שייט, טיוטות רדודות מאפשרות יותר חלונות וסיפונים לנוסעים. ספינות אלה מתוכננות לא רק להיות metastable, אלא גם יש תדר תנודה נוח, טבעי. יציבות גבוהה יותר מניבה תדירות נדנדה גבוהה יותר אשר עשוי להיות מהיר באי נוחות עבור אלה על הסיפון.

הרגע צפית בהקדמה של יובה ליציבות של כלי שיט צפים. כעת עליכם להבין כיצד מיקומו היחסי של מרכז המסה ומרכז הציפה של מבנה צף משפיעים על יציבות המבנה ועל תדירות התנודות הטבעית. ראית גם כיצד לנתח עיצוב גוף הן באופן ניסיוני והן באמצעות כלי עיצוב בעזרת מחשב. תודה שצפיתם.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here
מסה כוללת
(m, קילוגרם)
מרכז המסה
(Hס"מ,מ')
מרכז הציפה
(
Equation 8 , מ ')
רגע האינרציה
(Izz, ק"ג2)
0.088
(שלב 3.1)
0.053
(שלב 3.2)
0.0078
(שלב 3.7)
0.00052
(שלב 4.2)

טבלה 1. מאפיינים של סירה מודל עם 24 גרם משקל ממוקם 13 ס"מ מעל השדרית.

שלב הליך ערך ניסיוני ערך חזוי
זווית גליל יציבה מרבית (1.6, 3.8) ~ 25° 28.5°
תדר גליל טבעי (2.2, 4.3) 1.4 הרץ 1.24 הרץ

טבלה 2. זווית גליל יציבה מקסימלית ותדירות מתגלגלת של סירה עם משקל 24 גרם 13 ס"מ מעל השדרית.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Applications and Summary

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

ניסוי זה הדגים את תופעות היציבות של כלי שיט צפים וכיצד ספינות יכולות להישאר זקופות גם עם מוקדי מסה גבוהים יחסית. לדוגמה, בתוצאות הייצוגיות, סירה מדגם קטן עם מרכז מסה (Hcm = 5.3 ס"מ) הרבה מעל קו המים(קו מים H~ 1 - 2 ס"מ) יכול לחזור למקומו זקוף לאחר שהיטה לזווית ~ 25 °. בניסויים נמדדה הזווית היציבה המרבית עבור סירת מודל עם מרכזי מסה אנכיים שונים. ההשפעה של מרכז גובה המסה על תדירות תנודה (גלגול) הוערכה גם. שתי המדידות הללו הושוו לערכים תיאורטיים שהושגו באמצעות פרמטרים גיאומטריים בחבילות CAD. תוצאות ונהלים אלה יכולים לשמש נקודת התחלה עבור סטודנטים המבקשים לעצב ולנתח מבנים צפים.

מאפיין היציבות חיוני לתכנון ותפעול של כלי שיט. ספינות הפועלות עם טיוטות רדודות (רוב כלי השיט מעל המים) הפחיתו את הגרירה ואת יכולת התמרון המוגברת. בכלי מטען גדולים, מכולות משלוח ניתן לערום גבוה מעל הסיפון העליון, הגדלת קיבולת המטען להקלה על פעולות טעינה ופריקה. באוניות שייט, טיוטות רדודות מאפשרות חלונות וסיפונים רבים לנוסעים. בעוד היציבות היא קריטית לבטיחות, צורות גוף יציבות מאוד Equation 9 (גבוה) מניבות תדרי נדנדה מהירים (Eqn. 2), אשר עשוי להיות מהיר באי נוחות עבור הנוסעים. ניתוחי יציבות הידרוסטטית, כפי שהוכח בניסוי זה, הם אפוא כלים חיוניים להנחות הנדסה ימית.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Transcript

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter