Practicum mt5l3p.
Scheepsbewegingen
Ing. A. Goeman
Report 1140-M
April 1998
TU Deift
Faculty of Mechanical Engineering and Marine Technology Ship Hydromechanics LaboratoryInhoud.
Inleiding practicum rnt5i 3p
a
De meetopstelling
4
De aankondiging
10
De administratieve athandeling
il
(Titelpagina)
12
Oscillatieproef met een ton
13
Dompen van een ton in golven
15
Weerstand en bewegingen in golven
17
Stabiliteits- en slingerproeven in viak water
20
Inleiding practicum rnt5i3p.
In dit rapport wordt een beschrijving gegeven van het practicim mt5l 3p.
Hét practicum omvat een aantal proeven (die ook sumier beschreven zijn in het diktaat mt5 1 3). Oscillatie van. een ton voor de bepaling van toegevoegdö massa en dempirg, en berékenirg van de bewegingen. in golven.
Dompende ton. in golven, voor de. verificatie van bovengenoemde berekeningen.
Kotter varend in golven, bepaIing van overdrachtsfuncties voor dompen en stampen en.
weerstandstoeriame in golven.
Bepaling. van stabiliteit, slingertijd en slingerdemping vaneen kotter..
De proeven worden uitgevoerd in vier dagdelen, bij voorkeur in één week, met een groep van 5 a 6 studenten en meteen op de wagen uitgewerkt Een rapportage achteraf behoeft dan niet meer te worden gemaakt.
Dit rapport omvat;
- dé "technische" beschrijving van de meetopstellingen, met aansluitschema. de aankondiging aan de studenten. de administratieve afhandeling.
beschrijving van de uitvoering: van, de proeven zoals ook de studenten die krijgen, aangevuld met gegevens voor de proeflèider'(cursief gedrukt). '
Er zijn een aantal eenvoudige rekenprogramma's beschikbaar voor gebruik bij dit practicum. Bij de beschrijving van de diverse proeven worden de programma's nader toegelicht.
De rneetopstelling.
De Sleepwaaen
De kleine, sleepwagen wordt voorzien van de "schrik"balken. Daarboven worden 'drie tafelbiaden kläargelegd voor gebruik door de studénten. Achterop de wagen zit een stoelvoor montage van de éénpoots-oscillator.
Waterdiepte kleine tank 1.23 m (standaard). Oscillerende ton.
De éénpoots-oscillator achterop de sleepwagen monteren. Met de oscillator in de middenstand
moet de ton een diepgang hebben van 400 mm. Voeding DVP '520 60C, motorregeling "HO" en teller op achterste tafél bij, de oscillator plaatsen.
lîussen ton en oscillatorpoot een dynamometer van 10 kg monteren. Op de oscillator een
verplaatsingsopnemer monteren.
Signalen van oscillàtie en dynamometer (beweging en kracht) uit te schrijven op een recorder,
gefilterd' voor hoge frequenties ( > 15 Hz. d.m.v. (Krohn-Hite) filter).
Beweging: 1 cm = cm.
Kracht: 1 cm = Newton
Oscillatie-frequentie 3 tot 5.5 rad/sec.
Oscillatie-amplitude 40 mm.
(zie schema I) Dompende ton.,
Dompgeleider ophangen aan achterste schetsplaat tegen het looppad Boyen op dompgeleide stang de verplaatsingsopnemer monteren. Luchtlagers niet voeden vanuit de wagencompressor, die kan het nauwelujks aan, daarom is het beter een slang van elders uit te leggen maar dan mag er niet
gereden Worden!il Sleepwagen bij de ramen in de tankwand zetten, daar vlak 'bij zit ook een
luchtaansluiting.
Dornpsignaal uit te schrijven op recorder, i cm = cm, (niet filteren, signaal op de uitgang
(BNC-t-stuk) vanhet filter aansluiten.
Trapje klaarzettent.p.v. de ramen van de kleine tank (am van de wagen te kunnen komen). Massa van de ton i2.27 kg.
(zie schema Il) Golf hoogtemeter.
Sonische golfhoogtemeter te montéren aan de dàarvoor bestemde hauten paal, aan te slúitenop Wave-height-meter-set in verstérkerrek.
N.B. De sonische ,golfhoogtemeter kan geen al te stijie go/ven registreren en heeft een, vertra ging
van 30 msec. (het vaststellen van de go/fhoogte kost even tijd).
Golfhoogte-sïgnaal uit te schrijven op de recoider, 1 cm = cm.
A/s alternatief kan ook een "hark" go/fhoogte sensor worden gemonteerd aanges/o ten op een "Peekel"-go/fhoogtemeter; het signaal daarvan kan meteen via een versterker worden ingevoerd
in de recorder (N B Deze go/fhoogtemeter kent geen vertraging en registreert we! stiJ/e go/ven maar verstoort 'het water voor het mode! en ¡s kwetsbaar bij verwisseling van het model). Golfmaker kleine tank.
Golfmaker bedrijfsklaar maken voor'regelmatige golven van 1.25 m tot 3 m lengte, (frequentie 1,. 1 1 tot .70hz.)
Een "sinusvormig" ingangssignaal te genereren met een "Schneider"signaaigenerator of overeen-komstige sinus-generator.
Golfsignaal via versterker uit te schrijven op een recorder. j(ottermodel.
Kottermodel no. SH-320 voorzien van ballast-gewichten ander bakdek en op roerkoning. Motor,
schroefdynamorneter, inclihometer en loodballast onder dek dienen aanwezig te zijñ. Schroef en, roer worden niet aangebracht i.v.m. kwetsbaarheid.
Dompgeleidesysteem monteren op schrikbalken Tussen dompstang en scharnier een dynamometer van 5 kg te monteren en potmeters voor domp en stamp-meting.
Weerstand-dynamometer aan te sluiten op rekmeter, registreren via A/Dconverter op PC.
Domp- en stampsignaal aanslùiten via 4-kanaals-potmeter-versterker op recorder. Massa model 53.09 kg, diepgar T = .125 m, Ta = .182 m, traagheidsstraal 1/4 L. (Als vaste ballast en uitrusting aanwezig zijn 'is het model gebruiksklaar) (zie schema lll). Heiling- en slinoerproeven.
Het zelfde 'kottermodel no. SH-320 voorzien van mast met ra en verplaatsbare gewichten ( â 2 kg p.st.) aan de ra.
Hellingshoek te meten met 'Lucas Accustar' hellingmeter (met aparte voeding 15 y) via verster ker rgistreren op recorder Verder niets aan te sluiten het model drijft los in de tank voor de wagen koppeisnoer op te hangen aan een úitstekende paal voor de wagen.
Massa kotter 53.09 kg, ballastgewichten aanbrengen op roerkoning' en t.pv. dompgeleidesysteem., Schroef en roer worden niet aangebracht i.v.m. kwetsbaarheid.
(zie schema IV).
/
Krohn-H ¡te filter. 6 4 Sonische GoIfhmeter
Schema I: Oscillerencie Ton.
o
jjÍI\
Teller Rekrn. R AID-Cony. Comp.
Motore9. HO Voeding DCP 520 60C Rekrn. F Powe-SuppIy Ve,eker WeHçtmete, Verierker 4-kansaJs- potmter-verelerkor
i
unit-Krohn-Hite filter.
Rekm. R AID-Cony. Comp.
S on isc he
Golfhmeter
D
Schema II: Dompende Ton.
7 PowerSuDpty Veisterkes Weve-Heiçhtnete Verierke, 4kanaaI- potmeter-ver,tcrker unit
l7eIler Motorreg, HO Voeding DCP 520 60C
- F
Rekm. R A/D-Conv. Rekm. F Kohn-Hite filter.Schema III: Kot.ter in golven.
8 Sonische Golf h.rneter Comp. J Powef-Supply Ve,,te,ke, Weve-Heightmeier Ve,sevker 4keneeIe- potnieter-verste, kot unit
Teller Motorreg. HO Voeding DCP 520 60C F Rèkrn. R Rekm. F Krohn-Hite filter. A/D-Conv.
LL
Schema IV; Slingérende Kotter.
Comp. Sonische Golfh.meter Powe,-Súpply Vete,ker WveHqhtmete, Veteke 4-kanoal.-potmeer. veraterker
De aankondiging.
Het practicum wordt gehouden tijdens het tweede dimester van het college mt513, gedurende
ongeveer 5 a 6 weken, op de kleine sleepwagen.. Aankondigingen worden tijdig verspreid:
opgehangen: op de publikatieborden. geplaatst in de Koppeling
bekend gemaakt via het college rnt5 13.
Eon 'inschrijvingslijst wordt gelijktijdig met de aankondigingen neergelegd bij de studenten-admini-stratie De groepsgrootte wordt bu de inschrijvung beperkt tot 5 studenten Er is ruimte voor 6 man
op de sleepwagen, maar de ervaring leert dat altijd eon paar studenten zich later aanmelden
omdat ze de aankondigingen hebben gemist o.i.d....Die studenten kunnen dan nog worden ingepast. Bovendien zujn er meer practica en soms "verplichte" colleges, zodat enige souplesse gewenst is om de studenten hot bijwonen van mt5l 3p mogelijk te maken.
Ongeveer 110 dagen voordat hot practiòum begint, wordt aan iedere deelnemende student. een bundel tósgestiurd met een besòhrijying van de uit te voerenproeven.
(pag. 12, i3, 15, .17, 20.en22 vandit.rapport).
De voorbeélden van de aankondiging en inschrijvingslijst moeten wat betreft tekst en data wel ioder jaar aangepast:worden!
D'e voorboeldenkunnen eventueel worden vergroot (A4 -> A3).
Voorbeeld aankondiging:
Praôticum mt513P
ScheepsbeWegingen in golven
Ret practicum Scheepshydromechanicamt5l 3p (Scheepsbewegingen) wordt dit cùrsusjaar gehouden in de periode van
Ret practicum Staat open voor studenten die hot college mt5:1!3 (Bewêgiflgeñ en sturen i): hebben gevolgd of dit cursusjaer volgen; hot is eon verpiióht ondordeel van hot studiepro-grammal 'Hot practicumomvat eon -aantal proeven op hot gobied van gedwongen oscillaties en scheepsbewegingen in golven enduürt per student vier halve dagen
inschrijving: uitorlijk bij
Onderwijs-administratio' WbMT, blok Ill, beg.grond.
lnschrijving
Practicùm Scheepebewegingen mt1:3P
-Dit practicumstaat open voor stUdenten die hot' college mt5l 3 (Bewegingen en Sturen I) hebben gevolgd of dit college jaar voigen on düurt por. student vier halve: dagen in het dimester.
Blj de inschrijving kan voorkeur opgegevon worden voor éón van de onderstaande perioden A t/m ..; per periode kunnen max. vijf studenten inschrijven, i.v.m. de grootte 'van do sleepwagen.
Periode: data:
A in de week van 3/2 t/m 7/2 's morgens
B in de week van 3/2 t/m 7/2 'e middags
C in de week van 10/2 t/m 14/2 'e morgens
D indo week van 1O/2t/m 14/2 's middags
E Indo week van 17/2 tIm 21/2 's morgens
F indo week van 17/2 t/m 21/2 s middags G in de week van etcetc
Per.. Noam . Studienr. . Adres . Postcodo-Woonpl.. Toi.
De administatieve athandeling
Na afloop van de. proeven moet aan de. studenten-administratie worden opgegeven Welke stúdenten het practicum hebben gevolgd.
Daarbij moet het practicumnummer en per student naam en studienummer worden vermeld indien
van toepassing ook bijzonderheden vermelden, zie voorbeeld. Het verdiend aanbeveling deze
gegevens ook zelf te bewaren, omdat ervaring heeft geleerd dat deze gegevens later nog 'wel eens worden geverifieerd. door de studenten-administratie.
-0-0-0-0-0-o-0-0-.Aan Studenten administratie WbMT.
Onderstaande studenten hebben in . ..penode) het practicurn mt5 i 3P gevolgd. met voldoende resultaat.
(waardering 7)
met vriendélijke groeten,
'071535 B. Bleijenberg 163595 J.L. Cozijn 225177 J. Engelkes (KIM) 297140 T. Hage 366086 V.. vid. Horst 428456 A. .Kernkamp 465091 D.M. Koornneef (KIM) 514,444 M.Levadou
603365 LE. Nieuwenhuizen Segaar 626007 H. Oosterveld
714464 H. F. RU... etc.
Naam:
Practicum! Scheepsbewegingen mt5T3P. Dit practicum vindt plaats in het Lab y. Scheepshydromechanica. Tijd: 's ochtends van 8.45 - 11.45 uur
's middags van 113.45 - 16.45 uur. Benodigdheden:
- doze bundel - rekenmachine - geodriehoek - potlood en gum.
Alle practica beginnen op maandäg en duren vier halve dagen.
In onderling overleg met de practicumleider kan het practicum over de rest van de week verdeeld worden. U wordt verwacht: in de week van en begint op: maandag tot (datum) 12 ochtend middag
13
Oscillatieproef met een ton.
Orn de hydrodynamische. coëfficienten te bepalen van, de bewegings-vergelijking van een drijvend lichaam in golven is het nodig de toegevoegde massa a en de dempingscoefficient b te kennen als functie van de frequentie. (zie ook practicumproef met een ton in goiven).
Daartoe wordt met een model van het drijvend luchaam (in dut geval een ton van dezelfde afmetung en) een oscullatueproef uutgevoerd als beschreven un het coiiege-ductaat mt513, hoofdstuk 4 3 2 2 en hoofdstuk 6.1.1.
De ton wordt in water geosculleerd met een frequentie W De beweging kan worden beschrevön met:
z = z, cos Wt
en de hydrodynañiische kracht met:
F = F,CoSKùtCZF)
Een recorder produceert een strook papier waarop de beide grootheden, de beWeging z en de kracht F worden uutgeschreven op basis van de tujd Daaruit wordt de amplitude van de kracht F, en de fase tussen de beweging z en de kracht F, bepaald.
De volgende bewegingsvergelijking is hier van toepassing:
(a +m)z + bi + CZ = F,cos(Wt - ,F)
waarin: a = toegevoegde massam = eigen massa van de ton b = de dempingscoefficient
c = de veerconstante =pr1R2 p = dichtheid van het tankwater
R = straal van de horizontaiè ton-doorsnede
Hieruit vait af te leiden (zie hoofdst.4.3.2.2. van het collegedictaat mt513):
toegevoegde massa en demping
c - (F,,/Z,) COSCZF F, SIflCZF
a m
w2 Wz,
Bij de hierna volgende proef., de dompende ton, worden formules gegeven voor de berekening van de dompbeweging in golven, uitgaande van a en b. Met de. resultaten a en b van deze oscillatie-proef kan zo.een voorspelling worden gedaan wat de bewegingen van de ton in golven zUllen zijfl. Gegevens oscillerende tofl
Eigen massa, mcl Y2 dynamometer 6 14 kg diameter 197 mm
veerconstante.(pgnR2) 299
Calibratie: indompeling 1 cm papier = cm ampi.
Oscillatieproef
Voor de practicumleider:
De bewegingen van de ton zijn te berekenen met de formule 's van pag 1.5, maar orn tijd te winnen kan het ook worden uitgevoerd met het GWBASIC-programma "DOMPTON".
Dit programma omvat de .gènoemde formule 's en berekent uit a, b en ú.. de z« en de fase. Het
gebruik van bet programma wijst zichzelf.
Na het opstarten met "F2" moet achtereenvolgens worden ingevoerd a, b en ú).. Als voor a de wàarde O wordt gegeven, stopt bet. programma.
De frequenties van de oscillator zijn te berekenen met het GWBAS/C-programma "GQLPRAK". Qok dit programma laat zich eenvoudig gebruiken.
Na opstarten met "F2" moet worden gekozen voor keuze 4 waarna worden ingevoerd de grens-waarden van W en de waterdiepte. De uitvoer gee ft oak het geta! dat op de teller moet worden
bereikt voor de luiste W; daarbij is rekening gehouden met de overbrengings-verhoudingen in de worrnwielkast.
De sleep wagen .wordt voor deze proef een eindje van het strand af gereden. De oscillator wordt op gang gebracht en een strook papier fr 30 cm) uit de recorder gehaald. Per "tVvee studenten" wordt een frequentie gedraaid en vervolgens uitgewerkt.
Uit de strook worden afgeleid F en c , waarna a en b worden berekend.
Met "DOMPTON" wordt een "voorspelling" berekend van de bewegingen van de dompende ton in golven en uitgezet in een grafiek (ziè "voorbeeld")
Rond de eigen frequentie van de, ton, w 4.4, kunnen wat meer "punten. gedraaid" worden. De grafiek wordt bewaard tot de proefmet de do mpende ton.
"Fantasie verhaa/"
Een weerkundige van de televisie (Erwin Krol?) begint voor zichzelf een bureautje en wil een oude "Brent-Spar" achtige offshore-cihnder afmeren in de Noordzee tussen Noorwegen en Schot/and met daarop een waarnemingspost.
Afmetingen y d cihnder diameter 10 m, hoogte 30 m, diepgang 20 m Vraag: Hoe beweegt dat ding in stormweer?
Oplossing: We nemen aan dat die ci/inder alleen zal dampen, door het lage zwaartepunt en
ankerkettingen onderaan de cilinder. We kunnen nu drie dingen doen:
We berekenen de bewegingen met een theorie. (niet zeker of die theorie de zaak dekt). We meten de bewegingen met behulp van een modèlproef. (duur, want golfproeven in een sleep tank vergen veel tanktijd).
We meten de toegevoegde massa en demping met een osdillatieproef (het moeihjkste deel orn te berekenen) en gebruiken, die in de be wegings-vergeliking.( doze proef vergt minder tank t,d en is dus goedkoper).
Alle drie de mogel,jkheden kamen in dit practicum aan bod.
Op die plek in de Noordzee ¡open bijNW-storm golven van ong. 150 mIang. Golfsnelheid C = 1,25 14 1,25 x /1.50 = 15,31 rn/s
Bij een golflengte van 150 m is de ontrnoetingfrequentie w = 2rïxl5.31/150 = O;641 radis. Op
deze modelschaal 11:50) zou dat zijn (i) = 4,53 radis. Calibra tie: indompeling 1 cm papier = cm amp!.
kracht 1 cm papier = Newton
(4cm indomp. = 11.95 N =
cm papier)Dompen van een ton in golven.
Geleid door een vaste as kan een cilindrische ton onder invloed van golven alleen ¡n vertikàle
richting bewegen. De beweging van dit systeem met één graad van vrijheid wordt beschreven in het collegedictaat rnt513, hoofdstúk 6.1.1.
Daarbij wordt voor de vertikale verplaatsing gevoriden: (c-aw2)2 + b2u2 Ze/Ç = e-kT
f
V (c-(m+a)w2)2 + b2w2 en voor de faseverschuiving: -bmcU3tgE2 =
(caW2) {(c(m+a}o2} +b2u2 waarin:
a = toegevoegde massa
m eigen massa van de ton b = dempingscoefficient van de ton e = veerconstantè pgflR
p =. dichtheid van het tankwater
R = sträal van de horizontale tondoorsnede = de ontmoetingsfrequentie met de golven
Door voor a en b de waarden van de oscillatieproef te nemen is reeds een voorspelling gedaan
welke bewegingen de ton zal maken in golven De voorspelling kan nu worden vergeleken met de gemeten waarden.
De waarden voor a en b kunnen worden úitgerekend längs mathematische weg. Ook daarmee kan een voorspelling worden gedaan en die kan weer met de gemeten waarden worden vergeleken.
Genevens ton in aolve.
Eigen massa, mcl. verpl.opnemer 12,40 kg
diameter 197 mm
veerconstante 299
Calibratie: 1 cm papier cm dornpbew.
afstandghrn model = m.
Formule: Golfverpl. op papier =afst., x Apapier ' 'water
Dompende Ton.
Voor de practicùinle/der:
Dò in te stellen go/ven zijn. weer te berekenen met UGo/prak keuze 3
De sleepwagen wordt boyen de ramen van de kleine sleeptank geplaatst en een student wordt naar ach teren, naar de golfmaker, gestuurd orn de gewenste go/ven in te stellen
(Niet meer dan dr'e go/ven achter elkaar maken orn teveel verstoring te voorkomen) (N B Het is de bedoeling na de verbouwing een afstandsbed,en,ng te hebben zodat de golfmaker vana f de sleep wagen te starten en te stoppen is.)
Als de go/ven de tOn passeren wordt weer een strook fr 30 cmi uit de recorder gedraaid.
Uit de strook worden afgelezen de z en de er,. Daarbij moet het golfsignaa/ worden Uverp/aatstll omdat de sensor niet naast het model zit maar er ver voor. Bi scheepsmode//en zou de sensor bij plaatsing naast Gmo in de boeggolf terechtkoìnen. Dea fstand tussen sensor en hart ton moet van
te voren wordèn opgemeten.
De gemeten resultaten worden in de grafiek van de osdillerende ton gep/ot Ook is een grafiek bijge/everd waarin a en b zijn gegeven op basis van (t) Deze gegevens zijn uitgerekend door Ing W Beukelman rn b y de strip theone
Prof dr ir JA Pinkster heeft er een diffractieberekening op losgelaten De resultaten daarvan zijn b,jgevoegd.
N.B. Onze waarnemingspost uit het fantasieverhaa/heeft wel een zeer onge/ukkige eigen frequent/el Wat doen we daaraan?
calibra tie: 1 cm papier = cm dompbew. (1,0 kg op model = 3;28 cm indomp.) 't ZO kg op model = 6,56cm indomp.)
afstandghm. "model =
mGo/ven
A/s er tijd over is kan de ton uit het water worden gehaa/d en is er gelegenheid orn nog wat
proe ven te doen met de go/ven zelf. Dat is ook al gebeurt tijdens het college maar een herhallng voor diegenen die nietop dat collège waren is we/licht zin vol.
Stel een niet te lange golf in en nj met de wagen met zo'n go/f mee. Wagensnelheid = C resp Y2 C (we/ achteruit.rijdenl).
A/s de wagen dan met de 6e a 8e go/f gaat meenijden b/ijkt die go/f ha/verwege de tank niet meer onder de wagen te iopen een gro te verrassingl
GO/ven die op zee of in de s/eeptank worden opgewekt /open met een sne/heid C weg van de plaats van opwekking; waarb,j geldt:
2TÎwd
C=V----tanh
---2rï A
Voor diep water, als Wa> Y2A, ge/dt: C = a/A, waaün a 1.25.
Bij ondiep water, d.w.z. bij eenwaterdiepte V/d< V2A, wordt de factor a < 1.25. (De snelheid C is de sne/heid van de golftoppen).
In de sleeptank stellen we de frequentie van de go/fop wekker in
Daaruit is met bovenstaande formu/e een golf/engte A en een snelheid C uit af te leiden (ta bel) (dat kan worden uitgerekend met het G.W-basic "-progr. GOLPRAK)
Weerstand en bewegingen in golven.
In collegedictaat mt5l 3 worden in hoofdstuk 6.1.4. de bevyegingen vaneen schip in enkélvoudige kopgòlven behandeld.
Uit het dictaat blijkt dat een schip in golven kan opslingeren, d.w.z. de dompbeweging van het
schip is onder bepaalde omstandugheden groter dan de golfhoogte Evenzo kan de stamphoek onder bepaalde omstandigbeden groter worden dan de golfhelling.
In 'hoofdstuk 8.4.4. wordt de toename van de weerstand t.gv. de bewegingen behandeld. Mét een
serie simpele proeven kunnen déze verschijnselèn gemakkelijk gedèmonstreerd worden.
Ällereerst wordt de vlakwater-weerstand bepaald met een eenvoudige sleepproef.. Vervolgens
worden bij .één snelheid voor verschillende golfiengten de vertikale bewegingen, het dompen en stampen en het golfsignaal geregistreerd op een recorder De totale weerstand wordt gemeten als
bij de eerder genoemde sleepproef. Daarna Wordt voor de beschoüwde golven de weerstandstoòna me Raw bepaald (FL - ft ) De amplitude en fase karakteristieken van de bewegingen kunnen uit de recorderregistratie worden gehaald.
Op basis van de wortel uit de scheepslengte-golflengte-verhouding fL/A worden deze grootheden dimensieloos uitgezet.
Gegevens
kottèr
in go/ven (model.SH-32CJLengte 1.608m (schip: 30.55 m) Breedte .421 m (schip: 8.00ml Schaal 1:19 Sne/heden: Fn =. 15 = .590 rn/s = 5 kn fr vissneIheidl
'.20
.826 rn/s =
7 kn
.251.003 rn/s = 8.5kn
1. 180 rn/s = 10kn 35 1.416 rn/s = 72 kn fr max. sneiheid) pgB2/L 1081Calibra tie: Z,,, en , 1 cm papier = cm ampi.
0m i cm papier = radi
afstandghm. GmodeI - m
Formule: Go/fverpi. op papier = afst x Awat
Geen snelheidscorrectie voor tankafmetingenl
Weerstand en bewegingen in go/ven
Voor de practicumleider:
De in te stellen go/ven z,jn weer te berekenen met "Go/prak", keuze 2.
De go/ven worden berekend op basis van 4JA, orndat de resu/ta ten op deze basis worden uitgezet. Daarb,j wordt ook het aanta/ go/ven gegeven dat in ongeveer 20 seconden wordt ontrnoet. Dit is bedoe/d orn de rneettijd niet te fixeren op 20 seconden maar op een geheel aanta/ go/ven. Op deze
w,jze wordt de toegevoegde weerstand in go/ven zuiverder berekend. In het verleden werd dit met een "go/fcomparator" gerea/iseerd; nu kan dat met de PC worden geregeld, maar voor dit practicum is het niet echt van be/ang.
Per groep studenten wordt één sne/heid aangehouden. De kotter wordt in go/ven op snelheid
gebracht en de tota/e weerstand wordt gemeten Doordat het schrikken wordt verhinderd, ontstaan
gro te pieken in de weerstand en moet de gevoeligheid van de rekmeter gezet worden op l000p
(oude rekrnetersj of 500 mv/v (nieuwe rekmeters).
Van wege die gro te schrikkrachten moet ook het op gang brengen en het afremmen vanj de sleep wagen met enige voorzichtigheid gebeuren.
Tijdens de run wordt de weerstand gemeten met de PC..
Ook wordt een strook papier fr 30 cmi uit de recorder gedraaid. Daarop kunnen worden afgelezen: z,, O,, en
Ook hier wordt het go/fsignaal verp/aatst omdat de sensor niet naast Gm.j zit (vanwege verstoring door de boeggoif). De afstand moet worden opgemeten
De resultaten worden uitge±et in een grafiek t'zie "voorbeeld"J. Verdere gegevens:
ca/ib.fact N/v bi range 500/1000, 5 kg-dyn.
0-stand Peekel:
Calibra tie: zm en 4,, 1 cm papier = - cm arnpl
0,,, 1 cm papier = rad.
(2,5°=
cm)afstandghm. "'Gmodel = m
Journée heeft met SEA WA Y voorspel/ingen gedaan hoe de kotter zou bewegen in zeegang. In verband met het vergelijken van proefresultaten met de berekeningen volgens SEA WA Y kiezen we voor de sne/heden 6, 8 of 10 kn. t'èchip Vmod
5kn
.59m/s
,76N
6kn
.71rn/s 1,21N 7kn.83m/s
1,78N8kn
.94m/s
2,47N
9kn
1.06m/s3,47N
lOkn
1.18m/s5.08N
11 kn 1.30 rn/s 6,62 N 18De inv/oed van de tank-a fmetingen op de rneetresulta ten.
In het boek: Wydrodynamics in Ship Design van H. E. Saunders is Chapter 61 getiteld: 'The
Prediction of Ships Behavior in Confined Waters .
De inv/oed van tbeperkte) sleeptank-afmetingen op de weerstand van modellen kan met deze
methode ook wordèn geschat, zeker a/s de modellen klein zin t.o. y. de tankafmetingen en dus de invloed niet groot (enkele procenten).
Bij de waterdiepte van 1.23 m hoort een kritische (ondiepwater-)golfsnelheid Waarvoor geldt
C//gh = i, dus C = /gh = V(9,8 1 1.23) = 3.47 rn/s.
In fig 61 E is af te lezen dat als Vm / /gh < 50 is de ondiepwaterinvloed verwaarloosbaar Voor het kottermodel SH320 geldt, dat bU pas .een sne/heid van meer dan 1.74 rn/s Fn = .44I enig
ondiep-water-effect za! optreden.
In fig. 6 1.G is de invloed aangegeven van de tankafmetingen op de snelheid die het schip "voeIt. De hydratilische radius van de kotter in de kleine tank is:
bh-A
2.75 i.23- .056
Rh=---=
.=.570
b+2h+G
2.75+21.23+.63
VAX/Rh =
¿056/.570
=Daarbi7 hoort vig. Schlichting een Vh / , van .9945. Dat betekent dat het model t.o.v. het water Y2 % snel/er vaart dan de wagensnelheid aangeeft.
Deze correctie is voor het.practicum verwaarloosbaar. Tabe!
f
modelsnelheid 19 Vjkn) Vm(m/s) FnVjm/s)
3.0 .354 .090 352 3.5 .41.3 .411 4.0 .472 .119 .470 4.5 .531 .528 5.0 .590 .148 .58.7 5.5 .649 .646 6.0 .708 .704 6.5 .767 .763 7.0 .826 .207 .822 7.5 .885 .881 8.0 .944 .939 8.5 1.003 .252 .998 9.0 1.062 1.056 9.5 1.121 1.115 10.01180
.297 1.174 10.5 1.239 1.233 11.0 1.298 1.292 11.5 1.357 1.350 12.0 1.416 .356 1.409 1.2.5 1 .4 75 1.468 13.0 1.534 1.526Stabiliteits- en slingerproeven in viak water.
Alaemeen
Voor het doen van stabiliteits- eñ slingerproeven in vlak water is het model uitgerust met gewich
ten, die vertikaal en dwarsscheeps verplaatsbaar zijn. De hellingshoek van het model wordt
geregistreerd met een inclinometer. Stabiliteit.
Met behulp van de hellingproef wordt de metacenterhoogte GM bepaald Als KM uit het carenedia gram bekend is kan zo de hoogte van G.boven de basis (KG) worden berekend.
Hierbiji kan voor kleine hoeken C p < 5° ) wordenuitgegaan van de formule:
pxb
pxb
tgp=
of GMP x GM P X tg Êcp
waarin:
1p
verandering van hellingshoek p = dwarsscheeps verplaatst gewichtb = dwarsscheepse afstand waarover p is verplaatst
P = gewicht van schip/model + p
Slingerproef in vlak water.
Als GM békend is kan na het'meten van de eigen sIingertijdT de massatraagheidsstraal van het schi p/model' worden bepaald.
(zia oók coliegedictaat mt5l 3, hoofdstuk 4.2.3.)
0,5 T GM
Aangezien de traagheidsstraal van een schip doorgaans bijna constant is (° .4B), kan uit de
slingertijd later ook (bij benadering) de GM-waarde worden teruggerekend.
Ii(
2"pip
GM
Y2T
Uit de slingerproef kan oak de demping K wOrden afgeleid.
Tijdens het uitslingeren wordt de hellingshoek uitgeschreven op een recorder
Nu geldt:
, ;
2nK = In (
) (logarithmisch decrement, zie oak
Zt+T dictaat blz 4.15)
Genevens kotter. (model SH-320)
Massa koffer md. mast etc 53.09 kg ( 521 N) gewichten aan ra (per stuk)
2.0 kg(
19.6 N)breedte koffer 0.421 m
Calibratie: 1 cm papier = ° helling.
Stabi/iteits- en s/ir,gerproe ven
Voor de practicumleider.
B;j deze proef wordt slechts é.n grootheid electronisch gemeten n.!. de heiingshoek q'. Deze ;wordt afgelezen/uitgeschreven op de recorder. Daar moet voor de uits/ingerproef en de K-bepa/ing nog een C-I,jn bijgezet worden
Er is een waterpas-hoekmeterbeschikbaar waarmee de ingebouwde inclinometer ge,jkt kan worden. Er is een dùirnstok beschikbaar waarmee de maat b kan worden bepaald. In de ¡nstrumentmakerij zijn stop watches beschikbaar voor het meten van de slingert,jd. (Die tijd kan ook afgelezen worden van de recording waarmee de its/ingerproef wordt opgenomen Dan bl,ykt hoe weinig nauwkeurig sommige studenten kunnen meten).
Al/ereerst wordt een stabiliteitsproef uitgevoerd met de gewichten net boyen het bakdek en naast
de mast. Daarna wordt een uitsllngerproef uitgevoerd in deze toestand, die voor de kotter als
'normaal' kan worden gekenmerkt, bomen aan dek opgeborgen.
Vervolgens worden de gewichten naar het einde van de ra gescho ven; de GM-waarde verandert niet maar we! de s/ingertíjd en dus de kpço. Opmeten/.
Vervo/gens word de ra verschoven tot 6,5 cm onder de top van' de mast en de.gewichten weer naast de mast. Nu is de kçoq' niet veranderd, omdat de afstand van de gewichten tot Gmod hetzelfde is gebleven, maar de GM-waarde is fors afgenomen, hetgeen ín de slingertijd is terug te vinden We meten nu de s/ingertijd, houden deze/fdekqço aan en berekenen vervolgens daarmee de 'GM. 'Met eeA' hel/ingproef kunnen we .zien of dat goedgegaan is.
A/s /àatste toestand nemen we de ra weer bovenin de mast en de gewichten aan de emden van de ra (voor de kotter is dat de netten boyen water aan de dwarsstaande bomen).
In alle ge vallen kunnen we ook de K bepalen tussen twee uitw,jkingen van de uitslingerkromme. We zullen zien dat die K geen konstante wearde heeft, maar dat is niet zo vreemd, als we bedenken dat bu zo 'n /angzame süngering van zo 'n klein mode! de stroming rond de kim goeddee!s !aminair zou kunnen zijn en dus niet te vertaIen" naar de ware grootte.
N.B. 2 x 2 kg op 495 mm uit HS 'komt overeen met 2 x 13,7 ton op 9,4m uit HS barj een kotter van 364 ton waterverp/, ongeveer als u,tgeboomde s/eepnetten met wekkers etc van een boomkorkot ter boyen water hangend.
Studenten (en soms ook docenten) hebben moeite de griekse letters goed te schrijven. Daarom hierbij een voorbeeld van het griekse alfabet.
