Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

Теоретические основы водного транспорта леса

Корпачев В. П.,

7.1.1 Силы, действующие на лесотранспортную единицу или судно при движении в водном потоке

Движущаяся в жидкости лесотранспортная единица или судно испытывают со стороны жидкости воздействие гидродинамических и гидростатических сил.

Результирующая гидродинамических сил, направленная в сторону, противоположную движению тела, называется силой сопротивления воды движению тела.

Результирующая гидростатических сил представляет Архимедову силу поддержания.

Для того чтобы тело двигалось с заданной скоростью, на него должны действовать внешние силы: сила тяги судна–буксира или специальное устройство для перемещения лесотранспортных единиц в пределах самого механизма (сплоточные машины и агрегаты, автокубатурники и т.п.), или специальные механизмы для перемещения лесотранпортных единиц по акватории рейда (механические и гидравличекие ускорители).

Кроме того, на характер движения лесотранспортных единиц и судов оказывает влияние окружающая внешняя среда – воздействие ветровых, ветроволновых нагрузок, наличие уклона водной поверхности на участках движения, характеристики трассы буксировки (глубина, ширина) и др.

При одновременном действии сил, вызывающих движение, и сил сопротивления этому движению, лесотранспортная единица или судно может иметь два вида движения – установившееся или неустановившееся.

Установившимся движением считаем такое, при котором все параметры, определяющие кинематику движения тела, остаются неизменными. Величина и направление скорости центра тяжести тела постоянны, а главный вектор и главный момент гидродинамических сил уравновешиваются другими внешними силами и моментами, приложенными к телу, т.е. сумма всех действующих на тело сил и моментов должна равняться нулю.

Параметры, определяющие кинематику движения тела при неустановившемся движении, переменны по величине и направлению. Здесь не может быть равенства моментов гидродинамических сил и моментов сил, приложенных к телу, которое получает добавочную присоединенную массу воды и момент инерции.

Движущееся на поверхности воды тело совместно с окружающей его средой (воздух, вода) составляет сложную гидромеханическую систему, полное изучение которой дало бы правильное решение вопросов взаимодействия тела с окружающей средой. Однако, рассматривая в дальнейшем движение тела только в горизонтальной плоскости, параллельной поверхности воды (плоская задача), делаем допущение, что вертикальные и крутильные движения и колебания тела не оказывают существенного влияния на его движение в горизонтальной плоскости.

В этом случае движущая сила Р затрачивается на преодоление инерции массы лесотранспортной единицы или судна, присоединенных масс воды  и полного сопротивления их движению в окружающей среде SR т.е.

   (7.1)

где  du/dt – ускорение движения;

 l – коэффициент присоединенной массы воды.

 Полное сопротивление окружающей среды движению лесотранспортных единиц или судов определяется выражением:

  (7.2)

где  R – сопротивление воды движению лесотранспортной единицы или судна;

 R_в – воздушное сопротивление движению;

 R_вл – сопротивление лесотранспортных единиц или судов на волнение;

 R_i – сопротивление, возникающее от наличия уклона водной поверхности.

Из выражения (7.1) с учетом величины сопротивления движению (7.2) может быть записано уравнение движения лесотранспортных единиц или судов в водном потоке:

  (7.3)

 Как при установившемся, так и при неустановившемся движении параметры движения, т.е. скорость, путь, время определяются величиной действующих сил – движущей силой и силами сопротивления движению.

Таким образом, движение лесотранспортной единицы или судна будет определено, если известны движущие силы и силы сопротивления – воздушное, на волнении, возникающие от наличия уклона водной поверхности.