North Carolina/prędkości krytyczne

[karus73]

zakupiłem jakiś czas temu OW nr 31 z BB North Carolina. Po raz kolejny nie wyjaśniono do końca czy usunięto ostatecznie wibracje i drgania. Pewnie nie, ale opis kończy się enigmatycznie; że próby się przeciągnęły w czasie (w sumie to jeszcze czytałem tego, tylko przeglądałem).
O ile pamiętam to prędkość powyżej 26 w. była graniczną, gdzie nie było drgań. Czy były jeszcze inne prędkości krytyczne i jak to było, już bez niedomówień ?

[karus73]

ejże, dajcie chociaż jakieś namiary, gdzie szukać. Nie wierzę, że nikt nie wie... przecież to jest poważna wada konstrukcyjna (grożąca awarią np. SKO i uniemożliwiająca celne strzelanie).
Całego nie poczytałem jeszcze, ale tych naj- to już sporo było, a gdy coś spartolą to w jednym, niedokończonym zdaniu sprawa się zamyka

[Maciej3]

Dobrym zrodlem bedzie Norman Friedman US Battleships. Dokladne dane musze sprawdzic. Tak z pamieci to w poczatkowym okresie sluzby mial predkosc maksymalna ograniczona do 23 w.

[Maciej3]

Streszczenie po przeczytaniu odpowiedniego fragmentu u Friedmana.
North Carolina poszła na próby jako pierwsza. Przy 24 węzłach pojawiły się silne wibracje. Przy 25 były tak duże, że specjaliści uznali, że próby trzeba przerwać. Co prawda uważali, że w razie konieczności jest możliwe osiągnięcie maksymalnej mocy, ale grozi to uszkodzeniem mechanizmów napędowych.
Postanowiono temu zaradzić za wszelką cenę. Wyniki te i równolegle prowadzone próby Atlanty - okrętu zupełnie innego, ale z podobną koncepcją mocowań wzdłużnych kadłuba i podobną siłownią nowej generacji ujawniły podobne problemy z wibracjami.
Jako rozwiązanie przejściowe postanowiono ograniczyć prędkość dwóch pancerników typu North Carolina do 23 węzłów.
Sytuacja ta dała obraz pewnej paniki. Okazało się, że jak się temu nie zaradzi to nowe pancerniki wcale nie będą takie szybsze od staruchów, a do tego w drodze były następne dwa typy o podobnym rozwiązaniu siłowni, wiec przed budowniczymi pojawiła się wizja, że wszystkie nowe pancerniki USA będą totalną klapą z powodu tych wibracji.
Początkowo North Carolina miała 3 łopatowe śruby na zewnętrznych wałach i 4 na wewnętrznych. Początkowo kombinowano z zamienianiem ich miejscami, ucinaniem końcówek śrub itd.
Dawało to jakąś poprawę ale niewielką. W końcu zaczęto mocować śruby 3,4 i 5 łopatowe w różnej konfiguracji na wałach zewnętrznych i wewnętrznych, poprawiono mocowania wałów wychodzących z kadłuba, poprawiono fundamenty turbin itd.
W efekcie udało się przeprowadzić próby na których North Carolina ( przy wyporności bodaj 44 tys ton ) osiągnęła ciut powyżej 26 węzłów. Ale wibracje szczególnie w rejonie rufy były bardzo duże i wpływały na działanie rufowego dalocelownika. W efekcie dobudowano mu zewnętrzne dodatkowe mocowania.
North Carolina tyle razy wchodziła i wychodziła na próby, że ochrzczono ją Show Boat.
Washington miał trochę mniej problemów, ale też wibrował jak cholera. Podczas jego współpracy z Home Fleet w 1942 roku jednoznacznie stwierdzono, że kondycja na nim przy prędkościach bliskich maksymalnych jest nie do zaakceptowania.
Wibracje nigdy nie zostały do końca usunięte a pancerniki te jeszcze w 1944 roku wychodziły na próby "wibracyjne", ale zostały ograniczone ( w jakim stopniu to już nie wiem ).
I tu dalej pojawia się niezgodność, może kwestia połączenia kondycji na dwóch różnych okrętach, albo coś źle zrozumiałem.
Najpierw pada stwierdzenie że North Carilina do tych 24 węzłów to prawie nie wibrowała potem było tylko gorzej i przy max to było do dupy ( to już moja interpretacja ), a parę zdań później pada stwierdzenie, że wibracje przy prędkościach pomiędzy 17 a 20 węzłów były nie do zaakceptowania.
Może ten przedział 17-20 dotyczy Washington?

Generalnie okręty wibrowały do końca swoich aktywnych dni i to silnie, ale jakoś amerykanie z tym żyli.
O ile pamięć mnie nie myli ( odpowiednie fragmenty czytałem dawno temu ) problemy z wibracjami na kolejnych typach były już mniejsze, ale ciągle dokuczliwe. Z tym, że takie z którymi dało się żyć.

[Maciej3]

Te 26w to byla maksymalna predkosc jaka te okrety byly w stanie realnie wycisnac. Na probach ktorys wyciagnal cos z 27 a podczas rejsu do Europy jakis niszczyciel obserwowal ponoc 28 w Washingtona, ale nie ma tego potwierdzenia. Takze 26w to predkosc max.

[dakoblue]

a Iowa?
tez sie trzesla?

[Maciej3]

Tak naprawde to kazdy okret sie trzasl. Kwestia ile I przy jakiej predkosci. Np vanguard przy 24 wezlach, ale jak przy tej predkosci obroty srob wewnetrznych zmniejszono a zewnetrznych zwiekszono - co dawalo ta sama predkosc, to znikaly drgania rezonansowe I byly "zwykle" z czym dalo sie zyc. Na NC problem polegal na tym ze te rezonansowe byly przy predkosciach maksymalnych, wiec nie bylo jak kombinowac z obrotami. Co do konkretow Iowki to musze sprawdzic. Na pewno sie trzesla na pewno duzo mniej - kwestia do sprawdzenia czy te wstrzasy jakos bardzo negatywnie wplywaly na zdolnosc walki.

[Sławomir Lipiecki]

Tak naprawde to kazdy okret sie trzasl. Kwestia ile I przy jakiej predkosci. Np vanguard przy 24 wezlach, ale jak przy tej predkosci obroty srob wewnetrznych zmniejszono a zewnetrznych zwiekszono - co dawalo ta sama predkosc, to znikaly drgania rezonansowe I byly "zwykle" z czym dalo sie zyc. Na NC problem polegal na tym ze te rezonansowe byly przy predkosciach maksymalnych, wiec nie bylo jak kombinowac z obrotami. Co do konkretow Iowki to musze sprawdzic. Na pewno sie trzesla na pewno duzo mniej - kwestia do sprawdzenia czy te wstrzasy jakos bardzo negatywnie wplywaly na zdolnosc walki.

Nie miały.
Raz, że okręty te są chwalone głównie właśnie za swoje właściwości morskie, manewrowe, ekonomiczne, bla, bla, bla... a poza tym już w początkowym okresie służby bezproblemowo strzelano na ponad 30 km idąc ponad 32 w. za niszczycielem "Nowaki".

[Sławomir Lipiecki]

zakupiłem jakiś czas temu OW nr 31 z BB North Carolina. Po raz kolejny nie wyjaśniono do końca czy usunięto ostatecznie wibracje i drgania. Pewnie nie, ale opis kończy się enigmatycznie; że próby się przeciągnęły w czasie (w sumie to jeszcze czytałem tego, tylko przeglądałem).
O ile pamiętam to prędkość powyżej 26 w. była graniczną, gdzie nie było drgań. Czy były jeszcze inne prędkości krytyczne i jak to było, już bez niedomówień ?

Prędkość maksymalna N.C. na przeciążeniu wynosiła ponad 29 w., ale było to niebezpieczne dla spójności wiązań kadłuba, fundamentów kotłów i systemów kierowania ogniem. W początkowym okresie służby, pancernik nie powinien był strzelać powyżej prędkości własnej 23 w., natomiast w okresie 1943-1946 kwestia ta została rozwiązana o tyle, że można było spokojnie prowadzić ogień przy szybkości 25-26 w., ale problemu dokuczliwych wibracji powyżej tego zakresu nie wyeliminowano do końca NIGDY.
Pojawił się zamysł wyposażenia "North Caroliny" w napęd turbogazowy, już po II wś., jako że uważano te pancerniki (bardzo słusznie IMHO) za o wiele lepsze okręty (nie pancerniki, tylko OKRĘTY - diametralna różnica) od typu South Dakota i brano je pod uwagę w ew. przebudowie na jednostki rakietowe - podobnie jak pancernik USS "West Virginia", uważany w USN za "cheap Iowa class". Jak wiadomo, nadmierna fascynacja rakietami klasy RPK oraz - z początku - braki w skutecznej obronie przeciwlotniczej/przeciwrakietowej spowodowały, że pancerniki poszły w odstawkę...

[jogi balboa]

Tak naprawde to kazdy okret sie trzasl. Kwestia ile I przy jakiej predkosci. Np vanguard przy 24 wezlach, ale jak przy tej predkosci obroty srob wewnetrznych zmniejszono a zewnetrznych zwiekszono - co dawalo ta sama predkosc, to znikaly drgania rezonansowe I byly "zwykle" z czym dalo sie zyc. Na NC problem polegal na tym ze te rezonansowe byly przy predkosciach maksymalnych, wiec nie bylo jak kombinowac z obrotami. Co do konkretow Iowki to musze sprawdzic. Na pewno sie trzesla na pewno duzo mniej - kwestia do sprawdzenia czy te wstrzasy jakos bardzo negatywnie wplywaly na zdolnosc walki.

Nie miały.
Raz, że okręty te są chwalone głównie właśnie za swoje właściwości morskie, manewrowe, ekonomiczne, bla, bla, bla... a poza tym już w początkowym okresie służby bezproblemowo strzelano na ponad 30 km idąc ponad 32 w. za niszczycielem "Nowaki".

Na niemieckich pancernikach typu Bismarck, występowały wibracje powyżej 27 węzłów mające negatywny wpływ na systemy kierowania ognie i... w Bitwie na drodze Duńskiej nie przeszkodziło to w celnym ostrzelaniu zespołu brytyjskiego. To że Iowka strzelała przy 30 kilku węzłach nie oznacza że nie było drgań. Częstotliwości drgań własnych istnieją dla każdej konstrukcji, niezależnie od tego czy jest to okręt, samolot, czy rower, chociaż nie w każdym przypadku ich uwzględnienie jest konieczne (raczej nikt nie będzie się tym przejmował przy konstruowaniu hulajnogi ). Na Iowkach drgania również musiały występować, tak jak na każdym okręcie, z tym że nie na każdym były one takim samym problemem. Pech chciał że w przypadku North Caroliny przekraczały one granicę przy której problemem tym można by się nie zajmować (tak jak to uczynili Niemcy na swoich ostatnich pancernikach) i tyle. Czy był to błąd konstrukcyjny, trudno powiedzieć ponieważ nie mam pojęcia czy w ogóle to liczono, ogólnie odnoszę wrażenie że raczej nie. W każdym razie nie można stwierdzić że drgań ”Nie miały”.

Prędkość maksymalna N.C. na przeciążeniu wynosiła ponad 29 w.

O ile mi wiadomo (chyba Suliga) NC nigdy nie rozpędził się dużo ponad 27 węzłów, a max prędkość zanotowana w czasie służby wynosiła około 26,5 węzła.

[Sławomir Lipiecki]

O ile mi wiadomo (chyba Suliga) NC nigdy nie rozpędził się dużo ponad 27 węzłów, a max prędkość zanotowana w czasie służby wynosiła około 26,5 węzła.

- 29 w. jest daną teoretyczną, wynikającą ze wzoru admiralicji oraz możliwości bezproblemowego forsowania maszyn.
Natomiast nigdy nie przeprowadzano oficjalnych prób na większej prędkości, gdyż wibracje temu zabraniały. Stąd nakaz pomykania z prędkością max. 26,5 w.

[jogi balboa]

O ile mi wiadomo (chyba Suliga) NC nigdy nie rozpędził się dużo ponad 27 węzłów, a max prędkość zanotowana w czasie służby wynosiła około 26,5 węzła.

- 29 w. jest daną teoretyczną, wynikającą ze wzoru admiralicji oraz możliwości bezproblemowego forsowania maszyn.
Natomiast nigdy nie przeprowadzano oficjalnych prób na większej prędkości, gdyż wibracje temu zabraniały. Stąd nakaz pomykania z prędkością max. 26,5 w.

Chm... ciekawe. Mnie na podstawi wzoru admiralicji wyszło że przy wyporności 38tys ton i przeciążeniu do 130000KM NC wyciąga 28 węzłów (setne sobie podaruję), przy 46tys ton jest to około 26,4 węzła przy 130000KM (warto zaznaczyć że przewidywano forsowanie do bodajże 122000KM, a max wynosiła 115000KM), co by się zgadzało z danymi podawanymi dla tej wyporności. Za podstawę wyliczeń przyjąłem dane umieszczone u Suligi, na podstawie których wyliczyłem sobie współczynniki.
W związku z powyższym ciekawi mnie w jaki sposób ktoś wyliczył owe 29 węzłów?

[Kossakowski]

Z wiatrem pewnie by te 29knotów popłynął

Jako wartość czysto teoretyczną można sobie przyjąć nawet i 30 węzłów, tylko po co?
Realnie mogli gnać 26 węzłów, więc taka była prędkość maksymalna i tyle.

Wracając do tematu tych silnych wibracji, to czy jest znana ich przyczyna ? Czy to po prostu nawarstwienie złych rozwiązań konstrukcyjnych spowodowało, aż tak dramatyczną sytuację zwłaszcza na początku służby.

[Maciej3]

Wracając do tematu tych silnych wibracji, to czy jest znana ich przyczyna ? Czy to po prostu nawarstwienie złych rozwiązań konstrukcyjnych spowodowało, aż tak dramatyczną sytuację zwłaszcza na początku służby.

Nie wiem czy ktokolwiek poda wiążącą odpowiedź co do jednoznacznej przyczyny.
Okręty te miały nowatorski kształt kadłuba - szczególnie w rejonie rufy - chodziło o uzyskanie odpowiedniej wyporności w tym rejonie, opływu śrub i sterów dla prędkości i manewrowości, oraz miało ułatwić dokowanie.
Miały nową siłownię. Każdy wał innej długości pod innym kątem.
Nowe turbiny z przekładniami
I pewnie wiele innych.
W sumie spotkałem się z orzeczeniami że każda z tych części ( i tylko ta ) była odpowiedzialna za te wibracje.
Ja stawiam na niefartowne połączenie wszystkiego razem.

No ale można spojrzeć na metody radzenia sobie z nimi. Pomija, wymianę śrub na wielopiórowe - to była desperacja - wzmacnianie fundamentów turbin i przekładni, wzmacnianie mocowań wałów po wyjściu ich z kadłuba. To można było zrobić wcześniej.

Ale na usprawiedliwienie konstruktorów można by dodać, że w czasach przed komputerowych ( i to przed komputerami naprawdę mocnymi z naprawdę dobrym oprogramowaniem ) to żeby sprawdzić czy będą takie wibracje, to trzeba było zrobić model 1:1. Ze wszystkimi szczegółami. Czyli po prostu zbudować okręt.
Opory hydrodynamiczne i inne takie można było robić w skali. Wibracje już niekoniecznie.
A zresztą i tak rzuty pomiędzy jednostkami jednego typu dawały inny poziom wibracji. Washington trząłsł się bardzo, ale nie tak dramatycznie. Może jakby zamiast budować 4 szt South Dakoty zrobili kolejne dwie North Caroliny ( ponoć były takie plany ) to ostatni wcale nie byłby taki wibrujący?

[jogi balboa]

Przyczyna była tylko i wyłącznie jedna. Częstotliwości drgań własnych, problem charakterystyczny dla każdego jednego układu. Samo zjawisko było już w tym czasie znane, podobnie jak metody ręcznego obliczania ich z pewną dokładnością, wcale więc nie było potrzeby budowania „modeli w skali 1:1 (właściwie to jedyną trudną do rozwiązania trudnością były siły wynikające z wzajemnego oddziaływania śruba-płyn-profil kadłuba). Jeśli odpowiednich obliczeń nikt nie robił, a tak właśnie mi się wydaje, to po prostu dlatego że do tamtej pory po prostu nie było ono na tyle dokuczliwe żeby się w to bawić.

Jako wartość czysto teoretyczną można sobie przyjąć nawet i 30 węzłów, tylko po co?
Realnie mogli gnać 26 węzłów, więc taka była prędkość maksymalna i tyle.

Tu chodziło po prostu o możliwości jakie oferowała siłownia tego typu, a nie ile okręt mógł wyciągnąć.

[Maciej3]

Może inaczej. Nie sama częstotliwość drgań kadłuba tylko poszczególne wszystkich najważniejszych elementów. Jak kadłub miał swoja a układ - śruba wał przekładnia turbina inną, to nie było takiego problemu. Gorzej jak wszystkie te elementy miały mniej więcej taka sama częstotliwość. Wtedy cale to ustrojstwo wpadało w rezonans. Jeśli ten rezonans nie był przy pełnej czy bliskiej pełnej mocy, to można było kombinować z obrotami śrub. A tu wychodziło ze im większa moc tym większe drgania. Potem aż bali się zwiększać moc.

Natomiast mam wątpliwości co do tych obliczeń rezonansowych.
To znaczy na pewno coś tam można policzyć - natomiast mam wątpliwości czy dawało się wówczas wyliczyć to dokładnie, czy dało się oszacować poziom drgań itd.