Содержание

Введение ……………………………………………………………3

КУРСОВАЯ РАБОТА 1

Введение

ТЕОРИЯ КОРАБЛЯ — наука, изучающая мореходные качества судна, т. е. плавучесть, остойчивость, непотопляемость, ходкость, поворотливость и поведение корабля на взволнованном море.

Основы теории корабля были заложены в XVIII в. Л. Эйлером. В законченную область знаний теория корабля сформировалась ко 2-му десятилетию XX в. Большой вклад в развитие теории корабля внесли Д. Бернулли, У. Фруд, С.О. Макаров, А. Н. Крылов и другие русские и иностранные ученые. Теория корабля этого периода базировалась на методах теоретической механики; входящие в уравнения коэффициенты, зависящие от гидродинамических сил, определялись на основе эмпирических данных. С 30-х гг. началось широкое внедрение методов гидромеханики в теорию корабля, причем развитие гидродинамического подхода к решению задач теории корабля определило современный облик этой науки, которую можно с равным основанием назвать корабельной гидродинамикой. Теорию корабля принято подразделять на 2 основных раздела - статику, рассматривающую равновесие неподвижного судна, и динамику, изучающую поведение движущегося судна. В статику корабля входят вопросы плавучести, остойчивости и непотопляемости судна. Иногда в этот раздел включают и теорию спуска судна на воду. Динамика корабля включает сопротивление воды движению судна, теорию гребного винта (и других движителей), управляемость и теорию качки судна. В последние годы многие задачи теории корабля, традиционно решавшиеся методами статики, начинают рассматривать в динамической постановке, например, наряду с обычной остойчивостью изучается остойчивость на ходу и при волнении. Ряд задач теории корабля, не решаемых с достаточной точностью расчетным путем, требует проведения экспериментальных исследований в гидродинамических лабораториях либо испытания натурного судна.

1. Описание программы s1

Программа S1 предназначена для проведения ряда гидростатических расчетов морских транспортных судов в рамках курсовых и дипломных проектов.

Программа S1 позволяет:

- ввод теоретического чертежа (по шпангоутам и фор-/ахтерштевня) в

графическом редакторе;

- проверка строевой по шпангоутам, ватерлинии и основных элементов

судна-проекта;

- линейное (афинноe) перестроение теоретического чертежа при

изменении длины, ширины, и/или осадки или увеличение цилиндрической

вставки;

- ввод 5-ти вариантов нагрузки судна;

- расчет кривых элементов теоретического чертежа;

- расчет Масштаба Бонжана и Кривых Власова;

- удифферентовка (расчет посадки) судна;

- расчет остойчивости судна на больших углах крена (диаграмма

остойчивости);

- расчет изгибающих моментов и перерезывающих сил на тихой воде;

- вывод результатов в виде отчетных таблиц и графиков на экране и

в файл формата DXF;

- вывод теоретического чертежа в текстовый файл;

- вывод теоретического чертежа в файл типа DXF для использования в

чертежных программах, таких как AutoCAD (как в двухмерном, так и

в трехмерном описании);

- расчет непотопляемости судна по специальной методике.

Программа расчитана на работу в операционной среде MS-DOS на любом

даже самом слабом руссфицированном компьюторе. Для этого были

введены некоторые ограничения:

- описание теоретического чертежа производится с помощью линейных

отрезков по 20-ти точкам на каждом шпангоуте, фор-/ахтерштевне.

(Максимальное количество шпангоутов - 30). Возможность описания

обводов ограничивается традиционными обводами морских

транспортных судов;

- точность ввода координат ограничена на сантиметр.

СОЗДАНИЕ НОВОГО ПРОЕКТА

Для создания нового проекта нужно выбрать пункт меню "новый

проект создать". После нажатия клавиши <Enter>, появится вопрос

"название проекта". Если Вы сейчас нажмете клавишу <Enter>, то

будет принят стандартный ответ (показано в знаках "<" и ">"),

т.е. Ваш проект получает название "New". Правда, лучше было бы

давать вашему судну свое название. Для этого нужно ввести это

название (которое должно состоять не более чем из 8-ми латинских

букв), и только после этого нужно нажать клавишу <Enter>.

Теперь ваш проект будет носить ваше название.

Затем появится диалог для ввода главных характеристик судна.

Этот диалог представляет собой комбинацию диалогов типа "меню" и

типа "прямой ввод".

Чтобы изменить, например, длину наибольшую вашего судна,

выбираете стрелками в меню "LMAX" и нажимаете клавишу <Enter>.

Внизу на экране появится вопрос по вводу длины. Введите ее, и

через <Enter> вернитесь в меню. Таким образом, введите главные

размерения вашего проекта. Для выхода из меню выбираете соот-

ветствующий пункт. После выхода, программа S1 инициализирует ваш

проект и Вы находитесь в главном меню. Для того чтобы понять как

выглядит ваш проект в настоящем моменте, нужно выбирать пункт

"ShowALL", который дает просмотр всего описания теоретического

чертежа. Пока ваше судно выглядит очень просто. Как придать судну

нужную форму, будет описано ниже, но, в принципе, сейчас можно

было бы делать расчеты с "таким судном".

Чтобы выйти из программы, нужно идти в пункт меню "Quit". Для

сохранения вашей работы, на вопрос "сохранить" нужно ответить

буквой латинского алфавита "Y".

ОТКРЫТИЕ СТАРОГО ПРОЕКТА

Для открытия уже созданного проекта выбираете во входном меню

соответствующий пункт. Через некоторое время появится список всех

проектов, из которых Вы можете выбрать ваш проект и выйти в

главное меню для дальнейшей работы.

ИЗМЕНЕНИЕ ГЛАВНЫХ РАЗМЕРЕНИЙ

(афинное перестроение теоретического чертежа и увеличение

цилиндрической вставки судна)

Выбираете в главном меню пункт "define" и на экране появится

то же меню, как и при создании нового проекта. Здесь Вы можете

изменить все главные характеристики судна. Для того чтобы

облегчить поиск вашего проекта в списке старых проектов (при

открытии старого проекта), рекомендуется ввести в пункте "судно ="

короткое описание вашего проекта, заменяя текст "S1 - проект".

Если Вы изменяете Lpp, BKwl и/или Tkwl, то после выхода из

диалога Вы можете афинно перестроить ваше судно в соответсвии с

изменениями длины, ширины и/или осадки. Для этого нужно ответчать

на вопрос(ы) "Y" (Yes = да). В случае ответа "Y" программа

перестраивает теоретический чертеж и дает возможность откорректировать

и нагрузки, если они были введены.

Если Вы изменили Lpp, то вы должны еще решить, как должно быть

перестроено судно, афинно ("Y") или с увеличением цилиндрической

втсавки

После этого Вы вернетесь в главное меню, где Вы, например,

можете записать измененный проект под новым названием, выбирая

пункт "save as".

ГРАФИЧЕСКИЙ РЕДАКТОР ДЛЯ ВВОДА И ИЗМЕНЕНИЯ ТЕОЕРЕТИЧЕСКОГО ЧЕРТЕЖА

Редактор для работы с теоретическим чертежом состоит из трех

редакторов:

1) редактор абсцисс шпангоутов;

2) редактор шпангоутов;

3) редактор фор-/ахтерштевня.

РЕДАКТОР АБСЦИСС ШПАНГОУТОВ находится под пунктом главного

меню "areal". Здесь Вы можете определить, сколько шпангоутов

(максимально 30) Вы хотите использовать для описания теорети-

ческого чертежа и где они по длине судна должны находиться. Этот

редактор, как и два других использует 3-тий тип диалоговых средств

прогаммы S1, диалог с помощью функциональных клавиш. Так Вы можете

клавишой F5 начинать диалог для перемещения шпангоута, клавишой F6

Вы можете ввести новый шпангоут, а клавиша F7 дает вам возможность

стирать ненужный шпангоут (например, внутри цилиндрической вставки

судна). Единица измерения во всех редакторах сантиметр.

Поэтому, если Вы хотите ввести новый шпангоут, кот. находится на

расстояние 10.35 м от мидельшпангоута в корму, Вы должны нажимать

клавишу F6 и ввести "-1035" (что соответсвует 1035 см = 10.35 м в

корму от миделя). Конечно новый шпангоут может находится только в

пределах максимальных точек фор- и ахтерштевня (смотри редактор

фор- и ахтерштевня). Кроме абсцисс шпангоутов этот редактор

показывает строевую по шпангоутам. С помошью клавиши F8 Вы можете

рассматривать ватерлинии, построенные по вашему теоретическому

чертежу. Здесь Вы можете определить какие ватерлинии (осадки) Вы

хотите посмотреть. Из этого и всех других редакторов Вы можете

выходить с помошью клавиши F10 или ESC. Вы вернетесь в главное

меню.

РЕДАКТОР ШПАНГОУТОВ находится под пунктом главного меню

"lines". Этот редактор самый объемный и имеет целый ряд функцио-

нальных клавиш, кот. лучше всего постепенно осваивать. Поэтому

описание редактора разделяется на три части:

а) необходимое знание:

теоретический чертеж в программе S1 описывается до 30-ти

шпангоутам, абсциссы кот. определены в редакторе абсцисс

шпангоутов. Каждый шпангоут описывается ровно 20-тью точками (не

более не менее) с координатами Z и Y. Кроме того имеется описание

фор- и ахтерштевня, кот. тоже описываются 20-тью точками и

редактируется в своем редакторе (описанный ниже). В редакторе

шпангоутов можно одновременно изменить только координаты одной

точки на одном шпангоуте. Данная точка показана на графике красным

прямоугольником, а в таблице координат красной стрелкой. Изменить

координаты этой точки можно клавишами "стрелки", а перейти к

другой точке клавишами "PgUp" и "PgDn". Шпангоут, на котором

находится данная точка на графике выделяется красной сплошной

линией (все остальные шпангоуты желтым пунктиром). Номер шпангоута

( по порядку программы S1, как в редакторе абсцисс шпангоутов) и

абсцисс шпангоута (в сантиметрах) написан в левом верхнем угле

экрана. Перейти на другой шпангоут можно с помощью клавиш F2 и F3.

Kроме того можно и прямо ввести численное значение координат

точек. Для этого нужно нажать клавишу F5 или Enter, после чего

появится диалоговое окно для ввода координат Z и Y для данной

точки.

б) дополнительное знание:

- скорость изменения координат точки при изпользовании клавиш

"стрелки" можно увеличить или уменьшить с помощью

клавиш "Y" (шаг в направлениии координат Y) и "Z" (шаг в

направлениии координат Z)

- точка, где закончится описание корпуса и начинается описание

палубы, обозначается буквой "d". Эту точку необходимо особенно

определить в том случае, когда описывается прогиб палубы. По

умолчанию принимается первая точка на шпангоуте.

- Если, например в носе, требуется определить некоторые точки как

не существующие, то в этом случае используется буква "n".

Например, для описания отрезка шпангоута в носе между бульбом и

носовой выступающей частью.

- чтобы узнать площадь шпангоута (для сравнения со строевой по

шпангоутам) используете клавишу F7. Результат расчета показы-

вается на экране рядом с абсциссой шпангоута.

- Расчет основных элементов корпуса для расчетной осадки

выполняется после нажатия клавишы F8.

- с помощью клавишы F9 можно увеличить/уменьшить масштаб

изображения шпангоутов для более детального просмотра.

- клавиша F4 вызовает перерисовку изображения. Это особенно важно

при работе в режиме увеличенного масштаба (F9), т.к. пере-

определяется центр изображения.

в) для "профессионалов":

- клавишой "пробел" можно отметить точку. После нажатия клавиши

"m" (от англиского move) отмеченая точка будет перенесена в

середину между данной точкой и точкой выше.

- весь шпангоут можно копировать с помощью клавиши F6

- F1 показывает краткую шпаргалку функциональних клавиш.

Для полного понимания описанного нужно просто немного

экспериментировать.

РЕДАКТОР ФОР- И АХТЕРШТЕВНЯ находится под пунктом главного

меню "hull" и работает аналогично редактору шпангоутов. Почти все

функциональные клавиши совпадают. Единственно, что клавиши F2 и F3

переключают между фор- и ахтерштевнем, а клавиша F7 показывает

полный боковой вид вашего судна в масштабе. При инициализации

проекта программа S1 придает вашему проекту прямые штевни. Теперь

Вы можете это исправить, но не забывайте, что координаты даются в

сантиметрах от мидельшпангоута. Если Вы это при вводе координат

забываете, то может появится странная картина на экране, т.к.

программа S1 показывает всегда весь штевень и не проверяет

согласование со шпангоутами. Так что не пугайтесь и проверьте

правильность введенных вами координат в таблице и согласование с

описанием шпангоутов.

Запомните! Проверка правильности описания корпуса остается за

Вами. Программа S1 поможет Вам только при этом тремя выше

описанными редакторами и трехмерным изображением всего корпуса в

пункте главного меню "ShowAll".

РАСЧЕТ КРИВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ЧЕРТЕЖА

... выполняется под пунктом главного меню "calc1". Результаты

расчета записываются в таблицах в текстовый файл под названием

проекта, только с расширением ".KET". Содержание этого файла (т.е.

таблиц результатов расчета) после оканчания работы ЭВМ

показывается на экране. Окно над таблицами можно двигать вверх и

вниз "стрелками", а в меню предлагается Вам выйти или распечатать

таблицы. При распечатке Вы можете определить с какой страницы Вы

хотите иметь распечатку и сколько пробелов в начале каждой строки

должны быть распечатаны. Кроме того Вы можете определить на какой

принтер должна идти печать (или в файл) и вас спрашивают сколько

строк могут быть распечатанны на одну страницу, т.к. программа S1

распределает автоматически все таблицы по страницам.

После выхода показываются кривые элементов графически. С

помощью клавиши "ESC" Вы можете вернутся в главное меню.

РАСЧЕТ МАСШТАБА БОНЖАНА И КРИВЫХ ВПАСОВА

... выполняется под пунктом меню "calc2" и производися совер-

шенно аналогично расчету кривых элементов. Результаты записываются

в текством файле под названием проекта с расширением ".KWT", и

показываются в конце расчета на экране, откуда и можно их

распечатать. Графический показ не производится.

ВВОД ВАРИАНТОВ НАГРУЗКИ

Если Вы первый раз введете в пункт главного меню "mass", то

вас спрашивают массу и ЦТ судна порожнем. Эти величины можно потом

изменить ,но для первоначальной установки они нужны программе S1

сразу. Введите их, пожалуйста. После этого появится подменю, с

которым Вы можете определить какой вариант нагрузки (судна

порожнем или 5 вариантов дедвейта) Вы хотите ввести/изменить.

а) cудно порожнем вводится по схеме Английского Ллойда, как

описано в книге Попова "Конструкция корпуса корабля", том 1. Т.о.

корпус разделяется на отдельные известные по массе и центру

тяжести составляющие и неизвестные составляющие. Последние

распределается по определенным графикам по всей длине судна. Эти

графики в программе S1 уже запрограммированы. Сумма всех

составляющих (известных, как и неизвестных) дает нам массу и ЦТ

судна порожнем. Если Вы войдете в пункт подменю "судно порожнем",

то открывается стандартная таблица всех вариантов нагрузки. Здесь

Вы можете добавить/изменить и стирать составляющие нагрузки. В

таблице нагрузки судна порожнем, правда, есть одна особенность.

Там всегда первым появится статья "корпус металлический". Ее Вы

можете изменить, но не стирать. Если Вы войдете первый раз в

таблицу судна порожнем данного проекта, то масса и ЦТ этой статьи

соответствуют массе и ЦТ судна порожнем, как они были вами введены

раньше. Эта статья и будет (в отличие от всех остальных)

распределена по длине судна в соответсвии с правилами Английского

Ллойда и представляет собой все неизвестные составляющие судна

порожнем. Поэтому, если Вы сейчас вводите новую составляющую, как,

например, надстройка (масса и ЦТ, которые вам известны), то масса

и ЦТ статьи "корпус металлический" автоматически перечитывается

так, что масса и ЦТ судна порожнем сохраняются.

б) во всех таблицах вы можете двигаться вверх и вниз "стрелками" и

выделить статью нагрузки, кот. Вы хотите изменить или стирать.

Двигаться по меню в нижней строке будете "стрелками" "слева" и

"справа". Кроме добавления, изменения и стирания, Вы можете

копировать выделенную статью нагрузки (например, чтобы не во всех

вариантах ввести название статьи, а просто изменить там ее массу).

В конце концов Вы можете рассчитать ЦТ всех вариантов нагрузки для

контроля. Показанный центр величины здесь проектный, и не

расчитывается (это задача для расчета посадки).

РАСЧЕТ ПОСАДКИ

Как перед всеми расчетами рекомендуется записывать проект под

пунктом главного меню "save", а потом входим в пункт "trim".

Открывается подменю для выбора варианта нагрузки. Правда, если Вы

еще не расчитывали кривые Власова, то программа S1 это сейчас

делает, т.к. они необходимы для расчета посадки и остойчивости.

Это делается один раз (если Вы не изменяете теоретический чертеж).

Кроме пяти вариантов нагрузки, которые Вы можете ввести, есть еще

пункт меню "прямой ввод V и ЦТ". Здесь Вы можете просто так ввести

водоизмещение (м3) и ЦТ судна и программа S1 расчитывает вам

посадку судна (если это возможно) также как и для других вариантов

нагрузки. После расчета показываются результаты в числах и

графически на экране. Это изображение Вы можете записать в файл

типа DXF. Такой файл могут почти все серьезные чертежные программы

(например, AutoCAD) читать. С этими программами Вы можете этот

график изменить и распечатать. Для записи нажимаете клавищу F3,

вас спрашивают имя файла (8 латинских букв). Для выхода без записи

в графический файл нажмите клавищу ESC.

РАСЧЕТ ОСТОЙЧИВОСТИ НА БОЛЬШИХ УГЛАХ КРЕНА

... выполняется в пункте "Stab" и только для одного из пяти

вариантов нагрузки без или с учетом сопутствующего дифферента.

Для этого необходим уже проведенный расчет посадки. Расчет

остойчивости выполняется по 18 углам крена по шагам для того,

чтобы Вы могли следить за кренованием. Для расчета следующего угла

необходимо нажать любую клавишу или клавишу "F1", чтобы расчет без

останова произвести до конца.

Расчет с учетом сопутствующего дифферента очень трудоемко и если

Вы еще не расчитывали Кривые Власова, то вам это в конце меню

предлагает, чтобы ускорить расчет.

В большинство случаях достаточно расчитать остойчивость без учета

сопутствующего дифферента, т.к. это предполагает Регистр. Тогда

расчет можно выполнить прямо или с использованием пантокарен.

Для выбор метода служит последний пункт меню.

Результаты расчета показываются графически. Графики расчета

можно записывать в файл. После выхода из графического режима,

показываются результаты в табличном виде. Эти результаты в

табличном виде записываются в файл на диске под названием проекта

с расширением от ".OS1" до ".OS5" в зависимости от варианта

нагрузки.

ВЫВОД ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ЧЕРТЕЖА ДЛЯ ЧТЕНИЯ В ДРУГИХ ПРОГРАММАХ

Пункт меню "export" позволяет вывести описание теоретического

чертежа в файле типа PRJ, как его использует в системе проекти-

роваиия конструкции корпуса "проект KS" кафедра конструкции судов

СПбГМТУ. Программа S1 сама может читать такие файлы, т.к. файлы

типа S1P, которые использует самма программа S1 являются

расширенным вариантом файлов типа PRJ. Дальше этот пункт меню

позволяет записать теоретический чертеж в двух текстових форматах

для передачи геометрии корпуса в другие программы.

Пункт меню "DXF" позволяет записать теоретический чертеж в

файлах типа DXF, чтобы его можно было распечатать или использовать

в своих чертежах. Записать можно либо проекцию корпуса, либо

трехмерную проволочную модель, либо некоторые отдельные ватерлинии

(координаты z задается вами), либо диаметральный батокс (т.е. ДП).

РАСЧЕТЫ НЕПОТОПЛЯЕМОСТИ - ГЕНЕРАЦИЯ РАСЧЕТНОЙ МОДЕЛИ ПОВРЕЖДЕНОГО CУДНА

Расчеты непотопляемости выполняются с помощью специальной

расчетной модели, которая генерируется из теоретического чертежа

вашего судна. Для этого необходимо, что корпус вашего судна описан

не более 26-тью шпангоутами. Если необходимо, то стираете ненужные

шпангоуты в редакторе абсцисс шпангоутов. Для создания расчетной

модели войдите в пункт главного меню "damage", после чего данные

вашего судна будут сохранены. Теперь вводите носовую координату

заполненого отсека, затем кормовую. После введения коэффицента

заполнения (k), программа ставит в носе и в корме затопленного

отсека по два шпангоута и редуцирует корпус внутри этих шпангоутов

умножая координаты всех внутренних точек по Y на (1-k). Результат

этой операции Вы можете посмотреть в "ShowAll". Правда, программе

S1 не всегда удается ставить шпангоуты так как Вы это

предполагали. В этом случае приходится исправлять шпангоуты в

ручную, для этого используется графический редактор.

С данной полученной моделью поврежденного судна Вы можете

проводить расчеты как и для целого судна. Только такая модель

будет не совсем справедлива при расчетах остойчивости на больших

углах крена (с ошибкой в безопасную сторону). А расчеты посадки и

изгибающих моментов на тихой воде будут соответствовать

реальности. Таким образом, Вы можете сгенерировать один за другим

расчетные модели для всех отсеков вашего судна и выполнить расчеты

непотопляемости.

Есть еще одна особенность: расчетные модели поврежденных судов

записываются под названием проекта с расширением ".S1D", так что

если Вы создаете новую расчетную модель вашего судна, то старая

затирается. Если Вы хотите сохранить старую модель, то сначала Вы

ее записываете в пункте главного меню "SaveAs", и только после

этого создаете новую расчетную модель.