1.3. Расчет сопротивления судов.

Сопротивление буксирующего судна рассчитывается следующим образом:

R₁ = Rтр +Rос + R_возд + R_в кН (1.4.)

где R_ф – сопротивление трения для буксирующего судна, кН;

Rос – остаточное сопротивление для буксирующего судна, кН;

R_возд – сопротивление воздуха для буксирующего судна, кН;

R_в – сопротивление от волнения для буксирующего судна, кН.

Сопротивление буксируемого судна отличается от сопротивления буксирующего судна дополнительным сопротивлением застопоренного винта и сопротивлением буксирного троса:

R₂ = R_тр' +Rос' + R_возд' + R_в' + R_з.в. + R_тр кН (1.5.)

где R_ф' – сопротивление трения для буксируемого судна, кН;

Rос' – остаточное сопротивление для буксируемого судна, кН;

R_возд' – сопротивление воздуха для буксируемого судна, кН;

R_в' – сопротивление от волнения для буксируемого судна, кН;

R_з.в. – сопротивление застопоренного винта буксируемого судна, кН;

R_тр – сопротивление буксирного троса, кН.

Сопротивления рассчитываются по эмпирическим формулам:

Сопротивление трения: R_тр = ζ_тр* _воды * S * V_б^1,83 * 10^-5 кН (1.6.)

Сопротивление остаточное: Roc = (0,09 *  * ∆ * V_б⁴ ) / (L²) кН (1.7.)

Сопротивление воздуха: R_возд = (ζвозд. * _возд./2 * A_н * (W_в + V_б)² * 10^-3 ) кН (1.8.)

Сопротивление от волнения: R_в = (ζ_в * _воды * S * V_б² /2* 10^-3 ) кН (1.9.)

Сопротивление застопоренного винта: R_з.в. = 0,25 * D_в² * V_б² * 10^-3 кН (1.10)

Сопротивление погруженной в воду части буксирного троса:

R_тр = 0,04 * d_т * V_б² *  l² -(80 * R₂ * h_т )/(q * g) Н (1.11.)

где ζ_ф – коэффициент трения, выбирается из исходных данных;

_воды – плотность воды, принимаем равной 1025 кг/м³;

S – площадь смоченной поверхности корпуса судна, м²;

Для транспортных судов и плавбаз рассчитывается по формуле:

S = L_в*d_ср*( 1,36 + 1,13 *  *B / d_ср ) м²

Для промысловых судов по формуле : (1.12)

S= L_в*d_ср*(1,45 + 1,12 *  * B / d_ср) м²

Для нашего случая мы берем формулу (1.12) для транспортных судов и плавбаз:

для буксирующего судна: S₁ = 123 * 6,7 * ( 1,36 + 1,13 * 0,79 * 16,8 / 6,7 ) = 2965,45 м²

для буксируемого судна: S₂ = 146 * 7,4 * ( 1,36 + 1,13 * 0,77 * 20 / 7,4 ) = 4010,04 м²

где L_в – длина действующей ватерлинии при средней осадке, м, из исходных данных;

d_ср – средняя осадка, м, выбирается из исходных данных;

В – ширина судна, м, выбирается из исходных данных.

V_б – скорость судна при буксировке, м/с;

 –коэффициент полноты, выбирается из исходных данных;

∆ – водоизмещение судна, т, выбирается из исходных данных;

L – длина судна, м, выбирается из исходных данных;

ζо – коэффициент обтекания, принимаем равным 0,8;

_возд. – плотность воздуха, принимаем 1,25 кг/м³;

A_н – проекция надводной поверхности судна на плоскость мидель-шпангоута, м²;

V_в - скорость встречного ветра, м/с;

ζ_в – коэффициент волнового сопротивления, для волнения силой 3 балла

принимаем равным 0,0004

D_в – диаметр винта, м, выбирается из исходных данных для буксируемого судна;

d_т – диаметр троса, м;

l - полная длина троса, м;

R₂ – сопротивление буксируемого судна, кН;

h_т – средняя высота закрепления троса над уровнем моря, м; определяется по

формуле:

h_т = (H₁ + H₂) / 2 м (1.13.)

h_т = (4+3,5) / 2 = 3,75м

где H_1,2 – высота крепления троса над водой на буксировщике и буксируемом судах, м,

выбирается из исходных данных;

q – линейная плотность буксирного троса, кг/м;

g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения;

Для расчета сопротивлений по данным формулам берем V_б в м/с.

По формуле (1.6.) находим сопротивление трения: R_тр = ζ_тр * _воды * S * V_б^1,83 * 10^-5

для буксирующего судна: R_тр=0,141*1025* 2965,45 * V_б^1,83 * 10^-5

для буксируемого судна: R_тр^’=0,140*1025* 4010,04 * V_б^1,83 * 10^-5

По формуле (1.7.) находим остаточное сопротивление: Rос = (0,09 *  * ∆ * V_б⁴ ) / (L²) кН

для буксирующего судна: Rос = (0,09 * 0,79* 8970 * V_б⁴ )/(130²) кН

для буксируемого судна: Rос' = (0,09 * 0,77* 16000 * V_б⁴ ) / (150²) кН

По формуле (1.8.) находим сопротивление воздуха:R_возд = (ζво*_возд.*A_н *(W_в +V_б)² *10^-3) /2 кН

для буксирующего судна: R_возд = (0,8 * 1,25 * 180 * (9 + V_б)² * 10^-3 ) /2 кН

для буксируемого судна: R_возд' = (0,8 * 1,25 * 250 * ( 9 + V_б)² * 10^-3 ) /2 кН

По формуле (1.9.) находим сопротивление от волнения: R_в = (ζ_в * _воды * S * V_б² * 10^-3 ) /2 кН

для буксирующего судна: R_в = (0,0004* 1025 * 2965,45 * V_б² * 10^-3 ) /2 кН

для буксируемого судна: R_в' = (0,0004* 1025 * 4010,04 * V_б² * 10^-3 ) /2 кН

По формуле (1.10.) находим сопротивление винта: R_з.в.= 0,25 * D_в² * V_б² * 10^-3 кН

для буксируемого судна: R_з.в. = 0,25 * 5,1² * V_б² * 10^-3 кН

Так как необходимо произвести расчет сопротивлений для скоростей от 1 узла до значения скорости полного переднего хода буксирующего судна, которое равно 16,5 узлов, то результаты расчетов сводим в таблицу №2.