1 Расчет буксировочного сопротивления и мощности

Для того, чтобы судно двигалось с некоторой скоростью, необходимо, чтобы гребной винт создавал и постоянно поддерживал движущую силу (упор), достаточную для преодоления сопротивления. Величина упора определяется по формуле Р = Р_е + ΔР, где Р_е -полезная тяга гребных винтов; ΔР- сила засасывания.

Полезная тяга гребного винта идёт на преодоление буксировочного сопротивления R и равна ему Р_е=R .

Буксировочное сопротивление R есть сопротивление воды и воздуха буксируемого судна при отсутствии на нем движителей.

Буксировочное сопротивление воды, которое представляет собой проекцию на направление движения главного вектора касательных и нормальных сил, действующих на подводную (смоченную) поверхность судна определяются по формуле:

где τ - касательное напряжение сил трения; р - гидродинамическое давление; V - скорость судна; Ω - смоченная поверхность корпуса судна.

В настоящее время наиболее достоверные данные о величине сопротивления воды движению судна можно получить пересчетом результатов модельного экс­перимента, для проведения которого требуется значительная затрата времени и средств. На первоначальных этапах проектирования при сравнительной оценке ходкости большого числа прорабатываемых вариантов проекта указанный способ определения сопротивления неприменим. Поэтому на начальных стадиях проектирования и на стадиях технического проектирования используют способ при­ближенного расчета буксировочной мощности, которые позволяют при ограни­ченном числе параметров, характеризующих корпус на данном этапе проектиро­вания, с достаточной достоверностью рассчитать буксировочную мощность.

Поскольку главные размерения и их соотношения, и коэффициенты полноты не могут полностью охарактеризовать форму корпуса судна, то разработать универ­сальный метод для расчета буксировочной мощности не представляется возмож­ным. Поэтому в настоящее время получили распространение приближенные рас­четы буксировочной мощности для отдельных типов судов, обладающие доста­точно высокой степенью точности.

Определим объемное водоизмещение:

м³

Определим водоизмещение в тоннах:

Определим следующие безразмерные характеристики корпуса:

Площадь смоченной поверхности судна вычисляется по формуле С. П. Мурагина:

м²

Исходные и полученные данные свидетельствуют о том, что для расчета коэффициентов остаточного сопротивления можно применить серию судов с умеренной полнотой обводов (п.1.5.3).

Дедвейт судна может быть определен по формуле:

т

где η_DW =0,7 – коэффициент утилизации водоизмещения, зависящий от типа, размеров, скорости и дальности плавания.

Буксировочное сопротивление судна:

где R_F - сопротивление трения

R_VP - сопротивление формы

R_W - волновое сопротивление

R_A - сопротивление шероховатости

R_AA - сопротивление воздуха

R_AP - сопротивление выступающих частей

Буксировочное сопротивление судна в общем виде:

кН

где C - безразмерный коэффициент полного сопротивления

ρ - плотность воды.

v - скорость судна м/с

- смоченная поверхность корпуса,

Буксировочная мощность:

Р_е= 1,15· R·v кВт

1,15 - коэффициент, учитывающий эксплуатационные факторы

В соответствии с принятой структурой сопротивления, безразмерный коэффици­ент полного сопротивления равен :

где C_R= C_VP+C_W - коэффициент остаточного сопротивления

- коэффициент сопротивления трению, определяем по формуле

Прандтля-Шлихтинга:

где Re - число Рейнольдса по длине судна (Re ≥ 5·10⁶).

C_AР - коэффициент сопротивления выступающих частей принимаем по рекомен­дации ЦНИИ им. Крылова равным 0,1·10^-3.

С_A - надбавка, учитывающая шероховатость наружной обшивки, принимаем рав­ной 0,35·10^-3.

С_AA - коэффициент сопротивления воздуха движению судна имеет вязкостную природу. Основную часть сопротивления создает надстройка. Вклад же воздушного сопротивления в общий баланс невелик 1-3%. Поэтому принима­ем С_AA=0.

По результатам расчёта построены графики зависимости R_Е и Р_ЕЕ от возможных скоростей эксплуатации судна (см. рис. 1.).

Таблица 1 – Расчет буксировочного сопротивления и мощности

№	Расчетная величина	Ед.измер.	Значения
1	vS	уз	12	13	14	14,8	16
2	v=0,514·vS	м/с	6,17	6,68	7,2	7,61	8,22
3	v2	м2/с2	38,04	44,65	51,78	57,87	67,63
4		---	0,164	0,178	0,192	0,202	0,219
5	CR(δ)·103 рис.1.19	---	0,7	0,77	0,84	0,86	1,02
6	ψ0 рис 1.19	---	0,5775	0,5775	0,5775	0,5775	0,5775
7	аψ рис.1.20	---	1,118	1,118	1,118	1,1179	1,1
8	аψ0 рис.1.20	---	1,0998	1,0998	1,0998	1,0997	1,082
9	kψ	---	1,0165	1,0165	1,0165	1,0165	1,0166
10	kB/T рис.1.21	---	1,0175	1,0176	1,0177	1,0178	1,018
11	aB/T рис.1.21	---	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
12	kxc рис.1.23	---	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
13		---	0,724	0,797	0,869	0,890	1,056
14		---	5,51	5,97	6,43	6,80	7,35
15		---	1,693	1,676	1,660	1,649	1,632
16		---	0,35	0,35	0,35	0,35	0,35
17		---	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1
18		---	2,867	2,923	2,979	2,988	3,138
19		кН	214,7	256,8	303,6	340,3	417,6
20		кВт	1324,0	1715,7	2184,5	2588,7	3434,6
21		кН	246,9	295,3	349,1	391,3	480,3
22		кВт	1522,6	1973,1	2512,2	2977,0	3949,8