42 Тус, Кацман. 00Набор текста – Борискин Олег, oboriskin@mail.Ru

Теория и устройство судна

Глава 1 плавучесть судна § 1. Геометрия корпуса судна

Общее представление о форме корпуса. Корпус судна представ­ляет собой удлиненное тело, которому обычно придается удобообтекаемая форма с целью уменьшения сопротивления воды и воздуха его движению. Для общей характеристики формы корпуса служат:

формы сечений корпуса тремя взаимно перпендикулярными плоскостями;

соотношения главных размерений корпуса;

безразмерные коэффициенты полноты.

В качестве трех взаимно перпендикулярных секущих плоскостей принимают (рис. 1.1):

вертикальную продольную плоскость, проходящую посередине ширины судна и называемую диаметральной плоскостью (ДП);

вертикальную поперечную плоскость, проходящую посередине расчетной длины судна и называемую плоскостью мидель-шпангоута (обозначается знаком ¤ );

горизонтальную плоскость, совпадающую с поверхностью воды и называемую плоскостью грузовой ватерлинии (плоскостью ГВЛ).

Рис. 1.1. Сечения корпуса судна и главные размерения

При проектировании судов, в частности судов, не предназначен­ных для перевозки грузов, иногда вместо ГВЛ, отвечающей осадке судна с полным грузом, пользуются некоторой условной ватерли­нией - конструктивной ватерлинией (КВЛ).

Диаметральная плоскость делит корпус судна на две симметрич­ные части. Относительно плоскости мидель-шпангоута корпус судна, как правило, несимметричен, что обусловливается общепроектными соображениями и требованиями, связанными с обеспечением мореход­ных качеств судна. Плоскость ватерлинии делит корпус судна на две несимметричные части: подводную и надводную.

У морских судов верхняя палуба, как правило, имеет седловатостъ, т. е. палубная линия в ДП является плавной кривой с подъемом от средней части судна в нос и в корму. Седловатость уменьшает заливаемость оконечностей и улучшает, таким образом мореходность судна. Чтобы обеспечить сток воды за борт, палубе в поперечном на­правлении придают обычно кривизну, называемую погибью.

Диаметральная плоскость и плоскость мидель-шпангоута являются главными координатными плоскостями, используемыми при решении задач статики судна. Третьей координатной плоскостью является основная плоскость (ОП), параллельная плоскости ватерлинии и прохо­дящая через линию пересечения верхней кромки горизонтального киля с плоскостью мидель-шпангоута.

Главные размерения судна и их соотношения. Главными размерениями судна являются (см. рис. 1.1):

расчетная длина судна L; различают две расчетные длины, исполь­зуемые при решении задач статики судна: длину по КВЛ L_квл измеряемую вдоль следа КВЛ на ДП между точками пересечения КВЛ с пе­редней кромкой форштевня и очертанием кормы по внутренней по­верхности наружной обшивки; длину между перпендикулярами L_┴┴, измеряемую в ДП между перпендикулярами к ОП, проведенными через точки пересечения КВЛ с передней кромкой форштевня [носо­вым перпендикуляром (НП)] и с осью баллера руля [кормовым перпен­дикуляром (КП)];

расчетная ширина судна В, измеряемая на уровне плоскости КВЛ в наиболее широком ее месте между внутренними поверхностями наружной обшивки;

высота борта D, измеряемая в плоскости мидель-шпангоута по вертикали у борта от ОП до линии пересечения внутренней поверх­ности бортовой обшивки с нижней поверхностью палубного настила верхней водонепроницаемой палубы;

осадка судна d, измеряемая в плоскости мидель-шпангоута по вертикали от ОП до уровня ГВЛ.

Разность между высотой борта D и осадкой d определяет высоту надводного борта F.

Все перечисленные главные размерения носят название расчетных, или теоретических, так как они не учитывают толщины наружной обшивки корпуса. Теоретические главные размерения используют в различных расчетах, выполняемых для оценки качеств судна, опре­деляемых его геометрической формой.

Для общей характеристики формы корпуса служат следующие соотношения главных размерений:

отношение L/B, определяющее в значительной степени ходовые качества судна;

отношение B/d, влияющее на остойчивость, качку и ходовые качества;

отношение L/D, влияющее на прочность судна;

отношение D/d, определяющее остойчивость на больших углах крена и непотопляемость судна.

Безразмерные коэффициенты, полноты. Кроме указанных выше отношений главных размерений для характеристики формы подводной части судна используют безразмерные коэффициенты полноты:

коэффициент полноты площади КВЛ- отношение площади ватерлинии S к площади прямоугольника со сторонами L и В:

α=S/(LB); (1.1)

коэффициент полноты площади мидель-шпангоута - отношение площади подводной части мидель-шпангоута ω к площади прямоугольника со сторонами В и d:

β = ω/(Bd); (1.2)

коэффициент общей полноты - отношение объема подводной части, или объемного водоизмещения, судна V к объему параллелепи­педа со сторонами L_, В и d:

C_b = V/(LBd); (1.3)

коэффициент продольной полноты - отношение объемного водоизмещения судна V к объему цилиндра, имеющего основанием пло­щадь мидель-шпангоута ω и высоту L:

φ = V/(ωL); (1.4)

коэффициент вертикальной полноты - отношение объемного водоизмещения судна V к объему цилиндра, имеющего основанием площадь КВЛ S и высоту d:

χ = V/(Sd). (1.5)

Коэффициенты α, β и С_b считаются основными независимыми коэф­фициентами, а коэффициенты φ и χ - производными от них, связанными соотношениями

φ=Cb/β; Х=С_b/α. (1.6)

Координатные оси и параметры посадки судна. Положение судна относительно невозмущенной поверхности воды называют его посад­кой. В задачах, связанных с определением посадки судна, обычно используют связанную с судном прямоугольную координатную систе­му Oxyz, в которой ось Ох направлена в нос по линии пересечения ДП

с ОП, ось Оу - на правый борт по линии пересечения плоскости ми­дель-шпангоута с ОП, ось Oz - вверх по линии пересечения ДП с плос­костью мидель-шпангоута (рис. 1.2).

Рис. 1.3. Теоретический чертеж судна

В общем случае посадка судна, а следовательно, и положение его ватерлинии в указанной выше координатной системе определяются тремя параметрами, в качестве которых принимают среднюю осадку d- аппликату точки пересечения плоскости ватерлинии с осью Oz; угол θ - угол между осью Оу и линией пересечения плоскости ватер­линии с плоскостью мидель-шпангоута (миделевым следом ватер­линии); угол ψ - угол между осью Ох и линией пересечения плоскости ватерлинии с ДП (диаметральным следом ватерлинии). Если θ = 0, то говорят, что судно сидит прямо; если ψ = 0, то говорят, что судно сидит на ровный киль. Обычно параметр θ называют углом крена, а параметр ψ - углом дифферента, хотя, строго говоря, угол θ является углом крена только при ψ = 0, а угол ψ - углом дифферента только при θ = 0.

Положительными направлениями отсчета углов считают: для θ - направление от оси Оу по часовой стрелке, если смотреть с положи­тельного конца оси Ох, а для ψ - направление от оси Ох против часо­вой стрелки, если смотреть с положительного конца оси Оу. Таким образом, положительными будут дифферент на нос и крен на правый борт.

Если судно сидит прямо (θ = 0), то его посадка может быть опреде­лена двумя параметрами d и ψ или значениями осадок носом и кормой (на НП и КП):

D_н = d + L/2 tg ψ ~ d + L/2 ψ (1.7)

D_к = d - L/2 tg ψ ~ d - L/2 ψ (1.8)

Разность осадок носом и кормой d_H - d_K называют дифферентом судна. Угол дифферента и дифферент связаны следующей зависимостью:

d_н - d_к = L · tg ψ ≈ L·ψ. (1.9)

Теоретический чертеж судна. Соотношения главных размерений и коэффициенты полноты не могут дать точного представления о фор­ме корпуса судна: при одних и тех же значениях главных размерений, их соотношений и коэффициентов полноты можно получить множество отличных друг от друга форм корпуса. Точное представление о форме корпуса судна может дать только его теоретический чертеж (рис. 1.3), необходимый для расчетов плавучести, остойчивости, непотопляемос­ти; разработки чертежей общего расположения судна и конструктив­ных чертежей корпуса.

На теоретическом чертеже стального судна изображают теорети­ческую поверхность корпуса без наружной обшивки, толщина которой мала по сравнению с размерами судна, в проекциях на три взаимно перпендикулярные координатные плоскости: ДП, плоскость мидель-шпангоута и ОП. Эти проекции называют соответственно „Боком", „Корпусом" и „Полуширотой".

Метод изображения корпуса судна на теоретическом чертеже заключается в вычерчивании совокупности сечений его поверхности рядом плоскостей, параллельных указанным трем плоскостям проек­ций. Сечения теоретической поверхности судна вертикальными плос­костями, параллельными ДП, называют батоксами; сечения вертикаль­ными плоскостями, параллельными плоскости мидель-шпангоута, - теоретическими шпангоутами; сечения горизонтальными плоскостями, параллельными ОП, - ватерлиниями. Каждое сечение проецируется на одну из плоскостей в своем истинном виде, а на две другие плоскос­ти - в виде прямых линий. Например, каждая ватерлиния изобра­жается в своем истинном виде на „Полушироте" и в виде прямых линий на „Корпусе" и „Боку".

Поскольку корпус судна симметричен относительно ДП, на „Полу­широте" вычерчивают только половины ватерлиний, а на „Корпусе" - половины шпангоутов; при этом половины носовых шпангоутов изображают справа, а кормовых - слева от следа ДП. Нос судна на „Полушироте" и „Боку" в отечественной практике принято распо­лагать справа.

Все три проекции корпуса судна на теоретическом чертеже пред­ставляют одну и ту же поверхность, поэтому координаты всех точек пересечения шпангоутов, ватерлиний и батоксов должны быть согла­сованы на всех проекциях. Все однотипные сечения обычно проводят на равных расстояниях. Число равноотстоящих от ГВЛ ватерлиний зависит от требуемой точности расчетов теоретических элементов судна. Ватерлинии нумеруют по порядку снизу вверх (ОП рассматри­вают как нулевую ватерлинию). Выше ГВЛ также проводят несколько ватерлиний, чтобы обеспечить необходимое согласование плавности обводов в надводной части судна. Число равноотстоящих теоретичес­ких шпангоутов, включая НП и КП, принимают обычно равным 21, т. е. расчетную длину судна делят на 20 равных частей, именуемых теорети­ческими шпациями.