2. Расчет водоизмещения судна

Первое приближение

Ориентировочно водоизмещение судна можно определить с помощью коэффициента утилизации:

где m_гр – грузоподъемность,_р– относительный параметр, принимаем по прототипу.

Более точно водоизмещение оценивается с помощью уравнения масс судна:

где D₀ – водоизмещение порожнем,Dw – дедвейт судна.

Водоизмещение определяем с использованием данных по судам прототипам.

D₀=m_k0+m_мех+D

где m_k0=p_k0*D – масса оборудованного корпуса,

m_мех=p_м*Ne – масса механизмов,

D=a*D – запас водоизмещения.

Мощность главных двигателейNe оценивается с помощью адмиралтейского коэффициентаCa:

Относительные модули p_k0, p_м,Ca и коэффициент запаса водоизмещения принимаем по судам – прототипам:

p_k0=0,5

p_м= m_мех/Ne=0,059

а=0,02

Расчет дедвейта выполняем путем определения отдельных статей нагружения:

Dw=m_гр.+m_т,в,с+ m_эк.б+ m_пр.+ m_вп.м+ m_под.в.+ m_ст.оз=Dw₀+ m_т,в,с

m_гр.=200Т

m_эк.б=0,12*Z=0,12*6=0,72T

m_пр=0,004*Z*A=0,004*6*8=0,192T

m_вп.м=(0,03+0,04)*A*Z=(0,03+0,04)*8*6=3,36T

m_ст.ф.в.=0,03*A*Z=0,03*8*6=1,44T

m_тв.о=0,001*A*Z=0,001*8*6=0,048T

m_под.в.=5Т

m_ст.оз.=0,5Т

Dw₀=200+0,72+0,192+3,36+5+0,5= 209,772T

m_т,в,с=q_T*24*A*Ne=1,3*0,17*24*10^-3*8* =0,042*

D=p_k0*D+p_м* +a*D+Dw₀+0,042*

D*(1-p_k0-a)=Dw₀+k*D^2/3

D*(1-0,5-0,02) = 209,772+0,378*D^2/3

/x=D^1/3/

0,48*x³-0,378*x²- 209,772=0

x= 7,861

D=x³= 485,683Т

3. Определение главных размерений в первом приближении

Главные размерения определяются на основе уравнений плавучести:

g*D=*g*V

D=*V

V= D/

V=L*B*T*

В проекте принимаем максимальную осадку. Для решения воспользуемся данными по судам – прототипам:

=₀=0,825

Уравнение плавучести преобразуем:

l*B²*T*=V

L=l*B

L=5,56* 9,393= 52,227м

Высоту борта Н пересчитаем с прототипа:

H=(H/T)₀*T

H=(2,5/1,3)*1,2=2,308м

Главные размерения можно определить методом вариаций.

4. ОЦЕНКА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ СУДНА. КОРРЕКТИРОВКА ГЛАВНЫХ РАЗМЕРЕНИЙ

Выбранные размерения в первом приближении допустимы по условиям плавания. Оптимальные значения коэффициента полноты водоизмещения:

Принятое значение не сильно отличается от оптимального поэтому будем использовать его в проекте.

Оценка непотопляемости судна.

Непотопляемость обеспечивается разумным использованием запаса плавучести. Мерой запаса плавучести служит высота надводного борта. Минимальная высота надводного борта устанавливается «Правилами Регистра».

Открытый Закрытый

Минимальный 600 мм 340 мм

надводный

борт

HT+H_min=1,2+0,6=1,8

2,308 м > 1,8 м

Непотопляемость будет обеспечена так как принятая высота борта больше минимального.

Оценка прочности судна.

Для обеспечения продольной и поперечной прочности судна необходимо чтобы отношения L/H, B/H были не более 28 и 5 соответственно (регламентируется Регистром).

Проверка:

L/H=52,227/2,308=22,632

22,632<28

B/H=9,393/2,308=4,07

4,07<5

Соотношения удовлетворяют требованиям Регистра.

Оценка остойчивости.

Остойчивость оценивается относительной метацентрической высотой.

где с-доля высоты, с=0,8

h

рис. 4.1.

=75,875м

h/B=75,875/9,393=8,078

Оценка вместимости судна.

Объем грузовых трюмов должен быть:

W_гр>_гр*m_гр=2,4*200=480Т

где _гр– удельная кубатура грузов (для расчетного судна принимаем_гр=2,4)

Считаем объем трюма:

рис. 4.2.

V_тр=B_тр*H_тр*L_тр=6,793*2,308*31=485,987Т

Рассчитанный объем трюма удовлетворяет условию вместимости судна.

5. РАСЧЕТ НАГРУЗКИ МАСС И КОРРЕКТИРОВКА ГЛАВНЫХ РАЗМЕРЕНИЙ

(Третье приближение)

По итогам второго приближения имеем:

D=**L*B*T=1*0,825*52,227*9,393*1,2=485,683Т

По итогам второго приближения уточняем нагрузку масс:

m_k0=q_k0*L*B*H=0,155*52,227*9,393*2,308=175,48T

m_мех=p_м*Ne=0,059*520,745=30,724Т

D₀=m_к0+m_мех=175,48+30,724=206,204Т

Dw=Dw₀+m_т,в,с

Dw₀= m_гр.+ m_эк.б+ m_пр.+ m_вп.м+ m_п.в=200+0,72+0,192+3,36+5+0,5= 209,772T

m_т,в,с=1,3*0,17*24*10^-3*Ne=2,762 T

Dw=209,772+2,762=215,034Т

Полная нагрузка судна:

m_i= m_к0+ m_мех+ Dw₀+ m_т,в,с+D= 175,48+30,724+209,772+2,762+0,02*485,683=428,451Т

Считаем разницу:

m=D-m_i=485,683-428,451=57,231T

Необходимое водоизмещение третьего приближения:

D^*=D-_н*m

где _н– коэффициент Нормана, рассчитывается по формуле:

D^*=D-_н*m = 389,127Т

Необходимо чтобы выполнялось условие:

m/D^*0,005

Проверка:

57,231/389,127=0,147

Условие не выполняется, поэтому используем метод последовательных приближений для достижения условия.

Автоматизировать процесс расчета позволяет программа Mathcad 8.0.

Листинг вычислений:

Первая итерация

Проверка условия

Ширина (м)

Длина (м)

Высота борта (м)

Водоизмещение (Т)

Оборудованный корпус (Т)

Масса механизмов (Т)

Мощность (кВт)

Масса топлива, воды , смазки (Т)

Полная нагрузка

Соотношение больше допустимого, необходима вторая итерация

Разница (Т)

Коэффициент Нормана

Так как условие не выполнено соотношение m/D больше0,005 переходим ко второй итерации:

Ширина (м)

Длина (м)

Высота борта (м)

Водоизмещение (Т)

Оборудованный корпус (Т)

Масса механизмов (Т)

Необходимое водоизмещение (Т)

Вторая итерация

Мощность (кВт)

Масса топлива, воды , смазки (Т)

Полная нагрузка

Разница (Т)

Коэффициент Нормана

Соотношение больше допустимого, необходима третья итерация

Так как условие не выполнено соотношение m/D больше0,005 переходим к третьей итерации:

Необходимое водоизмещение (Т)

Третья итерация

Ширина (м)

Длина (м)

Разница (Т)

Коэффициент Нормана

Соотношение больше допустимого, необходима четвертая итерация

Полная нагрузка

Т

Высота борта (м)

Водоизмещение (Т)

Оборудованный корпус (Т)

Масса механизмов (Т)

Мощность (кВт)

Масса топлива, воды , смазки (Т)

Ширина (м)

Необходимое водоизмещение (Т)

Четвертая итерация

ак как условие не выполнено соотношениеm/D больше0,005 переходим к четвертой итерации:

Длина (м)

Высота борта (м)

Водоизмещение (Т)

Оборудованный корпус (Т)

Т

Ширина (м)

Необходимое водоизмещение (Т)

Пятая итерация

Длина (м)

Высота борта (м)

Водоизмещение (Т)

Оборудованный корпус (Т)

Масса механизмов (Т)

Мощность (кВт)

Разница (Т)

Коэффициент Нормана

Масса топлива, воды , смазки (Т)

Полная нагрузка

Условие выполнено m/D =0,00381<0,005

ак как условие не выполнено соотношениеm/D больше0,005 переходим к пятой итерации:

Масса механизмов (Т)

Мощность (кВт)

Масса топлива, воды , смазки (Т)

Разница (Т)

Коэффициент Нормана

Соотношение больше допустимого, необходима пятая итерация

Полная нагрузка

Используем полученные главные размерения в пятом приближении для проверки условия вместимости:

W_гр>_гр*m_гр=2,4*200=480т

V_тр=B_тр*H_тр*L_тр=5,628 * 2,173 * 25,002 =315,116т

Как видно из проверки рассчитанный объем трюма не удовлетворяет условию вместимости судна, поэтому необходимо откорректировать начальные данные и произвести пересчет. В ходе коррекции я меняю значение соотношения (L/B)₀ с исходного равного 50/9, на новое, равное 50/12,4. При расчете: _опт=0,816. Используя новые данные, делаю шесть приближений и в итоге:

Необходимое водоизмещение (т)

Ширина (м)

Длина (м)

Высота борта (м)

Водоизмещение (т)

Оборудованный корпус (т)

Мощность (кВт)

Масса механизмов (т)

Масса топлива, воды , смазки (т)

Полная нагрузка (т)

Разница (т)

Коэффициент Нормана

Высота трюма (м)

Ширина трюма (м)

Длина трюма (м)

Объем трюма (м³)

Условие вместимости выполнено.

6. РАЗРАБОТКА ЭСКИЗА ОБЩЕГО РАСПОЛОЖЕНИЯ СУДНА

При разработке общего расположения должны быть учтены требования «Правил» Речного Регистра, требования санитарных правил Министерства Здравохранения России, требования охраны труда.

Минимальное число переборок в корпусе регламентируемое Регистром 3 шт. На судах с двойными бортами переборки можно не делать, но в двойных бортах устраивают непроницаемые диафрагмы не реже чем через 15 шпаций, каждая вторая из них непроницаемая.

Высота судовых помещений должна быть не менее 2,3 м (машинное отделение, надстройка, рубка). Если судно эксплуатируется без вахты, то эта высота может быть уменьшена до 1,9 м. Для обеспечения нормальных условий обитаемости в машинном отделении высота борта в корме увеличена до 2,7 м.

Длина форпика должна быть L_ф.п.0,5B.

В проекте принята длина форпика L_ф.п.= 5,071 м

Длина ахтерпика принимается 0,7-1,0 от длины форпика.

В проекте принята длина ахтерпика L_а.п.= 3,55 м

Длина машинного отделения с топливными цистернами:

l_мо=(0,13-0,16)*L=7,348 м

Длина бака l_б0,07L

В проекте принята длина бака l_б=2,858 м

Высоту бака принимаем 0,5 м

7. РАСЧЕТ ВАРИАНТОВ НАГРУЗКИ СУДНА

7.1. СУДНО ПОРОЖНЕМ

Статьи нагрузки	mi(т)	Координаты центра тяжести (м)		Статические моменты
		xi	zi	mixi	mizi
Корпус оборудованный	156,585	-2,449	1,22	-383,542	191,04
Механизмы	28,777	-12,9	1,098	-371,222	31,598
Запас водоизмещения	8,093	-4,072	1,201	-33,015	9,739
Сумма	193,47			-787,779	232,377

Водоизмещение судна порожнем: D₀=193,47т

Координаты центра тяжести судна:x_g0=₂/₁= -4,072м

z_g0=₃/₁= 1,201м

7.2.Судно в грузу со 100% запасов

Статьи нагрузки	mi(т)	Координаты центра тяжести (м)		Статические моменты
		xi	zi	mixi	mizi
Водоизмещение порожнем	193,47	-4,072	1,201	-787,779	232,377
Экипаж, багаж	0,72	-11,7	4,3	-8,424	3,096
Провизия	0,192	-8,8	4,3	-1,69	0,826
Вода питьевая	1,92	-10,6	1,9	-20,352	3,648
Вода мытьевая	1,44	-16,4	2	-23,616	2,88
Подсланевые воды	5	0	0,001	0	0,005
Топливо	2,328	-8,6	1,2	-20,021	2,794
Масло	0,259	-16,5	0,7	-4,274	0,181
Груз	200	4,5	1,8	900	360
Сумма	405,329			33,846	606,115

Водоизмещение судна в грузу со 100% запасов: D_100%=405,329 т

Координаты центра тяжести судна:x_g0=₂/₁= 0,084 м

z_g0=₃/₁= 1,495 м

7.3. СУДНО В БАЛЛАСТЕ С 10% ЗАПАСОМ

Для плавания на взволнованной поверхности, судно без груза балластируется. В специальные балластные цистерны закачивается забортная вода (жидкий балласт), количество балласта определяется по заданной осадке носом и кормой.

Осадка носом:

Тн=(0,01...0,03)*L=0,022*40,824= 0,898 м

Осадка кормой:

Тк=(0,5...0,6)*Т=0,8*1,2=0,96 м

Тб=(Тн+Тк)/2=0,929 м

Т=Т-Тб=1,2-0,929=0,271 м

V=S*Т=*L*B*T=0,93*40,824*10,141*0,271=104,32 м³

Dб=D-*V=301,081 т

m_б= Dб-D₀=107,611 т

Разбиваем массу балласта на две части:

m_б=45 т+62,611 т

Определим координаты центра тяжести балласта:

x_gб*D_б=D₀*x₀+m_б*x_б

x_б=(x_gб*D_б-D₀*x₀)/m_б=(0,084*301,081-193,47*(-4,072))/107,611=7,554 м

По другой формуле:

x_б=(m1_б*x1_б+ m2_б*x2_б)/m_б=(45*12,1+62,611*4,2)/107,611=7,504 м

Статьи нагрузки	mi(т)	Координаты центра тяжести (м)		Статические моменты
		xi	zi	mixi	mizi
Водоизмещение порожнем	193,47	-4,072	1,201	-787,779	232,377
Экипаж, багаж	0,72	-11,7	4,3	-8,424	3,096
Провизия	0,0192	-8,8	4,3	-0,169	0,083
Вода питьевая	0,192	-10,6	1,9	-2,035	0,365
Вода мытьевая	0,144	-16,4	2	-2,362	0,288
Подсланевые воды	5	0	0,001	0	0,005
Топливо	0,233	-8,6	1,2	-2,002	0,279
Масло	0,026	-16,5	0,7	-0,427	0,018
Сточно-фановые воды	3,024	-14,8	2	-44,755	6,048
Твердые отходы	0,173	-19,6	3,8	-3,387	0,657
Балласт 1	45	12,1	0,3	544,5	13,5
Балласт 2	62,611	4,2	0,3	262,966	18,783
Сумма	310,611			-43,874	262,56

Водоизмещение судна в балласте с 10% запасов: D_100%=310,611 т

Координаты центра тяжести судна:x_g0=₂/₁=-0,141 м

z_g0=₃/₁= 0,845 м

8. Выбор параметров формы корпуса

Из предварительных расчетов определены: главные размерения L, B, H, что позволяет оценить оценить параметры формы L/B, B/T, H/T, коэффициент полноты водоизмещения .

Определим коэффициент полноты миддель – шпаногоута. У речных судов, как правило горизонтальное днище, вертикальные борта, с закруглением скулы по радиусу:

r_ск=0,25*T=0,25*1,2=0,3

Соответствуюущее значение коэффициента полноты миддель-шпангоута:

=1-0,429*r_ск²/B*T=1-0,429*0,3²/10,141*1,2=0,997

Коэффициент продольной призматической полноты будет:

=/=0,816/0,997=0,819

Коэффициент полноты КВЛ:

1. =1,16*=1,16*0,819=0,95

2. =(0,9*+0,1)^2/3=0,888

3. =1,02*^2/3=0,891

4. =1,19*-0,075=0,896

5. _{прототипа}=0,93

Чтобы обеспечить максимальную вместимость, из вычисленных значений  я принимаю для использования в проекте =0,95.

Положение центра величины по длине судна:

Практика постройки судов показывает, что удифферентовать судно с таким значением x_c при расположении машинного отделения в корме сложно, вместе с тем замечено, что отклонение x_c от оптимального значения на 0,01*L не приводит к заметному росту сопротивления движения судна. Окончательное значение x_c определится в процессе удифферентовки судна.

9. РАЗРАБОТКА СТРОЕВОЙ ПО ШПАНГОУТАМ (СПШ)

СПШ-это график, покзывающий изменение площадей, погруженных в воду, по длине судна.

СПШ строится по рекомендации различных авторов, в проекте использован метод построения с использованием графика Линблада.

Используя этот график выясняем, что при =0,816 длина носового заострения составляет 25%, длина цилиндрической вставки 50%, длина кормового заострения 25%.

Число Фруда позволяет оценить характер носового заострения:

Носовое заострение в виде выпуклой кривой.

№	0		1	2		3		4		5		6		7	8		9		10		11		12	13
fi	0		7,576	10,322		11,446		11,913		12,131		12,131		12,131	12,131		12,131		12,131		12,131		12,131	12,131
k	10		9	8		7		6		5		4		3	2		1		0		-1		-2	-3
kfi	0		68,184	82,576		80,122		71,478		60,655		48,524		36,393	24,262		12,131		0		-12,131		-24,262	-36,393
14		15			16		17		18		19		20							*
12,131		12,131			11,984		11,427		10,1		6,518		0,47			207,949		0,235		203,066
-4		-5			-6		-7		-8		-9		-10
-48,524		-60,655			-71,904		-79,989		-80,8		-58,662		-4,7			66,806		-2,35		8,655

Величина теоретической шпации: L_пп/20=1,98 м

Отстояние центра тяжести от миделя:

Водоизмещение по строевой:

V=l*₁^*=1,98*202,808=401,595 м³

Максимально допустимая погрешность составляет:

0,01*V=0,01*401,549=4,016 м³

Разность между вычисленным ранее водоизмещением и водоизмещением по строевой составляет: 405,401-401,595=3,806 м³, что соответствует заданной точности.

10. ОПИСАНИЕ ФОРМЫ КОРПУСА

Окончательно принятая в проекте форма судна представлена на теоретическом чертеже в приложении 3.

Характерные особенности корпуса следующие:

1. Корпус имеет цилиндрическую вставку составляющую 50% от длины судна, длина носового заострения 25%, длина кормового заострения 25%.

2. В районе цилиндрической вставки днище плоское, борта вертикальные, скуловое закругление по радиусу 0,3 м, палуба имеет погибь 0,25 м.

3. Носовая оконечность в виде саней: форштевень прямой, наклонный под углом 33. Ватерлинии прямые, угол притыкания к ДП 180. Седловатость палубы отсутствует. Корма в виде саней с углом килеватости 90 , максимальный угол подъема кормовых батексов в районе размещения винтов - 19. Седловатость палубы отсутствует.

4. Коэффициенты полноты при расчетной осадке: =0,95, =0,997, =0,816. Отстояние центра величины от миделя составляет 0,084 м.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………….………………….

1. АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ПЛАВАНИЯ. ХАРАКТЕРИСТИКА ВОДНЫХ ПУТЕЙ. ХАРАКТЕРИСТИКИ СУДОВ – ПРОТОТИПОВ…………..

1.1. УСЛОВИЯ ПЛАВАНИЯ…………………………………………………...

1.2. ГРУЗОПОТОКИ…………………………………………………………….

1.3. ХАРАКТЕРИСТИКА ФЛОТА…………………………………………….

4. ПАРАМЕТЕРЫ СУДОВ – ПРОТОТИПОВ………………………………

1. РАСЧЕТ ВОДОИЗМЕЩЕНИЯ СУДНА…………………………………………..

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛАВНЫХ РАЗМЕРЕНИЙ В ПЕРВОМ ПРИБЛИЖЕНИИ…

3. ОЦЕНКА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ СУДНА. КОРРЕКТИРОВКА ГЛАВНЫХ РАЗМЕРЕНИЙ…………………………………

4. РАСЧЕТ НАГРУЗКИ МАСС И КОРРЕКТИРОВКА ГЛАВНЫХ РАЗМЕРЕНИЙ………………………………………………………………………

5. РАЗРАБОТКА ЭСКИЗА ОБЩЕГО РАСПОЛОЖЕНИЯ СУДНА………………

6. РАСЧЕТ ВАРИАНТОВ НАГРУЗКИ СУДНА……………………………………

7.1. СУДНО ПОРОЖНЕМ………………………………………………………

7.2. Судно в грузу со 100% запасов…………………………………..

7.3. СУДНО В БАЛЛАСТЕ С 10% ЗАПАСОМ………………………………..

8. Выбор параметров формы корпуса……………………………………

9. РАЗРАБОТКА СТРОЕВОЙ ПО ШПАНГОУТАМ (СПШ)………………………

10. ОПИСАНИЕ ФОРМЫ КОРПУСА………………………………………………...

11. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСТОЙЧИВОСТИ СУДНА………………….……………….

12. ПРОВЕРКА ОСТОЙЧИВОСТИ ПО ТРЕБОВАНИЯМ РЕГИСТРА

12.1. Проверка по основному критерию остойчивости………………….………………………………….

12.2. Проверка по дополнительным критериям остойчивости………………….……………………………

13. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ВАТЕРЛИНИЙ………………….………………….

14. РАСЧЕТ ВОДОИЗМЕЩЕНИЯ И КООРДИНАТА ЦЕНТРА ВЕЛИЧИНЫ

15. Расчет посадки судна в различных условиях плавания

16. РАСЧЕТ СТРОЕВОЙ ПО ШПАНГОУТАМ………………….………………….

17. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ЭПЮРЫ ЕМКОСТИ СУДНА………………….

18. проверка непотопляемости судна………………….……………….

19. РАСЧЕТЫ ХОДКОСТИ………………….………………….………………….

20. РАСЧЕТ ВИНТОВ ДЛЯ ВЫБОРА ГЛАВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ…………………

21. уточнение параметров винта по выбранному двигателю

КП-НГТУ-1401-(00-КС-