Добавил:

the_hord Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Нижегородский Государственный Технический Университет им. Р.Е. Алексеева

Предмет:

Основы кораблестроения

Файл:

ОК 2 сем / Угулава, Курсовая 2 семестр

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

06.07.2021

Размер:

2.19 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 23 / 43 4 > Следующая >>>

2.5 Сопротивление среды движению судна

При решении различных проектировочных и эксплуатационных задач возникает

необходимость в расчетной оценке ходкости судна. Ходкость – это способность судна

перемещаться с заданной скоростью при наиболее эффективном использовании мощности

судовой энергетической установки.

Для обеспечения ходкости судно снабжается энергетической установкой и движителем,

создающим силу, преодолевающую силу сопротивления воды движению судна.

При равномерном прямолинейном движении судна сила сопротивления воды R равна силе

тяги движения Te:

R=Te

Для судна, имеющего число винтов zp с одинаковым распределением тяги,

Для обеспечения этой тяги необходимо к движителю подвести мощность Np, развиваемую

главным двигателем с учетом потерь в валопроводе ηв:

Достаточно надежно определить сопротивление воды можно после разработки

теоретического чертежа, изготовления и испытания в опытовом бассейне модели судна.

В начальных стадиях проектирования судов, когда необходимо оперативно найти

дата

параметры ходкости судна, удовлетворяющие техническому заданию, этот способ неприемлем.

.и

Поэтому

разработаны

приближенные

способы

расчета

сопротивления

помощью

Подп

ограниченного числа известных параметров и коэффициентов.

. №

Все современные приближенные способы расчета сопротивления основаны на испытании

систематических серий моделей судов в опытовых бассейнах. Если обводы судна, для которого

.инв

следует выполнить расчет, близки к обводам испытанных моделей,

то такой приближенный

Взам

способ может дать достаточно достоверные результаты.

большинстве

испытаний

систематически

изменяемыми

параметрами

являются:

№дубл

коэффициент полноты водоизмещения δ;

отношения ⁄ ,

⁄ ; положение абсциссы центра

Инв

величины xc; формы обводов носовой и кормовой оконечности; влияние бульба.

Сопротивление окружающей среды движению судна можно записать в следующем виде:

и дата

R=Rг/д+Rа/д+Rл

Подп

где Rг/д – гидродинамическое сопротивление; Rа/д – аэродинамическое сопротивление;

Rл – сопротивление движению во льдах.

№ подп

Лист

КП-НГТУ-26.03.02-(17-КС-1)-2020

Инв

Лит

Изм.

№ докум.

Подп.

Дата

Подп. и дата

Взам. инв. №

Инв. № дубл.

Подп. и дата

Инв. № подп

2.5.1 Гидродинамическое сопротивление

2.5.1.1 Расчет сопротивления трения

Гидродинамическое сопротивление при движении судна в тихой воде имеет следующий

вид:

Rг/д =Rтр+Rост

(1)

где Rтр – сопротивление трению; Rост – остаточное сопротивление.

Рассмотрим расчет сопротивления трению судна, которое рассчитывается по формуле:

2тр = ( тр + ∆ ш) 2

- тр – безразмерный коэффициент сопротивления трению, который определяется для эквивалентно гидростатической гладкой пластины по формуле Прандтля – Шлихтинга

0,455тр = ( )2,58

где = – число Рейнольдса ( = 1,57 ∙ 10−6м2/с)

-∆ ш – надбавка на шероховатость, которую можно принять: ∆ ш = 0,4 ∙ 10−3

-– площадь смоченной поверхности судна, которую можно определить по формуле В. А. Семеки:

		13,7
= [2 + 1,37( − 0.274)	] = 125 ∙ 4,0[2 + 1,37(0,852 − 0.274)		] = 2356,1 м2
		4,0

- = 1,025 т/м3 – плотность морской воды.

Дальнейший расчет удобно проводить в табличной форме (таблица 2.5.1.1) и на рисунке 2.5.1.1 представлен график зависимости сопротивления трения от скорости.

Таблица 2.5.1.1 – Расчет сопротивления трения судна

№	Наименование, формула					Размер-			Численные значения
						ность

1	Скорость v					м/с	1	2	3	4	5	6	7

2	Числа Рейнольдса
							79,62	159,24	238,85	318,47	398,09	477,71	557,32

	= ;					-
	= ;					-
	∙ 10−6
3	Сопротивление трения
	тр =		0,455		;	-	2,198	1,996	1,889	1,818	1,766	1,725	1,691
	тр =	( )2,58			;	-	2,198	1,996	1,889	1,818	1,766	1,725	1,691
		( )2,58
			∙ 103
	тр
4	Надбавка на
	шероховатость					-	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4
	∆		∙ 103
		ш
5	Сопротивление трения
				2		кН	3,14	11,57	24,88	42,86	65,39	92,36	123,71
	тр = ( тр + ∆ ш)
	тр = ( тр + ∆ ш)				2

					Лист
				КП-НГТУ-26.03.02-(17-КС-1)-2020	21
Лит	Изм.	№ докум.	Подп.	Дата	21
Лит	Изм.	№ докум.	Подп.	Дата

										Рисунок 2.5.1.1 – График зависимости сопротивления трения
													2.5.1.2 Расчет остаточного сопротивления судна
					В расчет гидродинамического сопротивления входит сопротивление остаточное исходя
			из формулы 1. Оно рассчитывается по формуле
																		ост = ост				2
																		ост = ост					2
			где ост – коэффициент остаточного сопротивления, определяется с учетом коэффициентов
			влияния и определяется по приближенной формуле:
																	ост =		2,153 1,5
																	ост =				2			0,5
																	(		⁄		) (		⁄	)
			где =						– число Фруда



и дата						√
и дата					Расчет буем вести в таблице 2.5.1.2. Зависимость сопротивления представлена на рисунке
Подп.
Подп.		2.5.1.2.
					Таблица 2.5.1.2 – Расчет остаточного сопротивления судна


№			№	Наименование, формула											Размер-									Численные значения
.															ность
.инв															ность

			1		Скорость v											м/с		1			2			3	4	5	6	7
Взам			1		Скорость v											м/с		1			2			3	4	5	6	7

			2		Числа Фруда
													3		-			28,56		57,11				85,67	114,23	142,78	171,34	199,90


.					=						; ∙ 10
№ дубл								√

			3		Сопротивление трения
Инв.									2,15 3 1,5
					ост =									;	-			4,16		11,78				21,64	33,32	46,57	61,21	77,14
					ост =					2			0,5	;	-			4,16		11,78				21,64	33,32	46,57	61,21	77,14
							( ⁄ ) ( ⁄ )

и дата										∙ 105
									ост
			4		Остаточное
.
Подп					сопротивление
Подп												2				кН		0,05		0,57				2,35	6,44	14,06	26,61	45,64
					ост = ост
					ост = ост							2
№ подп

																													Лист
.																		КП-НГТУ-26.03.02-(17-КС-1)-2020
Инв																		КП-НГТУ-26.03.02-(17-КС-1)-2020											22
Инв	Лит		Изм.		№ докум.							Подп.		Дата

Подп. и дата

Взам. инв. №

Инв. № дубл.

Подп. и дата

Инв. № подп

Рисунок 2.5.1.2 – График зависимости остаточного сопротивления

2.5.1.3 Полное гидродинамическое сопротивление

Так же в полном гидродинамическом сопротивление имеет место сопротивление выступающих частей, к которым относятся валы и кронштейны гребных валов, выходящих за пределы корпуса, судовые рули, скуловые кили. Сопротивление выступающих частей определяется по следующей формуле:

	вч = вч	2
	вч = вч	2
где вч	– коэффициент выступающих частей,		который для двухвинтовых судов
равен:	= 0,55 ∙ 10−3
вч

Расчет полного гидродинамического сопротивления привед ен в таблице 2.5.1.3. На рисунке 2.5.1.3 представлена зависимость полного сопротивления и буксирной мощности от скорости движения судна.

№	Наименование, формула		Размер-			Численные значения
			ность

1	Скорость v		м/с	1	2	3	4	5	6	7

2	Сопротивление
	выступающих частей		кН	0,66	2,66	5,98	10,63	16,60	23,91	32,54
		2	кН	0,66	2,66	5,98	10,63	16,60	23,91	32,54
		2
	вч = вч
	вч = вч	2
3	Сопротивление трения		кН	3,14	11,57	24,88	42,86	65,39	92,36	123,71
	Rтр		кН	3,14	11,57	24,88	42,86	65,39	92,36	123,71
	Rтр

4	Остаточное		кН	0,05	0,57	2,35	6,44	14,06	26,61	45,64
	сопротивление Rост		кН	0,05	0,57	2,35	6,44	14,06	26,61	45,64
	сопротивление Rост

5	Полное
	гидродинамическое		кН	3,85	14,80	33,21	59,92	96,05	142,88	201,89
	сопротивление		кН	3,85	14,80	33,21	59,92	96,05	142,88	201,89
	сопротивление
	Rг/д =Rтр+Rост+ Rвч

6	Буксирная мощность		кВт	3,85	29,59	99,62	239,69	480,23	857,28	1413,26
	б =		кВт	3,85	29,59	99,62	239,69	480,23	857,28	1413,26
	б =

					Лист
				КП-НГТУ-26.03.02-(17-КС-1)-2020	23
Лит	Изм.	№ докум.	Подп.	Дата	23
Лит	Изм.	№ докум.	Подп.	Дата

Рисунок 2.5.1.3 – График зависимости буксирной мощности и полного

гидродинамического сопротивления от скорости

2.5.2 Ледовое сопротивление

Для судов ледового плавания категории ICE2 необходимо вычислить дополнительно к

сопротивлению воды чистое ледовое сопротивление при движении в обломках битого льда.

Судам, ледовой категории ICE2, разрешается самостоятельное плавание в мелкобитом

разреженном льду неарктических морей и в сплошном льду за ледоколом при толщине льда

до 0,55 м с допустимой скоростью в 5 узлов, что равно 2,57 м/с.

Расчет сопротивления обломков льда производится по формуле В.А.Зуева [3]:

̅ ̅

(2)

дата

Rл = ρлgBh

(0,13 + 1,3Frh + 0,5Frh

)(2 − S)S

hл

.и

где ρл – плотность льда; ρл = 0,92 т/м3;

Подп

hл– толщина льда; h = 0,55 м;

S – функция сплоченности льда;

.№

.инв

S = 0,8;

Взам

Frh =

− число Фруда по толщине льда.

√ghл

При υ = 0 чистое ледовое сопротивление:

дубл

Rл = ρлgBh

∙ 0,13

̅2

= 0,92 × 9,81 × 0,55

. №

∙ (2 − S)

∙ S

× 13,7 ×

Инв

× 0,13 ×

13,7 × (2 − 0,8) × 0,82 = 93,02 кН.

0,55

Подп. и дата

Расчет ледового сопротивления ведем в таблице 2.5.2.

№ подп

Лист

КП-НГТУ-26.03.02-(17-КС-1)-2020

Инв

Лит

Изм.

№ докум.

Подп.

Дата

	Таблица 2.5.2 – Расчет ледового сопротивления

	№	Обозначение	Размерно		Численные значения
	п/п		сть
			сть

	1	Скорость,	м/с	0,5	1	2	2,57	3
		ϑ	м/с	0,5	1	2	2,57	3
		ϑ

	2	Сопротивление	кН	1,02	3,85	14,80	24,33	33,21
		воды, R		1,02	3,85	14,80	24,33	33,21
		воды, R

	3	Число Фруда по	-	0,215	0,431	0,861	1,106	1,292
		толщине льда, Frh		0,215	0,431	0,861	1,106	1,292
		толщине льда, Frh

	4	Чистое ледовое	кН
		сопротивление (по		101,72	111,76	135,82	151,92	165,20
		формуле 2), Rчл

	5	Ледовое	кН
		сопротивление		102,75	115,61	150,61	176,24	198,41
		Rл = Rчл+R

	6	Буксировочная	кВт
		мощность		51,37	115,61	301,23	452,95	595,24
		Nб = Rлυ

		По результатам расчета строим зависимости ледового сопротивления и буксировочной

дата	мощности в зависимости от скорости на рисунке 2.5.2.1 и 2.5.2.2 соответственно.
Подп. и

Взам. инв. №
Инв. № дубл.
Подп. и дата			Рисунок 2.5.2.1 – График зависимости сопротивления
			Рисунок 2.5.2.1 – График зависимости сопротивления
№ подп					Лист
.				КП-НГТУ-26.03.02-(17-КС-1)-2020
Инв				КП-НГТУ-26.03.02-(17-КС-1)-2020	25
Инв
Лит	Изм.	№ докум.	Подп.	Дата
Лит	Изм.	№ докум.	Подп.	Дата

Рисунок 2.5.2.2 – График зависимости буксирной мощности во льдах

Подп. и дата

Взам. инв. №
Инв. № дубл.
Подп. и дата
№ подп					Лист
.				КП-НГТУ-26.03.02-(17-КС-1)-2020
Инв				КП-НГТУ-26.03.02-(17-КС-1)-2020	26
Инв
Лит	Изм.	№ докум.	Подп.	Дата
Лит	Изм.	№ докум.	Подп.	Дата

2.6 Проектирование гребных винтов

При скоростях хода до 30 км/час для водоизмещающих судов обычного типа наивысшим КПД обладают гребные винты. Они наиболее просты в конструктивном отношении, поэтому их целесообразно установить на проектируемом судне.

При выборе числа двигателей х целесообразно воспользоваться данными прототипа и выбрать двухвальную установку.

Предварительный расчет гребного винта

1)Определяем коэффициенты взаимодействия гребного винта с корпусом судна.

Коэффициент попутного потока:

ᴪ=0,55δ-0,20=0,55∙0,852-0,20=0,269

Коэффициент засасывания для винта в ДП:

t=0,6ᴪ(1+0,67ᴪ) =0,6∙0,269(1+0,67∙0,269) =0,229.

2) Определяем предельный диаметр винта, пользуясь приближенной зависимостью:

Dв=(0,7-0,1(х-1)) Т= (0,7-0,1(2-1)4,0=2,40 м

где х – число движителей.

3) Находим необходимый упор Р и расчетную скорость винта:

( )

201,9

= 131,1 кН

(1− ) 2(1−0,229)

Vp = v(1 − ᴪ) = 6,17(1 − 0,269) = 4,51 м/с

где νр - расчетная скорость хода.

датаи.

4) Оцениваем целесообразность применения направляющей насадки для гребного винта с

Подп

помощью коэффициента нагрузки по упору

8 ∙ 131,0

= 2,78

1,025 ∙ 4,51

∙ 3,14 ∙ 2,40

№			Из расчетов видим, что σ=2,78>2, но так как судно категории Ace 2, то насадка не
. инв.	рекомендуется.
Взам	5)	Прежде чем		выбрать	расчетную диаграмму необходимо установить число лопастей и
.		дисковое отношение. Для двухвинтовых судов число лопастей может быть равным 3 или 4 в
дубл		зависимости от коэффициента диаметра-упора ′					. Если он больше или равен двум, то число
. №
. №		лопастей равно 3, если меньше, то 4.
Инв		лопастей равно 3, если меньше, то 4.
Инв
				′	= √ = 2.40 ∙ 4.51 ∙ √1.025 = 0.96 < 2
. и дата							131.0
							131.0
			Так как коэффициент меньше двух, то число лопастей равно 4.
Подп			Так как коэффициент меньше двух, то число лопастей равно 4.
Подп			При выборе дискового отношения необходимо исходить из обеспечения прочности

	лопасти и предотвращения кавитации.
№ подп								Лист
.						КП-НГТУ-26.03.02-(17-КС-1)-2020
Инв						КП-НГТУ-26.03.02-(17-КС-1)-2020		27
Инв
	Лит	Изм.	№ докум.	Подп.	Дата
	Лит	Изм.	№ докум.	Подп.	Дата

Подп. и дата

Взам. инв. №

Инв. № дубл.

Подп. и дата

Инв. № подп

Из условия прочности:

2⁄3

≥

0,24 (1,08 −

) (

)

√

[ ]

0.41

2⁄3 3

10 ∙ 1,75 ∙ 131,0

√

= 0,24 (1,08 −

2.40) (2,40 ∙ 0,085)

60000

= 0,535

где d0-диаметр ступицы и равный 0,17D=0,17*2,40=0,41 м; δmax=0,08÷0,09-относительная толщина лопасти при относительном радиусе лопасти;

m - коэффициент, учитывающий условия работы винта, равный 1,75 для судов ледового плавания;

P-упор винта кН;

[σ]=60000 кПа – допускаемые напряжения для винтов транспортных судов.

Из условия кавитации:

	(1,5 + 0,35 )			0.2		(1,5 + 0,35 ∙ 4) ∙ 131.0	0.2
≥				+	=		+		= 0,654
≥	(	−	) 2	+	=	(121,4 − 2.3)2.402	+	2	= 0,654
	0

где 0 = ратм + ρghв=101,3+1,025∙9,81∙2,0=121,4 кПа – давление в потоке на бесконечности;

ратм= 101 кПа атмосферное давление;

hв –погружение оси винта, принимается по теоретическому чертежу (можно принять половину осадки судна), hв=2,0м;

pv=2,3 кПа – давление насыщенных паров.

После расчета дисковых отношений выбираем большее θ=0,65, по нему подбираем расчетную диаграмму из приложения 2, стр 219 [ ] с ближайшим большим дисковым отношением θ=0,70, которое принимаем окончательно.

6)Дальнейший расчет требуемой мощности и частоты вращения гребного винта производим по алгоритму, приведенному в таблице 2.5.1 с использованием выбранной диаграммы.

Таблица 2.5.1 - Расчет элементов винта при выборе энергетической установки

		Расчетная величина,			численные значения
№		Расчетная величина,
№		размерность	0,6D	0,7D		0,8D	0,9D	D	1,1D
		размерность


1	диаметр винта , м		1,44	1,68		1,92	2,16	2,40	2,64
			1,44	1,68		1,92

2	коэффициент упора-
	диаметра		0,57	0,67		0,77	0,86	0,96	1,05
							0,86	0,96	1,05
	′	= √




3	относительная поступь λр		0,26	0,32		0,36	0,42	0,45	0,48
	(с расчетной диаграммы)		0,26	0,32		0,36	0,42	0,45	0,48
	(с расчетной диаграммы)

					Лист
				КП-НГТУ-26.03.02-(17-КС-1)-2020	28
Лит	Изм.	№ докум.	Подп.	Дата	28
Лит	Изм.	№ докум.	Подп.	Дата

Продолжение таблицы

4		КПД винта ηр								0,34	0,40	0,44	0,47	0,49	0,51
		(с расчетной диаграммы)								0,34	0,40	0,44	0,47	0,49	0,51
		(с расчетной диаграммы)
5		Шаговое отношение
5										0,70	0,80	0,80
													0,90	0,90	0,90
													0,90	0,90	0,90
		(с расчетной диаграммы)
6		Пропульсивный КПД								0,36	0,42	0,46
		=			1−		ηр			0,36	0,42	0,46	0,50	0,51	0,54
		=		1−ᴪ			ηр
7		частота вращения								12,05	8,39	6,53
										12,05	8,39	6,53
		=						, 1/с					4,97	4,20	3,56
		=			λ			, 1/с					4,97	4,20	3,56

8		расчетная мощность
		одного ГД								1828,85	1554,52	1413,20	1323,00	1278,26	1219,23
										1828,85	1554,52	1413,20
			=						, кВт
			=						, кВт
						η ηпер
						η ηпер
9		Мощность одного ГД
		с запасом 15%											1521,45	1470,00	1402,12
			=				, кВт			2103,18	1787,70	1625,18	1521,45	1470,00	1402,12

			= 1.15 – коэффициент

		запаса мощности
		7)По результатам выполненного расчета строим зависимости, которые служат для
	окончательного выбора главного двигателя (рисунок 2.5.1).
		Ne*=f(n)- мощность от числа оборотов,
		Dв= f(n)- диаметр винта от числа оборотов.

Подп. и дата

Взам. инв. №
Инв. № дубл.
Подп. и дата		Рисунок 2.5.1 - График зависимости мощности главного двигателя и

				диаметра винта от частоты вращения
№ подп					Лист
.				КП-НГТУ-26.03.02-(17-КС-1)-2020
Инв				КП-НГТУ-26.03.02-(17-КС-1)-2020	29
Инв
Лит	Изм.	№ докум.	Подп.	Дата
Лит	Изм.	№ докум.	Подп.	Дата

<<< < Предыдущая 1 23 / 43 4 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке ОК 2 сем

#
06.07.202159.75 Кб18расчет винтов.docx
#
06.07.2021878.4 Кб57Реферат винты.docx
#
06.07.2021174.69 Кб4ТЧ курсач.bak
#
06.07.20213.03 Mб4ТЧ курсовая.bak
#
06.07.2021174.63 Кб3Угулава ТЧ.bak
#
06.07.20212.19 Mб5Угулава, Курсовая 2 семестр.pdf