test1_Part_4-12

74

Рис. 5.2.Схема визначення загострення кінцевих частин.

Lцил – довжина циліндричної вставки; Lк, Lн – відповідно довжина кормового і носового загострення.

Відносна мінімальна довжина кормового загострення Lк пов’язана з основними елементами судна

β↑→lк ↓.

Знання цих співвідношень дозволяє виконати найбільш придатним способом умову, згідно з якою довжина кормового загострення повинна бути більшою мінімально допустимого її значення.

Друга складова опору форми обумовлена опором носової підпірної хвилі. Для зменшення цього опору треба відпрацьовувати форму носової кінцевості судна, шляхом зміни її загостреності в районі вантажної ватерлінії та використання носового бульба.

Для тихохідних суден хвильовий опір практично відсутній, а залишковий опір складається тільки з опору форми Rф, який залежить в основному від

75

коефіцієнта поздовжньої повноти ϕ і в меншій мірі – від відносної довжини судна l.

Так, наприклад, при Fr = 0,24 і відносній довжині l = 6,29 (див. рис.5.3)

збільшення ϕ від 0,68 до 0,75 (на 12 %) приводить до збільшення ζз на 95 %. При збільшенні відносної довжини від l = 5,5 до l = 6,29 (на 15 %) опір зменшується на 2 % [3] (див. рис. 5.4).

76

і опір тертя. При цьому майже пропорційно зменшуються витрати на побудову судна.

Усередньошвидкісних суден (Fr = 0,25...0,35) зміна ϕ і l викликає більш істотний вплив на ζз.

Ушвидкісних суден при Fr ≥ 0,40 ζз в основному залежить від l, а зміна ϕ

чинить малий вплив на ζз.

Друга особливість кривих залишкового опору полягає у тому, що зі зменшенням повноти судна ϕ несприятливий вплив інтерференції корабельних хвиль зменшується. Тому на практиці доводиться вибирати коефіцієнти δ і ϕ так, щоб у найбільшій мірі зменшити шкідливий вплив інтерференції хвиль.

Третя особливість суден різних швидкісних груп зводиться до наступного. З гідродинамічної точки зору вигідно проектувати обводи тихохідних суден, концентруючи водотоннажність у середній частині судна і загострюючи кінцевості. Відповідно до цього коефіцієнти β стають близькими до одиниці, а ϕ і δ такими, що мало відрізняються один від одного.

Для зниження опору середньота високошвидкісних суден вигідно розподіляти водотоннажність по всій довжині судна при зміщенні центра величини до корми від міделя. У даному випадку коефіцієнти δ і ϕ будуть значно відрізнятися один від одного.

5.3 Гідродинамічний і проектний підходи до визначення оптимальних елементів судна

Розглянемо вплив зміни елементів проектованого судна [2] на повний опір води його рухові. При цьому будемо виходити з постійності водотоннажності, швидкості руху та відношень L/B i B/T. Як і в попередньому випадку (п. 5.1) величини з індексом "нуль" віднесемо до одного з двох варіантів суден.

Вплив зміни коефіцієнта δ на опір тертя буде виражений як

Звідси видно, що зміна δ має незначний вплив на Rт: при ∆δ = ± 10 %

одержуємо ∆Rт = ±1 %. Але спрямованість цього впливу завжди одна і та ж– збільшення δ призводить до зменшення Rт і навпаки, тобто

δ↓ Rт↑

Більш диференційовано слід підходити до аналізу наслідків змінювання δ стосовно залишкового опору суден різних швидкісних груп.

Особливістю тихохідних суден є те, що вони мають великі значення коефіцієнта β, близькі до одиниці. Отже ϕ = βδ ≈ δ, тому вплив δ на хвильовий

опір рівнозначний впливу ϕ. Зміна δ впливає на хвильовий опір через зміну довжини судна і відносної швидкості:

δ↓→ ϕ↓→ ζхв ↓→ Rхв ↓

δ↓→l ↓→ L ↓→ Fr ↓→ ζхв ↓→ Rхв ↓.

Оскільки зміна δ практично не впливає на опір форми, зміну хвильового опору можна ототожнювати зі зміною залишкового опору.

У відносно швидкохідних суден β ≠ 1 і δ ≠ ϕ. Але зміна δ викликає зміну відносної довжини l, яка суттєво впливає на хвильовий опір. У цьому випадку мають місце такі закономірності:

δ↓→l ↑→ ζхв ↓→ Rхв ↓

δ↓→l ↑→ L ↑→ Fr ↓→ ζхв ↓→ Rхв ↓.

Оскільки частка хвильового опору у швидкохідних суден значно вища ніж у тихохідних, позитивний вплив зменшення δ виявляється для цих суден значно інтенсивнішим.

Вплив зміни відносної довжини судна l на опір має наступний характер. У

відповідності з (5.2) збільшення l завжди призводить до збільшення опору тертя l↑ → Rт↑.

78

Крива повного опору, побудована для тихохідних суден у функції від l, повинна мати мінімум, що підтверджується відповідними розрахунками

(рис.5.5)

Ушвидкохідних суден спостерігається інша картина. У зв’язку з іншим співвідношенням між Rт і Rхв і більш інтенсивним впливом l на Rхв мінімум кривої R = f(l) зміщується в область дуже високих значень l, біля l = 14–15, далеко виходячи за допустимі для проектування межі.

Уцьому випадку значення l оптимальні з точки зору прикладної гідромеханіки і проектування суден виявляються несумісними, оскільки не враховується вплив цього параметра на масу корпусу.

Вплив L/B при незмінних значеннях B/T і δ повністю збігається з раніше визначеним впливом l на опір судна.

Рис.5.5. Зміна питомого опору в залежності від відносної довжини l При зміні B/T залишковий опір змінюється з тим же знаком, що і B/T

Крім того, збільшення B/T збільшує опір рухові на хвилюванні. Ці обставини заставляють дуже обережно підходити до збільшення B/T вище необхідного значення за умов забезпечення остійності.

79

При зміні δ, l, L/B і інших елементів судна змінюється не тільки опір води, але і маси деяких компонентів навантаження. З цієї точки зору можна виділити дві основні групи розділів навантаження, які залежать або від опору води R: маси енергетичної установки і палива; маси корпусу Pк (від величини згинального моменту). Вплив таких елементів судна, як, наприклад, δ і l на масу цих розділів навантаження може бути представлений таким чином:

Спрямованість цього впливу на розділи навантаження протилежна, тому повинні існувати значення δ, l, які будуть відповідати мінімуму кривих D = f(δ)

і D = f(l) (рис.5.6).

Рис. 5.6. Вплив відносної довжини на складові навантаження і водотоннажність D

Характер кривих на рис.5.6 дає відповідь на питання, чому значення l, оптимальні з точки зору гідромеханіки, не співпадають з прийнятими значеннями l , тобто з такими, які відповідають Dmin.

Таким чином, можна зробити висновок про те, що до вибору оптимальних значень елементів проекту судна необхідно підходити комплексно, з системних позицій, враховуючи всі очікуванні наслідки рішень, які приймаються, і їх вплив на техніко-експлуатаційні і економічні показники кожного конкретного судна.

80

Контрольні запитання.

1.Як поділяються судна на швидкісні групи?

2.Які параметри форми корпусу впливають на опір тертя і залишковий опір?

3.Як уникнути збільшення опору форми?

4.Як впливає на водотоннажність, масу корпусу, а також на масу енергетичної установки і палива відносна довжина судна l?

5.Чому на кривій залишкового опору утворюються горби та впадини при зміні чисел Fr?

6.ВИМОГИ ПРАВИЛ РЕГІСТРУ СУДНОПЛАВСТВА ДО ПРОЕКТУ СУДНА ЩОДО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ЙОГО МОРЕПЛАВНИХ

ЯКОСТЕЙ

6.1 Загальні відомості про діяльність Регістру

Регістр – це орган класифікації, нагляду за проектуванням суден, їх побудовою і огляду в процесі експлуатації.

Свої функції Регістр виконує через представників, які знаходяться в КБ, ЦКБ, на суднобудівних заводах і підприємствах. Вони керуються Правилами, які видаються Головним Управлінням Регістру. Кожні 4 роки Правила перевидаються, а в проміжку між цим зацікавлені сторони сповіщаються про зміни в Правилах за допомогою Бюлетенів, які їм розсилаються.

Кожному судну надається відповідний клас, який дає можливість судновласнику застрахувати судно, щоб в його разі загибелі одержати компенсацію збитків.

Для цього в різних країнах, де будуються судна, існують наступні класифікаційні органи: Бюро Верітас в Норвегії, Англійський Ллойд в Англії, Німецький Ллойд у Німеччині, Ніппон Кайджі Кіокай в Японії тощо.

Вважається, якщо судно спроектоване і побудоване за Правилами Регістру, то воно має належні мореплавні якості і високу надійність.

81

6.2 Вимоги Правил Регістру до остійності суден

Вимоги до остійності поділяються на загальні, які поширюються на всі судна, і додаткові, диференційовані стосовно суден різних типів і призначень.

Згідно з загальними вимогами судно повинно, не перекидаючись, протистояти одночасній дії динамічно прикладеного тиску вітру, бортової хитавиці і мати задовільні значення критерію погоди та параметрів діаграми статичної остійності.

Якщо судно має в класі льодову категорію, то воно повинно протистояти одночасній дії на нього вітру, бортової хитавиці з підвищеним центра маси за рахунок обледеніння надводної поверхні та збільшеною площею парусності.

Значення виправленої початкової метацентричної висоти всіх суден при усіх варіантах навантаження повинно бути не менше 0,15 м. Повинні бути також враховані додаткові вимоги до остійності в залежності від призначення судна та особливостей експлуатації, а також виконані вимоги до остійності, пов’язані з забезпеченням непотоплюваності.

Остійність суден необмеженого та обмеженого районів плавання І і ІІ за критерієм погоди К вважається достатньою, якщо при найгіршому щодо остійності варіанті навантаження динамічно прикладений кренувальний момент від тиску вітру Mv дорівнює або менший ніж перекидальний момент Mc , тобто дотримані умови Mc ≤ Mv або

K= M c ≥1,0 .

M v

Кренувальний момент від тиску вітру Mv, кН м береться рівним добутку тиску вітру pv на площу парусності Av на відстані центра парусності Z від площини діючої ватерлінії

M v = 0,001 pv Av Zv , кН м .

Тиск вітру визначається за табл. 6.1.

Площа парусності Av і відстань центра парусності Z від площини діючої ватерлінії розраховуються за таблицею 6.6 з урахуваням схеми парусності на рис. 6.5.

82

Таблиця 6.1. Тиск вітру, Па

Перекидальний момент для суден транспортного і рибопромислового флоту при використанні діаграми динамічної остійності (рис. 6.1) визначається як

Mc=D BE, кН м,

де D – водотоннажність судна, кН.

Рис. 6.1 Визначення плеча перекидального моменту за діаграмою динамічної остійності

При використанні діаграми статичної остійності перекидальний момент може бути визначений за умови рівності робіт перекидального і відновлювального моментів з урахуванням енергії хитавиці. Для цього діаграма статичної остійності продовжується в області від’ємних абсцис на ділянці, що дорівнює амплітуді хитавиці (рис.6.2) θ1 і підбирається пряма МК, паралельна осі абсцис, яка урівнює заштриховані площі S1 і S2. Ордината ОМ буде шуканим перекидальним моментом, якщо на осі ординат відкладені моменти, або плечем перекидального моменту, якщо на осі ординат відкладені плечі остійності. У

останньому випадку для отримання перекидального моменту Mc, кН м, необхідно ординату ОМ помножити на водотоннажність судна D, кН

Mc=D ОМ.

83

l, м М, кН м

S2

М

S1

θ1

Рис. 6.2 Визначення перекидального моменту за діаграмою статичної остійності

Остійність за критерієм погоди К вважається також достатньою, якщо судно під дією вітру та хвилювання, якій відповідає плече кренувального моменту lw1 від статичного кута крену θ0, спричиненого постійним вітром, накрениться на навітряний борт на кут, що дорівнює амплітуді хитавиці θ1 (див. рис 6.3), і на судно, яке має крен, динамічно подіє порив вітру, якому відповідає плече кренувального моменту lw2. У даному випадку критерій погоди визначається як відношення роботи перекидального (b) і кренувального (a) моментів з урахуванням енергії хитавиці.

Для цього діаграма статичної остійності продовжується в області від’ємних абсцис на ділянці, яка дорівнює амплітуді хитавиці θ1 (рис.6.3).