test1_Part1-3

ті і непотоплюваності) для подальших розрахунків вибирається найбільше після

порівняння його з HТ за умов зіставлення µв і µв , або γв та γв для танкерів.

Наявність запасу плавучості і поділ внутрішнього об’єму судна на водонепроникні відсіки – це обов’язкова але недостатня умова забезпечення непотоплюваності. Необхідно ще при затоплені відсіків забезпечити достатньо додаткову аварійну остійність.

Мірою остійності є відносна метацентрична висота h/B, якою задаються при розрахунку відношення B/T, щоб забезпечити потрібну остійність. Але остійність повинна бути такою, щоб у пошкодженого судна при затоплені відсіків зменшена відносна метацентрична висота (h/B)aв залишалась додатковою і достатньою для забезпечення аварійної остійності. Цього можна досягти правильним вибором відносної метацентричної висоти h/B з наступним розрахунком величини ∆h/B, на яку вона зменшиться в зв’язку з загубленою часткою моменту інерції площі ватерлінії в межах затопленого відсіку.

Таким чином аварійна метацентрична висота визначається як

Виведемо формулу для розрахунку величини ∆h/B за наступними умовами:

−судно в районі затоплення прямобортне;

−відсіки затоплення розташовані в межах циліндричної вставки;

−подвійне днище залишається непошкодженим;

−метацентрична висота додаткова (крен відсутній);

−елементи остійності визначаються методом постійної водотоннажності. Введемо позначення (рис.3.6):

ε– приріст осадки після затоплення;

52

d – підвищення вантажної ватерлінії над центром об’єму затопленого від-

сіку;

κ – відстань центра об’єму затопленого відсіку від первісного положення центра величини C0;

v – об’єм затопленого відсіку до вантажної ватерлінії; V – водотоннажність судна.

Рис.3.6. Схема поперечного перерізу по центру затопленого відсіку Для визначення приросту аплікати центра величини ∆zc прирівняємо суму

моментів втраченого об’єму відсіку і об’єму, який увійшов у воду, моменту, водотоннажності

54

Величина ∆Bh являє собою втрачену відносну метацентричну висоту в

випадку затоплення відсіку довжиною lз.

Результати розрахунків за формулою (3.7) виконані стосовно судна, у

якого δ = 0,65, α = 0,75 і hТпд = 0,16 , а значення lˆз = 0,05...0,40 і ТВ = 2,0...4,0

(рис.3.7).

Очевидно, що для судна з іншими значеннями вихідних величин криві розташуються декілька інакше, але характер їх не зміниться, що дозволяє зробити загальні висновки:

−при збільшенні відношення В/Т інтенсивніше погіршується остійність аварійного судна;

−висхідні гілки кривих − ∆Bh = f (l)з ) показують, що в практичному діа-

пазоні lˆз аварійна остійність погіршується;

− у дуже вузьких суден В/Т = 2,0...2,1 аварійна остійність може збільши-

тись.

∆h

Рис.3.7. Приріст остійності аварійного судна ∆Bh = f (lˆз, В Т) lˆз = lLз – від-

носна довжина затопленого відсіку.

55

Якщо відома величина відносної метацентричної висоти судна h/B (визначена по судну-прототипу, або за статичними даними) і мінімально допусти-

нормативними вимогами, то можна знайти допустиме падіння остійності цього

3.9 Забезпечення ходовості проектованого судна

При визначенні форми корпусу судна треба прийняти до уваги наявність опору води і взаємодію системи "корпус-рушій-двигун".

Змочена поверхня Ω має велике значення для ходовості судна, так як повний опір голого корпусу RГ = ζ ρν22 Ω зростає прямо пропорційно величині Ω.

Змочена поверхня в свою чергу пропорційна довжині судна. Тому тихохідні судна, у яких основну частку опору складає опір тертя, пропорційний змоченій поверхні, повинні проектуватися з урахуванням обмеження довжини корпусу.

Зі зростанням швидкості ходу інтенсивно зростає хвильовий опір, для зменшення якого треба збільшувати довжину, збільшуючи цим загостреність

довжина є ще функцією швидкості і зростає з її збільшенням. Нижче наводяться відповідні формули деяких авторів:

56

Л.М. Ногід – l = 2,16v1/3 при v < 16 вуз.

В.В. Ашик – l = 4,47 + 0,06v ± 0,3 – для УСВ

Для наливних суден в зв’язку з малою зміною швидкості руху при

Для проектувальника треба знати також і відношення L/B, яке можна обчислити, використавши відносну довжину l.

При обробці статистичних формул для l треба кожного разу порівнювати значення l і l з урахуванням Fr і Fr , або v і v , пам’ятаючи, що при збільшенні швидкості v відносна довжина в порівнянні з прототипом теж збільшується.

3.10 Вибір характеристик форми корпусу

Коефіцієнти повноти мають вплив на ходовість судна. Це можна спостерігати на зміні форми середньої ватерлінії в залежності від швидкості руху. Середня ватерлінія будується на основі ППШ, ординати якої поділяються на 2T.

Замінивши середню ватерлінію трапецією (рис.3.8), її загостреність у будь-якій кінцевій частині, наприклад у носовій, можна визначити за формулою

B β

2(1−2ϕн )Lн ,

де ϕн – коефіцієнт поздовжньої гостроти носової гілки середньої ватерлінії; Lн – довжина носової частини судна.

57

Рис. 3.8. Схема зображення середньої ватерлінії в формі трапеції. Приймаючи середню ватерлінію симетричною відносно мідель-

шпангоута, можемо записати, що

tgψ = β , 2(1−ϕ)BL

Цю величину можна розглядати як міру середньої загостреності кінцевих частин судна.

З останньої формули видно, що β збільшує ψ, тобто зменшує загальну за-

гостреність кінцевих частин. Коефіцієнт ϕ діє в тому ж напрямі. Відношення

L/B, збільшуючись, зменшує ψ, тобто збільшує загостреність.

Таким чином, загостреність кінцевих частин судна повинна зростати з збільшенням швидкості ходу та Fr, а це пов’язане з зменшенням коефіцієнтів β,

ϕ і δ.

Для обчислення коефіцієнтів повноти існує багато статистичних формул. Нижче наводяться деякі з них.

Коефіцієнт поздовжньої повноти:

ϕ= 1,05 – 1,5Fr ± 0,02, якщо Fr = 0,12 – 0,30;

ϕ= 0,32 Fr , Fr = 0,17 – 0,32;

58

Враховуючи важливу роль коефіцієнта ϕ в залишковому опорі його значення слід контролювати по графіку рис.3.9, рекомендованому А.В. Бронніко-

вим [2], який відображає залежність ϕ = f(Fr). Цей графік може бути розбитий на 3 зони, які відповідають трьом різним формам цієї залежності.

В I-й зоні при Fr > 0,45 оптимальні значення ϕ знаходяться в межах 0,60...0,65. При цьому з одного боку приймають до уваги вимоги загального розташування: при фіксованому значенню δ збільшення ϕ за рахунок зменшен-

ня β дозволяє декілька приповнити кінцеві частини, що покращує конфігурацію розташованих там приміщень.

З другого боку, якщо передбачається експлуатація судна як з максималь-

ною так і зниженою швидкістю, зменшення ϕ виявляється сприятливим з точки зору опору і зниження буксирувальної потужності на знижених швидкостях.

Урахування обох обставин обумовлює вибір ϕ для конкретного судна.

ϕ

0,82

ІІІ ІІ І

0,74

0,66

0,58

0,50

0,12 0,20 0,28 0,36 0,44 0,52 0,60 Fr

Рис.3.9. До вибору коефіцієнта повздовжньої повноти ϕ

II-а зона відповідає відносним швидкостям від 0,30 до 0,45. У цьому ін-

тервалі чисел Фруда оптимальні значення ϕ зменшуються за лінійним законом в середньому від 0,63 при Fr = 0,45 до 0,57...0,58 при Fr = 0,30.

III-а зона відповідає Fr < 0,30. Цій зоні властиві великі значення β близькі до одиниці, цьому ϕ ≈ δ. Орієнтовно значення ϕ в діапазоні відносних швидкостей Fr = 0,15...0,28 дає формула

59

ϕ = 1,16 – 2,07Fr.

Коефіцієнт повноти вантажної ватерлінії:

Для суден з U-подібними і V-подібними шпангоутами можуть бути використані слідуючи найпростіші співвідношення:

α = δ + 0,1 і α = δ + 0,12.

В.В. Ашиком запропонована формула [1]

α = 0,664ϕ + 0,33.

Коефіцієнт загальної повноти водотоннажності.

Цей параметр форми корпусу впливає на багато якостей судна – ходовість, остійність, непотоплюваність, вантажомісткість, але обирають його перед усім з гідромеханічних міркувань

Так для універсальних суховантажних суден запропонована значна кількість різних залежностей, в тому числі і такі

δ = 0,425 ±0,025

Fr 14 , якщо Fr = 0,3...0,6

δ = 0,16 ±0,01 якщо Fr = 0,25...0,30 Fr

δ = 0,48 + (0,25 – Fr)0,5 ± 0,11 якщо Fr = 0,14...0,26

Для наливних суден

δ = 1,05 – 1,4Fr ± 0,06.

Коефіцієнт повноти площі мідель-шпангоута β приймають у відносно тихохідних суден близьким до максимально можливого значення, що виклика-

60

ється прагненням до зменшення опору рухові суден шляхом загострення кінцевих частин порівняно повних і дуже повних суден. Верхня межа на практиці значень, які приймаються, близька до 1 і обмежується можливістю побудови теоретичного креслення без помітних зламів ватерліній на межах циліндричної вставки.

Для суден з числами Фруда не вище 0,3 можна скористатися такими залежностями:

при δ < 0,615 β = 0,813+0,267δ;

при 0,615 < δ < 0,800 β = 0,928+0,08δ;

Для відносно швидкохідних суден приймають наступні середні значення β:

При обраних значеннях коефіцієнтів δ і ϕ

β = ϕδ .

Наведені вище статистичні формули звичайно дають розбіг значень. Щоб зробити правильний вибір, треба залучити до аналізу дані судна прототипу враховуючи числа Фруда проекту і прототипу.

Обрані коефіцієнти треба перевірити по коефіцієнту ϕ = βδ за графіком на

рис.3.9. Крім того, необхідною ще є перевірка відношення

αδβ =1,16 ± 0,16.

3.11. Визначення головних розмірів судна

Після визначення водотоннажності, відношень головних розмірів і коефіцієнтів повноти наступним кроком у проектуванні судна може бути визначення його головних розмірів. Їх можна визначати двома способами.

За наявності повної геометричної подібності судна-прототипу і проекту обводи корпусу проекту можуть бути одержані шляхом зміни обводів судна-