Part_1-3
.pdf63
4.1. Креслення поздовжнього розрізу судна
Поздовжній розріз викреслюється над епюрою ємності. На основній лінії роблять розбивку практичних шпацій, нумерують шпангоути, визначають за Правилами Регістру кількість поперечних перебірок (табл.4.1) і розставляють їх на шпангоути. Потім визначають висоту другого дна, палуб і платформ.
62
Впевнившись, що помилки немає, треба округлити значення B і T до двох знаків після десятинної коми, а потім L, попередньо уточнивши його значення після округлення B і T.
L = BTγδDkвч .
Контрольні запитання:
1.Що впливає на збереження непотоплюваності – запас водотоннажності чи запас плавучості?
2.Як впливає відношення В/Т і відносна довжина затопленого відсіку на аварійну остійність судна?
3.Як впливають на загостреність кінцевих частин судна коефіцієнти
β, ϕ та відношення L/B?
4.Які існують два способи для розрахунку головних розмірів судна і коли вони застосовуються?
5.Що впливає на вибір коефіцієнтів повноти?
4. ЕПЮРА ЄМНОСТІ
Після визначення головних розмірів та коефіцієнтів повноти судна треба перевірити його вантажомісткість. Ця перевірка є остаточною і виконується з достатньою для цього точністю за допомогою епюри ємності.
Епюрою ємності називається крива, по осі абсцис якої відкладають довжину судна, а по осі ординат – площі теоретичних шпангоутів до рівня другого дна, палуби або платформи.
Епюра ємності призначається для розрахунку об’ємів під вантаж, паливо і баласт і абсцис центра ваги. Епюра ємності і поздовжній розріз судна викреслюються з використанням формату А1. Для цього обирають такі масштаби, щоб максимально використати площу креслення.
61
прототипу в одному і тому ж масштабі по довжині ширині і висоті, що може бути записано таким чином:
LL = BB = HH = TT = λ ,
де λ – масштаб геометричної подібності.
При частковій геометричній подібності головні розміри проекту можна перерахувати з прототипу пропорційно відносним величинам довжини, ширини, осадки та висоти борту l, b, t, h відповідно.
Якщо l = |
|
L , b = |
B , t = |
T |
, h = |
|
H , то головні розміри визнача- |
|
3 |
D |
3 D |
3 D |
|
3 |
D |
ються, як
L = l D1/3; B = b D1/3; T = t D1/3; H = h D1/3.
Але, по-перше, ми не завжди зустрічаємося з повною і частковою подібністю, а, по-друге, ці методи не відображають вимог до місткості, остійності, непотоплюваності, ходовості та ін.
Якщо використати рівняння плавучості і виразити в ньому одну величину через відносні інші, то будемо мати змогу визначити головні розміри судна, які забезпечать відповідні якості.
У рівнянні D = γδkвчLBT позначимо |
L |
= A, |
B |
= C, тоді |
|
B |
T |
||||
|
|
|
B = LA ; T = CB = ALC .
Підставивши в рівняння плавучості значення В і Т, одержимо
|
D = γδkвчL |
L |
|
|
L |
, а звідси L = 3 |
DA2C |
. |
|||||
|
A AC |
γδkвч |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Після цього B = |
L |
|
; T = |
B |
; H = |
H |
T . |
|
|
||||
A |
C |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
Для перевірки правильності розрахунку підставимо в рівняння плавучості розраховані величини L, B, T з трьома знаками після десятинної коми:
γδkвчLBT = D.
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;
при δ > 0,8 |
β = 0,992. |
Для відносно швидкохідних суден приймають наступні середні значення β:
Fr = 0,34 |
0,38 |
0,41 |
0,46 |
0,50 |
β = 0,925 |
0,875 |
0,825 |
0,800 |
0,790 |
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-
59
ϕ = 1,16 – 2,07Fr.
Коефіцієнт повноти вантажної ватерлінії:
α = aϕ2/3 |
|
1,06 |
якщо Fr ≥ 0,3; |
Значення величини приймаються як a = 1,04 |
0,25 ≤ Fr ≤ 0,3; |
1,01 |
Fr < 0,25. |
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
δ =1− |
0,48 |
. |
1+100 exp(−24Fr) |
Для наливних суден
δ = 1,05 – 1,4Fr ± 0,06.
δ = |
0,445 ±0,01 . |
|
Fr1/ 3 |
Коефіцієнт повноти площі мідель-шпангоута β приймають у відносно тихохідних суден близьким до максимально можливого значення, що виклика-
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
57
2(1 – ϕк)Lк (2ϕк – 1)Lк |
|
(2ϕн – 1)Lн 2(1 – ϕн)Lн |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
β B |
|
|
|
2 |
|
|
ψк |
|
|
ψн |
Lк |
|
|
Lн |
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;
|
0,41 |
ϕ =1− |
1+100 exp(−25Fr), Fr ≤ 0,35. |
56
Л.М. Ногід – l = 2,16v1/3 при v < 16 вуз.
В.В. Ашик – l = 4,47 + 0,06v ± 0,3 – для УСВ
|
|
|
5 |
|
1 |
|
|
2 |
+ |
|
|
– для УСВ |
|||
А.Н. Вашедченко – l = |
|
v 3 |
|||||
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
D γ |
|
|
|
Для наливних суден в зв’язку з малою зміною швидкості руху при
D <100000 т |
l = 5,35 ±0,4 |
|
м3 . |
D >100000 т |
l = 5,6 −2,55 V 10−6 ; V = D |
γ |
|
|
|
|
Для проектувальника треба знати також і відношення L/B, яке можна обчислити, використавши відносну довжину l.
З виразу l = |
L |
; l 3 |
= |
|
L3 |
|
B |
= |
L2 |
1 |
|
|
; |
|||
3 D |
|
γδkвчLBT |
B |
B2 |
|
γδkвч |
T |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
звідки |
L |
= |
l 3γδkвч |
T |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
B |
|
|
|
B |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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.
55
Якщо відома величина відносної метацентричної висоти судна h/B (визначена по судну-прототипу, або за статичними даними) і мінімально допусти-
h aв |
||
ме значення відносної метацентричної висоти після аварії |
|
, визначене |
|
||
|
B min |
нормативними вимогами, то можна знайти допустиме падіння остійності цього
судна (∆h |
) |
|
h |
h aв |
||
≤ |
|
− |
|
. |
||
B |
|
|||||
|
B max |
|
|
B min |
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
кінцевих частин судна. |
|
|
|
||||||
|
У |
найбільшій |
мірі гостроту судна характеризує відносна довжина |
||||||
|
L |
2 3 |
B |
|
13 |
|
L |
|
|
l = |
|
|
|
|
(kвчδ) |
, визначена з формули |
l = |
D γ |
. Крім цього, відносна |
|
|
||||||||
|
B |
|
T |
|
|
3 |
|
довжина є ще функцією швидкості і зростає з її збільшенням. Нижче наводяться відповідні формули деяких авторів:
|
|
|
v |
|
2 |
В.Л. Поздюнін визначив l = 7,2 |
|
|
при v = 8...20 вуз. |
||
|
|||||
|
|
v + 2 |
|
|
|
Ейр – l = 3,34 +10,25 |
v |
, при Fr = 0,12...0,3; |
|||
|
gL |
|
|
|
|
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
B |
|
|
|
B/T=4,0 |
|
|
-0,08 |
|
|
|
|
|
|
-0,06 |
|
|
|
3,5 |
|
|
-0,04 |
|
|
3,0 |
|
||
-0,02 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
||
0 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
lˆз |
|
0,02 |
||||||
|
|
B/T=2,0 |
2,5 |
|
||
0,04 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
||
0,06 |
|
|
|
|
|
Рис.3.7. Приріст остійності аварійного судна ∆Bh = f (lˆз, В Т) lˆз = lLз – від-
носна довжина затопленого відсіку.