Part_1-3
.pdf
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
43 |
|
|
kρ α2 B2 |
|
|
− |
h B |
−ζg |
H B |
+ |
1 |
α |
0,5 T B |
= 0 , |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
12 δ T 2 |
|
B T |
B T |
|
|
|
|
B T |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
δ |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
або остаточно: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
kρ α2 |
|
|
B2 |
− |
|
h B |
−ζg |
|
H |
|
+ |
1 |
|
α |
0,5 |
= 0 . |
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
12 δ |
|
|
|
|
T 2 |
|
B T |
|
|
T |
|
|
2 |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
δ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
B |
, a = |
|
|
kρ α2 |
|
|
|
|
|
|
h |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
1 |
α |
0,5 |
|
|||||||||||||||
Позначимо x = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
− |
|
|
|
= b , |
|
−ζg |
T |
+ |
|
|
|
|
= c |
і одержимо |
||||||||||||||||||
|
T |
12 |
|
|
δ |
|
B |
|
2 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
δ |
|
|
|
|||||||||||||||||
квадратне рівняння типу: ax2 – bx – c = 0. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
Як відомо, пошукуваним |
|
|
значенням |
|
|
кореня |
|
|
цього |
рівняння є |
x = −b ± b2 −4ac . 2a
Підставивши замість x, a, b, c їх значення ї прийнявши до уваги, що знак мінус перед радикалом не має змісту, отримаємо:
|
|
|
h |
|
h 2 |
|
kρ α2 |
|
|
|
H |
|
1 |
α 0,5 |
|
|
||||||
|
|
|
|
+ |
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
ζ |
g |
|
− |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
B |
|
|
B |
|
B |
|
3 δ |
|
|
T 2 δ |
|
|
||||||||||
= |
|
|
|
|
|
|
|
. |
||||||||||||||
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
kρ |
|
α2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
δ |
|
|
|
|
|
|
|
|
Слід відмітити, що значення Bh обирається таким чином, щоб забезпечи-
ти остійність і плавність хитавиці.
3.6 Плавність хитавиці
Плавність хитавиці характеризується її періодом і має безпосередній зв’язок з остійністю. Причому, чим більше значення поперечної метацентричної висоти h буде забезпечене, тим менше період вільних бортових коливань судна τ будемо мати.
Формула для обчислення періоду хитавиці має вигляд:
τ = 2π IDhg+ ∆I , с,
42
|
М |
|
|
|
h |
r |
G |
|
|
С |
g |
|
|
z |
c |
|
|
z |
|
|
ОП
Рис.3.4. Положення основних точок, пов'язаних з визначенням початкової остійності
Ці величини можуть бути обчислені за наближеними формулами [1,2]:
r = kρ |
α2B2 |
; zc = |
1 |
α |
T ; zg = ζgH. |
|
12δT |
2 |
δ |
||||
|
|
|
Ці формули передбачають, що головні розміри В, Т і Н, а також коефіціє-
нти δ і α відомі. Значення відносної аплікати ЦМ визначаються за близьким су-
дном-прототипом як: ζg = Hzg .
Коефіцієнт kρ, який враховує вплив форми носової гілки вантажної ватерлінії на її поперечний момент інерції Ix визначається так [1,2]:
|
|
+0,8α −0,55α |
2 |
− для |
опуклої ватерлінії . |
kρ = 0,74 |
|
||||
|
+1,2α −0,8α2 − для подібної |
ватерлінії |
|||
0,6 |
Підставивши в формулу для визначення h значення величин r, zc, zg отримаємо:
|
|
|
h = |
1 |
|
α |
T + kρ |
α2B2 |
−ζgH , |
|
||||||
|
|
|
2 |
|
δ |
δ12T |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Поділимо на В обидві частини рівняння і одержимо: |
||||||||||||||||
|
kρ |
α2 B |
− |
h |
−ζg |
H |
+ |
1 |
|
α 0,5 |
T |
= 0 . |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
12 |
δ T |
B |
B |
2 |
B |
|||||||||||
|
|
|
|
|
δ |
|
||||||||||
Якщо домножимо на |
B |
, то рівняння остійності будемо мати у вигляді |
||||||||||||||
|
||||||||||||||||
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
41
H kвч γ |
|
ηв |
|
ηб |
δ Hпд |
|||||
T = |
|
|
|
|
γв |
+ |
γ |
|
|
+ T . |
1−v |
ηдл |
δп |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
Якщо танкер має танки ізольованого баласту (ТІБ) , то потреба у суховантажному трюмі відпадає і танкер може бути удиферентований за допомогою ТІБ.
Під танки ізольованого баласту використовуються і цистерни другого дна, не зайняті паливом.
Контрольні запитання
1.Для чого використовується відносна апліката ζg?
2.Чим відрізняються питома навантажна кубатура вантажу µв від пито-
мої вантажомісткості судна µс?
3.На які якості судна впливає відношення HT ?
4.Як залежить питома вантажомісткість судна µс від його головних еле-
ментів?
5.Що називається коефіцієнтом проникності відсіку µv?
3.5 Рівняння остійності в алгебраїчній формі
Забезпечення остійності судна на початковій стадії проектування пов’язане з вирішенням рівняння остійності, яке встановлює зв’язок параметрів форми корпусу судна з остійністю. Використовують таке рівняння в алгебраїчній або в диференціальній формі. Розглянемо спочатку його алгебраїчну форму.
Мірою початкової остійності є значення поперечної метацентричної висоти h. Згідно з вимогами Правил Регістру [11] вона повинна бути додатною h > 0.
Як відомо з теорії корабля
h = r + zc – zg,
де r, zc, i zg – поперечний метацентричний радіус, апліката центра величини і апліката центра маси судна відповідно (рис.3.4).
40
|
|
|
подвійніборти |
||
ахтер |
МВ |
|
фор |
Танк |
|
пік |
танковачастина |
пік |
|||
вантажний |
|||||
|
|
|
|
||
|
|
відстійнийтанк |
Танки ізольованого |
|
|
|
|
баласту |
|
||
|
|
|
|
Рис.3.3. Схема танкера
Враховуючи прийняті визначення, об’єм танкової частини судна – Wт буде визначатися як:
Wт = |
ηвD |
+ |
ηбD |
+ |
kвηвD |
, |
|
γ |
γ |
γ |
|||||
|
|
|
|
||||
|
в |
|
б |
|
в |
|
або
Wт = ηγвв (1+ kв )+ ηγбб kвчγδLBT .
Об’єм танкової частини судна можна виразити через її геометричні характеристики як
Wт = δп(1 – v)LтBH,
де v = 0,05 (2% – на набір трюму, 3 % – на недолив танків). Порівнюючи об’єм танків Wт, отримаємо:
ηγв (1+ kв )+ ηγб |
kвчγδLBT = δп(1−v)LтBH . |
|
в |
б |
|
Визначивши через ηдл = LLт , та розділивши на LBT обидві частини рівнян-
ня будемо мати:
H kвч γ |
|
ηв |
(1+ kв )+ |
ηб |
δ |
|||||
T = |
|
|
|
|
γв |
γ |
|
|
. |
|
1−v |
ηдл |
δп |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
Якщо танкер має подвійне днище, а у відстійних танках перевозиться вантаж (що дозволяється), то рівняння місткості набуває вигляду:
39
Позначимо через ηд коефіцієнт використання довжини судна під трюмну
частину і запишемо: ηд = |
Lв |
. З рис.3.2 видно, що Lв = L – Lмв – Lа – Lф. |
|
||||||||
|
|
||||||||||
|
L |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Перепишемо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
µв = |
kв |
δп ηдл H − Hпд |
(3.1) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
kвч γ δ ηв |
T |
||||||||
|
|
|
|
||||||||
З формули (3.1) можна одержати значення |
|
H |
|
|
|||||||
|
T |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
H |
= µв |
δ |
kвчγ ηв + Hпд . |
|
|||||
|
|
T |
|
|
|||||||
|
|
|
δп kв ηд |
|
T |
|
У цьому рівнянні місткості значення ηд треба розраховувати за близьким судном – прототипом і старанно його вибрати, маючи на увазі, що збільшення його величини приведе в подальшому до неможливості удиферентування судна.
3.4 Місткість наливних суден з кормовим розташуванням машинного відділення
Особливість проектування танкера полягає у тому, що треба забезпечити об’єм для розміщення вантажу – Wв, ізольованого баласту – Wб та відстою – Wвідст після миття танків (рис.3.3), тобто
Wт = Wв + Wб + Wвідст.
|
Визначимо: об’єм під вантаж Wв = |
Pв |
= |
ηвD |
; |
|
об’єм |
під |
баласт |
|||||
|
|
γ |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
γ |
в |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
в |
|
|
|
|
|
|
|
||
Wб = |
Pб |
= |
ηбD |
; об’єм під відстій Wвідст = kвWв |
= |
kвηвD |
. |
|
|
|
||||
|
γ |
|
|
|
|
|||||||||
|
γ |
|
|
|
|
|
γ |
в |
|
|
|
|||
|
б |
б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У цих виразах позначено: γв – питома вага вантажу т/м3; ηб – коефіцієнт утилізації водотоннажності під баласт: ηб = PDб
нків від вантажомісткості: kв = 0,02 – 0,03; γб – питома вага баласту (рідкого) γб
= 1,025 т/м3.
38
|
|
|
z |
|
|
|
Lк |
Lв/2 |
|
|
|
ахтер |
МВ |
|
|
xв |
фор |
пік |
носовий |
вантажнийтрюм |
пік |
||
Lа |
LМВ |
|
0 |
Lв |
x |
|
|
Lф |
|||
КП |
|
|
|
L |
НП |
|
|
|
|
Рис. 3.2 Схема суховантажного судна з кормовим розташуванням МВ Розглянемо зв’язок місткості з головними розмірами судна. Умовно при-
ймаємо, що судно провозить насипний вантаж і його ЦМ лежить посередині довжини вантажного трюму Lв, тобто
хв = Lк + L2в − L2 ,
Величини Lк, Lв і L позначені на рис.3.2. Місткість такого судна може бути визначена як
Wв = kвδпLвB(H – Hпд),
де Нпд – висота подвійного дна;
kв – коефіцієнт використання теоретичного об’єму під вантаж;
Для універсальних суховантажних суден kв = 0,92 ± 0,02; kв = 0,95 – для танкерів; з них 2 % – на набір, 3 % – на розширення вантажу при зміні кліматичних зон; kв = 0,75 – 0,8 – при наявності танків ізольованого баласту; kв = 0,68 – 0,85 – для рефрижераторних суден; kв = 0,8 – для контейнеровозів (вантаж тільки в трюмах); kв = 0,8 – 0,85 – для накатних суден.
Як і раніше питома вантажомісткість судна µc = µв = |
Wв |
, а враховуючи, |
||||||||||||
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Pв |
||||||
що ηв = |
Pв |
, а Рв = ηвkвчδγLВТ, будемо мати µв = |
Wв |
= |
kв |
δп |
Lв |
|
B |
|
H − Hпд |
. |
||
D |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
Pв |
kвчγ δ L ηвB T |
37
|
H |
|
|
Hпд |
|
δп kгм −δмв |
Lмв |
|
|
||||||
|
|
L |
|||||||||||||
µc = |
T |
− |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
T |
|
|
ηв kвч δ γ |
|||||||||
Тоді рівняння місткості буде мати вигляд: |
|
|
|
|
|||||||||||
H |
= |
|
µc ηв kвч δ γ |
+ Hпд . |
|||||||||||
T |
|
|
|||||||||||||
|
|
δп |
kгм −δмв |
Lмв |
T |
||||||||||
|
|
|
|
L |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У цьому рівнянні відомо: µс = µв; kгм = 0,87 – 0,88 ± 0,01 – в залежності від |
|||||||||||||||
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
|||
наявності цистерн у трюмі; δп = δ |
|
|
|
+αkαL 1 |
− |
|
– коефіцієнт повноти підпа- |
||||||||
|
H |
|
H |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
лубного об’єму.
Значення величин δ, α і HT можна прийняти за прототипом, а відношення
|
Hпд |
0,16 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
Коефіцієнт kαL, який враховує розвал шпангоутів від вантажної ватерлінії |
|||||
до ВП, можна визначити за наближеною формулою: |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
0,98 |
−1 |
|
|
|
|
+(1,07µвηв +0,16) |
|
. |
|||
|
|
kαL = 0,5 1 |
δ |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таким чином, слід зробити висновок, що вирішення рівнянь місткості дозволяє забезпечити на початковій стадії проектування судна потрібну вантажомісткість.
3.3 Рівняння місткості суховантажних суден з кормовим розташуванням машинного відділення
Більшість сучасних суден проектуються з кормовим розташуванням машинного відділення (рис.3.2).
36
|
|
Z |
|
ахтер |
кормовий |
МВ |
носовий |
пік |
вантажнийтрюм |
вантажний |
|
|
коридоргребн. валу |
|
трюм |
|
|
LМВ0 |
|
фор
пік
тр |
|
Н |
Н |
X |
пд |
|
В |
||
Н |
Рис. 3.1 Схема суховантажного судна з ЕУ в середній частині Повний підпалубний об’єм судна може бути визначений як Wп = δпLBHтр.
Виключаючи з Wп об’єм піків, коридору гребного валу і цистерн (бункерів), розташованих у трюмі, одержимо об’єм трюмної частини судна Wт
Wт = kгмδпLBHтр.
Коефіцієнт kгм враховує наявність піків, коридору гребного вала і цистерн.
kгм = Wв +Wмв ,
Wп
де Wв – об’єм під вантаж; Wмв – об’єм машинного відділення; kгм = 0,88 ± 0,01 – для суден без бункера у трюмі; kгм = 0,87 ± 0,01 – для суден з бункером у трюмі.
Якщо об’єм машинного відділення Wмв = δмвLмвBHтр, тоді об’єм під ван-
Lмв .
L
Враховуючи, що питома вантажомісткість судна µc = Wв , визначивши
Pв
масу вантажу Рв як Рв = Dηв , виконаємо підстановку в формулу для µc і будемо мати:
|
|
|
Lмв |
||
|
LBHтр |
δпkгм − δмв |
|
|
|
|
|
||||
µc = |
|
|
L |
. |
|
ηвkвчδγLBT |
|
||||
|
|
|
|
Зробимо заміну Hт = H – Hпд і отримаємо:
35
3.1 Питома вантажомісткість судна та питома навантажувальна кубатура вантажу
Питомою навантажувальною кубатурою вантажу µв або питомим навантажувальним об’ємом називається відношення об’єму, який займає вантаж, до його маси. Величина µв вимірюється в м3/т і залежить від питомої ваги матеріалу вантажу і його упакування.
Питомою вантажомісткістю судна µс називається відношення об’єму трюмів до маси вантажу, який розташовано в них.
При розрахунках головних елементів суден умовно приймають, що µв = µс, але під час експлуатації судна питома навантажувальна кубатура вантажу може не збігтися з питомою вантажомісткістю судна. Розглянемо ці випадки і їх наслідки.
1.µв = µс, фактична осадка дорівнює розрахунковій осадці Тф = Тр. Вантажомісткість судна використана повністю, вантажопідйомність – також.
2.µв < µс, фактична осадка дорівнює розрахунковій Тф = Тр, вантажомісткість використана не повністю, вантажопідйомність використана повністю. Маса корпусу надлишкова.
3.µв > µс, фактична осадка менше розрахункової Тф < Тр, вантажомісткість використана повністю, а вантажопідйомність не використана.
Перший та другий випадки більш сприйнятливі, ніж третій.
Слід відмітити, що при проектуванні судна треба добре вивчити вантажо-
потік з точки зору можливих коливань µв і їх урахування при визначенні µc.
3.2 Рівняння місткості суховантажних суден з середнім розташуванням машинного відділення
Характерною особливістю судна з середнім (по довжині) розташуванням МВ є його симетричне відносно мідель-шпангоута завантаження (рис.3.1). Це приводить до спрощення удиферентування і не викликає додаткових труднощів, які виникають при кормовому розташуванні МВ.
34
5.Яке судно може бути прототипом?
6.Чим відрізняється рівняння мас D = f(D) від рівняння D = f(LBH)?
7.У чому полягає різниця у використанні рівнянь мас у алгебраїчній
формі?
8.Чому приріст водотоннажності завжди перевищує приріст вантажопідйомності?
9.Який фізичний зміст математичних символів dF, dP і [dF]0 в диференціальному рівнянні мас Нормана?
10.Якими двома способами обчислюються часткові прирости [dPi]0 в рівнянні мас Нормана?
11. Поясніть структуру формули для обчислення мас розділів
Pi = Pi +[dPi ]0 + K DPi dD .
3. ЗВ’ЯЗОК ПАРАМЕТРІВ ФОРМИ КОРПУСУ З ЕКСПЛУАТАЦІЙНИМИ І МОРЕПЛАВНИМИ ЯКОСТЯМИ
Для всебічного урахування вимог до якостей судна при його проектуванні треба отримати їх залежності від головних розмірів і коефіцієнтів повноти форми корпусу. На ранніх стадіях проектування можна розрахувати і вибрати лише коефіцієнти повноти відповідно до очікуваної довжини судна і числа Фруда.
При відсутності головних розмірів треба пов’язати вимоги до місткості, остійності, плавності хитавиці, непотоплюваності і ходовості з відношеннями
H T , BT , L B , які дозволяють при наявності значення водотоннажності D і ко-
ефіцієнта повноти δ однозначно розрахувати головні розміри L, B, H, T. Нижче будуть отримані залежності параметрів форми корпусу, знайдені у відповідності з вимогами до якостей проекту судна.