Проектирование судов

Таблица 7.9

Коэффициент k

Таблица 7.10

Коэффициент X1

91

Период качки судна Т, с, рассчитывается по формуле

T 2cB , h*

где h* – исправленная метацентрическая высота, м.

Для всех условий начальная метацентрическая высота должна корректироваться с учетом влияния свободных поверхностей жидкостей в соответствии со следующим:

врасчет включаются цистерны, которые при эксплуатации могут иметь свободные поверхности (топливные цистерны, цистерны для пресной воды, сточные цистерны);

влюбом случае, если цистерны включаются в расчет, считается, что они заполнены на 50 %;

исправленная метацентрическая высота определяется по формуле

где h* – исправленное значение метацентрической высоты, м; h – поправка к метацентрической высоте h, м;

ρж – плотность жидкости в цистерне, т/м3;

ix – момент инерции площади свободной поверхности жидкости, м4

(ix lb3 для прямоугольной в плане цистерны, l – ее длина, b – ши12

рина).

Если цистерн несколько, то

На кривой (рис. 7.8) проводится линия, соответствующая величине lw2; определяется угол θc. На этой же кривой откладывается угол заливания θf.

На этом рисунке:

θ0 – угол крена от действия постоянного ветра; θ1 – угол крена в наветренную сторону;

92

θ2 – угол заливания θf или угол 50° в зависимости от того, что меньше;

θc – угол, соответствующий второму пересечению плеча ветрового кренящего момента с диаграммой остойчивости.

После всех построений на диаграмме определяются площади диаграммы и критерий погоды

8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ЧЕРТЕЖА СУДНА

8.1. Общие сведения

Для проектирования теоретического чертежа необходимо воспользоваться рассчитанными ранее при выполнении проекта элементами [7]: главными размерениями – L, В, Т, Н; коэффициентами полноты – δ, α, β; значениями абсцисс центра величины (ЦВ) судна – хс и центра тяжести (ЦТ), площади конструктивной ватерлинии (КВЛ) – хf.

При решении вопросов проектирования обводов необходимо проявить компетентность при выборе их формы, обеспечивающую минимальное сопротивление воды и соответствие другим мореходным и эксплуатационным качествам.

Раздел проекта должен содержать графическую часть и расчеты. Графическая часть должна включать теоретический чертеж судна, выполненный на листе формата А2. Строевая по шпангоутам, КВЛ, гидростатические кривые и другие рисунки могут выполняться на миллиметровой бумаге формата А4 или A3. Кроме графической части, выполняется пояснительная записка, включающая обоснования по выбору формы корпуса, расчеты гидростатических элементов, посадки судна и непотопляемости.

Теоретический чертеж выполняется в масштабе 1 : 50; 1 : 100 или 1 : 200. Сетка теоретического чертежа строится для 21 теоретического шпангоута, 4-х ватерлиний (не считая нулевой) и 2-х батоксов с каждого борта. Особое внимание должно быть обращено на проектирование сетки теоретического чертежа, от которой зависит точность дальнейших построений и расчетов.

93

Все графические и расчетные материалы должны оформляться в соответствии с требованиями [18].

Кроме шпангоутов, ватерлиний и батоксов, необходимо построить

исогласовать палубную и бортовую линии на всех проекциях с учетом погиби бимсов и продольной седловатости.

После построения теоретического чертежа необходимо произвести проверку возможности расположения гребных винтов заданного диаметра в корме судна или определить допустимый диаметр гребного винта.

Для этого на всех трех проекциях наносится линия диска винта

ипробивается шпангоут, расположенный в его плоскости. Необходимо соблюдать зазор между верхней кромкой лопасти винта и корпусом судна, который должен быть не менее 0,1 диаметра винта. Возвышение нижней кромки лопасти над основной плоскостью должно быть не менее 0,05 м. По теоретическому чертежу также определяется точка выхода гребного вала.

Все расчеты ведутся в табличной форме по правилу трапеций. Выбор формы обводов целесообразно проводить с использова-

нием судов-прототипов.

8.2. Проектирование строевой по шпангоутам

Проектирование теоретического чертежа судна начинается с разработки строевой по шпангоутам. При этом используются следующие свойства строевой:

площадь строевой по шпангоутам численно равна объемному водоизмещению судна;

абсцисса центра тяжести строевой численно равна абсциссе ЦВ; коэффициент полноты площади строевой численно равен коэф-

фициенту продольной призматической полноты судна .

Таким образом, необходимо построить строевую, отвечающую этим свойствам в соответствии с проектными элементами судна V,

хс, φ, L, В, Т, β.

Покажем последовательно, как это делается для условной строевой, имеющей форму прямолинейной трапеции (рис. 8.1).

94

Для этого от точки K отложим по вертикали отрезок KЕ, численно равный

KE BT 1 1 .

От точки Е по горизонтали откладываем в масштабе длин отрезок EN, численно равный абсциссе ЦВ – xc, причем в принятом правиле знаков положительное значение хс откладывается в нос судна, а отрицательное – в корму, то есть EN = хс.

Точку О соединяем с точкой N и на пересечении линий ON и ВС получаем точку М. Далее сдвигаем точки F' и F'' на величину отрезка KМ в том же направлении, в каком точка М сдвинулась от точки K.

Получаем точки М' и М". Соединяя точки А, М', М'', D получим прямолинейную трапецию АМ'М''D, полностью (что легко проверить) отвечающую всем свойствам строевой.

Дальнейшая задача состоит в том, чтобы придать этой строевой плавные криволинейные образования, соответствующие плавным обводам судна. Для этого обратимся к рис. 8.2, на который перенесены некоторые точки с рис. 8.1.

Но прежде чем приступить к окончательной процедуре построения строевой, необходимо решить вопрос о цилиндрической вставке судна. Цилиндрическая вставка, как следует из ее названия, имеет на своем протяжении одинаковую форму и площадь шпангоутов. Задача сводится к определению протяженности цилиндрической вставки и ее расположения по длине корпуса, то есть необходимо определить длину носового заострения LH, длину кормового заострения LК и длину цилиндрической вставки LЦВ.

При их выборе необходимо учитывать, что с увеличением LH снижается волновое сопротивление, а с увеличением LК снижается сопротивление формы и улучшается подток воды к гребным винтам. Но их увеличение усложняет форму корпуса, делает ее менее технологичной, ухудшает планировку трюмов, а иногда и уменьшает грузовместимость (особенно по генеральным грузам), увеличивает строительную стоимость.

96

Используя этот график, можно выбрать LH, LК, LЦВ и полученные отрезки нанести на строевую (см. рис. 8.2, точки Q'Q''). Изэтих точек надо провести плавные кривые, соединяющие их с точками А и D. При этом надо руководствоваться двумя обстоятельствами:

проводить кривые надо таким образом, чтобы «исключенные» и «приобретенные» участки строевой (заштрихованы) были примерно равны по площади, иначе это приведет к изменению общей площади строевой, а следовательно, и к изменению водоизмещения судна. Обычно это уравнивание проводят «на глаз» с последующей проверкой полученного водоизмещения;

форма носовой и кормовой части строевой оказывает влияние на сопротивление воды движению судна. Для относительно тихоходных судов с большим коэффициентом общей полноты носовую ветвь строевой целесообразно выполнять прямой или слегка выпуклой.

Когда форштевень имеет крутой наклон и большой подрез в нижней части, строевая по шпангоутам не получается прямой или выпуклой. Она несколько вогнута на коротком участке у форштевня, что почти не влияет на волновое сопротивление.

При обработке формы кормового заострения важно избежать вихреобразования и обеспечить хороший подток воды к гребным винтам. Строевая по шпангоутам здесь должна быть, возможно, ближе к прямой. Переход к цилиндрической вставке в кормовой части должен быть более длинным и постепенным, чем у носовой ветви строевой.

При выборе длины цилиндрической вставки в кормовой половине судна можно воспользоваться формулой Беккера

где Lц.к и lк – абсолютная и относительная длина цилиндрической вставки в кормовой части судна;

L – длина судна между НП и КП (см. рис. 8.2).

При выборе длины цилиндрической вставки в носовой половине судна при числах Фруда, меньших Fr = 0,19÷0,20, иначе говоря, при коэффициентах общей полноты, превышающих δ = 0,71÷0,73, пред-

98

ставляется целесообразным принимать ее значения выше тех, которые получаются при вычислении по формуле

lн lцнL 0,5 10,4Fr2 ,

При больших числах Фруда Fr 0,2 и меньших коэффициен-

тах общей полноты целесообразно принимать ее значения меньше тех, которые получаются при вычислении по формуле

lн 0,5 8, 4Fr2 .

При крейсерской корме на строевой у кормового перпендикуляра всегда получается вогнутость, чего не следует опасаться. Крейсерская корма служит, главным образом, для возможно большего продления верхних ватерлиний в корму и предотвращения этим вихреобразования. Кроме того, это увеличивает площадь главной палубы в корме и позволяет разместить на ней кормовые судовые устройства.

На рис. 8.4 показаны рекомендуемые ветви строевой по шпангоутам.

Рис. 8.4. Строевая по шпангоутам

Далее необходимо проверить водоизмещение проектируемого судна, вычисленное по строевой по шпангоутам.

Для этого надо вычислить площадь строевой так, как показано в табл. 8.1.

99

Площади шпангоутов ωi в таблице берутся как ординаты строевой,

Объемное водоизмещение V L 20 * i .

i 0

Погрешность между вычисленным по строевой водоизмещением и его исходной величиной не должна превышать 0,5 %. Если разность превышает 0,5 %, необходимо несколько перестроить строевую, но такое бывает редко. Одна из причин несовпадения величин может заключаться в погрешности приближенного вычисления площади. Иногда избежать этого удается введением промежуточных (0,5; 1,5; 2,5 и т. д.) ординат в районах заострений.

8.3. Построение конструктивной ватерлинии

После построения строевой по шпангоутам переходят к построению КВЛ (рис. 8.5). Способ ее построения вполне аналогичен предыдущему, с той лишь разницей, что вместо ординаты на миделе

BT откладывают величину B2; вместо коэффициента φ надо подставитькоэффициентполноты площади КВЛ и вместо xc x f .

Ватерлинии должны иметь примерно такой же характер, как и строевая по шпангоутам. Это особенно относится к носовому заострению, где КВЛ должна быть прямой или слегка выпуклой. На небольшой длине непосредственно у кормы иногда приходится принимать слегка вогнутую форму. Углы входа носовой ветви КВЛ рекомендуется принимать 34–36°.

100