Проектирование судов

шпангоута в носу и в корме, причем их ветви можно совместить. Здесь же целесообразно показать линию форштевня и ахтерштевня. Все элементы необходимо согласовать. После проведения такой предварительной работы можно приступить к выполнению теоретического чертежа на формате А2.

8.6. Определение гидростатических элементов

Используя теоретический чертеж, можно вычислить все его гидростатические элементы: площади ватерлиний S; объемное водоизмещение V; абсциссы центра величины (ЦВ) хс и центра тяжести (ЦТ) x f площадей ватерлиний; аппликаты ЦВ zc; метацентрические радиусы r, R и зависимость этих элементов от осадки.

Вычисления элементов производятся по способу трапеций. Вначале вычисляются элементы каждой ватерлинии теоретиче-

ского чертежа. Вычисления удобно производить в табличной форме. Схема вычислений представлена в табл. 8.3. Количество таких таблиц соответствует количеству ватерлиний.

112

Окончание табл. 8.3

Центральный момент инерции, проходящий через ЦТ площади ватерлинии, относительно оси, параллельной y, J f J Sx2f , м4

В результате вычислений для каждой ватерлинии определены величины J y , J f , Jx , S, x f .

Остановимся на одной важной детали вычислений приведенных ординат – ординат, не примыкающих к линиям теоретических шпангоутов.

113

Концевые приведенные ординаты увеличивают точность расчетов и вводятся в случаях значительной кривизны концевых корабельных кривых и несовпадения точек притыкания их с узлами сетки. Способы проведения концевых ординат показаны на рис. 8.19.

аб

Рис. 8.19. Способы проведения концевых ординат

Построения проводят в следующем порядке. Соединяют точки А и В прямой линией таким способом, чтобы заштрихованные на чертеже площади были равны. Оценка равенства площадей производится с привлечением компьютерных технологий. В случаях а, б, в

приведенная концевая ордината yi равна длине отрезка ВС. Для случаев г и д проведем вспомогательную прямую ВС, параллельную АD. Приведенная концевая ордината равна для случая г длине отрезка

АС, а для случая д – длине отрезка СD, взятой со знаком минус.

По результатам вычислений, выполненных для ватерлиний, и в сводной табл. 8.4 строят на миллиметровой бумаге гидростатические кривые, приведенные на рис. 8.20.

114

Таблица 8.4

Вычисление элементов теоретического чертежа

и другие элементы чертежа легко вычисляются по простым формулам, основанным на частичном подобии получаемой формы судна его исходной форме.

Можно рассматривать частный случай такого преобразования, когда меняется только В. Тогда ординаты нового чертежа получают-

ся умножением исходных ординат на коэффициент ba B1 , где ин-

B0

декс «0» относится к исходному, а «1» – к проектируемому чертежу. Таким образом, y1 ba y0. Построение такого чертежа чрезвычайно

просто, плавные линии прототипа остаются плавными и у проекта. В том случае, когда изменяется только осадка, построение ново-

го чертежа заключается лишь в изменении расстояния T между ватерлиниями, которое определяется из выражения

ta T1 T1 . T0 T0

Из аналогичного выражения определяется расстояние между теоретическими шпангоутами L при изменении длины судна:

la L1 L1 . L0 L0

В общем случае изменяются L, B и T, при этом в чертеже орди-

наты y изменяются пропорционально ba B1 ; расстояния между

B0

ВЛ пропорционально ta T1 T1 и расстояния между теоретиче-

T0 T0

скими шпангоутами пропорционально la L1 L1 .

L0 L0

Для этого общего случая будем иметь:

коэффициенты полноты δ, α, β, φ = δ/β, χ = δ/α неизменными;

объемное водоизмещение V1 L1B1T1 V0 ;

L0 B0T0

117

площадь ватерлиний S j1 L1B1 S j0 ;

L0 B0

площади шпангоутов (ординаты строевой по шпангоутам)

j1 L1B1 j0 ;

L0B0

отстояние ЦВ от основной линии zc1 T1 zc0 ;

T0

отстояние ЦВ от середины L (обычно десятого шпангоута)

xc1 L1 xc0 ;

L0

момент инерции площади ГВЛ (или КВЛ) относительно про-

дольной оси Ix1 L1B21 Ix0;

L0B20

момент инерции площади ГВЛ относительно главной попереч-

ной оси I y1 L21B1 I y0;

L20B0

поперечный метацентрический радиус r1 B21T1 r0 ;

B20T0

продольный метацентрический радиус R1 L21T1 R0 и т. д.

L20T0

К недостаткам аффинного преобразования следует отнести обязательную неизменность всех коэффициентов полноты теоретического чертежа. Это позволяет использовать его только в том случае, когда при переходе от прототипа к проекту скорость судна V и число Фруда Fr изменяются незначительно.

Если для коэффициента общей полноты δ при изменении скорости v и числа Фруда Fr значение δ1 проекта будет незначительно отличаться от значения δо прототипа, то можно будет принять δ1 = δ0. В этом случае можно будет оставить и все прочие коэффициенты неизменными и перестроить чертеж аффинным способом. Изменяя

TB и HT , можно добиться нужной остойчивости, вместимости и т. д.

118

8.8. Выбор коэффициента продольной полноты

продольную остроту судна.

Для грузовых и грузопассажирских судов величину критического коэффициента продольной полноты, соответствующую критическим значениям относительной скорости в интервале чисел Фруда Fr = 0,17÷0,27, можно определить по формуле

Критическая скорость соответствует критической точке на кривой сопротивления. А критической является точка, после которой медленно возрастающая кривая сопротивления начинаетрезко возрастать.

При переходе от критических соотношений к экономическим Вагенингенский бассейн (Голландия) предлагает снижать скорость, соответствующую равенству (1), на узел – для тихоходных и на 0,5 узла – для быстроходных грузовых судов.

Величину экономического коэффициента продольной полноты

как и в дальнейшем, под Fr понимается число Фруда, соответствующее эксплуатационной скорости. Такие же величины коэффициента продольной полноты можно подсчитать по формуле Л.М. Ногида

для чисел Фруда в интервале Fr = 0,17÷0,32. При числах Фруда, меньших Fr = 0,25 и особенно меньших Fr = 0,17, Л.М. Ногид рекомендует формулу

На основе опытов установлено, что при числах Фруда, больших 0,45, значения коэффициента продольной полноты, соответствую-

119

щие минимуму сопротивления, почти не зависят от относительной скорости и в очень небольшой степени зависят от TB и относитель-

ной длины l судна.

При форме обводов, характерной для современных быстроходных судов, оптимальные значения коэффициента продольной полноты лежат в пределах 0,63–0,65 в зависимости от относительной длины. При очень малых l значение φ падает до 0,61.

Таким образом, оказывается возможным выбирать коэффициент φ в указанных пределах, уточняя его с учетом других соображений, связанных с проектированием судна. В частности, следует иметь в виду, что при выбранном значении коэффициента δ снижение β и увеличение φ позволяет несколько уменьшить относительную длину судна без заметного роста сопротивления. Такое увеличение коэффициента φ позволяет несколько уменьшить относительную длину судна без заметного роста сопротивления. Такое увеличение коэффициента φ может оказаться также полезным в том случае, когда необходимо увеличить габариты отсеков в оконечностях судна. С другой стороны, уменьшение коэффициента φ приводит к более выгодным соотношениям на экономических ходах, что имеет существенное значение.

В интервале чисел Фруда Fr = 0,30÷0,45 оптимальное значение коэффициента продольной полноты быстро уменьшается со снижением относительной скорости хода. При числах Фруда порядка 0,30 оно падает приблизительно до φ = 0,52. При малых числах Фруда изменение коэффициента продольной полноты в пределах 0,48–0,63

(и выше при малых значениях отношения TB ) не вызывает существенного изменения сопротивления.

8.9.Выбор коэффициента полноты мидель-шпангоута

Всоответствии с величиной относительной скорости (числом Фруда) суда подразделяются на три группы:

тихоходные Fr = 0÷0,25; среднескоростные Fr = 0,25÷0,35; быстроходные Fr = 0,35÷0,55 и выше.

120