Проектирование судов

продольную прочность незначительно. При больших значениях HL

(например, у танкеров HL = 26÷34), увеличение BL отрицательно сказывается на общей продольной прочности судна.

Характерные значения BL для различных судов внутреннего плавания приведены в табл. 8.5.

131

Окончание табл. 8.5

Приложение.

1Включая суда морского прибрежного плавания.

2Суда для мелководных рек.

3Мелкосидящие суда с водометными движителями.

4Верхний предел значений B/T для мелкосидящих судов с водометными движителями.

5Малотоннажные суда.

6Суда-площадки.

7Хлопковозы.

8Отдельные суда.

9Быстроходные суда.

133

133

8.13. Обоснование выбора отношения TB

Отношение размерений TB влияет на сопротивление воды, на-

чальную остойчивость и управляемость судна. Значения TB для основных судов ВВТ приведены в табл. 8.5.

Если при заданном водоизмещении V = const с увеличением TB

значение l = const, то в этом случае остаточное сопротивление R0 возрастает либо за счет роста коэффициента общей полноты δ, либо

за счет снижения BL , что следует из анализа формулы

Как правило, уменьшение отношения BL притупляет носовую часть, что приводит к росту R0 остаточного сопротивления.

При неизменных значениях D = const, δ = const, BL = const с уве-

личением TB отмечается снижение остаточного сопротивления R0

за счет роста относительной длины l и снижения относительной скорости – чисел Фруда.

Влияние TB на начальную остойчивость видно из уравнения начальной остойчивости

При наличии ТЧ значения метацентрического радиуса r0 и аппликаты ЦВ zc определяются по кривым плавучести и остойчивости в зависимости от осадки.

134

На стадии проектирования zc и r0 определяются аналитическими методами, а zg – с помощью статистических данных. Из ТК известно, что метацентрический радиус r0 определяется по формуле

где V – объемное водоизмещение;

Jx0 – момент инерции площади ГВЛ относительно продольной оси, проходящей через ее центр тяжести.

Принимая приближенно Jx0 KLB3 и V LDT , получим, что

A1 K ,

где по А. Фан-дер-Флиту K 2 ; 11,4

Аппликата центра величины

zc A2T ,

где A2 1 12. 1

135

Аппликата центра тяжести

zg H.

Тогда

ется уравнение остойчивости.

Если значение h0 задано в исходных данных, тогда из уравнения (8.24) следует

Если полученное из уравнения (8.25) отношение TB выходит

за пределы значений, допустимых для проектируемого типа судна, необходимо провести уточнение расчетов по определению ширины судна.

При известной ширине B проектируемого судна сразу можно определить отношение TB , обеспечивающее требуемую начальную остойчивость.

Характерные значения отношения TB для различных судов приведены в табл. 8.5.

8.14.Положение наиболее полного шпангоута

ицентра величины по длине судна

На судах со скоростями, соответствующими числам Фруда (Fr < 0,30÷0,32), наиболее полный шпангоут, как правило, распола-

136

гается посредине длины судна; по мере увеличения относительной скорости его выгодно смещать в корму.

Наиболее полный шпангоут на быстроходных военных судах (миноносцах) смещается в корму на расстояние до 5 % от середины длины судна.

Абсцисса ЦВ xc, измеренная в долях длины судна (наряду с положением наиболее полного шпангоута и цилиндрической вставки), характеризует в значительной мере распределение водоизмещения по длине судна. Поэтому при фиксированном значении коэффициента продольной полноты абсцисса ЦВ оказывает заметное влияние на сопротивление воды движению судна, особенно тихоходного и среднескоростного.

Смещение ЦВ в нос приводит к увеличению волнового сопротивления, но уменьшает сопротивление формы. Смещение ЦВ в корму приводит к обратному результату. В каждом частном случае минимум сопротивления соответствует определенному положению ЦВ по длине судна.

Оптимальное положение ЦВ в первую очередь зависит от относительной скорости и коэффициента продольной полноты. Имеют также значение соотношения главных размерений и другие характеристики формы судна.

При подходящих соотношениях между коэффициентами полноты и относительной скоростью судна можно смещать ЦВ от его оптимального положения в некоторых пределах, не опасаясь значительного возрастания сопротивления, и это облегчает выбор абсциссы ЦВ.

Л.М. Ногид установил некоторые пределы оптимального положения ЦВ в функции коэффициента φ и δ: при значениях коэффициентов φ = δ = 0,80xc смещается в нос примерно на 1,8 %; при значениях φ = δ = 10,55xc смещается в корму примерно на 2,5 %. Согласно этим данным xc располагается посередине длины судна при

φ ≈ 0,69 и при φ ≈ 0,72.

Для определения оптимального значения абсциссы ЦВ в процентах от длины судна между перпендикулярами можно воспользоваться формулой Трооста xc = 17,5φ – 12,5, которая приводит примерно к тем же результатам.

Для судов ВВТ А.Б. Карпов предложил зависимость

137

Для морских транспортных судов используется зависимость

Кривые R f xc L пологи в районе минимума, поэтому от-

ступление от оптимальных значений xc L на 0,5–0,8 % L практически не влияет на сопротивление движения судна.

8.15. Обводы носовой и кормовой оконечностей

Форма строевой по шпангоутам, отражающая форму судовой поверхности, оказывает существенное влияние на сопротивление воды движению судна.

Различают три типичные строевые по шпангоутам в пределах носового заострения

где Lц.н и lн – абсолютная и относительная длина цилиндрической вставки в носовой части судна (рис. 8.24).

Кривые, имеющие одинаковый коэффициент продольной полноты, характеризуют форму так называемых прямых 1, вогнутых 3 и слегка вогнутых 2 строевых.

Прямые носовые ветви строевых по шпангоутам характерны для тихоходных судов со скоростями, не превышающими числа Фруда около Fr = 0,21÷0,22. При Fr = 0,22÷0,28 строевые по шпангоутам получаются с незначительной вогнутостью, а при числах Фруда, соответствующих быстроходным судам, применяют прямые строевые или строевые с очень легкой вогнутостью.

Аналогично строевым по шпангоутам различают ватерлинии выпуклые, прямые и умеренно вогнутые. Применение вогнутых грузовых ватерлиний позволяет заострить обводы судна в зоне повышенных давлений, соответствующей району расположения носовой корабельной волны, чем уменьшается сопротивление воды движению судна.

138

3 2

1

2

3

Носовое заострение

Рис. 8.24. Типичные строевые по шпангоутам в области носового заострения

При увеличении относительной скорости растет длина носовой волны, поэтому на более быстроходных судах для получения благоприятного эффекта нужно смещать точку перегиба ватерлинии ближе к миделю.

При больших относительных скоростях для снижения сопротивления нужно заострять грузовую ватерлинию по всей длине носового заострения, то есть переходить от вогнутых ватерлиний к прямым.

На очень полных судах заострить грузовую ватерлинию трудно: у таких судов относительная скорость небольшая, волновое сопротивление невелико, и поэтому по возможности нужно применять выпуклые грузовые ватерлинии, близкие к прямым.

С точки зрения сопротивления воды движению судна форма носовых ветвей грузовых ватерлиний соответствует примерно следующим числам Фруда:

Fr < 0,16 – выпуклые;

Fr = 0,16÷0,19 – прямые или слегка выпуклые; Fr = 0,19÷0,22 – вогнутые или прямые;

Fr = 0,22÷0,32 – умеренно вогнутые; Fr > 0,32 – прямые.

139

Вогнутые ватерлинии в сочетании с каплеобразными шпангоутами применяются и при более высоких относительных скоростях – вплоть до чисел Фруда Fr = 0,36.

Форма грузовой ватерлинии в сильной степени зависит от угла, под которым она подходит к диаметральной плоскости. Значения этого угла, соответствующие минимуму сопротивления, зависят как от относительной скорости судна, так и от положения ЦВ по длине

судна xc, отношения длины к ширине судна BL и от ряда других

факторов.

На полных тихоходных судах угол заострения грузовой ватерлинии в носовой оконечности ψн, отсчитанный на один борт, достигает

32–33 и более. Уменьшаясь с увеличением относительной скорости судна, он падает до 6–8 при числах Фруда около Fr = 0,30÷0,32. При дальнейшем увеличении относительной скорости оптимальные значения угла заострения грузовой ватерлинии несколько увеличиваются, примерно до 9–10 .

Оптимальные значения угла заострения ψн выражают обычно в функции числа Фруда или коэффициента общей или продольной полноты носовой половины судна. Примером такой зависимости может быть формула Трооста

Для промысловых мелких судов с отношением BL = 3,5÷4,5

(у транспортных судов оно около 7) увеличение угла притыкания (заострения) сверх ψн = 19÷20 невыгодно с точки зрения ходкости,

как на тихой воде, так и на волнении, а при больших BL он не дол-

жен превышать 15–17 .

Минимально допустимой величиной угла притыкания грузовой ватерлинии к диаметральной плоскости является 8 . Дальнейшее уменьшение этого угла недопустимо по технологическим причинам и соображениям прочности носовой оконечности в районе форштевня при несимметричной загрузке на волнении.

140