Проектирование судов

объем затопленного отсека по КВЛ

собственный момент инерции потерянной площади sотносительно оси х' (параллельной координатной)

собственный момент инерции потерянной площади s относительно оси у' (параллельной оси координат)

11. СОПРОТИВЛЕНИЕ СРЕДЫ ДВИЖЕНИЯ СУДНА

При решении различных проектировочных и эксплуатационных задач возникает необходимость в расчетной оценке ходкости судна. Ходкость – это способность судна перемещаться с заданной скоростью при наиболее эффективном использовании мощности судовой энергетической установки.

Для обеспечения ходкости судно снабжается энергетической установкой и движителем, создающим силу, преодолевающую силу сопротивления воды движению судна.

171

При равномерном прямолинейном движении судна сила сопротивления воды R равна силе тяги движенияTв:

Для судна, имеющего число винтов zp с одинаковым распределение тяги,

Для обеспечения этой тяги необходимо к движителю подвести мощность Np, развиваемую главным двигателем с учетом потерь в валопроводе ηв

Достаточно надежно определить сопротивление воды можно после разработки теоретического чертежа, изготовления и испытания

вопытовом бассейне модели судна.

Вначальных стадиях проектирования судов, когда необходимо оперативно найти параметры ходкости судна, удовлетворяющие техническому заданию, этот способ неприемлем. Поэтому разработаны приближенные способы расчета сопротивления с помощью ограниченного числа известных параметров и коэффициентов.

Все современные приближенные способы расчета сопротивления

основаны на испытании систематических серий моделей судов в опытовых бассейнах. Если обводы судна, для которого следует выполнить расчет, близки к обводам испытанных моделей, то такой приближенный способ может дать достаточно достоверныерезультаты.

В большинстве испытаний систематически изменяемыми параметрами являются: коэффициент полноты водоизмещения δ; отно-

шения BL TB ; положение абсциссы центра величины хс; формы об-

водов носовой и кормовой оконечности; влияние бульба. Сопротивление при движении судна на тихой воде без учета со-

противления воздуха можно определить по формуле

172

где Rтр – сопротивление трения; Rост – остаточное сопротивление.

Составляющую сопротивления трения с достаточной точностью можно определить аналитически

где CRm – коэффициент сопротивления трения, зависящий от вязкости жидкости и числа Рейнольдса для эквивалентной гладкой пластины.

Определить этот коэффициент можно по формуле Прандтля– Шлихтинга

Число Рейнольдса

Re vL ,

где v – скорость судна, м/с;

L – расчетная длина судна, м;

ν – кинематический коэффициент вязкости.

Для «стандартной» температуры воды 4 °С принимают

1257 10 6 м2/с; ρ – плотность воды, т/м; Ω – смоченная поверхность корпуса судна.

Смоченная поверхность корпуса судна складывается из смоченной поверхности голого корпуса Ω0 и смоченной поверхности выступающих частей Ωвч

0 вч.

При наличии теоретического чертежа корпуса смоченную поверхность можно определить численным интегрированием

173

где L– теоретическая шпация;

l – полупериметр погруженной части шпангоутов; i – номера шпангоутов.

Для транспортных судов с большими значениями коэффициента общей полноты смоченную поверхность можно определить по приближенной формуле В.А. Семеки:

Для одновинтовых судов площадь выступающих частей можно определить по формуле

вч 0,025 0,030 0 ,

для двухвинтовых судов – вч 0,050 0,055 0.

При определении смоченной поверхности корпуса по приближенной формуле и при наличии бульба необходимо полученное значение увеличить примерно на 2 %.

Коэффициент, получивший название надбавки на шероховатость, Cш для корпусов транспортных судов можно принимать равным

0,4 0,5 10 3.

Остаточное сопротивление предлагается определить, используя результаты модельных испытаний судов с большой полнотой обводов [10].

Остаточное сопротивление определяется по формуле

174

Данные по коэффициенту сопротивления и коэффициентам влияния приведены для двух форм носовых обводов – цилиндрических и бульбовых, а также для сигарообразной кормой оконечности

(рис. 11.1).

Рис. 11.1. Формы оконечностей судна:

а – цилиндрическая; б – бульбообразная; в – сигарообразная

Теоретические чертежи приведены на рис. 11.2–11.5.

а

б

Рис. 11.2. Зависимость C R от L/B (δ = 0,800; В/Т = 2,7; xc xc L = 0,020):

а – цилиндрическая носовая оконечность; б – бульбовая носовая оконечность

175

а

б

Рис. 11.3. Зависимость C R от L/B (δ = 0,825; В/Т = 2,7; xc xc L = 0,020):

а – цилиндрическая носовая оконечность; б – бульбовая носовая оконечность

176

а

б

Рис. 11.4. Зависимость C R от L/B (δ = 0,850; В/Т = 2,7; xc xc L = 0,020):

а – цилиндрическая юсовая оконечность; б – бульбовая носовая оконечность

177

Зависимость axc и axc0 представлена на рис. 11.6.

а

б

а – с заострением ГВЛ; б – с притуплением ГВЛ

Коэффициент остаточного сопротивления всех рассматриваемых форм с коэффициентами полноты 0,8 0,85 определяется по

формуле

178

Коэффициент CR , L B снимается с диаграмм на рис. 11.2–11.4

с линейной интерполяцией по коэффициенту δ. Коэффициент CR(Fr) может быть снят с зависимостей для судов, у которых коэффициент общей полноты δ близок к судну-прототипу.

Коэффициент влияния kB T учитывает несоответствие расчетно-

го и стандартного значений и для всех вариантов носовых обводов определяется по графику на рис. 11.5.

Коэффициент kxc axc aср вычисляется как отношение значений

179

Окончание табл. 11.1

Схема расчета сопротивления и буксировочной мощности приведена в табл. 11.2.

Таблица 11.2

Расчет сопротивления и буксировочной мощности

Ω = ... м2; ρ = ... т/м3

180