Проектирование судов

Толщину концевых кромок лопастей eR принимают согласно Правилам [20] не менее 0,0035DВ для судов без ледовых усилений или не менее 0,005DВ для судов с ледовыми усилениями. Распределение толщин лопасти между e0 и eR принимают по линейному закону (см. рис. 12.6).

Рис. 12.6. Контур спрямленной поверхности лопасти (7) с сечениями и диаграмма наибольших толщин (2)

202

Согласно требованиям на чертеже гребного винта должно быть показано не менее пяти сечений лопасти.

Построение спрямленной поверхности лопасти ведется следующим образом. Проводят ось лопасти и на ней от оси винта О откладывают радиусы сечений ri, соответствующие относительным радиусам r/R = 0,3; 0,5; 0,7; 0,8; 0,95. В отмеченных точках восстанавливают перпендикуляры к оси лопасти, на которых от этой оси откладывают вправо ординаты входящей части лопасти x1, влево – выходящей части х2 и ординаты линии наибольших толщин x0: вправо со знаком плюс и влево со знаком минус (см. рис. 12.5). Эти ординаты вычисляют в табличной форме (табл. 12.7), причем наибольшую ширину лопасти bm определяют по формуле (12.5). Соединив точки входящей и выходящей кромок плавной кривой, получают спрямленную поверхность лопасти. Затем соединяют плавной кривой точки линии наибольших толщин лопасти.

Таблица 12.7

Ординаты для построения спрямленной поверхности лопасти

На расстояниях от оси винта, равных принятым радиусам ri, строят сечения лопасти. Необходимые для этого величины рассчитывают в табл. 12.8 и 12.9, где yн и dн – соответственно подъем и диаметр закругления входящей кромки, t и s – подъем и радиус закругления выходящей кромки, а наибольшая толщина лопасти в данном сечении ут снимается с боковой проекции (медиального сечения) на этом же радиусе ri.

203

Таблица 12.8

Ординаты для расчета входящей кромки лопасти

Таблица 12.9

Ординаты для расчета выходящей кромки лопасти

Для построения боковой и нормальной проекций лопасти из центра винта О откладывают по нормали к осевой линии спрямленной

поверхности лопасти отрезок OP 2H в сторону, противоположную направлению вращения винта (рис. 12.7).

204

Примерныйрабочийчертежгребноговинтапредставленнарис. 12.8. На чертеже должны быть указаны главные элементы судна и элементы винта: диаметр, шаг, шаговое отношение, число лопастей, дисковое отношение, материал, масса винта, направление его вращения на переднем ходу.

Рис. 12.8. Чертеж гребного винта

13. КАЧКА СУДНА БЕЗ ХОДА, РАСПОЛОЖЕННОГО ЛАГОМ К ВОЛНЕ

Качка судна на волнении описывается дифференциальными уравнениями, решения которых складываются из общих решений, описывающих свободные колебания и частных решений, соответствующих вынужденным колебаниям. Поскольку свободные колебания быстро затухают, обычно рассматривают лишь частные решения.

Основными характеристиками качки на волнении являются амплитуда и фаза. Зависимость амплитуды от частоты возмущающих сил называют амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ), зависимость фазы от частоты – фазово-частотной характеристикой

(ФЧХ).

При вычислении АЧХ входное возмущение (волнение) может характеризоваться амплитудой волны (или углом волнового склона –0) и частотой.

206

Одной из задач в проекте судна является построение АЧХ и ФЧХ для регулярного волнения, изменяющегося по гармоническому закону. Без учета горизонтально-поперечных колебаний уравнение бортовых колебаний судна без хода, расположенного лагом к волне, может приближенно описываться «укороченным» уравнением

где Ix – момент инерции массы судна относительно центральной продольной оси, тм2;

Ix – момент инерции присоединенной массы воды относительно той же оси, тм2;

Nθ – сопротивление при бортовой качке, тм2/с;

Χ – редукционный коэффициент, представляющий отношение амплитуды момента при данной длине волны к амплитуде, соответствующей бесконечно длинной волне;

α0 – угол волнового склона, рад.; ω – частота возмущающего момента; h – метацентрическая высота, м;

, , – угол крена, угловая скорость и угловое ускорение при

бортовой качке, рад. Остальные обозначения соответствуют принятым ранее.

Для морских судов с обычными обводами демпфирующая и инерционная компоненты при бортовой качке невелики. Их влияние в области дорезонансных и резонансных частот незначительно и становится заметным только при высоких частотах. Поэтому при решении многих задач бортовой качки пользуются укороченным уравнением в абсолютных координатах. Уравнение (13.1) записывается так

207

Если разделить все члены выражений (13.4) на частоту собственных колебаний в квадрате h2 , а амплитуду колебаний θ0 на угол волнового склона 0, получим

Для определения АЧХ и ФЧХ необходимо располагать параметрами судна и волны. Для их определения используем следующие приближенные зависимости:

момент инерции массы судна (формула Дуайера)

Ix 121 D B2 4zg2 ;

момент инерции присоединенной массы воды определяют из выражения

208

2γθ = 0,07–0,10 для судов без скуловых килей, 2γθ = 0,11–0,14 для судов со скуловыми килями;

χ – редукционный коэффициент, предложенный Г. Павленко, разделенный на два сомножителя В T . Первый член учитыва-

ет влияние ширины судна, полагая осадку малой по сравнению с длиной волны, а второй учитывает влияние осадки, считая ширину судна малой по сравнению с длиной волны. Величины χВ и χТ определяются по графикам на рис. 13.1.

Рис. 13.1. Редукционные коэффициенты

Для определения параметров волн используем эмпирическую связь между высотой и длиной волны (формула Циммермана):

hв 0,17 3в4.

209

Для определенности высоту волны принимают в соответствии с классом судна и ограничением района плавания. В этом случае длина волны λв при заданной высоте hв определяется как

в 10,6hв43. Угол волнового склона 0 hв hв 2 . Период вол-

в 2g

По результатам расчета строятся АЧХ и ФЧХ (рис. 13.2, 13.3).

14.УЧЕТ ЭКОНОМИКИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ

14.1.Экономические характеристики, связанные

спостройкой и эксплуатацией судна

Задача выбора типа морского транспортного судна относится к числу сложных проблем, поскольку при ее решении должны быть установлены важнейшие эксплуатационно-технические элементы

иособенности судна, к числу которых относятся:

1)грузоподъемность и грузовместимость, а для грузопассажирских и пассажирских судов – число перевозимых пассажиров и их деление на классы;

210