Проектирование судов

В зависимостях для mко и mм индексом «’» обозначаем величины, относящиеся к корпусу, а индексом «’’» к механизмам.

На основании опыта, накопленного в теории проектирования, масса корпуса mко в уравнении (3.3) принимается пропорциональной водоизмещению D или полному объему корпуса. В расчетных зависимостях эта предпосылка представляется через пропорциональность массы корпуса mко объему параллелепипеда, построенного на главных размерениях судна L, B, H. Произведение главных размерений в расчетной практике называется кубическим модулем (L B N – кубический модуль).

Масса механизмов mм в (3.5) принимается пропорциональной мощности главных двигателей N.

Показатель k в (3.6) в большинстве случаев принимается равным единице и только для энергоустановок со сравнительно легкими главными двигателями (по относительной массе на единицу их мощности), к которым относят паровые и газовые турбины, его принимают равным 2/3.

3.2. Методика расчета водоизмещения судна D при заданных дедвейте либо грузоподъемности

Решение уравнения (3.3) производят путем выражения определяемых масс через измерители масс. Измерителем массы называется коэффициент пропорциональности между нагрузками массы и элементами (характеристикам) судна. С учетом сказанного:

где pко и qко – измерители массы, отнесенные к водоизмещению и кубическому модулю соответственно.

Поскольку массу mко в (3.3) необходимо выразить через водоизмещение, то для этого измеритель pко рассчитывают по прототипу

pко mко .D 0

21

Представление измерителя qко по зависимости

дает более надежные расчеты. Поэтому иногда определяют qко по прототипу, а в уравнение (3.3) подставляют pко, выраженное в виде

зависимости pко f qко :

pко qко H .0 T 0

Аналогично массу механизмов с учетом (3.6) выражают уравнениями вида:

где pм – измеритель массы механизмов, зависящий от типа СЭУ, вспомогательных механизмов и оборудования; pм определяется по судну-прототипу:

pм mм .N 0

Адмиралтейский коэффициент Ca также определяется по прототипу

Ca D23 3 .N 0

Запас водоизмещения m3B m11 вычисляется в долях водоизме-

щения порожнем в зависимости от стадии проектирования. В расчетной практике для определения m3B используется зависимость

где m3B – измеритель запаса водоизмещения, принимаемый 0,01–0,025.

22

Учитывая изложенное, уравнение (3.3) можно представить в виде:

если в исходных данных задается дедвейт судна Dw.

Если задается грузоподъемность (масса m15), то уравнение (3.10) видоизменяется:

D pкоD pм D23 3 p3ВD m14 m15 m16 m17 . Ca

При заданном дедвейте (3.10) решается сразу после приведения

приступить к решению (3.11), необходимо определить составляющие дедвейта Dw. Делается это следующим образом.

Масса m16 запасов топлива, масла и питательной воды для котлов считается по формуле

где qт – удельный расход топлива главных двигателей; для дизельных двигателей qт 0,17 0,20 кВткг ч;

K1 – коэффициент морского запаса, учитывающий непредвиденные гидрометеоусловия, возможные изменения скорости хода и курса (K1 = 1,15–1,2);

23

K2 – коэффициент, учитывающий увеличение расхода топлива на работу вспомогательных механизмов, запас смазки и питательной воды, а также работу на стояночных режимах (K2 = 1,1–1,2);

A – автономность судна по запасам топлива, часы.

Масса m14 из раздела нагрузки складывается из составляющих

где mэ – масса экипажа, mэ 0,12nэк;

nэк – число членов экипажа;

0,12 – средний норматив массы одного члена экипажа, т; mпр – масса запасов провизии, mпр 0,004nэкA;

0,004 – средний норматив запасов провизии на одни сутки, т; A – автономность плавания в сутках;

mВ – масса пресной питьевой и мытьевой воды mВ 0,15nэк A;

0,15 – минимальная норма расхода пресной воды на одного человека в сутки, т;

m0 – масса пищевых отходов, определяемых по норме 1,2 кг на человека в сутки, m0 0,0012nэк A;

m17 – масса сточно-фановых, принимаемая равной массе mВ пресной воды и подсланевых вод. Массу подсланевых вод принимают в зависимости от мощности СЭУ.

Если в ТЗ указана не автономность, а дальность плавания r, тогда A r .

24

Уравнение (3.15) является алгебраическим третьего порядка с по-

стоянными коэффициентами. Подстановкой D z3 оно приводится к виду

и решается любым алгебраическим способом (способом итерации, графическим и т. д.)

В результате решения (3.16) определяется искомое водоизмещение судна D1, которому присваивается индекс «1», означающий первое приближение.

3.3. Определение главных размерений (ГР) и коэффициента общей полноты в первом приближении

После нахождения водоизмещения судна D1 в первом приближении можно найти его главные размерения (ГР) – L, B, H, T.

Определение ГР можно осуществить двумя способами. 1. Путем совместного решения системы уравнений.

Если в (3.17) использовать относительную метацентрическую высоту (МЦВ) h Bh , то получим выражение

Значения относительной МЦВ h имеют значения: h 0,04 0,05 (сухогрузы);

h 0,015 0,02 (лесовозы); h 0,07 0,12 (танкеры).

25

1.3. Уравнение грузовместимости

Уравнение (3.19) выражает кубатуру трюмов через размерения

L, B, H.

Здесь mгр – грузоподъемность, т;

μгр – удельный погрузочный объем (объем занимаемый единицей груза), м3/т;

ς = 0,08–0,1 – коэффициент, учитывающий проходы, трапы и другие места, незанятые грузом;

δтр – коэффициент полноты трюма;

χ– коэффициент учитывающий объем набора, двойного дна

идвойных бортов в районе трюма; χ = 0,18–0,24 – для судов с двойным дном и двойными бортами; χ = 0,02–0,07 – для судов без двойного дна и двойных бортов;

λ= 0,7–0,76 – отношение длины трюмов к длине судна.

2.Способ определения размерений по прототипу.

26

или с учетом (3.20΄) ширина судна в первом приближении:

где B0 T0 и L0 B0 – соотношения главных размерений, прини-

маемые по данным судна-прототипа; δ1 – коэффициент общей полноты, принимаемый по данным

судна-прототипа (δ1 = δ0); ρ – плотность воды (ρ = 1 т/м3 для речной воды и ρ = 1,025 т/м3

для морской воды).

Подставляя полученное значение B1 (3.20΄), получим

После нахождения главных размерений необходимо уточнить коэффициент общей полноты δ. Из ТК известно, что f Fr , по-

этому, определив число Фруда по длине L1,

Fr , (3.22)

gL1

можно определить δ по таким зависимостям: для сухогрузов при Fr = 0,14–0,26

для танкеров и судов, перевозящих массовый грузы,

27

Таким образом, для определения коэффициента δ необходимо подсчитать число Фруда по заданной скорости и рассчитанной длине и затем по (3.23) либо (3.24) вычислить диапазон изменения δ. Если принятое ранее по прототипу δ попадает в этот диапазон, то следует принять для дальнейших расчетов это значение δ1.

Если δ не попадает в диапазон значений по (3.23) или (3.24), то тогда следует остановиться на значении δ, которое получается по результатам расчета по (3.23) или (3.24), и повторить расчет по определению главных размерений судна.

Следует иметь в виду, что отношение BL значительно влияет на ходкость и строительную стоимость судна; TB – на остойчивость

и качку; HT – на вместимость и непотопляемость судна; HL – на

общую прочность. Поэтому прежде чем принять у проектируемого судна отношение главных размерений такими же, как и у прототипа, необходимо произвести тщательный анализ мореходных качеств судна-прототипа.

Кроме того, желательно, чтобы соотношения главных размерений судна не выходили за пределы, рекомендованные Правилами и приведенные в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Соотношение главных размерений

После корректирования основных элементов переходят к расчету нагрузки масс проектируемого судна, который сводят в табличную форму (см. табл. 3.2).

28

Таблица 3.2

Нагрузка масс проектируемого судна в первом приближении

Примечание. В расчетах на стадии первого приближения мощность СЭУ N1 рассчитывается по адмиралтейской формуле

D2 3 3

N1 1Ca ,

где адмиралтейский коэффициент Ca берется по данным судна-про- тотипа.

3.4.Частные случаи представления массы корпуса

Вряде случаев массу корпуса mко, чтобы не нарушать проектную часть длинными выкладками, предлагается рассматривать состоящей из массы стального корпуса и массы оборудования, то есть

29

При этом масса стали может быть определена с использованием различных модулей:

где L, B, H – главные размерения судна; δ – коэффициент общей полноты;

A1, A2, A3 – численные коэффициенты, зависящие от длины судна, его конструктивного типа и числа палуб.

Приведенная высота борта H в (3.27) – (3.28) определяется по уравнению:

где hн – средняя высота надстроек;

2 – суммарная длина надстроек и рубок первого яруса; измерители массы qст, qст, qст определяются по графикам либо

по данным прототипов;

A1 = 1,0 (суда с min надводным бортом); A2 =1,0 (однопалубное судно);

A2 = 1,06 (двухпалубное судно);

A2 = 1,112 (трехпалубное судно);

A3 = 1,0 (L = 70 ÷ 150 м); A3 = L2,90,25 L 70 м .

Массу оборудования в (3.25) рассчитывают по формуле

30