2.2. Определение коэффициентов полноты корпуса судна

Коэффициент общей полноты водоизмещения δ существенно влия­ет на ходкость судна, и для снижения сопротивления воды его необ­ходимо уменьшать. Но с уменьшением значений δ ухудшается форма трюмов, уменьшается грузовместимость, усложняется форма корпуса, что повышает стоимость постройки. Для речных судов уменьшать значения δ часто невозможно вследствие ограниченности осадки.

Ориентируясь на характеристики построенных судов и данные модельных испытаний, можно рекомендовать следующую формулу для определения δ:

δ = 1,03 – 1,15F_r(0,02), (2.4)

где F_r = -- число Фруда ;

v – скорость судна, м/с;

g – ускорение свободного падения, м/с² .

Тогда F_r = = 0,194.

δ = 1,03 – 1,150,194(0,02) = (0,787 – 0,827)

С учетом полученных данных при расчете и данными судна-протопита принимаем равным δ = 0,775

Коэффициент полноты мидель-шпангоута β также выбирают с уче­том ходкости, снижения стоимости постройки и обеспечения вмести­мости.

У сухогрузных теплоходов

β = 0,543 + 0,575δ, δ<1,0 (2.5)

Тогда

β = 0,543 + 0,5750,775 = 0,998

Принимаем коэффициент полноты мидель-шпангоута β равным 0,995

Коэффициент полноты ватерлинии α имеет некоторое влияние на остойчивость и ходкость, и с этой точки зрения можно рекомендовать:

для сухогрузных теплоходов

α = 0,350 + 0,665δ(0,015) (2.6)

Тогда

α = 0,350 + 0,6650,775(0,015) = (0,854—0,884)

С учетом полученных данных при расчете и данными судна-прототипа принимаем равным α = 0,888

3. Обеспечение основных навигационных качеств судна

3.1. Остойчивость судна

3.1.1 Определение основных параметров, характеризующая остойчивость проектируемого сухогрузного судна

Проектируемое сухогрузное судно класса «О» имеет грузоподъёмность 1000т.

По результатом расчетов, получены следующие расчетные измерения :

L = 75 м; В = 11м; Н=3,5м.

Коэффициенты полноты корпуса судна при расчетной осадке будут равны:

δ = 0,775; β =0,998; α = 0,888.

Вес судна Р=14744,43 кН;

Диаграмма статической остойчивости - это график зависимости плеча восстанавливающего момента или самого момента, который стремится повернуть судно в устойчивое состояние от угла крена . При малых углах крена можно воспользоваться формулойM_B=Ph_o [2].

При этом значения основных параметров, характеризующих остойчивость судна, можно определить по следующим формулам

- аппликата ЦВ z_c =, (3.1)

где и- коэффициенты полноты судна;

Т-осадка судна;

- аппликата ЦТ z_g =k_gH , (3.2)

где k_g - коэффициент грузоподъемности судна (для сухогрузов можно принимать 0,7…1)

- метацентрический радиус по формуле

, (3.3)

После подстановки в приведенные выше формулы соответствующие значения получаем:

z_c =м;

z_g =0,853,5=2,98м;

м.

По формуле h_o=r_o+ z_c - z_g определяем значение начальной метацентрической высоты h_o=1,96м.

Однако при больших углах, как было сказано выше, креносимметрия относительно ДП входящего и выходящего клиньев водоизмещения нарушается, причем существенно. Поэтому линия пересечения двух равнообъемных ватерлиний смещается.

Траекторию перемещения ЦВ уже нельзя принимать за дугу окружности. Следовательно, плечо восстанавливающего момента l_B не будет определяться метацентрической формулой остойчивости [2] .Для получения более точного значения для l_B мы пользуемся выражением

где l_Ф – плечо остойчивой формы, которое зависит только от формы подводного объёма корпуса и угла крена ;

а = Zgo – Zco , (3.4)

а = 2,98 – 1,17 = 1,81м.

В данном случае восстанавливающий момент как мера статической остойчивости при больших углах крена будем определять по формуле

M_B=Pl_B

Точный расчет плеч статической остойчивости в данном случае получить очень сложно, поэтому приближенный расчет производим по методике:

- на основе предварительных расчетов определяем положения равнообъемных ватерлиний под углами = 0°, 19°, 20°,..., 80° к ватерлинии центрального положения (=0°);

- определяем ординаты этих наклонных ватерлиний и находим их центральные моменты инерции относительно оси х, а затем определяем значение радиуса г₀;

- зная значение г₀, определяем значения у_с и z_C после чего по приведенным значениям определяем значение /_в.

Для судов любых типов можно использовать и более простое выражение без применения расчетов по теоретическому чертежу:

, (3.5)

где y_c90 и -координаты положения ЦВ судна, условно наклоненного на

90^о, м;

- некоторые тригонометрические функции, которые определены для данных углов наклона или крена (см. таблицу 9.1[2]).

После подстановки в известные формулы соответствующих значений вычисляем указанные выше координаты:

м;

м;

Значение а = Zgo – Zco, есть возвышение ЦТ над ЦВ.

Динамическая остойчивость - это способность судна противодействовать динамически приложенным опрокидывающим моментам. Мерой динамической остойчивости, в отличие от статической, является не величина восстанавливающего момента, а величина работы этого момента.

A_B=Pd_B

где d_В- плечо восстанавливающего момента при динамической остойчивости.

Если кренящий момент действует на судно динамически (внезапно) или, прикасаясь к судну, быстро изменяется от нуля до расчетного значения в течении промежутка времени, меньшего, чем период собственных колебаний, то в начальный период крена он превосходит восстанавливающий момент.

В результате судно будет накапливать кинетическую энергию вращения. Это и учитывается при построении диаграммы динамической остойчивости, которая показывает зависимость работы восстанавливающего момента от опрокидывающего момента. Ее можно также строить и для плеча динамической остойчивости d_В [2].

Все расчеты основных параметров динамической и статической остойчивости сводим в таблицу

Град				м	м	м	м		м	м	кНм
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
10	0,120	-0,050	0,115	0,264	-0,032	0,434	0,666	0,174	0,315	0,351	5175,294
20	0,410	-0,160	0,150	0,902	-0,101	0,566	1,367	0,342	0,619	0,748	11028,833
30	0,740	-0,250	0,110	1,628	-0,158	0,415	1,885	0,500	0,905	0,98	14567,497
40	0,990	-0,320	0,040	2,178	-0,202	0,151	2,127	0,643	1,164	0,963	14198,886
50	1,120	-0,250	-0,020	2,464	-0,158	-0,075	2,231	0,766	1,386	0,845	12459,043
60	1,080	-0,080	-0,060	2,376	-0,050	-0,226	2,1	0,866	1,567	0,533	7858,781
70	0,850	0,200	-0,060	1,87	0,126	-0,226	1,77	0,940	1,701	0,069	1017,366
80	0,470	0,580	-0,030	1,034	0,365	-0,113	1,286	0,985	1,783	-0,497	-7327,982

Таблица3.1-Расчет основных параметров статической остойчивости

Таблица3.2- Расчет основных параметров динамической остойчивости

град	м	Суммы попарно ,м	Суммы сверху (интегральные)м	м	AB=PdB кНм
0	0	0	0	0	0
10	0,351	0,351	0,351	0,031	457,08
20	0,748	1,099	1,45	0,127	1872,54
30	0,98	1,728	3,178	0,278	4098,95
40	0,963	1,943	5,121	0,448	6605,50
50	0,845	1,808	6,929	0,606	8935,12
60	0,533	1,375	8,307	0,727	10719,20
70	0,069	0,602	8,909	0,779	11485,84
80	-0,497	-0,428	8,481	0,742	10940,37

На рисунке 3.1 приведены диаграммы статической и динамической остойчивости, построенные по результатом расчета.