Задачник по ТУС
.pdfМинистерство образования и науки Украины НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ОДЕССКАЯ МОРСКАЯ АКАДЕМИЯ
Кафедра «Теория и устройство судна»
СБОРНИК ЗАДАЧ ПО ТЕОРИИ КОРАБЛЯ
СБОРНИК ЗАДАЧ ПО ТЕОРИИ КОРАБЛЯ
Одесса – 2016
Министерство образования и науки Украины НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ОДЕССКАЯ МОРСКАЯ АКАДЕМИЯ
Кафедра «Теория и устройство судна»
СБОРНИК ЗАДАЧ ПО ТЕОРИИ КОРАБЛЯ
СБОРНИК ЗАДАЧ ПО ТЕОРИИ КОРАБЛЯ
Утверждено кафедрой ТУС |
в |
|
качестве |
сборника задач |
по |
дисциплине «Теория и устройство
судна» |
направления 6.070104 |
|
«Морской |
и речной |
транспорт» |
от 13 ноября 2016, протокол № 6.
Одесса – 2016
УДК 629.5(076)
ББК 39.42-011 Т 33
Составители: И.А. Бурмака, А.Я. Король, О.Н Мазур, С.В. Сауляк
Теория и устройство судна: сборник задач по выполнению
Т33 практических занятий / Сост., Бурмака И.А., к.т.н., доцент, Король А.Я., к.т.н., доцент, Мазур О.Н., асс., Сауляк С.В., асс. и др. - Одесса: ОНМА,
2016. - 277 с.
© Одесская национальная морская академия, 2016
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|
ВВЕДЕНИЕ.......................................................................................................... |
7 |
|
ГЛАВА 1 УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ........................................................ |
8 |
|
ГЛАВА 2 ГЕОМЕТРИЯ КОРПУСА И ОСНОВЫ ПЛАВУЧЕСТИ |
|
|
СУДНА |
....................................................................................................................... |
11 |
2.1 |
Главные плоскости и сечения судна. Система координат ...................... |
11 |
2.2 |
Главные размерения судна ......................................................................... |
12 |
2.3 |
Теоретический чертеж ................................................................................ |
13 |
2.4 |
Характеристики формы судна ................................................................... |
15 |
2.5 |
Силы, действующие на судно. Условие равновесия ............................... |
16 |
2.6 |
Посадка судна и параметры ее определяющие ........................................ |
17 |
2.7 |
Грузовой размер. Определение водоизмещения по грузовому размеру19 |
|
2.8 |
Примеры решения задач............................................................................. |
20 |
2.9 |
Условия задач .............................................................................................. |
24 |
ГЛАВА 3 ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ РАСЧЕТЫ ПЛАВУЧЕСТИ И |
|
|
ПОСАДКИ СУДНА .................................................................................................. |
29 |
|
3.1 |
Грузовая шкала. Определение водоизмещения по грузовой шкале ...... |
29 |
3.2 |
Поправки к водоизмещению, определяемому по грузовой шкале ........ |
30 |
3.3 |
Изменение средней осадки при приеме и снятии груза. Условие |
|
параллельного погружения ...................................................................................... |
31 |
|
3.4 |
Изменение осадки судна при переходе в воду другой плотности ......... |
34 |
3.5 |
Массовые и объемные характеристики судна.......................................... |
35 |
3.6 |
Составление грузового плана (расчет нагрузки судна)........................... |
36 |
3.7 |
Диаграммы для расчета посадки судна..................................................... |
43 |
3.8 |
Примеры решения задач............................................................................. |
45 |
3.9 |
Условия задач .............................................................................................. |
47 |
ГЛАВА 4 НАЧАЛЬНАЯ ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДНА .................................. |
51 |
|
4.1 |
Условие остойчивости судна ..................................................................... |
51 |
4.2 |
Метацентрические формулы остойчивости ............................................. |
52 |
4.3 |
Информация об остойчивости для капитана ............................................ |
54 |
4.4 |
Вертикальное перемещение ....................................................................... |
56 |
4.5 |
Поперечное перемещение .......................................................................... |
57 |
4.6 |
Продольное перемещение .......................................................................... |
58 |
4.7 |
Подвешенный груз ...................................................................................... |
59 |
4.8 |
Жидкий груз................................................................................................. |
61 |
4.9 |
Примеры решения задач............................................................................. |
66 |
4.10 Условия задач ............................................................................................ |
68 |
|
ГЛАВА 5 ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ РАСЧЕТЫ ОСТОЙЧИВОСТИ |
|
|
СУДНА |
....................................................................................................................... |
74 |
5.1 |
Диаграмма статической остойчивости, ее свойства ................................ |
74 |
5.2 |
Плечи остойчивости формы и веса. Пантокарены, их виды .................. |
75 |
5.3 |
Универсальные диаграммы статической остойчивости ......................... |
78 |
|
|
3 |
5.4 |
Решение задач о статическом накренении судна по диаграмме |
|
статической остойчивости........................................................................................ |
80 |
|
5.5 |
Понятие о динамической остойчивости судна......................................... |
82 |
5.6 |
Диаграмма динамической остойчивости, ее свойства. Расчет плеч |
|
динамической остойчивости. ................................................................................... |
83 |
|
5.7 |
Решение задач о динамическом накренении судна по диаграммам |
|
статической и динамической остойчивости ........................................................... |
85 |
|
5.8 |
Критерий погоды. Нормируемые параметры остойчивости .................. |
88 |
5.9 |
Контроль параметров остойчивости судна по диаграмме допускаемых |
|
статических моментов............................................................................................... |
93 |
|
5.10 Примеры решения задач ........................................................................... |
95 |
|
5.11 Условия задач ............................................................................................ |
97 |
|
ГЛАВА 6 НЕПОТОПЛЯЕМОСТЬ СУДНА ................................................. |
102 |
|
6.1 |
Понятие о непотопляемости судна.......................................................... |
102 |
6.2 |
Категория затапливаемых отсеков .......................................................... |
102 |
6.3 |
Коэффициент проницаемости.................................................................. |
103 |
6.4 |
Методы расчета аварийной посадки судна ............................................ |
107 |
6.5 |
Расчет посадки и остойчивости поврежденного судна ......................... |
108 |
6.6 |
Требования к элементам аварийной посадки и остойчивости |
|
поврежденного судна .............................................................................................. |
110 |
|
6.7 |
Информация об аварийной посадке и остойчивости поврежденного |
|
судна и схема по борьбе за его живучесть............................................................ |
112 |
|
6.8 |
Спрямление судна ..................................................................................... |
115 |
6.9 |
Примеры решения задач........................................................................... |
121 |
6.10 Условия задач .......................................................................................... |
124 |
|
ГЛАВА 7 ПРОЧНОСТЬ КОРПУСА СУДНА .............................................. |
129 |
|
7.1 |
Понятие общей прочности. Силы и моменты, действующие на корпус |
|
судна ......................................................................................................................... |
|
129 |
7.2 |
Дополнительные силы и моменты, действующие на корпус судна .... |
131 |
7.3 |
Нормирование общей прочности Правилами Регистра судоходства .. |
133 |
7.4 |
Контроль общей прочности при отсутствии необходимых данных.... |
136 |
7.5 |
Контроль общей прочности в судовых условиях .................................. |
138 |
7.6 |
Понятие и контроль местной прочности судна...................................... |
141 |
7.7 |
Примеры решения задач........................................................................... |
142 |
7.8 |
Условия задач ............................................................................................ |
145 |
ГЛАВА 8 ХОДКОСТЬ СУДНА..................................................................... |
150 |
|
8.1 |
Понятие ходкости и буксировочного сопротивления ........................... |
150 |
8.2 |
Понятие полного сопротивления, буксировочной мощности и |
|
пропульсивного коэффициента.............................................................................. |
150 |
|
8.3 |
Расчет полного сопротивления ................................................................ |
152 |
8.4 |
Приближенный способ адмиралтейских коэффициентов для оценки |
|
буксировочной мощности ...................................................................................... |
157 |
|
8.5 |
Приближенный способ расчета буксировочной мощности по методу |
|
Будницкого Ю. А..................................................................................................... |
157 |
|
4 |
|
|
8.6 |
Примеры решения задач........................................................................... |
161 |
|
8.7 |
Условия задач ............................................................................................ |
165 |
|
ГЛАВА 9 СУДОВЫЕ ДВИЖИТЕЛИ ........................................................... |
170 |
||
9.1 |
Принцип действия и типы движителей................................................... |
170 |
|
9.2 |
Элементы геометрии гребного винта...................................................... |
171 |
|
9.3 |
Кинематические характеристики гребного винта ................................. |
173 |
|
9.4 |
Динамические характеристики гребного винта и характерные режимы |
||
его работы ................................................................................................................ |
174 |
||
9.5 |
Диаграммы для расчета гребного винта ................................................. |
176 |
|
9.6 |
Взаимодействие гребного винта и корпуса судна ................................. |
178 |
|
9.7 |
Кавитация гребных винтов....................................................................... |
181 |
|
9.8 |
Основные задачи расчета гребных винтов ............................................ |
185 |
|
9.9 |
Совместная работа гребного винта, двигателя и корпуса судна.......... |
187 |
|
9.10 |
Примеры решения задач ......................................................................... |
190 |
|
9.11 |
Условия задач .......................................................................................... |
192 |
|
ГЛАВА 10 КАЧКА СУДНА........................................................................... |
197 |
||
10.1 |
Основные понятия................................................................................... |
197 |
|
10.2 |
Качка судна на тихой воде ..................................................................... |
198 |
|
10.3 |
Качка судна на волнении........................................................................ |
202 |
|
10.4 |
Качка судна, обладающего ходом на волнении ................................... |
206 |
|
10.5 |
Примеры решения задач ......................................................................... |
209 |
|
10.6 |
Условия задач .......................................................................................... |
212 |
|
ГЛАВА 11 ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ РАСЧЕТЫ |
|||
ПО ПОСАДКЕ, ОСТОЙЧИВОСТИ, ХОДКОСТИ, УПРАВЛЯЕМОСТИ И |
|
||
КАЧКЕ СУДНА....................................................................................................... |
216 |
||
11.1 |
Посадка судна на камень ........................................................................ |
216 |
|
11.2 |
Подъем оконечностей судна .................................................................. |
217 |
|
11.3 |
Расчет дополнительного сопротивления при эксплуатации судна.... |
219 |
|
11.4 |
Критическая скорость и просадка судна при движении на |
|
|
ограниченной глубине ............................................................................................ |
220 |
||
11.5 |
Понятие об управляемости судна.......................................................... |
222 |
|
11.6 |
Штормовые диаграммы .......................................................................... |
225 |
|
11.7 |
Примеры решения задач ......................................................................... |
229 |
|
11.8 |
Условия задач .......................................................................................... |
231 |
|
ГЛАВА 12 ОТВЕТЫ НА ЗАДАЧИ ............................................................... |
237 |
||
12.1 |
Ответы на задачи главы 2....................................................................... |
237 |
|
12.2 |
Ответы на задачи главы 3....................................................................... |
237 |
|
12.3 |
Ответы на задачи главы 4....................................................................... |
238 |
|
12.4 |
Ответы на задачи главы 5....................................................................... |
238 |
|
12.5 |
Ответы на задачи главы 6....................................................................... |
239 |
|
12.6 |
Ответы на задачи главы 7....................................................................... |
239 |
|
12.7 |
Ответы на задачи главы 8....................................................................... |
240 |
|
12.8 |
Ответы на задачи главы 9....................................................................... |
240 |
|
12.9 |
Ответы на задачи главы 10..................................................................... |
241 |
|
|
|
|
5 |
12.10 Ответы на задачи главы 11................................................................... |
241 |
ПРИЛОЖЕНИЕ А. .......................................................................................... |
242 |
ПРИЛОЖЕНИЕ Б............................................................................................ |
244 |
ПРИЛОЖЕНИЕ В. .......................................................................................... |
249 |
ПРИЛОЖЕНИЕ Г................................................................................................ |
2 |
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. .......................................................................................... |
258 |
ПРИЛОЖЕНИЕ Е............................................................................................ |
261 |
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж. ......................................................................................... |
263 |
ПРИЛОЖЕНИЕ З. ........................................................................................... |
269 |
ПРИЛОЖЕНИЕ И. .......................................................................................... |
272 |
ПРИЛОЖЕНИЕ К. .......................................................................................... |
273 |
ЛИТЕРАТУРА ................................................................................................. |
275 |
6
ВВЕДЕНИЕ
Теория корабля – одна из древнейших наук. Первый основной закон, положивший начало изучению мореходных качеств судна, был открыт Архимедом. Это закон плавучести - закон о действии силы давления воды на погруженное в нее тело.
Огомный вклад в развитие этой науки внесли С. О. Макаров, А. Н. Крылов, Н. Е. Жуковский, В. Г. Сизов и многие другие.
Знания в области теории корабля позволяют предвидеть и грамотно оценить поведение судна при его эксплуатации и избежать аварии в сложных условиях плавания.
Выдающийся академик А. Н. Крылов говорил: "Часто истинная причина аварии лежала не в действии неотвратимых и непреодолимых сил природы, не в "неизбежных случайностях на море", а в непонимании основных свойств и качеств корабля, несоблюдении правил службы и самых простых мер предосторожности, непонимании опасности, которую корабль ставится, в небрежности, неосторожности, отсутствии предусмотрительности".
Поэтому перед работниками морской отрасли стоят ответственные задачи по обеспечению грузовых и пассажирских потоков. Эти задачи могут быть решены только благодаря качественному улучшению флота, т.е. заменой старых судов новыми судами современной постройки, специализированными судами и т.д.
А для эксплуатации современных судов морского флота необходимы высококвалифицированные кадры моряков.
7
ГЛАВА 1 УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
При изложении материала в задачнике авторы иногда использовали условные обозначения величин, принятые в литературе по теории корабля и в смежных науках, которые отличаются от обозначений, принятых и используемых организациями ИМО и Регистр.
Во избежание неясностей в (табл.1.1) приведены условные обозначения основных величин, принятых в настоящей книге и в изданиях ИМО и Правилах Регистра сдоходства.
Таблица 1.1 – Условные обозначения основных величин
№ |
Величина |
|
Условные обозначения |
|||
п/п |
|
Регистр |
ИМО |
Существующие |
||
|
|
|
|
|
величины |
|
1 |
Длина судна |
|
|
пп |
||
2 |
Ширина судна |
|
|
|
||
3 |
Высота борта |
|
|
|
||
4 |
Осадка |
|
|
|
||
5 |
Средняя осадка |
ср |
- |
ср |
||
6 |
Осадка носом |
н |
- |
н |
||
7 |
Осадка кормой |
к |
- |
к |
||
8 |
Осадка на миделе |
м |
- |
м |
||
9 |
Дифферент |
|
|
- |
|
|
|
|
|
|
|
||
10 |
Надводный борт |
|
|
|
||
11 |
Водоизмещение объемное |
|
|
|
||
12 |
Водоизмещение весовое |
∆ |
∆ |
|
||
13 |
Водоизмещение в полном грузу |
∆ |
- |
|
||
14 |
Водоизмещение судна |
∆0 |
- |
пор |
||
порожнем |
пор |
|||||
|
|
|
|
|||
15 |
Коэффициент общей полноты |
|
|
|
||
|
||||||
|
судна |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
16 |
Коэффициент полноты мидель- |
|
|
- |
|
|
|
|
|||||
|
шпангоута |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||
17 |
Коэффициент продольной |
|
- |
|
||
|
||||||
|
полноты |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
18 |
Коэффициент полноты |
|
- |
|
||
|
||||||
|
ватерлинии |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||
19 |
Коэффициент вертикальной |
- |
- |
|
||
полноты |
||||||
|
|
|
|
|
||
20 |
Центр тяжести судна: |
|
|
|
||
20.1 |
абсцисса |
g |
g ( ) |
g |
||
20.2 |
ордината |
g |
g ( ) |
g |
||
8 |
|
|
|
|
|
Продолжлжение таблицы 1.1
№ |
Величина |
Условные обозначения |
|||
п/п |
|
Регистр |
ИМО |
Существующие |
|
|
|
|
|
величины |
|
20.3 |
аппликата |
g |
|
g |
|
21 |
Центр плавучести судна: |
|
|
|
|
21.1 |
абсцисса |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
21.2 |
аппликата |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
21.3 |
Абсцисса центра площади |
|
( ) |
|
|
|
|||||
|
ватерлинии |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
22 |
Возвышение метацентра над |
- |
- |
- |
|
основной линией: |
|||||
|
|
|
|
||
22.1 |
поперечного |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
22.2 |
продольного |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
23 |
Метацентрическая высота: |
|
|
|
|
23.1 |
поперечная |
|
|
|
|
23.2 |
продольная |
H |
|
|
|
24 |
Исправленная начальная |
|
|
исп |
|
метацентрическая высота |
|||||
|
|
|
|
||
|
Начальная метацентрическая |
|
|
|
|
25 |
высота без поправки на |
0 |
0 |
|
|
|
свободные поверхности |
|
|
|
|
26 |
Плечо статической |
|
|
ст |
|
остойчивости |
|||||
|
|
|
|
||
27 |
Плечо остойчивости формы |
|
( ) |
ф |
|
28 |
Плечо формы относительно |
|
- |
ф |
|
произвольного полюса |
|||||
|
|
|
|
||
29 |
Удельный вес |
- |
- |
|
|
30 |
Плотность |
|
|
|
|
31 |
Площадь парусности |
|
|
|
|
|
|
|
|
п |
|
32 |
Площадь килей |
к |
- |
к |
|
33 |
Расчетное ускорение (в долях g) |
расч |
- |
|
|
34 |
Коэффициент общей полноты |
|
|
|
|
|
|||||
|
цистерны |
|
|
ц |
|
|
|
|
|
||
|
Габаритные (по основным |
ст |
|
ц |
|
|
|
|
ц |
||
|
|
|
|||
35 |
плоскостям) длина, ширина, |
т |
- |
|
|
т |
ц |
||||
|
высота и объем цистерны |
|
|||
|
т |
|
|
||
|
|
|
|||
|
|
|
|
ц |
|
36 |
Ускорение свободного падения |
g |
g |
g |
|
37 |
Критерий погоды |
|
|
|
|
38 |
Критерий ускорения |
|
- |
|
|
39 |
Угол дифферента |
|
- |
|
9