!Проект Коробка (на основе прототипа С-1) (Бормотов А) / !Литература / Выбор основных характеристик морских транспортных судов

8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ЧЕРТЕЖА СУДНА

8.1. Общие сведения

Для проектирования теоретического чертежа студент должен воспользоваться рассчитанными ранее при выполнении проекта элементами [7]: главными размерениями - L, B, T, H, коэффициентами полнот - , , , значениями абсцисс центра величины (ЦВ) судна - xс и центра тяжести (ЦТ) площади конструктивной ватерлинии (КВЛ) - xf.

При решении вопросов проектирования обводов студент должен проявить инициативу в выборе их формы, обеспечивающей минимальное сопротивление воды и удовлетворяющей другим мореходным и эксплуатационным качествам.

Раздел проекта должен содержать графическую часть и расчеты. Графическая часть должна включать теоретический чертеж судна, выполненный на листе ватмана. Строевая по шпангоутам, КВЛ, гидростатические кривые и другие рисунки могут выполняться на миллиметровой бумаге формата А4 или А3. Кроме графической части выполняется пояснительная записка, включающая обоснования по выбору формы корпуса, расчеты гидростатических элементов, посадки судна и непотопляемости.

Теоретический чертеж выполняется в масштабе 1:50; 1:100 или 1:200. Сетка теоретического чертежа строится для 21 теоретического шпангоута, 4-х ватерлиний (не считая нулевой) и 2-х батоксов с каждого борта. Особое внимание должно быть обращено на проектирование сетки теоретического чертежа, от которой зависит точность дальнейших построений и расчетов.

Все графические и расчетные материалы должны оформляться в соответствии с требованиями [4].

Кроме шпангоутов, ватерлиний и батоксов необходимо построить и согласовать палубную и бортовую линии на всех проекциях с учетом погиби бимсов и продольной седловатости.

После построения теоретического чертежа необходимо произвести проверку возможности расположения гребных винтов заданного диаметра в корме судна или определить допустимый диаметр гребного винта.

Для этого на всех трех проекциях наносится линия диска винта и пробивается шпангоут, расположенный в его плоскости. Необходимо соблюдать зазор между верхней кромкой лопасти винта и корпусом судна, который должен быть не менее 0,1 диаметра винта. Возвышение нижней кромки лопасти над основной плоскостью должно быть не менее 0,05 м. По теоретическому чертежу также определяется точка выхода гребного вала.

Все расчеты ведутся в табличной форме по правилу трапеций.

Выбор формы обводов целесообразно проводить с использованием судовпрототипов.

60

8.2. Проектирование строевой по шпангоутам

Проектирование теоретического чертежа судна начинается с разработки строевой по шпангоутам. При этом используются следующие свойства строевой:

площадь строевой по шпангоутам численно равна объемному водоизмещению судна;

абсцисса центра тяжести строевой численно равна абсциссе ЦВ;

коэффициент полноты площади строевой численно равен коэффициенту продольной

призматической полноты судна ( = / ).

Таким образом, необходимо построить строевую, отвечающую этим свойствам в соответствии с проектными элементами судна V, xc, , L, B, T, .

Покажем последовательно, как это делается для условной строевой, имеющей форму прямолинейной трапеции (рис. 8.1).

Рис. 8.1. К проектированию строевой по шпангоутам

По горизонтали в выбранном масштабе откладываем отрезок, равный расчетной длине судна L, и разбиваем его на 20 равных теоретических шпаций L=L/20.

По вертикали в другом масштабе откладываем отрезок, численно равный площади мидель-шпангоута = BT.

Из точек В и С по горизонтали откладываем отрезки BF и СF , численно равные величине

BF' CF" L(1 ) .

Очевидно, что площадь прямолинейной трапеции AF F D численно равна объемному водоизмещению судна:

т. е. выполнено первое свойство строевой по шпангоутам.

61

Далее надо таким образом перестроить эту трапецию, чтобы выполнялось и второе свойство, т.е. требуется построить строевую с заданной абсциссой ЦТ.

Для этого от точки K отложим по вертикали отрезок KE, численно равный

KE BT 1 .

1

От точки E по горизонтали откладываем в масштабе длин отрезок EN, численно равный абсциссе ЦВ - xc.

Причем в принятом правиле знаков положительное значение xc откладывается в нос судна, а отрицательное - в корму, т.е. EN xc .

Точку О соединяем с точкой N и на пересечении линий ON и BC получаем точку М. Далее сдвигаем точки F и F на величину отрезка KM в том же направлении, в каком точка М сдвинулась от точки K.

Получаем точки М и М . Соединяя точки А и М , D и М , получим прямолинейную трапецию AM M D, полностью (легко проверить) отвечающую всем свойствам строевой.

Дальнейшая задача состоит в том, чтобы придать этой строевой плавные криволинейные образования, соответствующие плавным обводам судна. Для этого обратимся к рис. 8.2, на который перенесены некоторые точки рис. 8.1.

Но прежде чем приступить к окончательной процедуре построения строевой, необходимо решить вопрос о цилиндрической вставке судна. Цилиндрическая вставка, как следует из ее названия, имеет на своем протяжении одинаковую форму и площадь шпангоутов. Задача сводится к определению протяженности цилиндрической вставки и ее расположения по длине корпуса, т.е. необходимо определить длину носового заострения Lн, длину кормового заострения Lк и длину цилиндрической вставки Lцв.

При их выборе необходимо учитывать, что с увеличением Lн снижается волновое сопротивление, а с увеличением Lк снижается сопротивление формы и улучшается подток воды к гребным винтам. Но их увеличение усложняет форму корпуса, делает ее менее технологичной, ухудшает планировку трюмов, а иногда и уменьшает грузовместимость (особенно по генеральным грузам), увеличивает строительную стоимость.

Поэтому на грузовых судах делают цилиндрическую вставку «умеренной» длины, чтобы не ухудшить мореходные качества. Эту «умеренную» длину цилиндрической вставки для судов с большим коэффициентом общей полноты целесообразно выбирать по рекомендациям Линдблада [3], показанным на рис .8.3.

Используя этот график, можно выбрать Lн, Lк, Lцв и полученные отрезки нанести на строевую (рис. 8.2, точки Q и Q ). Из этих точек надо провести плавные кривые, соединяющие их с точками A и D. При этом надо руководствоваться двумя обстоятельствами:

проводить кривые надо таким образом, чтобы «исключенные» и «приобретенные» участки строевой (заштрихованы) были примерно равны по площади, иначе это приведет к изменению общей площади строевой, а следовательно, и к изменению водоизмещения судна. Обычно это уравнивание проводят «на глаз» с последующей проверкой полученного водоизмещения;

62

форма носовой и кормовой части строевой оказывают влияние на сопротивление воды движению судна. Для относительно тихоходных судов с большим коэффициентом общей полноты носовую ветвь строевой целесообразно выполнять прямой или слегка выпуклой.

Когда форштевень имеет крутой наклон и большой подрез в нижней части, строевая по шпангоутам не получается прямой или выпуклой. Она несколько вогнута на коротком участке у форштевня, что почти не влияет на волновое сопротивление.

При обработке формы кормового заострения важно избежать вихреобразования и обеспечить хороший подток воды к гребным винтам. Строевая по шпангоутам здесь должна быть возможно ближе к прямой. Переход к цилиндрической вставке должен быть более длинным и постепенным, чем у носовой ветви строевой.

63

При крейсерской корме на строевой у кормового перпендикуляра всегда получается вогнутость, чего не следует опасаться. Крейсерская корма служит, главным образом, для возможно большего продления верхних ватерлиний в корму и предотвращения этим вихреобразования. Кроме того, это увеличивает площадь главной палубы в корме и позволяет разместить на ней кормовые судовые устройства.

На рис. 8.4 показаны рекомендуемые ветви строевой по шпангоутам.

Далее необходимо проверить водоизмещение проектируемого судна, вычисленное по строевой по шпангоутам.

Для этого надо вычислить площадь строевой так, как показано в табл. 8.1.

Рис. 8.4. Строевая по шпангоутам

Площади шпангоутов i в таблице берутся как ординаты строевой, затем вычисляет-

Погрешность между вычисленным по строевой водоизмещением и его исходной величиной не должно превышать 0,5%. Если разность превышает 0,5%, необходимо несколько перестроить строевую, но такое бывает редко. Одна из причин несовпадения величин может заключаться в погрешности приближенного вычисления площади. Иногда избежать этого удается введением промежуточных (0,5; 1,5; 2,5 и т.д.) ординат в районах заострений.

64

Максимальный выигрыш в сопротивлении (13-15%) достигается при =15-16%

бодного падения. Однако на практике применяют меньшие бульбы с =5-6%, что приводит к уменьшению сопротивления на 5-8%. Объясняется это тем, что сильно развитые бульбы неудобны в эксплуатации (затрудняют маневрирование судов, их швартовку, небезопасны они и для находящихся рядом судов).

Влиянине бульба на сопротивление судов можно оценить по рис. 8.7, построенному применительно к коэффициенту бульбообразности f =5%. Из рисунка следует, что при определенных соотношениях между полнотой и относительной скоростью судна применение бульба может привести к отрицательным результатам, т.е. к увеличению сопротивления. На рис. 8.7 R - сопротивление движению судна, R - изменение сопротивления.

Носовые бульбы применяются на судах для снижения сопротивления.

У относительно быстроходных судов (Fr 0,25), положительное влияние бульба достигается за счет благоприятной интерференции волновых систем, создаваемых бульбом и корпусом судна. Для таких судов характерны каплеобразные бульбы.

Развитые носовые бульбы характерны и для относительно тихоходных полных судов (Fr 0,2). Применение бульба позволяет сместить часть объема в носу в прикильную область и тем самым заострить ватерлинии вблизи КВЛ, что приводит к уменьшению размеров носовой подпорной волны.

Кроме того, улучшаются условия обтекания корпуса вследствие выравнивания набегающего потока воды и уменьшается интенсивность скуловых вихрей, связанная с уменьшением перетока воды от бортов к днищу.

Необходимо иметь также в виду, что помимо отмеченных ранее недостатков, вызываемых бульбами, имеются и другие - увеличение трудоемкости постройки судна, повышение сопротивления при ходе в балласте, более тяжелые последствия слеминга. Развитый бульб также затрудняет отдачу якорей, что приводит к необходимости устраивать на судах громоздкие наделки на якорных клюзах.

66

Альтернативой носовым бульбам являются цилиндрические носовые обводы или обводы с цилиндрическим форштевнем (рис. 8.8).

Такие обводы целесообразны у очень полных тихоходных судов с 0,8 и Fr 0,20. Положительный эффект носовых цилиндрических обводов связан с уменьшением

кривизны носовых участков ватерлиний, что обеспечивает более плавный переход от носового заострения к цилиндрической вставке, что снижает интенсивность волнообразования. Вследствие своей простоты цилиндрические обводы имеют существенные технологические преимущества.

Рис. 8.8. Теоретические корпуса носовой оконечности:

а - цилиндрические образования; б - таранно-конические образования

Для цилиндрической формы носа характерными параметрами являются: относительная ордината строевой по шпангоутам на носовом перпендикуляре f, радиус закругления

На рис. 8.10 показаны рекомендуемые значения r2 , выбор которого имеет важнейшее значение для предотвращения волнообразования.

Выбор формы кормовой оконечности является комплексной задачей, где решаются вопросы снижения сопротивления, хорошего взаимодействия движителя с корпусом, уменьшения неоднородности потока в диске гребного винта и, наконец, обеспечения хороших характеристик управляемости судна.

Корма морских судов и ахтерштевень обычно имеют крейсерскую форму. Обводы крейсерской формы отличаются разной полнотой, протяженностью и кривизной свеса. В настоящее время наибольшее распространение получила крейсерско-транцевая форма кормы, позволяющая упростить технологию постройки судна, уменьшить вибрацию кормовой оконечности. Чтобы избежать повышения сопротивления, нежелательно значительное погружение транца в воду (рис. 8.11).

67

Рис. 8.11. Крейсерская и крейсерско-транцевая корма:

а, б - крейсерская открытая и закрытая; в - крейсерско-транцевая корма

Для одновальных судов применяются U-образные, V-образные и сигарообразные кормовые обводы (рис. 8.12).

В надводной части корпуса носовым шпангоутам следует придавать умеренный развал, способствующий вхождению судна на в волну и предотвращению вкатывания больших масс воды на палубу. Однако чрезмерный развал при быстром вхождении в воду образует брызговую пелену, попадающую на надстройки, что усложняет управление судном.

Далее необходимо решить вопрос о седловатости палубы и погиби бимсов. В отношении седловатости необходимо руководствоваться Правилами Регистра (рис. 8.13).

Форма проекции бортовой линии на диаметральную плоскость задается квадратными параболами с нулевой аппликатой на середине длины.

Ординаты стандартного профиля седловатости F в мм приведены в табл. 8.2, где L- длина судна измеряется в метрах.

Седловатость усложняет постройку судна, мешает укладке палубного груза.

Если суда имеют избыточный надводный борт (т.е. высота надводного борта у них превышает величину минимального надводного борта плюс носовую ординату стандартной седловатости), то отпадает необходимость проектировать судно с седловатостью палубы.

Правила о грузовой марке регламентируют минимальную высоту в носу.

68