76

Глава 5. Определение элементов остойчивости судна

§ 1. Удифферентовка судна

После разработки теоретического чертежа, уточнения общего расположения и разработки конструкции можно определить положение центра тяжести. Определим координаты ЦТ из уравнения моментов, составленных относительно плоскости мидель-шпангоута и ОП. Положение у_g примем равным 0.

, .

Данные по нагрузке возьмем из соответствующего расчета (глава 2 § 5). Координаты центров тяжести разделов определим по теоретическому чертежу и эскизу общего расположения в соответствии с расчетом конструкции корпуса.

Составим таблицу нагрузки. За начало координат примем точку пересечения плоскости мидель-шпангоута, ОП и ДП. Положительные координаты будем считать по оси абсцисс в нос от миделя, по оси аппликат вверх от ОП.

Таблица 5.1.

Статья	Наименование раздела	Масса, Рi, т	Плечи		Моменты
			хi, м	zi, м	Рi хi	Рi zi
1	2	3	4	5	6	7
010101	Наружная обшивка	508	3,08	5,28	1 566	2 687
010101	Двойное дно	564	5,89	0,55	3 322	310
010101	Ледовые усиления	79	-6,26	6,00	-495	475
010102	Верхняя палуба	252	-2,55	10,57	-641	2 658
010102	Платформа в МО	17	-40,65	7,50	-694	128
010103	Форпиковая переборка (12 шп)	18	55,56	8,11	1 000	146
010103	2-я переборка (15 шп)	17	53,46	7,66	909	130
010103	3-я переборка (36 шп)	23	38,76	6,67	891	153
010103	4-я переборка (57 шп)	26	23,16	5,28	602	137
010103	5-я переборка (78 шп)	26	6,36	5,28	165	137
010103	6-я переборка (99 шп)	26	-10,45	5,28	-272	137
010103	Переборка НО (120 шп)	26	-27,25	5,28	-709	137
010103	Переборка МО (123 шп)	25	-29,65	5,33	-741	133
010103	Ахтерпиковая переборка (153 шп)	16	-53,65	9,27	-858	148
010103	Поперечные переборки	203	4,87	6,21	988	1 261
010103	Продольная переборка	73	5,75	5,28	988	387
010103	Двойной борт	141	5,75	5,28	421	744
010104	Бак	29	59,67	11,97	1 748	351
010104	Ют	103	-45,14	11,97	-4 629	1 227
010104	Рубка	89	-37,65	18,37	-3 354	1 636
010105 010106	Специальные конструкции Выступающие части	102	38,76	10,57	3 940	1 074
0101	Корпус металлический	2 160	1,38	5,99	2 982	12 938
0102	Фундаменты и подкрепления	76	-37,65	7,68	-2 873	586

Таблица 5.1. (продолжение)

1	2	3	4	5	6	7
0103	Дельные вещи	277	-37,65	10,57	-10 434	2 929
0104	Неметаллические части	16	-37,65	10,57	-617	173
0105	Покрытия и окраска	96	1,38	5,99	132	575
0106	Изоляция и зашивка	112	-37,65	10,57	-4 198	1 179
0107	Воздух в корпусе	12	5,89	1,10	72	14
0108	Оборудование помещений, постов	28	-37,65	10,57	-1 044	293
01	Корпус	2 777	-5,75	6,72	-15 980	18 686
02	Устройства	168	0,00	10,57	0	1 771
03	Системы	195	-28,45	7,68	-5 561	1 501
04	Энергетическая установка	493	-37,65	7,68	-18 554	3 783
05	Электроэнергетическая система	39	-37,65	10,57	-1 472	413
07+09+13	Вооружение, запасные части, снабжение и имущество	78	-37,65	10,57	-2 937	824
12	Постоянные жидкие грузы	66	-28,45	7,68	18,77	507
11	Запас водоизмещения	137	-12,15	10,57	-1 665	1 448
Dпр	Судно порожнем	3 953	-12,15	7,32	-48 045	28 933
14	Экипаж	116	-37,65	18,37	-4 361	2 128
15	Груз в 1 танке	1 100	42,08	8,02	46 288	8 822
15	Груз во 2 – 5 танках	7 400	5,73	5,85	42 402	43 212
15	Груз в танках	8 500	10,43	6,13	88 690	52 101
16	Топливная цистерна 1 (36 – 57 шп)	50	30,95	0,55	1 548	28
16	Топливная цистерна 2 (57 – 78 шп)	100	14,75	0,55	1 475	55
16	Топливная цистерна 3 (78 – 99 шп)	100	-2,05	0,55	-205	55
16	Топливная цистерна 4 (99 – 120 шп)	100	-18,85	0,55	-1 885	55
16	Цистерны запасов (123 – 136 шп)	50	-37,65	0,78	-1 883	39
16	Топливная цистерна 5 (136 – 146 шп)	96	-41,93	3,52	-4 025	338
16	Запасы топлива, воды, масла	496	-10,03	1,15	-4 975	569
17+18	Переменные жидкие грузы, жидкий балласт	138	-28,45	7,68	-3 926	1 059
DW	Дедвейт	9 250	8,15	6,04	75 428	55 869
D	Водоизмещение в грузу	13 203	2,07	6,42	27 382	84 801

Данные по массам и координатам ЦТ разделов взяты по следующим соображениям:

010101 Наружная обшивка: х – по кривым элементам теоретического чертежа (х = х_с для данной z), z = Н/2, где Н – высота борта;

Двойное дно: х – по кривым элементам теоретического чертежа (х = х_с для данной z), z – половина высоты двойного дна;

Ледовые усиления – по рис. 3.10.1.3.2 ч. II Правил Регистра: х – смещена в сторону носа (в нашем случае, с учетом специфики работы судна во льдах, в сторону кормы) на 5% длины судна, z – середина высоты ледового пояса (см. соответствующий расчет);

010102 Верхняя палуба: х – по кривым элементам теоретического чертежа (х = х_f для данной z), z – высота борта;

Платформа: по схеме общего расположения: х – середина машинного отделения, z – высота расположения платформы;

010103 Поперечные переборки – масса каждой вычислена пропорционально площади переборки, определенной по теоретическому чертежу (масса форпиковой переборки, увеличена на 10%, в соответствии с требованиями Регистра к прочности переборки), х – по схеме общего расположения, z – по теоретическому чертежу, как возвышение площади сечения, соответствующего абсциссе х;

Продольные переборки – по схеме общего расположения: х – середина длины продольной переборки и двойного борта (см. определение координат ЦТ груза), z – половина высоты борта.

010104 Надстройки: х – по теоретическому чертежу (как абсцисса центра площади, соответствующей площади палубы надстройки), z – по формуле

z_б/ю = Н + Н_б/ю /2,

где Н_б/ю = 2,80 м – высота надстроек.

Рубка: х – по формуле, с учетом схемы общего расположения

х_р = х_МО + L_р /2,

где х_МО = -29,65 м – абсцисса носовой переборки МО (и лобовой стенки рубки), L_р = 16,00 м – длина рубки.

z – по формуле

z_р = Н + Н_б/ю + Н_р /2,

где Н_р = 10,00 м – высота рубки.

010105 Специальные конструкции и выступающие части: х – по схеме общего расположения (как абсцисса центра вертолетной площадки приходящаяся на 3-ю переборку), z – высота борта;

0102 Фундаменты и подкрепления: х – совмещено с абсциссой ЦТ рубки, z – осадка;

0103 Дельные вещи: х – совмещено с абсциссой ЦТ рубки, z – высота борта;

0104 Неметаллические части: х – совмещено с абсциссой ЦТ рубки, z – высота борта;

0105 Покрытия и окраска: координаты ЦТ совмещены с ЦТ корпуса металлического

0106 Изоляция и зашивка: х – совмещено с абсциссой ЦТ рубки, z – высота борта;

0107 Воздух в корпусе: х – совмещено с абсциссой ЦТ двойного дна, z – высота двойного дна;

0108 Оборудование помещений, постов: х – совмещено с абсциссой ЦТ рубки, z – высота борта;

02 Устройства: по схеме общего расположения. Основную массу раздела составляют: спасательное устройство, расположенное в корме на уровне первого яруса рубки, и якорное – в корме под палубой. Поэтому принимаем х – в районе миделя, z – на уровне высоты борта;

03 Системы: по схеме общего расположения. Трубопроводы общесудовых систем равномерно распределены по длине судна в двойном дне, бытовые системы – в районе рубки, грузовая система – в районе грузовых трюмов на уровне верхней палубы. Основная масса приводов расположена в НО. Поэтому принимаем х – середина длины НО, z – на уровне осадки;

04 Энергетическая установка: по схеме общего расположения. Основную массу раздела составляют главные дизель-генераторы расположенные вблизи носовой переборки МО (в месте наибольшей ширины МО) настолько низко, насколько позволяют обводы судна. Абсцисса х смещена в нос от середины МО и, в общем случае, совпадает с абсциссой ЦТ рубки, z – на уровне осадки;

05 Электроэнергетическая система: по схеме общего расположения. Основная масса раздела находится в пределах МО и рубки, поэтому принимаем х – совпадающим с абсциссой ЦТ рубки, z – на уровне высоты борта;

07+09+13 Вооружение, запасные части, снабжение и имущество: по схеме общего расположения. Основная масса раздела находится в пределах МО и рубки, поэтому принимаем х – совпадающим с абсциссой ЦТ энергетической установки, z – на уровне высоты борта;

12 Постоянные жидкие грузы: совмещаем с координатами ЦТ систем;

11 Запас водоизмещения, остойчивости: согласно общим рекомендациям. х – совмещается с абсциссой ЦТ судна порожнем, z – на уровне высоты борта;

14 Экипаж, провизия, расходные материалы и среды: по схеме общего расположения. Совмещаем с координатами ЦТ рубки;

1 5 Груз перевозимый: по схеме общего расположения. Определим вместимость грузовых танков. Рассмотрим сечения теоретического чертежа по переборкам 15, 36 и 120 шпангоутов (рис. 5.1)

Рис. 5.1. Площади конечных переборок грузовых танков

На рисунке обозначены половины площади переборок. Тогда объем последнего танка

W_г5 = L_г·2ω₅ = 16,80·2·70 = 2 350 (м³).

Остальные переборки находятся в пределах цилиндрической вставки, поэтому теоретический объем центральных танков можно определить по формуле

W_г = L_г·(В – 2В_б)·(Н – Н_дд).

Рис. 5.2. Определение абсцисс ЦТ танков и топливных цистерн

W_г2 = 15,60·(17,70 - 2·0,90)·(10,57 – 1,10) = 2 350 (м³).

W_г3-4 = 16,80·(17,70 - 2·0,90)·(10,57 – 1,10) = 2 500 (м³).

Общий объем 2 – 5 танков

W_г2-5 = 2 350 + 2 350 + 2·2 500 = 9 700 (м³).

Тогда масса груза, который может быть залит в 2-й – 5-й танки

Р_г2-5 = k_Δ γ_гW_г2-5 = 0,93·0,82·9 700 = 7 400 (т).

где k_Δ – коэффициент вычета на недолив и телесность набора.

Масса груза в носовом танке

Р_г1 = 8 500 – 7 400 = 1 100 (т).

Его вместимость при этом

W_г1 = Р_г1/k_Δγ_г = ^1 100/_0,93·0,82= 1 440 (м³).

Средняя площадь поперечного сечения танка

ω₁ = W_г1/L_г1 = 1 440/14,70 = 98 (м²).

Такая площадь сечения обеспечивается при высоте двойного дна Н_дд = 3,00 м (см. рис. 5.1).

Абсциссы ЦТ 2 – 5 танков примем посредине их длины, для носового координату х определим по теоретическому чертежу (рис. 3.5) наложив на него схему расстановки переборок, z – середине высоты танка.

16 Запасы топлива, воды, масла: по схеме общего расположения. Определим вместимость топливных цистерн.

Вместимость масляных, расходных цистерн, цистерн питательной воды для котлов и пр. в МО по статистике составляет 10% от общей вместимости топливных танков.

Р_зМО = 0,10·496 = 49 (т),

Примем массу запасов в цистернах МО Р_зМО = 50 т.

Вместимость цистерны в МО

W_зМО = Р_зМО/k_Δγ_т = ⁵⁰/_0,80·0,90 = 69 (м³).

Половина средней площади поперечного сечения, при длине цистерны 10,40 м

ω = ⁶⁹/_2·10,40 = 3,3 (м²).

Высоту цистерны примем равной высоте двойного дна. Тогда по схеме расположения цистерн (рис. 5.8) половина площади поперечного сечения на 123 шп. ω = 6,6 м², на 136 шп. ω = 0 м². Вместимость цистерн судовых запасов обеспечена.

Координату х примем равной абсциссе ЦТ энергетической установки, координату z для данной высоты сечения определим по теоретическому чертежу (рис. 3.5);

Часть топливных цистерн разместим в двойном дне, в центральной (относительно ДП) части под 2 – 5 грузовыми танками. Боковые стенки цистерн лежат в плоскости днищевых стрингеров. Ширину цистерн под 3-м – 5-м танками примем 8,00 м, под 2-м танком – 4,00 м. Вместимость цистерн

W_т3-5 = L_г В _т3-5 Н_дд = 16,80·8,00·1,10 = 148 (м³),

W_т2 = L_г В _т2 Н_дд = 16,80·4,00·1,10 = 74 (м³),

Масса топлива в цистернах

Р_т3-5 = 0,90·0,75·148 = 100 (т).

Р_т2 = 0,90·0,75·74 = 50 (т).

Координаты ЦТ для 3 – 5 танков: х примем равными абсциссам ЦТ грузовых танков, z – середина высоты двойного дна, для 2-го танка х и z определим по теоретическому чертежу (рис. 3.5);

Остальные запасы топлива разместим в цистернах в районе МО симметрично относительно ДП. Масса топлива в цистернах

Р_тМО = 496 – 3·100 – 50 – 50 = 96 т.

Вместимость одной бортовой цистерны

W_тМО = Р_тМО/2k_Δγ_т = ⁹⁶/_{2·0,80·0,90} = 67 (м³).

Половина средней площади поперечного сечения, при длине цистерны 8,00 м

ω = ⁶⁷/_8,00 = 8,4 (м²).

Такая площадь, по схеме расположения цистерн, обеспечивается при высоте цистерны 4,10 м (рис. 5.8). По схеме расположения цистерн (рис. 5.8) половина площади поперечного сечения на 136 шп. ω = 16,3 м², на 146 шп. ω = 0,5 м².

Координаты ЦТ цистерны определим по теоретическому чертежу (рис. 3.5);

17+18 Переменные жидкие грузы и жидкий балласт: совмещаем с координатами ЦТ систем.

В результате расчетов х_g = 2,07 м = х_с. Судно сидит на ровный киль.

Относительное возвышение ЦТ составляет

ξ = = = 0,608 ≠ 0,550.

Полученное значение ξ отличается от того, которое было принято при выборе основных элементов судна (Глава 2 § 2). Необходима проверка остойчивости судна.