Расчет водоизмещения производится с помощью уравнения масс следующего вида:
D – искомое водоизмещение судна.
-
измеритель массы корпуса оборудованного;
-
измеритель массы запаса водоизмещения;
-
скорость хода судна в полном грузу на
тихой, глубокой воде;
-
адмиралтейский коэффициент;
-
измеритель массы механизмов (энергетической
установки);
-
коэффициент, учитывающий дополнительное
топливо, масло, питательную воду;
-
коэффициент морского запаса;
-
удельный расход топлива;
-
автономность; час.
-
грузоподъемность;
-
масса экипажа;
DW – дедвейт;
-
масса переменных жидких грузов.
Измеритель массы корпуса оборудованного рассчитывается по прототипу: проект 17310.
,
.
Плотность
морской воды -
;
Длина расчетная, L – 93.5 м;
Ширина, B – 13.4 м;
Осадка, T – 4.6 м;
Масса
корпуса оборудованного прототипа равна:
т.
.
Измеритель
массы запаса водоизмещения на данной
стадии проектирования принимается
равным в пределах от 0.01 до 0.025. Примем
.
Подсчитаем коэффициент А из уравнения масс:
Коэффициент В :
Адмиралтейский коэффициент Ca рассчитывается по прототипу формулой:
Скорость
прототипа
= 11 узлов. Данные по скорости прототипа
приведены при осадкеТ
= 4.6 м.
Мощность главного двигателя составляет Ne = 1740 кВт.
Измеритель
массы механизмов равен (масса механизмов
прототипа равна
т)
Коэффициенты дополнительного топлива и морского запаса принимаются равными:
Удельный расход топлива равен:
Автономность судна в часах t равна:
Коэффициент уравнения масс B равен:
Масса экипажа и запасов равна:
-
масса экипажа;
-
масса провизии;
-
масса пресной воды;
-
масса пищевых и твердых отходов.
Масса экипажа: т.
-
число членов экипажа,
Масса запасов провизии: т.
А - автономность (сутки), А =15
Масса пресной воды: т.
Масса пищевых и твердых отходов: т.
Масса сточно-фановых и подсланевых вод равна:
Коэффициент уравнения масс С равен:
Уравнение масс проектируемого судна представлено в виде:
Решение уравнения находим итерационным способом по формуле:
D = 4350 т.
В качестве контроля найденного водоизмещения, водоизмещение проверяем по коэффициентам утилизации.
т.
Разница в определении водоизмещения двумя способами составляет 5%.
Для дальнейших расчетов принимается водоизмещение D = 4350 т.
Главные размерения в первом приближении рассчитываются с помощью уравнения плавучести
,
где
-
плотность морской воды;
-
коэффициент полноты водоизмещения;
L , B , T – длина, ширина и осадка судна по КВЛ
Для
решения этого уравнения необходимо
задать дополнительные параметры:
,
которые в первом приближении принимаем
такими же как и у прототипа.
Тогда осадка судна определится по формуле:
м.
Ширина
судна равна:
м
Длина
судна равна:
м
Высота
борта проектируемого судна вычисляется
по формуле:
Соотношение главных размерений судна по возможности для I ограничен-ного района плавания не должны выходить за пределы:
;
Проконтролируем коэффициент полноты водоизмещения по скоростному режиму судна.
Коэффициент
полноты водоизмещения для сухогрузных
судов должен укладываться в диапазон
Так как коэффициент полноты водоизмещения укладывается в рекомендуемый диапазон, то для дальнейшего проектирования принимаем δ= 0.835
Для дальнейших расчетов ширина судна принимается равной: B = 12.8 м.
С учетом округления длина проектируемого судна принимается равной:
м.
Фактическая высота надводного борта судна м.
Минимально
возможная высота надводного борта равна
м.
Высота борта удовлетворяет правилам о грузовой марке, в отношении высоты надводного борта.
Коэффициенты полноты корпуса показаны на рис. 2.5.
Коэффициент полноты ВЛ α – отношение площади ватерлинии к площади описанного прямоугольника:
где S ВЛ – площадь ватерлинии.
Коэффициент полноты мидель – шпангоута β – отношение погруженной площади мидель – шпангоута к площади описанного прямоугольника:
Рис. 2.5. Коэффициенты полноты: а – площади ватерлинии;
б – площади мидель-шпангоута; в – водоизмещения
Коэффициент общей полноты δ – отношение объема подводной части судна V к объему описанного параллелепипеда:
.
(2.3)
Коэффициент вертикальной полноты χ – отношение объема подводной части судна к объему цилиндра, площадь основания которого равна площади ватерлинии (S ), а высота – осадке судна (T ):
или
или
(2.4)
Коэффициент продольной полноты φ – отношение объема подводной части судна к объему цилиндра, площадь основания которого равна площади мидель – шпангоута (), а высота – длине судна (L):
или
или
(2.5)
Вторые обозначения приняты в иностранной литературе.
Главные размерения суднаL.В.Н и Т определяют размеры, а их соотношения дают представление о форме корпуса и характеризуют некоторые мореходные качества судна.
Отношение L/В дает представление о быстроходности судна, так как чем больше это отношение, тем быстроходнее судно.
Отношение L/Н характеризует жесткость и прочность корпуса судна, т. е. с его ростом снижается жесткость и прочность корпуса.
Отношение Н/Т характеризует степень непотопляемости судна и с его ростом непотопляемость повышается.
Отношение В/Т влияет на остойчивость и ходкость судна и с его ростом увеличивается остойчивость, но ходкость ухудшается в связи с увеличением сопротивления воды.
Характерные значения коэффициентов полноты и соотношения главных размерений приведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1. Коэффициенты полноты и соотношение
|
Типы судов |
L/В |
В/Т |
Н/Т |
L/Н |
δ |
α | |
|
Сухогрузные суда |
1,25-1,52 |
10,3-14,5 |
0,62-0,75 |
0,80-0,85 |
0,95-0,98 |
||
|
Балкеры |
1,30-1,58 |
10,5-14,5 |
0,73-0,83 |
0,78-0,88 |
0,96-0,99 |
||
|
Танкеры |
1,18-1,52 |
11,5-14,0 |
0,72-0,90 |
0,78-0, 89 |
0,98-0,99 |
||
|
Контейнеровозы |
1,35-2,1 |
9,0-14,0 |
0,60-0,70 |
0,82-0,86 |
0,95-0,98 |
||
|
Накатные суда |
1,85-2,28 |
8,2-10,5 |
0,59-0,69 |
0,82-0,88 |
0,94-0,97 |
Форму судна наиболее полно определяет теоретический чертеж судна – совокупность проекций сечений поверхности судна на три главные взаимно перпендикулярные плоскости судна (рис. 2.6).
Рис. 2.6. Теоретический чертеж судна
В качестве главных плоскостей проекций теоретического чертежа принимают: диаметральную плоскость, основную плоскость и плоскость мидель – шпангоута.
Линии пересечения судовой поверхности плоскостями, параллельными диаметральной плоскости, называются батоксами . Линии пересечения поверхности судна плоскостями, параллельными основной плоскости, называются ватерлиниями, а линии пересечения поверхности судна плоскостями, параллельными плоскости мидель - шпангоута, – теоретическими шпангоутами.
Проекция всех этих линий на диаметральную (вертикальную) плоскость называется – «БОК». Батоксы на этой проекции изображаются без искажений, а ватерлинии и шпангоуты видны в виде прямых линий. Проекция линий пересечения на горизонтальную (основную) плоскость называется «ПОЛУШИРОТОЙ ».Ватерлинии на проекции изображаются без искажений, а батоксы и шпангоуты в виде прямых линий. Так как ватерлинии симметричны (при симметричной форме судна), то они на полушироте изображаются только по одну сторону от ДП. На полушироте изображается линия пересечения верхней палубы и борта, а также все палубы судна. Проекция всех линий пересечения на плоскость мидель - шпангоута называется «КОРПУС »(профильная проекция). На корпусе с правой стороны от ДП изображают проекцию носовых шпангоутов, а с левой стороны – кормовых. Проекции ватерлиний и батоксов изображаются в виде прямых линий.
Теоретический чертеж необходим для расчетов мореходных качеств – плавучести, остойчивости, непотопляемости, постройки корпуса судна, а также в эксплуатации – для определения размеров помещений и расстояний до отверстий в корпусе судна. Прямые линии теоретического чертежа называют «сеткой», а наклонные сечения – «рыбинами ».
При разработке теоретического чертежа судна используют масштабы уменьшения: 1:200, 1:100, 1:50, 1:20, 1:10 в зависимости от размеров судна.
При постройке судна на судоверфях некоторые участки корпуса вычерчивают в масштабе 1:1 на полу специального цеха, называемого «плазом».
Коэффициенты полноты ватерлиний можно рассчитать по приближенной формуле:
Принимаем
Коэффициент полноты мидель - шпангоута:
Принимаем
Удельную
грузовместимость µ можно определить
из уравнения грузовместимости, при
условии, что выдержано соотношение
,
где
- удельная погрузочная кубатура.
,
где
- коэффициент, учитывающий проходы,
трапы, другие места не занятые грузом;
- коэффициент
полноты трюма;
- коэффициент,
учитывающий объем, занятый набором,
двойным дном и двойными бортами в районе
трюма;
- отношение длины
трюмов к длине судна.
Тогда определение удельной грузовместимости
4.9 Анализ полученных результатов .
На основании приближенных расчетов, имеем следующие основные характеристики:
5
Разработка эскиза общего расположения.
Определение центра тяжести судна
.
Удифферентовка
Разработку общего расположения начнем с разделения корпуса на отсеки. Практическая шпация может быть выбрана:
Правила допускают
отклонение от этого значения в пределах
В форпике и ахтерпике шпация должна быть не более 600 мм, поэтому целесообразно принять шпацию 0,6 м по всей длине судна. Форпиковая переборка должна быть непроницаемой до палубы надводного борта и распространятся не менее 5% длины судна и не более 3+0,05L
,
где
- длина форпика
Принимаем
= 6,6 м или 11 шпаций.
Ахтерпиковая переборка должна быть непроницаемой до палубы надводного борта и расстояние от переборки до перпендикуляра выбирается с учетом конструкции кормовой оконечности. Это расстояние принимает 11шпаций или7.2м.
От форпика в корму устанавливаем поперечную переборку, отделяющие устройство и служебное помещение. Длина этого отсека 5 шпаций или 3 м.
Машинное отделение и жилую надстройку размещаем в корме, как у прототипа. Остальная часть корпуса отводятся под грузовые трюмы. Длину машинного отделения 32 шпангоут или 19,2 м. В районе грузовых помещений борта двойные и устанавливаем две поперечные переборки, разделяющие грузовое пространство на три трюма, длиной 30 шпангоутов или 30 м каждый. Общее число поперечных переборок на судне – 6, что удовлетворяет требованиям Регистра. Двойное дно простирается от переборки форпика до переборки ахтерпика.
Согласно принятой схемы общего расположения вычерчиваем эскиз на рисунке 5.1. С помощью эскиза общего положения и нагрузки масс определяем положение центра тяжести судна по длине и высоте. Расчет ведем по таблице 5.1.
Т
аблица
5.1 – Расчет центра тяжести судна
|
Наименование | ||||||
|
Корпус оборудованный | ||||||
|
Механизмы | ||||||
|
Запас водоизмещения | ||||||
|
Водоизмещение порожнем | ||||||
|
Экипаж, провизия, вода | ||||||
|
Груз перевозимый | ||||||
|
Топливо, масло | ||||||
|
Переменные жидкие грузы | ||||||
|
Водоизмещение в полном грузу | ||||||
После этого можно
перейти к удифферентовки судна в полном
грузу, чтобы судно в полном грузу сидело
на ровный киль, то его центр тяжести
должен находится на одной вертикали с
центром величины, т.е.
.
Центр величины определяем по приближенной формуле:
Таким образом
принимаем
Форму подводной части корпуса судна характеризуют коэффициенты полноты.
Коэффициент полноты грузовой ватерлинии (ГВЛ) отношение площади грузовой ватерлинии к площади описанного прямоугольника:
где S - площадь ватерлинии
Коэффициент полноты мидель-шпангоута в - отношение погруженной площади мидель шпангоута (А) к площади описанного прямоугольника:
Коэффициент общей полноты д - отношение объема подводной части судна V к объему описанного параллелепипеда:
Коэффициент вертикальной полноты ч - отношение объема подводной части судна к объему цилиндра, площадь основания которого равна площади ватерлинии (S), а высота - осадке судна (Т):
Коэффициент продольной полноты ц - отношение объема подводной части судна к объему цилиндра, площадь основания которого равна площади мидель-шпангоута (А) , а высота - длине судна (L):
Форму судна наиболее полно определяет теоретический чертёж судна - совокупность проекций сечений поверхности судна на три главные взаимно перпендикулярные плоскости судна.
В качестве главных плоскостей проекций теоретического чертежа принимают: диаметральную плоскость, основную плоскость и плоскость мидель-шпангоута.
Линии пересечения судовой поверхности плоскостями, параллельными диаметральной плоскости, называются батоксами. Линии пересечения поверхности судна плоскостями, параллельными основной плоскости, называются ватерлиниями, а линии пересечения поверхности судна плоскостями, параллельными плоскости мидель-шпангоута, - теоретическими шпангоутами.
Проекция всех этих линий на диаметральную (вертикальную) плоскость называется - “БОК”. Батоксы на этой проекции изображаются без искажений, а ватерлинии и шпангоуты видны в виде прямых линий. Проекция линий пересечения на горизонтальную (основную) плоскость называется “ПОЛУШИРОТОЙ”. Ватерлинии на этой проекции изображаются без искажений, а батоксы и шпангоуты в виде прямых линий. Так как ватерлинии симметричны (при симметричной форме судна), то они на полушироте изображаются только по одну сторону от ДП. На полушироте также изображается линия пересечения палубы и борта. Проекция всех линий пересечения на плоскость мидель-шпангоута называется “КОРПУС” (профильная проекция).На корпусе с правой стороны от ДП изображают проекцию носовых шпангоутов, а с левой стороны - кормовых. Проекции ватерлиний и батоксов изображаются в виде прямых линий
Теоретический чертёж необходим для расчётов мореходных качеств - плавучести, остойчивости, непотопляемости, постройки корпуса судна, а также в эксплуатации - для определения размеров помещений и расстояний до отверстий в корпусе судна.
Рис.11. Главные размерения судна
К первой группе размерений относится :
- наибольшая длина судна (L нб) - представляет собой расстояние по длине между крайними точками носовой и кормовой оконечностей корпуса;
- наибольшая ширина судна (В нб) - расстояние по ширине между крайними точками корпуса;
Высота борта (D) - расстояние, измеренное в мидельном сечении от основной плоскости до линии палубы у борта.
С поправками на выступающие части величины L нб и В нб являются габаритными размерами судна (L гб, В гб).
Во вторую группу главных размерений судна входят :
- длина судна по КВЛ (L квл) - расстояние между точками пересечения КВЛ с диаметральной плоскостью судна;
- длина судна (L) - расстояние между носовым и кормовым перпендикулярами;
- осадка судна (d) - вертикальное расстояние в плоскости мидель-шпангоута от основной плоскости до действующей (расчетной) ватерлинии. В условиях эксплуатации судна часто используют габаритную осадку , отсчитываемую от нижней кромки киля. Габаритные осадки определяют по маркам углубления , нанесенным на бортах (рис.13);
- высота надводного борта (F) - расстояние по высоте от действующей ватерлинии до линии палубы у борта;
- ширина судна по КВЛ (В квл) - наибольшая ширина конструктивной ватерлинии судна.
Для приближенной и сравнительной оценки мореходных качеств судов используются соотношения главных размерений и коэффициенты полноты. Чаще других используются соотношения:
L/B (относительное удлинение) - определяет ходкость судна;
B/d - характеризует остойчивость и ходкость судна;
D/d - определяет плавучесть и остойчивость судна на больших углах наклонения.
Основными безразмерными коэффициентами полноты корпуса судна являются:
α = S /LB - коэффициент полноты ватерлинии - отношение площади ватерлинии к площади прямоугольника со сторонами L и B (рис.12, а);
b = ω /Bd - коэффициент полноты мидель-шпангоута - отношение погруженной площади мидель-шпангоута ω к площади прямоугольника со сторонами B и d (рис.12, б);
d = V /LBd - коэффициент общей полноты - отношение объема подводной части V к объему параллелепипеда со сторонами L, B и d (рис.12, в);
φ = V /ωL = dLBd /bBdL = d/b - коэффициент продольной полноты - отношение объема подводной части судна V к объему цилиндра, имеющего в основании погруженную площадь мидель-шпангоута ω и длину L (рис.12, г);
χ = V /Sd = dLBd /αLBd = d/α - коэффициент вертикальной полноты - отношение объема подводной части судна к объему ци-
линдра, имеющего в основании площадь ватерлинии S и высоту d (рис.12, д).
 |
Рис.12. Коэффициенты теоретического чертежа
Быстроходные суда имеют небольшие значенияα, d и φ, характеризующие более заостренную и удобообтекаемую форму. С увеличением d ухудшается начальная остойчивость, а с увеличением α она, наоборот, увеличивается.
Для различных типов судов характерны определенные соотношения главных размерений и коэффициенты полноты корпуса (табл. 1.)
| Тип судна | Соотношения главных размерений | Коэффициенты полноты | ||||
| L/B | B/d | D/d | α | b | d | |
| Морские пассажирские суда: Сухогрузные суда общего назна-чения: Контейнеровозы: Танкера: Ледоколы: Промысловые суда: Буксиры: | 6,5–7,5 6,5–8,0 6,0–7,0 6,0–7,5 3,5–4,5 5,0–6,0 3,0–4,0 | 2,6–3,3 2,3–2,6 2,6–3,0 2,5–3,5 2,2–3,2 2,0–2,4 2,4–3,0 | 1,35–1,45 1,30–1,50 1,60–2,0 1,30–1,40 1,40–1,70 1,20–1,30 1,20–1,40 | 0,70–0,80 0,80–0,85 0,82–0,86 0,80–0,88 0,75–0,77 0,75–0,80 0,70–0,80 | 0,85–0,96 0,95–0,98 0,95–0,98 0,97–0,99 0,80–0,85 0,77–0,85 0,80–0,90 | 0,5–0,6 0,6–0,7 0,6–0,7 0,75–0,78 0,45–0,55 0,5–0,6 0,45–0,55 |
Таблица 1.
Посадка судна
Посадкой называется положение судна относительно спокойной поверхности воды. Положение действующей ватерлинии относительно корпуса, а значит, и посадку судна в общем случае определяют три параметрами:
D - средняя осадка (осадка на миделе);
D f - дифферент (разность осадок носом и кормой);
- Θ - угол крена - наклонение судна в плоскости мидель-шпангоута.
Наклонение судна в диаметральной плоскости можно выразить также и через угол дифферента Ψ.
Угол дифферента связан с дифферентом D f
При принятой системе координат положительным считается дифферент на нос(Ψ >0), а угол крена - на правый борт (Θ >0).
Возможны следующие случаи посадки :
А . Судно плавает прямо и на ровный киль (Θ = 0, Ψ = 0). В этом случае посадка характеризуется только одним параметром - средней осадкой d.
Б . Судно плавает прямо, но с дифферентом (Θ = 0, Ψ 0). В этом случае посадка характеризуется двумя параметрами в одном из следующих сочетаний:
Средней осадкой d и углом дифферента Ψ;
Средней осадкой d и дифферентом D f ;
Осадками носом d н и кормой d к, измеряемые соответственно на носовом и комовом перпендикулярах.
Названные выше параметры связаны между собой следующими зависимостями:
Ψ 0 = 57,3 ; d = .
В. Судно плавает на ровный киль, но с креном (Ψ = 0, Θ 0). В этом случае посадка характеризуется двумя параметрами - средней осадкой d и углом крена Θ.
Г. Общий случай посадки (судно плавает с креном и дифферентом). Посадка характеризуется тремя параметрами в одном из следующих сочетаний:
d, Ψ и Θ; d н, d к и Θ; d, D f и Θ.
Для контроля за осадкой судна при изменении его нагрузки, а также для определения его дифферента используют марки углубления .
Марки углубления наносят на обоих бортах судна в носу и
корме, а также в районе мидель-шпангоута. Высота цифр, измеренная по нормали к ОП, равна 1 дм (100 мм), расстояние между ними также 1 дм (100 мм), или соответственно 50 мм и 50 мм; при нанесении марок углублений в футах высота цифр и интервал между ними принимаются равными 0,5 футам (6 дюймам). Метрические марки наносятся арабскими цифрами, футовые - римскими (рис.13). По маркам углубления замеряют габаритную осадку т.к. нижняя кромка каждой цифры показывает расстояние по вертикали до нижней кромки горизонтального киля. Кроме того, марки углубления не обязательно располагаются на носовом и кормовом перпендикулярах судна.
Рис.13. Марки углублений
Судовая документация, служащая для оценки мореходных качеств судна рассчитывается и строится для осадок, отсчитываемых на перпендикулярах от основной плоскости судна. Поэтому для их получения необходимо значения осадок снятые с марок углублений исправить с помощью специальной шкалы (рис.14).
При отсутствии указанной шкалы осадки на перпендикулярах определяются по формулам:
d н = d нм d нм + (L /2 – l) Ψ; d к = d км d км – (L /2 – l) Ψ,
где d нм и d км - отстояние от основной плоскости нижней кромки киля в плоскостях носовых и кормовых марок углубления (знак плюс, когда кромка проходит ниже основной плоскости, минус - выше ос-
новной плоскости), l 1 и l 2 - отстояние носовых и кормовых марок углубления от плоскости мидель-шпангоута.
На некоторых судах для определения осадок устанавливаются осадкомеры, показания от которых автоматически передаются на мостик.
Угол крена на судах замеряется кренометром. Для замера угла дифферента некоторые суда могут иметь специальные приборы - дифферентометры.
Рис.14. Шкала, связывающая осадки на
перпендикулярах с осадками на
марках углубления т/х «А. Сафонцев»
