Основы проектирования судна. Определение водоизмещения и главных размерений, составление укрупненной нагрузки масс. Определение водоизмещения

РАЗРАБОТКА ПРОЕКЦИИ КОРПУС ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ЧЕРТЕЖА И РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ПЛАВУЧЕСТИ

При разработке проекции "корпус" теоретического чертежа проектируемого судна рекомендуется применить аффинное преобразование чертежа прототипа.

Расчет элементов судна по теоретическому чертежу выполняется в виде таблицы формы 3.

Форма 3

Расчет элементов подводной части судна

Номер шпангоута	Ординаты i-го шпангоута поj-ой ватерлинии, м					Сумма ординат строки	Поправка к сумме ординат строки	Исправл. сумма	Площедь шпанг.
i	0,000	1,000	2,000	3,000	4,000
0	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000
1	0,000	0,400	0,900	1,300	1,700	4,300	0,850	3,450	4,226
2	0,700	1,900	2,600	2,900	3,400	11,500	2,050	9,450	11,576
3	1,900	3,500	4,300	4,600	4,900	19,200	3,400	15,800	19,355
4	4,000	4,900	5,300	5,500	5,700	25,400	4,850	20,550	25,174
5	4,700	5,500	5,800	5,850	5,850	27,700	5,275	22,425	27,471
6	5,200	5,800	5,850	5,850	5,850	28,550	5,525	23,025	28,206
7	5,200	5,800	5,850	5,850	5,850	28,550	5,525	23,025	28,206
8	5,200	5,800	5,850	5,850	5,850	28,550	5,525	23,025	28,206
9	5,200	5,800	5,850	5,850	5,850	28,550	5,525	23,025	28,206
10	5,200	5,800	5,850	5,850	5,850	28,550	5,525	23,025	28,206
11	5,200	5,800	5,850	5,850	5,850	28,550	5,525	23,025	28,206
12	5,200	5,800	5,850	5,850	5,850	28,550	5,525	23,025	28,206
13	5,200	5,800	5,850	5,850	5,850	28,550	5,525	23,025	28,206
14	5,200	5,800	5,850	5,850	5,850	28,550	5,525	23,025	28,206
15	5,200	5,800	5,850	5,850	5,850	28,550	5,525	23,025	28,206
16	0,600	5,500	5,820	5,850	5,850	23,620	3,225	20,395	24,984
17	0,200	4,650	5,450	5,700	5,850	21,850	3,025	18,825	23,061
18	0,000	1,750	3,800	5,000	5,500	16,050	2,750	13,300	16,293
19	0,000	0,000	0,000	2,200	4,600	6,800	2,300	4,500	5,513
20	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000
Сумма ординат столбцов	64,100	86,100	92,470	97,400	101,850				439,708
Поправка к сумме столбцов	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000				0,000
Исправленная сумма	64,100	86,100	92,470	97,400	101,850				439,708
Площадь ватерлинии	1426,866	1916,586	2058,382	2168,124	2267,181	9837,139	1847,024	7990,116	4893,946

a₁ =0,81,a₂ =0.58.

Площадь парусности боковой поверхности судна S_n и аппликата центра парусности r_n  рассчитываются в табличной форме 5.

Форма 5

Определение площади и аппликата центра парусности

Наименование площади	Si ,м2	Возвышение центра парусности над ОЛ, zi , м	Статический момент Si zi , м3
Надводный борт	190	1,35	323
Фальшборт и комингс грузовых люков	56	1,85	123,2
Надстройка 1 – яруса	40	2,5	116
Надстройка 2 – яруса	22	4,9	116,6
Рубка	13	13	169
Труба	6	6	36
Итого	327	-	883,6

Учитывая несплошные поверхности:

S_n= 1.05∑S_i  (6.3)    z_n = 1.1∑S_iz_i/S_n  (6.4)

S_n= 1.05*327 = 343,4

z_n = 1.1*883,6/343,4=2,8 м,

М_кр=0.001*157*343,4*1,7=91,6.

Для определения предельно - допустимого кренящего момента М_доп необходимо построить диаграмму статической остойчивости судна. Плечи остойчивости находятся по приближенной формуле:

l =y_c90f₁(θ)+ z_c90f₂(θ)+ rf₃(θ)- aSinθ , (6.5)

где y_c90 , z_c90 - координаты центра величины судна, условно накрененного на 90°, вычисляются по формулам:

y_c90 =(1-0.95 Т/Н) В/2;  (6.6)  

z_c90 =0.64Н(1 - 1.15Т/Н); (6.7) малый метацентрический радиус r равен: r = α ²В² /11.4δТ; (6.8) возвышение центра тяжести над центром величины: а=r_g – z_c ; (6.9)

y_c90 =(1-0.95*2/3.4)*11.7/2=2.6;   

z_c90 =0.64*347(1 - 1.15*2/3.4)=0.9;

r = 5.8;

а=2-0,9=1,1.

Плечи остойчивости l рассчитываются в таблице формы 6, где приводятся и значения тригонометрических функций f₁(θ), f₂(θ), f₃(θ).

Форма 6

Определение плеч статической остойчивости

Θ0	f1(θ)	f2(θ)	f3(θ)	3,79	1,20	7,50	Sinθ	1,65	lф	l
1,00	2,00	3,00	4,00	5,00	6,00	7,00	8,00	9,00	10,00	11,00
0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00
10,00	0,12	-0,05	0,12	0,312	-0,045	0,667	0,17	0,191	0,934	0,743
20,00	0,41	-0,16	0,15	1,066	-0,144	0,87	0,34	0,376	1,792	1,416
30,00	0,74	-0,25	0,11	1,924	-0,255	0,638	0,50	0,55	2,337	1,787
40,00	0,99	-0,32	0,04	2,574	-0,288	0,232	0,64	0,707	2,518	1,811
50,00	1,12	-0,25	-0,02	2,912	-0,225	-0,11	0,77	0,843	2,571	1,728
60,00	1,08	-0,08	-0,06	2,808	-0,072	-0,34	0,87	0,953	2,388	1,435
70,00	0,85	0,20	-0,06	2,21	0,18	-0,34	0,94	1,034	2,042	1,035
80,00	0,47	0,58	-0,08	1,22	0,522	-0,46	0,99	1,084	1,28	0,196

По результатам расчета в таблице формы 6 строится диаграмма остойчивости (Рида).

Для определения плеча допустимого момента необходимо предварительно найти угол заливания θ_зал и амплитуду качки θ_m . Амплитуда качки определяется в соответствии с указаниями Правил РР РСФСР, согласно которым:

Θ_m=f(m), где m=m₁m₂m₃; m₁=m₀/(h₀)^1/2; h₀=r+z_c-z_g; n₁=(h₀/V^1/3)/(z_g/B);

h₀=5.8+0.9-2=4.78;

n₁=(4.78/7990,116^1/3)/(2/11.76)=1.4; m₁=3/(4.78)^1/2=1.4;

m₀=3; m₂=0.87; m₃=0.66.

m=1.4*0.87*0.66=0.8.

Θ_m=13 (по таблице 6.7, методического указания)        

Угол заливания Θ_зал соответствует углу, при котором начинается заливание водой незакрытых отверстий (иллюминаторов, люков, дверей и т.п.) . Он определяется при заливании через иллюминатор:

tgΘ_зал =(h_нкл - 0.075) / 0.5В=(1.2-0.075)/0.5*11.76=0.19 (6.10)

Θ_зал=10.83, где h_нкл -возвышение нижней кромки иллюминатора над КВЛ, м.

При заливании через комингс люка или двери угол заливания  Θ_зал находится по формуле:

tgΘ_зал =(Н-Т+h_к)/(0.5B-b_пр)=(3,4-2+1,2)/(0,5*11,76-1,2)=0,5,   (6.11)

Θ_зал=29,1, где h_k-высота комингса, м.

b_пр - расстояние от комингса до борта, м.

Максимальное из найденных значений Θ_зал откладывается по оси абсцисс диаграммы Рида вправо, а Θ_m влево.

Допустимый кренящий момент рассчитывается по формуле:

М_доп = gDl_доп, (6.12)

l_доп=0.5;  М_доп = 9.81*1774,7*0.6=10446

М_кр ≤М_доп,  91.6<9405.8

Остойчивость судна соответствует основным критерием норм РР РСФСР.

7. РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ВОДЫ ДВИЖЕНИЮ СУДНА

Смоченная поверхность Ω, определяется по одной из приближенных формул:

Ω= LT(2+1.3(δ-0.274)B/T));

Ω=74.3*1.43(2+1.3(0.653-0.274)11.2/1.43)=626.9 м².

Коэффициент сопротивления выступающих частей:

С_АР=0,2*10^-3

Коэффициент,      учитывающий      шероховатость      корпуса

ΔС_F=0,6*10^-3.

Кинетический коэффициент вязкости воды v=1.57*10^-6 м²/с.

Форма 7

Расчет сопротивления воды движению судна

Расчетные величины	Размерн.	Численные значения
Скорость судна v	м/с	3	4	5	6	7
Число Рейнольдса Re	-	1.42	1.89	2.36	2.84	3.31
Число Фруда Fr	-	0.111	0.148	0.185	0.222	0.259
Экстраполятор трения Cf	-	2.06	1.95	1.89	1.84	1.8
Коэффициент волнового сопротивления Cw	-	0.003	0.02	0.08	0.26	0.64
Динамический коэф. A	кН	2.82	5.01	7.8	11.28	15.36
Сопротивление трения Rf	кН	7.5	12.7	19.4	27.5	36.9
Сопротивление формы Rvp	кН	0.4	0.6	0.97	1.4	1.9
Волновое сопротивление Rw	кН	0	0.1	0.6	2.9	9.8
Сопротивление выступающих частей RAP	кН	0.57	1.002	1.56	2.3	3.07
Полное сопротивление R	Кн	8.47	14.4	22.5	34.1	51.7

Коэффициент   пропорциональности   между   сопротивлением трения и сопротивлением формы k

k=(22T/L-0.1)(0.132+(δ-0.4)^2.5);

k=(22*0,019-(0.132+(0.653)^2.5)=0.05

Коэффициент волнового сопротивления (при Fr≤0,1 С_w=0)

С_w= (2.23 – 0.325B/T+0.02B/T)((0.606-1.88(δ-0.4)²)*

*(Fr-0.1)^{4.2-9.6(δ-0.4)2}+0.001(Fr-0.1)(15.5-3.53L/B+0.188(L/B)².

По  результатам  расчета  в зависимости     от     скорости     строятся     графики