Расчеты ходкости и характеристик гребного винта

использованием судов-прототипов, то более точные данные по сопротивлению движению судов дает пересчет данных судна-прототипа по методу  В. Афанасьева в соответствии с предложенной им Адмиралтейской формулой (1889 г.):

 ,                                                              (1)

Для водоизмещающих транспортных судов с относительно небольшими скоростями затраты мощности на движение определяются в основном сопротивлением трения. Для таких судов допустимо принять значения показателей степени при независимых переменных равными m = 2/3  и  n = 3.

Предположение о равенстве величины адмиралтейского коэффициента  у судна-прототипа и вновь проектируемого судна допустимо при следующих условиях:

– однотипность судов;

– близость форм обводов корпусов  и соотношений главных размерений;

– изменение осадки или водоизмещения не более 10 – 12 %;

– изменение скорости хода в пределах 5 – 8 %.

При отсутствии судна-прототипа следует обратиться к математическим моделям и программным комплексам, построенным на их основе. В табл.1.1 приведены исходные данные для расчета сопротивления движению судна на основе корреляционных зависимостей для результатов систематических испытаний судов: для одновальных судов – по графикам ЛЭП и данным серии 60, а для двухвальных судов по диаграммам ОСТ 5.0181-75.

Содержание табл.1.1 расшифровано в графе Наименование параметра.

Таблица 1.1

Исходные данные для расчета сопротивления движению судна

Значение	Размерность	Наименование параметра
228.	м	Длина судна между перпендикулярами
32.2	м	Ширина на миделе
11.	м	Расчетная осадка на миделе
0.77	–	Коэффициент общей полноты
1.27	%	Абсцисса центра величины (% от длины)
0.95	–	Коэффициент полноты миделя
8.	м	Глубина погружения оси винта
0.99	–	КПД валопровода
6.	м/с	Начальное значение скорости
10.5	м/с	Конечное значение скорости
1.	м/с	Шаг варьирования скорости
1	–	Наличие бульба (0 или 1)
1	–	Форма кормовых шпангоутов (1-U;0-V)
1	–	Наличие выкружек (1) или кронштейнов (0)
1	–	Число валов (1 или 2)
1	–	Число рулей
1	–	Коэффициент изменения остаточного сопротивления
1	–	Выбор типа зависимости буксировочного сопротивления
–1	–	Признак блокировки ограничений

В дополнительном пояснении нуждается только ряд параметров: коэффициенты полноты корпуса следует принять по прототипу и при его отсутствии из табл.1.2, в соответствии с [5].

Таблица 1.2

Характеристики корпуса гражданских судов

Тип судна	Коэффициенты полноты
	d	a	b
Морские  пассажирские суда	0,50–0,60	0,70–0,80	0,85–0,96
Сухогрузные суда общего назначения большие средние малые	0,62–0,72 0,65–0,75 0,70–0,75	0,80–0,85 0,80–0,85 0,80–0,85	0,95–0,98 0,96–0,98 0,96–0,98
Суда для навалочных  грузов	0,73–0,80	0,78–0,83	0,96–0,99
Контейнеровозы большие малые	0,60–0,68 0,65–0,70	0,80–0,85 0,82–0,86	0,95–0,98 0,97–0,98
Суда с горизонтальной грузообработкой большие малые	0,58–0,65 0,62–0,70	0,85–0,88 0,82–0,85	0,93–0,95 0,95–0,97
Танкеры крупнотоннажные среднетоннажные	0,75–0,85 0,72–0,78	0,83–0,88 0,78–0,86	0,98–0,99 0,97–0,99
Ледоколы	0,45–0,55	0,75–0,77	0,80–0,85
Рыбопромысловые суда	0,50–0,60	0,75–0,80	0,77–0,85
Буксиры морские	0,45–0,55	0,70–0,78	0,80–0,90

Для обеспечения достоверности расчетов параметры табл.1.1 и их соотношения не должны выходить за пределы следующих ограничений:

– серия 60:

 

             

- ЛЭП:

                   

- ОСТ 5.0181–75:

     

      

При нарушении ограничений вырабатывается признак IER> 0: 1 – нарушение ограничений серии 60; 2 – нарушение ограничений серии ЛЭП; 3 – нарушение ограничений серии ОСТ 5.0181–75.

      После заполнения табл.1.1 она записывается под прежним именем на магнитный диск в директорий, в котором ведется расчет сопротивления движению судна.

 Для проведения расчетов следует запустить файл HODKOST.BAT. После отработки задания на экран дисплея и в файл PERT.REZ будет выведена табл.1.3, содержащая искомые результаты расчета сопротивления движению судна, позволяющая построить график буксировочного сопротивления в функции скорости.

Таблица 1.3

Результаты расчета

v, м/с	R , Н	NR, кВт
6	492456,719	2954,74
7	737620,375	5163,343
8	1021980,62	8175,845
9	1420914	12788,227
10	1900174,37	19001,744

1.2. Расчеты характеристик гребного винта

Количество движителей определяется в результате сравнительной оптимизации: рассчитывается комплексы с одним, двумя и тремя движителями. Тот ПК, у которого более высокий пропульсивный коэффициент, может быть признан лучшим. В первом приближении, если D_в^max=D_в^опт, число движителей можно определить как большее целое от следующего выражения, полученного из условия снижения КПД винта при приближении кавитации:

                                                                                 

где  E– функция выделения целой части из выражения в скобках; с^опт – коэффициент, который по данным В.А. Лесюкова [6] может быть принят равным 0,88 для пассажирских судов с винтами Трооста без насадок; 0,81 для грузовых судов и 0,85 для буксиров-толкачей с винтами в насадках с усеченными лопастями типа Каплана. Для гребных винтов с закругленными лопастями типа Трооста в насадках с^опт=0,9 – 0,94. По данным В.Н. Анфимова [3] с^опт может быть принят равным 0,85 для не буксирных судов и 0,9 для буксиров-толкачей.

В соответствии с методикой [3] коэффициенты взаимодействия винта и могут быть найдены с использованием следующих аппроксимирующих зависимостей:

- для двухвальных установок при

             

  

- для одновальных установок:

             

при  и U-образной корме:

при  и V-образной корме:

Таблица 1.4

Исходные данные для автономного расчета винта

№ п/п	Наименование переменной	Размерность	Значение
1	Скорость судна	уз	12.000
2	Сопротивление движению судна	кН	199.500
3	Осадка судна расчетная	м	7.000
4	Коэффициент общей полноты корпуса	–	0.700
5	Отношение Dв/TSU	–	0.720
6	Частота вращения винта (0 – аппроксимация)	об/мин	0.000
7	Плотность забортной воды	т/м3	1.025
8	Число валопроводов на судне	–	1

Для КПД h_в винта в свободной воде предложена зависимость в функции от коэффициента нагрузки по упору CTA = 8KT/pl_p²:

что позволяет найти значение пропульсивного коэффициента h_пр:

                       (1) 

В табл.1.4 приведены исходные данные для расчета гребного винта в соответствии с изложенной методикой. В дополнительных пояснениях нуждаются лишь п.5 и 6 этой таблицы. В п.5 задан диаметр гребного винта D_в в долях от расчетной осадки судна кормой T_к:

                                                               

Для морских судов по данным А.Ш. Ачкинадзе  для одновальных установок и 0,6 – 0,65 для двухвальных. Для судов речного и смешанного плавания  принимается по результатам исследований Б.А. Лесюкова.

Таблица 1.4

Оптимальные значения туннельности винтов

Тип судна	Характеристики	Оптимальные значения
Буксиры - толкачи	Класса «М» и «О»	0,8 – 1
Буксиры - толкачи	Класса «Р» и «Л»	0,95 – 1,2
Грузовые теплоходы	B/T 5	0,5 – 0,65
Грузовые теплоходы	B/T > 5,5	0,7 – 0,85
Пассажирские суда	B/T < 6	0,65 – 0,75
Пассажирские суда	B/T > 7	0,8 – 1,2

Между тремя параметрами винта – его диаметром D_в частотой n_в и упором P= существует функциональная зависимость [3, 6]:

                                                            (2)   

Значение Kзависит от величины пропульсивного коэффициента (1). По данным Л.С. Артюшкова при h_пр=0,62 коэффициент K=11,8.

Винт, характеристики которого соответствуют соотношению (2), работает при оптимальной относительной поступи. В случае, если это также винт наибольшего допустимого по условиям осадки диаметра, то это полностью оптимальный винт.

 Частота винта, взаимодействующего с малооборотным ДВС равняется частоте последнего и обычно больше оптимальной, соответствующей диаметру винта. При расчете дизельной установки с СОД применяется винт наибольшего диаметра, так как его согласовывает с двигателем передача с выбираемым передаточным отношением. Если в п.6 табл.1.3 будет задана частота n_в= 0.0, то искомая частота будет найдена из аппроксимации Л.С.Артюшкова. Коэффициент К в зависимости (2) уточняется в итерациях после определения h_пр.

В табл. 1.4 приведен результат работы модели расчета винта с данными из табл.1.3. Здесь также приведены идентификаторы переменных в аппроксимирующих зависимостях для КПД винта