Расчет ходкости судна. Расчет сопротивления движению судна

Санкт-Петербургский Государственный Морской Технический Университет

Расчет ходкости судна

Выполнил:  ст. гр. 1411

Жумаханов М.

Проверил:   Жинкин В. Б.

Санкт-Петербург, 2007 г.

Содержание

1.Расчет сопротивления движению судна. 3

1.1Основные характеристики судна. 3

1.2.Расчет площади смоченной поверхности судна. 3

1.3.Выбор приближенного метода для расчета сопротивления. 3

1.4.Расчет сопротивления и буксировочной мощности при движении судна на тихой воде. 4

Рис2. 6

1.7.Расчет сопротивления судна при движении в шторм на встречном не регулярном волнении. 7

1.8.Определение минимальной глубины полигона для проведения ходовых испытаний. 9

2.Расчет гребного винта. 10

2.1 Выбор геометрических характеристик и определение коэффициентов взаимодействия. 10

2.2. Расчет ГВ, обеспечивающего судну заданную скорость. Выбор двигателя. 11

2.3.Расчет ГВ, обеспечивающего судну максимально достижимую скорость. 12

2.4.Выбор энергетической установки с использованием типоразмерного ряда двигателей. 13

2.5.Расчет паспортной диаграммы судна. 15

2.6.Построение спрямленного контура лопасти. 16

3.Список литературы. 17

1.Расчет сопротивления движению судна.

1.1Основные характеристики судна

Танкер	"Сухуми"
L, [м]	174,6
B, [м]	23,4
Tс, [м]	10
δ=V/(LBT)	0,79
Vs, [уз]	16,8	Vs, [м/с]	8,64
ZB	1
Бульб	0
Волнение	6	7	8
V, [м3]	32277
g, [м/с2]	9,81
ν, [м2/с]	1,57*10-6
ρ, [кг/м3]	1025

1.2.Расчет площади смоченной поверхности судна.

Так как рассматриваемое судно имеет , то для расчета  будем использовать эмпирическую формулу В.А. Семеки для судов с полными обводами:

1.3.Выбор приближенного метода для расчета сопротивления.

Для расчета сопротивления будем использовать приближенный метод, основанный на результатах испытания серии моделей одновинтовых морских транспортных судов.

1.4.Расчет сопротивления и буксировочной мощности при движении судна на тихой воде.

 (1)

Коэффициент сопротивления трения эквивалентной пластины определяется по формуле

Прандтля-Шлихтинга:

  (2)

Коэффициент остаточного сопротивления находится в виде:

  (3)

где  , - определяются соответственно в функции от  для рассматриваемого судна и от для стандартного, для которого находится из зависимостей:  и ,

- корреляционный коэффициент (надбавка на шероховатость) принимается для длины судна 174,6 м, ,

- коэффициент сопротивления выступающих частей, принимаемый: при L<200м

(a)     (б)

т.к  Fr_расч <0,22

Для ведения расчетов задаемся шестью значениями чисел Фруда: Fr = 0,179; 0,189; 0,199; 0,209; 0,219 . Расчет ведем в таблице 1..

Таблица 1

Приближенный расчет сопротивления движению судна

i		j	1	2	3	4	5
	Vs'	уз	14,4	15,2	16,0	16,8	17,6
1	Vs=0,515*Vs,i'	м/с	7,41	7,82	8,24	8,65	9,07
2	Fr=Vs/(g*L)1/2		0,179	0,189	0,199	0,209	0,219
3	Re=Vs*L/ν		8,24*108	8,70*108	9,16*108	9,62*108	1,01*109
4	CR0	*103	1,4	1,6	1,8	2,4	2,9
	ψ0	-	5,55	5,55	5,55	5,55	5,55
	ψ=L/V1/3	-	5,48	5,48	5,48	5,48	5,48
	aψ0	-	1,24	1,23	1,22	1,22	1,19
	aψ	-	1,26	1,25	1,24	1,24	1,21
5	aψ/aψ0	-	1,02	1,02	1,02	1,02	1,02
	kB/T	-	0,989	0,988	0,987	0,986	0,984
	aB/T	-	1	1	1	1	1
6	kB/T*aB/T	-	0,989	0,988	0,987	0,986	0,984
7	CR=[4]*[5]*[6]		1,41*10-3	1,61*10-3	1,81*10-3	2,41*10-3	2,90*10-3
8	Cf=0,455/(lg[3])2,58		1,61*10-3	1,60*10-3	1,59*10-3	1,58*10-3	1,57*10-3
9	CA	-	2,00*10-4	2,00*10-4	2,00*10-4	2,00*10-4	2,00*10-4
10	CAP	-	1,00*10-4	1,00*10-4	1,00*10-4	1,00*10-4	1,00*10-4
11	CX=[7]+[8]+[9]+[10]		3,32*10-3	3,50*10-3	3,69*10-3	4,28*10-3	4,77*10-3
12	RX=[11]*1025*[1]2/2*Ω	Н	5,95*105	7,02*105	8,20*105	1,05*106	1,28*106
13	Pe=[12]*[1]	Вт	4,41*106	5,49*106	6,75*106	9,07*106	1,16*107

По результатам расчетов строим зависимости C_R(Fr), приведены на рис.1, а также  и на рис.2.

Рис. 1.

Рис. 2.

1.7.Расчет сопротивления судна при движении в шторм на встречном не регулярном волнении.

 (4)

сопротивление судна на тихой воде было рассчитано ранее

дополнительное сопротивление корпуса на волнении,кН

                             (5)

- зависит от формы и размеров судна

- высота волны 3% обеспеченности

кН/м^2,5

 КН/м^2,5

                                     (6)

                                                    (7)

дополнительное воздушное сопротивление,кН

                                       (8)               м/c

Зависимость высоты волн 3%-ной обеспеченности h и расчетной скорости ветра от силы волнения.

При 120 < L < 220 метров выбираем степень волнения 6,7,8.

Для расчетов выбираем пять значении числа Фруда: ,,…,.

Расчет ведем в таблице 2.

Таблица 2.

Расчет сопротивления движению судна в штормовых условиях.

Fr			0,179	0,189	0,199	0,209	0,219
Vs		м/с	7,41	7,82	8,24	8,65	9,07
Vs		уз	14,4	15,2	16,0	16,8	17,6
Rтих.воды		Н	5,95*105	7,02*105	8,20*105	1,05*106	1,28*106
6 баллов	α=0,252*Fr0,143*(L/h3%)1/2		1,06	1,07	1,08	1,09	1,09
	I(α)=(α/eα)12,4		4,02*10-6	4,00*10-6	3,97*10-6	3,94*10-6	3,91*10-6
	RAW=CS*Fr0,687*h2,5*I(α)	Н	3,22*105	3,32*105	3,42*105	3,51*105	3,60*105
	Vвозд	м/с	26,4	26,8	27,2	27,7	28,1
	RAA=CAA*ρ*Vвозд2/2*A=1,08*10-3*L*Vвозд2	Н	1,32*105	1,36*105	1,40*105	1,44*105	1,49*105
	RAW+RAA	Н	4,53*105	4,68*105	4,82*105	4,95*105	5,08*105
	RΣшт	Н	1,05*106	1,17*106	1,30*106	1,54*106	1,79*106
7 баллов	α=0,252*Fr0,143*(L/h3%)1/2		0,893	0,900	0,907	0,913	0,919
	I(α)=(α/eα)12,4		3,82*10-6	3,85*10-6	3,89*10-6	3,92*10-6	3,95*10-6
	RAW=CS*Fr0,687*h2,5*I(α)	Н	7,30*105	7,65*105	7,99*105	8,33*105	8,67*105
	Vвозд	м/с	31,4	31,8	32,2	32,7	33,1
	RAA=CAA*ρ*Vвозд2/2*A=1,08*10-3*L*Vвозд2	Н	1,86*105	1,91*105	1,96*105	2,01*105	2,06*105
	RAW+RAA	Н	9,16*105	9,56*105	9,95*105	1,03*106	1,07*106
	RΣшт	Н	1,51*106	1,66*106	1,82*106	2,08*106	2,35*106
8 баллов	α=0,252*Fr0,143*(L/h3%)1/2		0,785	0,791	0,797	0,803	0,808
	I(α)=(α/eα)12,4		2,94*10-6	3,01*10-6	3,06*10-6	3,12*10-6	3,17*10-6
	RAW=CS*Fr0,687*h2,5*I(α)	Н	1,07E*106	1,14E*106	1,20*106	1,26*106	1,33*106
	Vвозд	м/с	36,4	36,8	37,2	37,7	38,1
	RAA=CAA*ρ*Vвозд2/2*A=1,08*10-3*L*Vвозд2	Н	2,50*105	2,56*105	2,61*105	2,67*105	2,73*105
	RAW+RAA	Н	1,32*106	1,39*106	1,46*106	1,53*106	1,60*106
	RΣшт	Н	1,92*106	2,09*106	2,28*106	2,58*106	2,88*106

По результатам расчетов строим зависимости  на рис.3.

Рис 3.

1.8.Определение минимальной глубины полигона для проведения ходовых испытаний.

Глубина полигона определяется по двум зависимостям, значение наибольшей и принимается минимальной глубиной

м

м

Принимаем большую из двух полученных величин

В итоге, для проведения испытаний необходим водоем минимальной глубины м

2.Расчет гребного винта.

2.1 Выбор геометрических характеристик и определение коэффициентов взаимодействия.

Судно одновинтовое, принимаем число лопастей  . Максимальный диаметр винта принимаем   м

В качестве расчетного берем сопротивление на 15% превышающее таковое на тихой воде. При заданной скорости  =16,8 уз определяем кН и находим кН.

Коэффициент попутного потока :

Коэффициент засасывания :

Коэффициенты влияния неравномерности потока на момент и упор принимаем  

Определяем минимально допустимое дисковое отношение :

-из условия обеспечения прочности:

 кПа - допускаемые напряжения материала лопасти

- относительный диаметр ступицы винта

- относительная толщина сечения лопасти на радиусе

- коэфф. учитывающий условия работы винта (для транспортных судов)

=1,15*1048=1205 кН

 кН – упор винта 

;

-из условия отсутствия вредных последствий кавитации:

- статическое давление на оси гребного винта

 кПа- атмосферное давление

- удельный вес воды

  м – заглубление оси винта

Т_С – осадка судна

 кПа - давление насыщенных паров при t =18⁰C

  кПа

Принимаем ближайшее большее значение дискового отношения  и далее используем диаграмму

2.2. Расчет ГВ, обеспечивающего судну заданную скорость. Выбор двигателя.

Расчет ГВ будем производить с использованием коэффициента задания 

Данные, закладываемые в расчет: (используем диаграмму z=4, A_E/A₀=0,55)

   м/c – скорость в диске винта

  кН – упор винта

-  коэфф. влияния корпуса

- КПД передачи мощности при МО в корме

- необходимая мощность двигателя

- пропульсивный коэффициент, -коэффициент влияния корпуса

Задаемся частотой вращения гребного винта в диапазоне n=(80-140) об/мин, дальнейшие расчеты ведем в таблице 5. В строке 5 табл.5 находится исправленное значение относительной поступи J’=aJ, где a- поправочный коэфф., для винта в ДП a=1.05

Таблица 5.

n	об/мин	80	100	120	140	160
n	1/с	1,33	1,67	2,00	2,33	2,67
KNT	VA/n1/2*(ρ/T)1/4	0,876	0,784	0,716	0,662	0,620
J	f(KNT) с графика	0,550	0,490	0,450	0,430	0,390
J'	1,05*J	0,578	0,515	0,473	0,452	0,410
D	VA/(n*J')	8,12	7,29	6,62	5,94	5,73
KT	T/(ρ*n2*D4)	0,189	0,186	0,190	0,216	0,191
η0	f(KT,J') с графика	0,600	0,560	0,540	0,510	0,500
ηD	(1-t)/(1-wT)*η0	0,669	0,624	0,602	0,569	0,557
PS	TE*V/(ηD*ηS)	1,59*107	1,70*107	1,76*107	1,87*107	1,91*107

По результатам расчетов строим зависимости P_S(n), и D_opt(n) на рис.4. с которого при условии D_opt=D_max=7 снимаем:  P_S=17500 кВт, n= 109 об/мин

В итоге выбираем 7-и цилиндровый двигатель ДКРН 90/180, номинальные характеристики которого P_SН=17600 кВт, n_Н= 114 об/мин

2.3.Расчет ГВ, обеспечивающего судну максимально достижимую скорость.

Задаемся диапазоном скоростей  , а дальнейшие расчеты при

n=n_Н=114 об/мин ведем в таблице 6.

Таблица 6.

vS				[уз]	15,8	16,3	16,8	17,3	17,8
v				[м/с]	8,12	8,38	8,64	8,89	9,15
vA=v(1-WT)				[м/с]	5,87	6,06	6,24	6,43	6,61
R(v)	с графика			[Н]	7,85*105	9,06*105	1,05*106	1,20*106	1,35*106
TE=1,15R				[Н]	9,03*105	1,04*106	1,21*106	1,37*106	1,55*106
T=TE/(1-t)				[Н]	1,12*106	1,29*106	1,50*106	1,70*106	1,93*106
KNT=VA/n1/2*(ρ/T)1/4					0,741	0,737	0,732	0,730	0,729
J=f(KNT)					0,47	0,46	0,453	0,45	0,45
J'=1,05J					0,494	0,483	0,476	0,473	0,473
Dopt=VA/(n*J')				[м]	6,26	6,60	6,91	7,16	7,37
D				[м]	6,26	6,60	6,91	7,00	7,00
Dopt<Dmax, тогда D=Dopt		Dopt>Dmax, тогда D=Dmax
J=J' | J=vA/nDmax					0,494	0,483	0,476	0,483	0,497
KT=T/(ρ*n2*D4)					0,197	0,184	0,178	0,192	0,217
η0=f(KT,J)			с графика		0,550	0,550	0,550	0,550	0,540
ηD=(1-t)/(1-wT)*η0					0,613	0,613	0,613	0,613	0,602
PS=TE*V/(ηD*ηS)				[Вт]	1,22*107	1,45*107	1,73*107	2,03*107	2,41*107

По результатам расчетов строим зависимости , и  на рис. 5. с которого при P_Sн=17600 кВт определяем:  ,

Для указанной скорости по рис 2. находим: R=1054 кН; ,

; ;;

По координатам J и K_T определяем КПД винта в свободной воде: