Практика / УТСК_пр_занятие3_v3

Занятие 3. Определение сопротивлению движения судна

Рассмотрим пример определения параметров модели движения судна для т/х «Marchen Maersk».

Исходные данные:

Водоизмещение 72605 т

Длина между перпендикулярами 284.72 м

Ширина 32.22 м

Осадка на миделе 12.05 м

Скорость полного морского переднего хода 25.5 уз.

Площадь проекции надводной части судна на плоскость мидель-шпангоута 960 м²

Площадь руля 52.7м²

BASIC DATA:

IMO number: 8613308

1st name: MARCHEN MAERSK

completion year: 1988

shipyard: Odense Steel Shipyard AS, Denmark

yard / hull number: 123

engine design: B&W

engine type: 10K90MC

power output (KW): 39.412

maximum speed (Kn): 26,1

overall length (m): 294,20

overall beam (m): 32,20

maximum draught (m): 13,00

maximum TEU capacity: 4640

container capacity at 14t (TEU): 4200

reefer containers (TEU): 500

deadweight (ton): 60.640

gross tonnage (ton): 52.183

1. Определяем delta, L/B, B/T

2. Задаем скорость V0, определяем Fr

3. Определяем CR (остаточный) по сериям 1 или 2.

4. Определяем Re

5. Определяем Cf0 по формуле Прандля-Шлихтинга

6. Определяем площадь смоченной поверхности

7. Определяем площадь смоч поверхности для параллелепипеда

8. Определяем сопротивление на заданной скорости

Площадь смоченной поверхности судна можно определить для быстроходных судов по формуле Мумфорда с коэффициентами, предложенными С.П.Мурагиным [Войткунский, стр.31]:

,

а для транспортных судов с большими коэффициентами общей полноты - по формуле В.А.Семеки:

.

С учетом выступающих частей площадь смоченной поверхности может быть больше на 1.5÷7 %. При расчете можно брать 3÷4 %.

Nu = 1.56e-6

Контрольные цифры

Сопротивление, рассчитанное по серии 1 (быстроходных и среднескоростных судов) составило 2.8984 Н на скорости 25.5 уз.

Сопротивление, рассчитанное по серии 2 (суда с умеренной полнотой обводов) составило 2.5415 Н на скорости 25.5 уз.

Аэродинамическое сопротивление на скорости хода 25.5 уз при отсутствии ветра составило 8.1 Н

Сопротивление непереложенного руля на скорости хода 25.5 уз составило 6.97 Н

Приложение 2.

СПОСОБЫ ПРИБЛИЖЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ОСТАТОЧНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ СУДНА

НА ОСНОВАНИИ СЕРИЙНЫХ ИСПЫТАНИЙ МОДЕЛЕЙ

Серия быстроходных и среднескоростных судов. Для расчета сопротивления судов с низкими значениями коэффициента общей полноты  могут быть использо­ваны результаты испытаний моделей систематической серии Японской судострои­тельной исследовательской ассоциации и отечественной серии быстроходных и сред­нескоростных судов (табл. П.1). Отечественная серия предназначена для опреде­ления сопротивления судов с малыми  и отношением L/B и большими значениями отношения В/Т, преимущественно контейнерных и грейдерных судов, в том числе с горизонтальным способом погрузки, а также лихтеровозов.

Приведенные на рис. П. 1 чертежи корпуса и штевней исходной модели серии выполнены применительно к одновальному варианту расположения движительного комплекса, однако без изменения обводов «голого корпуса» они могут быть исполь­зованы и для двухвальных вариантов, что было осуществлено при самоходных испытаниях моделей серии. Основные геометрические характеристики корпуса при­ведены в табл. П.1. Продольное положение центра величины изменялось в пре­делах = —0,0250,028 для V-образных носовых обводов и = —0,0170,020 для бульбовых, смещаясь в корму с уменьшением коэффициента .

При расчете сопротивления судна по материалам данной серии с использованием традиционной схемы разделения сопротивления на составляющие коэффициент остаточного сопротивления определяется по формуле

(П.2)

Коэффициент снимается с рис. П.2 или П.3 в зависимости от формы носовой оконечности. Коэффициент влияния несоответствия отношения L/B опре­деляется из рис. П.4 или П.5 как отношение значений коэффициента для расчетного значения L/B и стандартного L/B = 5,64; .

Коэффициент влияния , учитывающий несоответствие расчетного и стандарт­ного значений B/T = 3.5, непосредственно снимается с диаграммы рис. П.6.

Результаты испытаний моделей серии могут быть использованы и для расчета сопротивления но схеме, основанной на физических принципах разделения на со­ставляющие. В этом случае коэффициент расчетного полнового сопротивления в зависимости (VI.16) определяется но формуле

(П.3)

Коэффициент снимается с рис. П.2 или П.3 как разность значений ко­эффициентов , соответствующих расчетному Fr и минимальному на графике значению Fr = 0,17:

.

Рис. П.1. Теоретический корпус и штевни исходной модели серии быстроходных и среднескоростных судов.  - V-образная носовая оконечность;    - бульбообразная носовая оконечность.

Рис. П.2. зависимость от  для судов с V-образной носовой оконечностью (L/B = 5,64; B/T = 3,5).

Рис. П.3. Зависимость от  для судов с бульбообразной носовой оконечностью (L/B = 5,64; B/T = 3,5).

Рис. П.4. Зависимость от L/B для судов с V-образной носовой оконечностью (B/T = 3,5).

Рис. П.5. Зависимость от L/B для судов с бульбообразной носовой оконечностью (B/T = 3,5).

Коэффициент рассчитывается как отношение коэффициентов для рас­четного LIB и стандартного L/B = 5,64, определенных по графикам рис. П.4 или П.5, аналогично определению коэффициента :

Коэффициент влияния снимается с графика на рис. П.7. При определе­нии сопротивления в соответствии с зависимостью (VI.16) коэффициент влияния формы корпуса на вязкостное сопротивление k рассчитывается по формуле

(П.4)

При этом k() определяется по рис. П.8 в зависимости от формы носовой оконеч­ности. Коэффициент рассчитывается как отношение значений форм-фак­тора k для расчетного значения LIB и стандартного L/В = 5,64: , снимаемых с графика на рис. П.9. Коэффициент вычисляется аналогичным образом как значениям k, определяемым из рис. П.10 при расчетном значении L/B.

В качестве примера в табл. П.1 выполнен расчет буксировочной мощности судна с горизонтальным способом погрузки со следующими основными элементами:

L = 128,7 м; L/B = 6,71; В/Т = 3,2;  = 0,604;  = 2726 и V-образными носовыми обводами. Здесь и в последующих примерах  = 1026 кг/м³.

Рис. П.6. Зависимость коэффициента влияния от B/T.

Рис. П.7. Зависимость коэффициента влияния от B/T.

Рис. П.8. Зависимость формфактора k от  (L/B = 5,64; B/T = 3,5).

1 - V-образчая носовая оконечность; 2 - бульбообразная носовая оконечность.

Рис. П.9. Зависимость формфактора k от L/B (В/Т = 3,5).

1 - V-образная носовая оконечность; 2 - бульбообразная носовая оконечность.

Рис. П.10. Зависимость k от отношений L/B и B/T.

Таблица П.1. Расчет буксировочной мощности по материалам серии быстроходных и среднескоростных судов

№ п/п.	Обозначение расчетных величин	Численные значения
1		13	14	15	16	17	18
2		6,70	7,20	7,73	8,24	8,75	9,27
3		44,89	51,84	59,60	67,90	76,56	85,93
4		0,190	0,202	0,218	0,232	0,248	0,262
5	, (см. Рис. П.2)	0,790	0,840	0,980	1,170	1,360	1,550
6	(см. Рис. IV.4)	0,705	0,703	0,778	0.776	0,745	0,774
7	(см. Рис. П.16)	1,018	1,020	1,019	1,022	1,012	1,003
8		0,567	0,602	0,777	0,928	1,025	1,203
9		5,356	5,756	6,179	6,587	6,995	7,410
10	[по формуле (II.4)]	1,699	1,684	1,668	1,654	1,642	1,630
11		0,30	0,30	0,30	0,30	0,30	0,30
12		0,15	0,15	0,15	0,15	0,15	0,15
13		2,716	2,736	2,895	3,032	3,117	3,283
14	, кН	171,04	198,24	241,55	288,96	334,98	394,38
15	, кВт	1146	1427	1867	2381	2931	3656

Серия судов с умеренной полнотой обводов. Область значений коэффициента  = 0,600,80 охватывает большую часть морских транспортных судов различных типов и назначения, включая универсальные сухогрузные суда, среднетоннажные танкеры и рудовозы, суда для каботажных перевозок, а также транспортные суда флота рыбной промышленности. Для расчета сопротивления указанных судов могут быть применены материалы 60-й серии и серий. BSRA (табл. П.1, п. 1, 7). Тем же целям отвечает комплекс отечественных систематических серий (табл. П.1, п. 2), известный под названием «Серия морских транспортных судов» [12]. Указанный комплекс серий можно условно подразделить на основную серию (вариация соотношений главных размерений и коэффициента ) и ряд вспомогательных серий, охватывающих изменение геометрических характеристик формы обводов корпуса. Основные геометрические характеристики моделей названных серий приведены в табл. П.1. Изменение в зависимости от : = -(0,025—0,005) при =0,60,

= -0,005+0,015 при  = 0,70 и = +0,01+0,03 при  = 0,80. Изменение относительной длины составляло  = L/V¹¹³ = 5,007,50. Формы носовых шпан­гоутов: U-образные, промежуточные и V-образные.

Форма обводов моделей серии иллюстрируется рис. П.11 (=0,70). При частичном использовании результатов испытаний моделей серий по традиционной схеме Фруда (VI.12) рассчитывается по формуле

(П.5)

Коэффициент снимается с диаграммы рис. П.12. Коэффициент , учитывающий влияние относительной длины  = L/V^1/3, вычисляется как - отношение значений коэффициента снимаемых с диаграммы рис. П.13 соответственно для расчетного значения относительной длины  и стандартного значения , определяе­мого из рис. П.12. Коэффициенты и , произведение которых учитывает влияние отличия расчетного значения В/Т от принятого в серии (B/T = 2,5), определяются по графику на рис. П.14. Коэффициент , учитывающий влияние на различий между расчетными значениями и стан­дартными ( = — 0,015 для  = 0,60; = 0,005 для  = 0,70; = 0,02 для  = 0,80)

,

снимается с графиков рис. П.15. Выбор соответствующего графика определяется расчетным значением коэффициента .

Рис. П.11. Теоретический корпус и штевни моделей серии универсальных морских транспортных судов (6 = 0,70): а — U-образная носовая оконечность; б — V-об-разная носовая оконечность.

Рис. П. 12. Зависимость коэффициента остаточного сопротивления я стандартных значений относительной длины от (В/Т = 2,5).

По результатам испытаний моделей серии универсальных транспортных судов можно произвести приближенный расчет сопротивления при разделении его на физические составляющие согласно (VI. 16). В этом случае коэффициент Cwo опре­деляется по формуле

(VI 1.6)

Коэффициент Cwo( ) вычисляется как разность значений коэффициентов , снимаемых с графика на рис. П.12 для расчетного числа Fr и минимального на диаграмме Fr = 0,100,15:

Коэффициенты и определяются по графикам рис. П.13 и П.14 аналогично расчету по формуле (П.5). Для нахождения поправочного коэффи­циента на несоответствие в значениях служат диаграммы на рис. П. 16, каждая из которых относится к соответствующему значению коэффициента .

Рис. П.13. Зависимость коэффициента влияния от .

Рис. П.14. Зависимость коэффициентов влияния и от B/T.

Коэффициент влияния формы корпуса на вязкостное сопротивление k рассчи­тывается по формуле

где определяется по графику на рис. П.17 интерполяцией по коэффи­циенту между кривыми = const. Поправочные коэффициенты и снимаются с графиков на рис. П.13 и П.14 соответственно, также как при рас­чете по формуле (П.5).

В приведенном выше способе расчета сопротивления по материалам отечествен­ной систематической серии опущены диаграммы, позволяющие учесть влияние коэффициента вертикальной полноты носовой оконечности (формы носовых шпангоутов). Это представлялось возможным ввиду более слабого влияния послед­него на по сравнению с другими варьируемыми характеристиками. Предпола­гается, что зависимости поправочного множителя . от , построенные для моде­лей с U-образными шпангоутами, остаются в силе и для других обводов носовой оконечности. Полный комплект диаграмм и схема расчета, позволяющие учесть совместное влияние на сопротивление и , приведены в [l2].

В качестве примера в табл. П.2 выполнен расчет буксировочной мощности рыбопромысловой базы со следующими основными элементами: L = 186,5 м; LIB = 7,18; BIT = 3,34;  = 6,25; = 1,4 %Lpp; = 0,725;  = 5780 м²; и уме­ренно U-образными носовыми обводами.

Рис. П.15. Зависимость коэффициента влияния от .

Рис. П.16. Зависимость коэффициента от .

Рис. П.17. Зависимость форм-фактора k от  и .

Таблица П.2. Расчет буксировочной мощности по материалам серии судов с умеренной полнотой обводов

№ п/п.	Обозначение расчетных величин	Численные значения
1		12	13	14	15	16	17
2		6,18	6,70	7,20	7,72	8,24	8,75
3		38,19	44,89	51,84	59,60	67,90	76,56
4		0,144	0,156	0,168	0,180	0,193	0,204
5	, (см. Рис. П.12)	0,760	0,780	0,840	0,840	0,980	1,100
6	(см. Рис. П.15)	1,000	1,010	1,010	1,040	1,065	1,080
7	(см. Рис. П.13)	0,78	0,78	0,78	0,78	0,78	0,78
8	(см. Рис. П.14)	1,042	1,042	1,042	1,042	1,042	1,042
9		0,618	0,640	0,689	0,794	0,848	0,965
10		7,15	7,76	8,34	8,94	9,55	10,15
11	[по формуле (II.4)]	1,638	1,621	1,606	1,592	1,579	1,568
12		0,20	0,20	0,20	0,20	0,20	0,20
13		0,10	0,10	0,10	0,10	0,10	0,10
14		2,556	2,561	2,595	2,686	2,727	2,833
15	, кН	289,4	340,9	398,9	474,7	549,1	643,2
16	, кВт	1790	2280	2870	3660	4520	5630