1.5 Определение элементов судна в третьем приближении

Уточним массу энергетической установки. Для этого определим мощность ЭУ.

Проекция надводной части судна на площадь мидель–шпангоута:

– ω_мид ≈ 107,8 (м²).

Скорость судна:

– υ = 0,514·15 = 7,71 (м/с).

Скорость ветра (из первого задания):

– υ_ветр = 10 (м/с).

Воздушное сопротивление:

кН.

По формуле Мумфорда:

= 99,5∙ (1,7∙6,8+0,694∙15,8) = 2241,8 м².

Число Рейнольдса:

Re = υL/ν = 7,71∙99,5/1,56∙10^-6 = 4,92∙10⁸.

Коэффициент сопротивления трения:

.

Число Фруда .

По графику находим для δ = 0,694 ξ_ос = 2,1·10^-3.

Коэффициент сопротивления шероховатости примем ξ_ш = 0,5·10^-3.

Коэффициент сопротивления выступающих частей примем ξ_вч = 0,05·10^-3.

Водное сопротивление:

кН.

Полное сопротивление:

= 24,85 + 234,9 = 259,8 кН.

К.п.д. движителя примем η_д = 0,7;

Коэффициент влияния корпуса примем η_к = 0,98;

К.п.д. валопровода примем η_в = 0,98;

К.п.д. передачи примем η_п = 0,97.

Пропульсивный коэффициент:

η_пр = 0,7 · 0,98 · 0,98 · 0,97 = 0,65.

Коэффициент запаса мощности двигателя примем k = 1,15.

кВт.

Масса энергетической установки.

P₀₄ = р₀₄ N = 0,1 ∙ 2474 = 247,4 т;

где р_м = 0,100 т/кВт – измеритель массы механизмов.

По результатам предыдущего приближения масса механизмов была 286,0т. По сравнению с уточненными данными разница составляет dP_м=257,4– 286,0=-28,6 т.

Уточним элементы судна с помощью дифференциального уравнения масс Норманна.

Найдем частные производные масс разделов Р_к; Р_об; Р_м; Р_зв; Р_б; Р_т по водоизмещению:

; ;

; ;

; .

Тогда ; т.

Уточненное водоизмещение:

D = D₀ + dD = 7608+23,8=7631,8;

Модуль подобия λ = .

Главные размерения судна:

L = λ L₀ = 1,001 ∙ 99,5 = 99,5 м; В = λ В₀ = 1,001 ∙ 15,8 = 15,8 м;

Т = λ Т₀ = 1,001 ∙ 6,8 = 6,8 м; Н = λ Н₀ = 1,001 ∙ 9,3 = 9,3 м.

Нагрузка:

= 1353 + 0,177∙23,8 = 1357 т;

= 330 + 0,028∙23,8 = 331 т;

= 286+ 0,025∙23,8 = 287 т;

=287+ 0,024∙23,8 = 288 т;

= 0; =338+0,029∙23,8 = 339 т.

Водоизмещение:

D = ∑Р_i = 2602т;

Полное водоизмещение:

D = D + Р_г+Р_э = 2602 + 5000+14 = 7616т.

Уточняю массовое водоизмещение судна – D:

т.

1.6 Исследование влияния отношения l/b и  на водоизмещение судна

Главные размерения и коэффициенты полноты найденные во втором приближении не являются оптимальными для проектируемого судна. Это можно видеть и из формул, имеющих определенный диапазон разброса результатов. Для выбора оптимальных значений основных элементов судна необходимо проанализировать влияние изменения того или иного параметра на характеристики проекта. Одним из критериев анализа может служить минимальное водоизмещение проектируемого судна.

Для приближенной оценки характеристик формы корпуса применяют соотношения главных размерений, служащие показателями мореходных качеств судна. Отношение L/B влияет на ходкость – чем больше L/B, тем быстроходнее судно.

Примем размерения и нагрузку проектируемого судна, полученные во втором приближении за базовый вариант.

L_баз = 99,5 (м);

B_баз = 15,8 (м);

T_баз = 6,8 (м);

H_баз = 9,3 (м);

δ = 0,694;

γ = 1,025т/м³;

L/B = 6,29;

B/T = 2,32;

H/T = 1,37.

Рассмотрим, как меняется водоизмещение при варьировании двух параметров: отношения L/B и коэффициента δ.

Определим значения δ и L/B для всех вариантов. Ограничимся тремя вариантами значений δ – минимальным, базовым и максимальным. Примем предельные отклонения этого параметра равным 5 % от его базового значения. Примем предельные отклонения параметра L/B 10% от его базового значения.

В качестве базового варианта возьмем элементы судна из второго приближения. Тогда, нам необходимо рассмотреть девять вариантов:

(L/B)_баз = 99,5 / 15,8 = 6,30; δ_баз = 0,694;

(L/B)_min = (1 – 10%) · 6,29 = 5,67; δ_min = (1 – 5%) · 0,694 = 0,660;

(L/B)_max = (1 + 10%) · 6,29 = 6,93; δ_max = (1 + 5%) · 0,694 = 0,729.

Для определения главных размерений вариантов будем считать В/Т = const и Н/Т = const для всех вариантов. Тогда,

.

Остальные величины находятся исходя из соотношений главных размерений. Очевидно, что водоизмещение всех вариантов будет одинаковым.

Определим нагрузку вариантов судов. При этом можно считать, что разделы Р_б, Р_эк, Р_зв для всех вариантов одинаковые, то есть в уравнение нагрузки они будут входить как независимые массы.

Для определения массы раздела Р_к воспользуемся формулой:

.

Для разделов Р_об, Р_тп, Р_мх справедливы следующие формулы:

; ; ;

где измерители масс взяты из раздела «Определение элементов во втором приближении».

Для определения масс разделов Р_т, Р_м всех вариантов, включая базовый, необходимо определить мощность их энергетической установки.

Водоизмещение по нагрузке будет отличаться от водоизмещения, как произведения главных размерений и коэффициента общей полноты. Разницу этих величин можно устранить, откорректировав массу перевозимого груза. Тогда, для всех, кроме базового, вариантов разницу между заданной величиной Р_гр и этой же величиной, получаемой по нагрузке будем считать приращением независимых масс dP, входящей в дифференциальное уравнение масс Норманна.

Слагаемое [d(ΣP_i)]₀ входящее в уравнение Норманна можно считать равным нулю, так как не меняются независимые переменные. Тогда уравнение можно переписать в виде,

,

где коэффициент Норманна определяется по методике описанной в разделе «Определение элементов судна во втором приближении».

Зная величину dD можно определить водоизмещение, главные размерения и нагрузку всех вариантов (у базового эти параметры не изменяться).

Таблица 1.2 – «Исследование влияния L/B и  на водоизмещение судна»

Обозна-	Ед.	L/B =5,67			L/B =6,30			L/B =6,93
чение	Изм.								
		0,660	0,694	0,729	0,660	0,694	0,729	0,660	0,694	0,729
L	м	94,35	92,75	91,26	101,22	99,50	97,90	107,86	106,03	104,32
B	м	16,6	16,4	16,1	16,1	15,8	15,5	15,6	15,3	15,1
T	м	7,2	7,0	6,9	6,9	6,8	6,7	6,7	6,6	6,5
H	м	9,8	9,6	9,5	9,5	9,3	9,2	9,2	9,0	8,9
V	м^3	7 422	7 422	7 422	7 422	7 422	7 422	7 422	7 422	7 422
LBH	м^3	15 392	14 622	13 926	15 392	14 622	13 926	15 392	14 622	13 926
	м/с	7,71
n	-	1,56∙10^-06
Fr	-	0,254	0,256	0,258	0,245	0,247	0,249	0,237	0,239	0,241
Re^.10^8	-	4,66	4,58	4,51	5,00	4,92	4,84	5,33	5,24	5,16
тр^.10^-3	-	1,7	1,7	1,7	1,7	1,7	1,7	1,7	1,7	1,7
ост^.10^-3	-	0,86	2,2	3,1	0,83	2,1	2,5	0,82	1,7	2,5
ш^.10^-3	-	0,50
	м^2	2 185,2	2 164,4	2 146,2	2 263,3	2 241,8	2 222,9	2 336,4	2 314,2	2 294,6
Rгк	кН	229,0	226,8	224,9	237,2	234,9	233,0	244,9	242,5	240,5
R	кН	253,9	251,7	249,8	262,0	259,8	257,8	269,7	267,4	265,3
пр	-	0,65
N	кВт	2 498	3 474	4 788	2 540	3 432	4 157	2 592	3 252	3 811
Ркр	т	1400,1	1353,0	1309,7	1400,1	1353,0	1309,7	1400,1	1353,0	1309,7
Роб	т	341,5	330,0	319,4	341,5	330,0	319,4	341,5	330,0	319,4
Рмх	т	208,1	289,4	398,8	211,6	286,0	346,3	215,9	270,9	317,5
Ртп	т	246,7	343,0	472,8	250,8	338,0	410,5	255,9	321,1	376,3
Рбл	т	0
Рзв	т	287,0
Рэк	т	14,0
D	т	7608
Р'гр	т	5 110,7	4 991,6	4 806,2	5 103,1	5 000,0	4 921,1	5 093,6	5 032,0	4 984,1
dР	т	-110,7	8,4	193,8	-103,1	0	78,9	-93,6	-32,0	15,9
н	-	1,411	1,428	1,458	1,413	1,427	1,437	1,414	1,421	1,426
Продолжение таблицы 1.2
dD	т	-156,27	12,0179	282,541	-145,614	0	113,371	-132,4	-45,477	22,6709
D	т	7451,7	7620,0	7890,5	7462,4	7608,0	7721,4	7475,6	7562,5	7630,7
L	м	93,70	92,80	92,37	100,57	99,50	98,38	107,23	105,82	104,42
B	м	16,5	16,4	16,3	16,0	15,8	15,6	15,5	15,3	15,1
T	м	7,1	7,0	7,0	6,9	6,8	6,7	6,7	6,6	6,5
H	м	9,7	9,6	9,6	9,4	9,3	9,2	9,1	9,0	8,9
Ркр	т	1 370,7	1 355,1	1 356,6	1 372,7	1 353,0	1 328,9	1 375,3	1 344,9	1 313,6
Роб	т	334,3	330,5	330,9	334,8	330	324,1	335,4	328,0	320,4
Рмх	т	203,7	289,8	413,1	207,5	286,0	351,4	212,1	269,3	318,4
Ртп	т	241,5	343,6	489,7	245,9	338,0	416,5	251,4	319,2	377,4
Рбл	т	0
Рзв	т	287,0
Ргр	т	5000
Рэк	т	14,0
D	т	7 451,2	7 620,1	7 891,3	7 461,9	7 608,0	7 721,9	7 475,2	7 562,3	7 630,8
г	-	0,67	0,66	0,63	0,67	0,66	0,65	0,67	0,66	0,66
N	кВт	2 498	3 474	4 788	2 540	3 432	4 157	2 592	3 252	3 811

Для окончательного выбора варианта судна необходимо построить графики: D = f (δ;L/B), Т = f (δ;L/B), N = f (δ;L/B). Графики представлены на рисунке 1.2

Оптимизированные характеристики судна:

L=100,0 м; B = 16,0 м; Т = 6,9 м; H =9,4 м;

 = 0,660; N = 2540,0 кВт. D = 1,025 · 0,660 · 100,0 · 16,0 · 6,9 = 7462 т.

Рисунок 1.2 – Оптимизационные кривые