Проектирование судов

Рекомендуется выбирать основные элементы проектируемого судна так, чтобы они не располагались на бугре сопротивления. Но поскольку скорость судна при эксплуатации постоянно меняется в зависимости от нагрузки, курса, метеоусловий и прочих факторов, нельзя гарантировать то, что судно не попадет в неблагоприятный диапазон чисел Фруда. Нежелательного роста волнового сопротивления можно избежать пут

ем уменьшения коэффициента продольной полноты φ, что сопровождается сглаживанием бугров на кривых сопротивления

Помимо выбора надлежащих параметров формы корпуса проектируемого судна наиболее общим путем снижения волнового сопротивления является применение носовых бульбов и форштевней цилиндрической формы.

Влияние элементов судна на полное сопротивление

Из сказанного выше видно, что влияние различных элементов судна на составляющие сопротивления неоднозначно, поэтому при проектировании необходимо выбирать элементы судна, учитывая полное сопротивление. Для вывода основных зависимостей будем считать, что при изменении элементов судна выполняются условия D = const, υ = const.

Изменение коэффициента общей полноты δ, оказывает незначительное влияние на сопротивление трения, при Δδ = ± 10 % ΔRтр = ± 1 %. Но направление этого влияния всегда одно и то же – увеличение δ уменьшает Rтр. В отношении остаточного сопротивления можно утверждать следующее:

- для тихоходных судов, характерны высокие значения δ. Поскольку этот коэффициент связан с коэффициентом продольной полноты соотношением φ = δ/β, то увеличение δ приводет к увеличению φ и величине Rвл. Кроме этого при увеличении δ и при D = const уменьшается относительная длина судна l, что также приводит к увеличению Rвл. Поскольку изменение δ практически не сказывается на сопротивление формы, то изменение волнового сопротивления Rвл можно отождествлять с изменением остаточного сопротивления.

- для быстроходных судов изменение δ в первую очередь сказывается на изменении относительной длины l, как это было показано ранее. Поскольку доля волнового сопротивления у таких судов значительно выше, чем у тихоходных, положительное влияние уменьшения коэффициента общей полноты, сказывается значительно более интенсивнее. Полное сопротивление уменьшается с уменьшением δ вплоть до очень низких значений этого коэффициента, не находящих применения в практике проектирования судов.

Зависимость полного сопротивления от δ, по данным статистики, можно представить в виде графика (рис. 38). Величина R, в зависимости δ от снижается вплоть до сравнительно низких значений Fr, когда волновая составляющая сопротивления становится мало и выигрыш в уменьшении Rост перекрывается ростом Rтр.

Рис. 38. Влияние δ на удельное сопротивление

Влияние относительной длины судна l на полное сопротивление зависит от соотношения сопротивления трения и остаточного. Однозначно можно утверждать, что увеличение l приводит к росту Rтр. Волновое сопротивление тихоходных судов медленно убывает с увеличением l. В итоге, при постоянстве сопротивления формы, кривая полного сопротивления, будет иметь минимум в интервале значений l = 4,5 – 6,5 (рис. 39), что совпадает с практическими значениями этого параметра для большинства судов.

У быстроходных судов из-за другого соотношения Rтр и Rост и более интенсивного влияния l на величину волнового сопротивления, минимум кривой R = f(l) смещается в область высоких значений l, порядка 14 – 15, выходящих за допустимые (с точки зрения прочности) пределы. Действительно при увеличении l снижается сопротивление, а, следовательно, и мощность двигателя, что приводит к уменьшению массы механизмов и топлива. С другой стороны увеличение длины приводит к увеличению значения изгибающего момента, действующего на судно, что предопределяет рост массы корпуса. То же самое можно сказать об изменении коэффициента общей полноты. И в том и в другом случае направленность изменения этих разделов нагрузки Рм + Рт и Рк противоположна, поэтому должны существовать значения l и δ, соответствующие минимуму кривых D = f(l) и D = f(δ) (рис. 40). Поскольку эффективность проектируемого судна во многом определяется его экономическими показателями, а они, как правило, зависят от D, то можно ожидать, что вариант судна с минимальным водоизмещением будет близким к варианту с наилучшей экономической эффективностью.

Влияние отношения L/B и B/T на сопротивление сказывается через относительную длину l. Если считать, что δ и B/T постоянны, то изменение l зависит только от L/B. Если же полагать неизменным δ и L/B, то изменение l будет возможно только за счет B/T.

Несколько иными будут результаты изменения B/T, если исходить из постоянства значений l и δ. В этом случае любое приращение B/T должно компенсироваться обратным по знаку приращением L/B. Такие изменения практически не скажутся на сопротивлении трения, а остаточное сопротивление будет изменяться с тем же знаком, что и B/T, поскольку увеличение этого отношения приводит к притуплению обводов и наоборот. Кроме этого необходимо помнить, что увеличение B/T приводит к росту сопротивления при движении на волнении. Это обстоятельство определяет ограничения на увеличение отношения B/T сверх минимального, принимаемое по требованиям к остойчивости.

С учетом всего вышесказанного можно сделать вывод о том, что к выбору оптимальных значений элементов проектируемого судна необходимо подходить комплексно, учитывая все ожидаемые последствия принимаемых решений и их влияние на технико-эксплуатационные и экономические показатели проекта.

Предварительный выбор параметров формы корпуса

На начальном этапе проектирования из уравнения нагрузки находится водоизмещение судна. Следующий этап – определить главные размерения и коэффициенты полноты.

Самый простой путь – принять соотношения главных размерений и коэффициенты полноты по прототипу и, зная D, определить главные размерения. Однако, при этом совершенно не будет учтена разница между размерами судов, их скоростями, условиями эксплуатации. Следовательно, нельзя считать, что полученные таким способом элементы проекта будут хотя бы близки к оптимальным, в то время как требование оптимальности результатов сейчас является обязательным.

Выполнить это требование в полном объеме можно лишь путем разработки ряда вариантов и выбора из них наилучшего, по принятому критерию оптимальности. Такой расчет довольно громоздок и требует подготовки большого количества исходных данных. Между тем, примерные значения основных элементов проекта необходимо знать уже на ранних этапах его разработки, причем эти элементы не должны сильно отличаться от оптимальных.

Компромиссным решением является использование приближенных зависимостей, позволяющих определить основные элементы судна сравнительно просто и в то же время с большой вероятностью близости результатов к оптимальным. Такие зависимости могут быть получены исходя из того, что различные элементы оказывают основное влияние на какие-то одни и в меньшей степени на другие качества судна. Например, считается что отношение В/Т в большей степени влияет на остойчивость и мало сказывается на других характеристиках. От отношения Н/Т будут, в первую очередь, зависеть грузовместимость и запас плавучести. Поскольку зависимости для этих величин были получены ранее, в данном разделе они не рассматриваются.

 Скачать реферат