Расчет устойчивости судна

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования                                                        ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ МОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА имени адмирала  С.О.МАКАРОВА

Кафедра теории и устройства судна

Курсовая работа  
на тему: 
”Расчет ходкости судна”

                                     Выполнил: 
                                                                                         студент 4 курса ВЗО Балаев К.А. 
                                                                          судомеханического ф-та                                             
                                                            шифр №2103635                                                                                                                                                                         

Санкт-Петербург 
2014г. 

 

Задание

Исходные данные для расчета

Тип судна: Длина, ширина, осадка по ГВЛ : Коэффициент общей полноты: Коэффициент полноты площади мидель-шпангоута: Коэффициент полноты площади ГВЛ: Число гребных винтов: Тип гребного винта: Тип СЭУ: Тип передачи мощности на гребной вал: Номинальная мощность СЭУ : Номинальная частота вращения : Форма носовой оконечности: Форма кормовой оконечности:

Танкер ; ; ; ; ; ; ; ВФШ; ДВС; прямая ; тараноконическая сигарообразная

 

Объем работы

1. Для пяти-шести значений скорости хода судна рассчитать силу сопротивления среды движению судна и буксировочную мощность.
2. Построить буксировочные кривые , для условий испытаний.
3. Рассчитать гребной винт, обеспечивающий достижение наибольшей скорости хода на ходовых испытаниях.
4. Рассчитать и построить паспортную диаграмму судна и определить с её помощью значения среднеэксплуатационной и паспортной скорости хода судна.

 

1. Определение силы сопротивления среды и буксировочной мощности

 

1. Буксировочная мощность судна EPS  определяется после расчета полного сопротивления

*   в выбранном диапазоне изменения скорости хода судна * по формуле (кВт):            

                                   EPS = **                                                                                 

        2. Полное сопротивление судна определяется по формуле:

                                                   *=* ,                                                               

где   R  -  полное сопротивление движению судна, кH,

          * - скорость судна, м/c,

           =  1025 кг/ - средняя плотность морской воды,    

   - смоченная поверхность корпуса, ,

       * - коэффициент полного сопротивления.

 

         3.   Смоченная поверхность корпуса судна без выступающих частей (”голого корпуса”) определяется по приближенным формулам в зависимости от типа судна.

Для традиционных транспортных судов можно использовать формулу В. А. Семеки:

                       ; 
             ; 
где – главные размерения судна; – коэффициент общей полноты;

• определим площадь выступающих частей; для одновальных судов площадь выступающих частей будет примерно равна: 
                      ;
• полная смоченная поверхность корпуса судна определяется как сумма площадей: 
                       ;                                                                                        

4. Коэффициент полного сопротивления * в расчетах ходкости судов с умеренной полнотой

и традиционными формами обводов определяется в соответствии со схемой разделения полного сопротивления воды на сопротивление трения эквивалентной технически гладкой пластины и остаточное сопротивление с учетом реальной шероховатости корпуса и выступающих частей.

                                                * =                                               

       5.  Коэффициент сопротивления  трения эквивалентной технически  гладкой пластины    можно определять по формуле Прандтля-Шлихтинга:

= ,                                                 

либо с помощью  рис.1 и 2 , на которых  представлена графическая зависимость коэффициента  от числа  .

При вычислении числа Рейнольдса    =                                                   

коэффициент кинематической вязкости воды принимается  ν =1,61     , что соответствует температуре воды, равной 4 .

         6.   Корреляционный коэффициент  , часто называемый  условно “ надбавкой на шероховатость”, определим по табл. 1 в зависимости от длины судна: ;

В настоящей методике в корреляционный коэффициент включен также и коэффициент воздушного сопротивления .

          7.  Коэффициент  сопротивления выступающих частей  = 0,1х10-3 определим по табл. 3.

         8.  Коэффициент остаточного сопротивления  определяется по результатам  систематических испытаний наиболее  подходящей серии моделей. Определим расчетную серию, преимущественно ориентируясь на коэффициент общей полноты = 0,837: 
Принимаем 4-ю серию – серию моделей крупнотоннажных судов с полными обводами, 1969г. со следующими пределами изменений главных размерений и коэффициента общей полноты: 
; ; ; 
            Исходные данные удовлетворяют вышеперечисленным пределам изменений.

 

            Коэффициент остаточного сопротивления  судна рассчитывается по формуле:

=

Коэффициент   определяется с помощью диаграмм на рис.23-25 с интерполяцией  по    для расчетных значений чисел Фруда.

Коэффициент  , учитывающий несоответствие расчетного и стандартного значения , находят на рис.26.

 

Коэффициент , характеризующий влияние формы кормы, если кормовые обводы отличаются от U-образных, определяется по табл.9.

        Расчетный  пример с использованием результатов  испытаний серии №4  приведен в табл.П.4.

- до начала  расчета определим следующие  постоянные величины и коэффициенты: 
– ускорение свободного падения; 
; ; = 5,09 ; = 5,71. 
объемное водоизмещение;

        Расчет  выполнен в табличной форме  в табл.1.

         По результатам расчета полного сопротивления движению судна и буксировочной мощности построены кривые сопротивления *=* и буксировочной мощности  EPS= * на диаграммах 1 и 2 (Рис.1) , соответствующие условиям сдаточных испытаний.

 

                                                                                                                          

 

 

 

                                                                                                                       

 

 

Таблица 1.

            Расчет сопротивления и буксировочной мощности

 

№	Обозначения	Числовые значения
1	Vs, уз	10	12	14	16	18
2	V = 0,514·[1], м/с	5,14	6,17	7,20	8,22	9,25
3	V2 = [2]2	26,42	38,04	51,78	67,63	85,6
4	Fr = V/	0,13	0,16	0,19	0.22	0,25
5	Re·10-8 = V·L/υ	4,42	5,31	6,2	7,08	7,96
6	ζfᴼ··103 = f(Re)	1.76	1.71	1.68	1.62	1.60
7	ζr·103 = (δ;L/B)	0.45	0.45	0,5	0,6	0,8
8		1,26	1,26	1,26	1,28	1,3
9		0,602	0,602	0,624	0,745	0,839
10	ζr·103 = [7]·[8]·[9]	0,34	0,34	0,4	0,572	0,872
11	ζn·103	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3
12	ζα·103	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1
13	ζ·103 = [6]+[10]+[11]+[12]	2,5	2,45	2,48	2,6	2,87
14	·[3]·[13]·10-3, кН	158,8	224	308,9	423	591
15	EPS = [2]·[14], кВт	816	1382	2224	3477	5466

 

Постоянные величины:                                                                                 

L = 138,7(м);                      ; ;

B = 17,4 (м)

T = 8 (м)

δ = 0,837

β = 0,98

υ = 1,61·10-6 (м2/с); g = 9,81 (м/с2)

ρ = 1025 (кг/м3)

Ω = 4693,6 (м2) ;

Диаграмма 1.

Диаграмма 2.

                                                                          Рис.1

Расчет гребного винта

Выбор ориентировочных значений скорости хода судна и диаметра гребного винта

• в соответствии с рекомендациями в качестве движителя принимаем цельнолитой гребной винт. Материал изготовления гребного винта бронза АЖН 9-4-4.
• для выбора значений используем диаграмму. Ориентировочное значение скорости хода судна определяем по зависимости , приняв значение из соотношения: 
  ; 
  Из графика, находим ;

Для входа в диаграмму определяем: 
, где по формуле Тейлора ; 
тогда ;

Из диаграммы имеем: 
;

;

, принимаем

;

;

Определение коэффициентов взаимодействия гребного винта с корпусом судна

• коэффициент попутного потока определим по формуле Холтропа: 
  ;

Из расчета сопротивления воды движению судна при принимаем:

;

;

;

Для вычисления коэффициента , необходимо рассчитать:

 – коэффициент продольной  полноты;

;

Вычисляя получаем:

=0,233

Выполним проверку значения с помощью формулы:

,

где ;

;

Принимаем окончательно значение ;

• определим коэффициент засасывания также по формуле Холтропа: 
  ;

;

Проверим, лежит ли значение в пределах, определенных для обтекаемого руля и рудерпоста с прямоугольным сечением: 
;

;

Значение коэффициента удовлетворяет условиям проверки.

• примем значения следующих коэффициентов:

 – коэффициент влияния  на упор;

 – коэффициент влияния  на момент;

 – коэффициент влияния  неравномерности потока на кпд  гребного винта;

Коэффициент влияния корпуса найдем по формуле:

;

;

Определение числа лопастей и дискового отношения гребного винта, выбор расчетной диаграммы

• дисковое отношение гребного винта определяем по диаграмме; для входа в диаграмму уточним значения: 
  ;

;

По диаграмме ;

• для выбора числа лопастей, определим коэффициент нагрузки гребного винта по упору: 
  ;

;

Принимаем число лопастей в соответствии с рекомендациями;

• окончательно принимаем: 
  ; ;

Расчетная серия М4-75;

 – кпд валопровода при расположении МО в корме;

 – кпд передачи (согласно  условию передача мощности прямая);

Выбираем двигатель фирмы БМВ и а\о «Бурмейстер и Вайн». В соответствии с рекомендациями, при плавании судна с преимущественно в умеренных широтах, сроке докования 24мес, принимаем значение коэффициента увеличения частоты вращения ;

 

Расчет исходных данных для определения наибольшей скорости хода судна и оптимальных элементов гребного винта

Таблица 2

 

№	Расчетные величины и формулы	Размер-ность	Числовые значения					Примечания
1		уз	10	12	14	16	18	задается
2		м/с	3,94	4,67	5,44	6,22	7,0	формула
3			1,075	1,33	1,61	1,9	2,2	формула
4								с расч.диаг.
5								с расч.диаг.
6								с расч.диаг.
7		м						формула
8								формула
9		кВт						с расч.диаг.
10		кВт						формула

 

Постоянные величины:

Neном = 3680 (кВт);   Neрасч = 3225(кВт);   k = 1,045;   ωt = 0,233;   t = 0,116;

ηпер ·ηвал = 0,99;   D = 4,05 (м);   ηk = 1,148;   θ = 0,75;    ρ = 1025 (кг/м3);   z = 4;

Np = Neрасч· ηпер ·ηвал = 3193 (кВт);

neрасч= neном = 4,16 (с-1);