Расчет ходкости надводных водоизмещающих судов

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

1

           КП.6.051201.3211.09.ПЗ

 

 

 

Выполнил

Васянович М.Ю.

 

 

Проверил

Бражко А.С.

 

 

Курсовой проект на тему:

«Расчет ходкости надводных водоизмещающих судов»

Лит.

Листов

20

 

НУК

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

 

КП.6.051201.3211.09.ПЗ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. РАСЧЕТ БУКСИРОВОЧНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ И МОЩНОСТИ

 

1.1.Сопротивление движению  судна и его составляющие

 

Сопротивлением  движению R называют проекцию главного вектора гидроаэродинамических сил, действующих на подводную и надводную судовую поверхности на направление продольного движения судна. Это сопротивление состоит из сопротивлений давлений R_p и касательных направлений R_τ, возникающих в результате взаимодействия подводной и надводной поверхностей судна с натекающими потоками воды и воздуха.

Сопротивление движению судна, в свою очередь, состоит  из сопротивления так называемого  голого корпуса судна и дополнительных сопротивлений, обусловленных наличием выступающих частей и шероховатостей, а так же воздушного сопротивления. Значительные изменения структуры  обтекания и сопротивления когут  бать вызваны воздействием внешних  условий, таких, как глубина и  ширина фарватера, ветер, волнение течения, наличие льда, изменение диферента  и средней осадки, обрастание подводной  части корпуса судна при совершении рейсов и стоянок, разгон и торможение и т.п.

При выполнении расчетов ходкости полагают, что судно  со свежеокрашенным корпусом движется равномерно прямолинейно со скоростью  переднего хода υ, на неограниченном фарватере и при отсутствии волн, ветра и течения. Учёт влияния  указанных выше эксплуатационных факторов на сопротивление производится по специальным  методикам либо введением поправочного коэффициента k_Е в соответствии с отраслевой нормалью.

Сопротивление корпуса надводного водоизмещающего  судна состоит из двух составляющих – вязкостной R_v и волновой R_w. В свою очередь, вязкостное сопротивление R_v состоит из сопротивления трения R_F, которое обусловлено наличием касательных напряжений вязкости, возникающих за сет прилипання частиц жидкости к поверхности судна, и сопротивления давления (формы) R_vp, обусловленого перераспределением давления вдоль корпуса судна в вязкой жидкости. Особенно существенно это изменение в кормовой оконечности, где формируемый корпусом судна пограничный слой достигает наибольшей толщины.

На распределение  давление по поверхности корпуса  оказывает значительное влияние  волнообразование на свободной поверхности, вызываемые движением судна, которое приводит к возникновению волнового сопротивления R_w.

Процессы  формирования пограничного слоя и волнообразования происходят в жидкости одновременно и оказывают влияние друг на друга. Однако, как показывают исследования, степень взаимодействия в большинстве  случав невелика.

Это дает возможность  использовать гипотезу о независимости  составляющих сопротивления судна, что позволяет определять его  величину в виду суммы следующих  составляющих:

R = R_F + R_vp + R_w + R_AP + R_A + R_AA,

где R_F – сопротивление трения; R_vp – сопротивление формы; R_w – волновое сопротивление; R_AP – сопротивление выступающих частей; R_A – сопротивление шероховатостей; R_AА – воздушное сопротивление.

Для водоизмещающего судна роль отдельных составляющих сопротивления  движению зависит от скорости движения судна (рис. 1.1), а также от формы  корпуса судна (рис. 1.2). Анализ данных, приведенных на рис. 1.1 и 1.2, позволяют  сделать вывод, что для транспортных судов основную роль в общем балансе  играют вязкостное сопротивление. Сопротивление  воздуха движению судна при отсутствии ветра невелико и в зависимости  от скорости и формы надводной  части корпуса судна и надстроек  составляет 1,5…3,0% от полного сопротивления  судна.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2.Расчет буксировочного сопротивления и мощности

Тип судна  – сухогруз

Исходные  данные:

Длина L = 150 м; ширина B = 21 м; осадка T = 8,52 м; коэффициент полноты водоизмещения δ = 0,745; количество гребных винтов z_p = 1; эксплуатационная скорость хода υ_s = 17,4 узлов.

Соотношения L/B = 7,14; B/T = 2,46.

Водоизмещение V = LBTδ = 150*7,14*8,52*0,745 = 19994,31 м³ = 20494,17 т.

Для выбора метода расчета сопротивления не обходимо определить относительную  длину 

Исходные  и полученные данные свидетельствуют  о том, что для расчета коэффициента остаточного сопротивления можно  применить серию судов с умеренной  полнотой обводов.

Так как значение коэффициента общей полноты небольшое, площадь смоченной поверхности  голого корпуса определим по формуле  С.П. Мурагина

 

Расчеты буксировочных сопротивления  и мощности выполнены в табличной  форме (см. табл. 1.1). Результаты расчета  представлены в виде графиков на рис. 1.3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1	vx	узел	15,000	16,000	17,000	17,400	18,000
2	v	м/с	7,710	8,224	8,738	8,944	9,252
3	v2	м2/с2	59,444	67,634	76,353	79,988	85,600
4	Fr	-	0,201	0,214	0,228	0,233	0,241
5	CR*103	рис 1.19	1,250	1,478	2,111	2,410	2,953
6	kxc	рис 1.23	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000
7	ψ0(δ)	рис 1.23	5,660	5,660	5,660	5,660	5,660
8	аψ(Fr)	рис. 1.20	1,220	1,190	1,190	1,180	1,180
9	аψ0(Fr)	рис. 1.20	1,100	1,100	1,100	1,100	1,100
10	kψ		1,109	1,082	1,082	1,073	1,073
11	k(B/T)	рис  1.21	0,9978	0,9977	0,9976	0,9975	0,9974
12	a(B/T)	-	1	1	1	1	1
13	C*103	-	1,386	1,599	2,284	2,585	3,168
14	Re*10-8		7,183	7,662	8,141	8,333	8,620
15	CF0*103	рис 1.10	1,637	1,624	1,612	1,607	1,600
16	CА0*103	табл. 1.4	0,35	0,35	0,35	0,35	0,35
17	CАР*103	табл. 1.5	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1
18	С*103	-	3,337	3,552	4,173	4,467	5,003
19	R	кН	446,31	540,47	716,76	803,85	963,50
20	PE	кВт	3441,06	4444,86	6263,05	7189,30	8914,32
21	RE	кН	513,26	621,55	824,27	924,43	1108,03
22	PEE	кВт	3957,22	5111,59	7202,51	8267,70	10251,47

 

 

 

Таблица 1.1. Расчет буксировочного сопротивления

 

 

Рис. 1.3. Зависимости  буксировочных сопротивления и  мощности в условиях ходовых испытаний  – R и P_E, эксплуатации – R_E и P_EE

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. РАСЧЕТ ГРЕБНОГО ВИНТА ДЛЯ ВЫБОРА

ГЛАВНОГО ДВИГАТЕЛЯ

В качестве движителя выбираем винт фиксированного шага. Предельное значение диаметра гребного винта D_пр = 0,7Т = 0,66∙8.52 = 5.96 м.

Расчетный режим для гребного винта  выбирается соответствующим среднеэксплуатационным условиям. Для проектной скорости (в нашем случае среднеэксплуатационной) υ_s = 17.4 уз численные значения буксировочных сопротивления и мощности составляют:

R_E = 924.43 кН; P_EE = 8267.70 кВт (по табл. 1.1).

Для одновинтовых транспортных судов с U-образными и умеренно U-образными кормовыми шпангоутами коэффициенты попутного потока и засасывания определяются по формуле

= 0.36

 

При выборе числа лопастей гребного винта рассчитаем коэффициенты нагрузки гребного винта  по упору при постоянном диаметре:

 

где

Так как K_DT = 0.97 < 2, то число лопастей принимаем Z = 4.

Дисковое  отношение и относительную толщину  лопастей будем выбирать из условия  отсутствия второй стадии кавитации.

Для обеспечения  достаточной прочности дисковое отношение должно быть

 

 

Найдем минимально допустимое дисковое отношение из условия отсутвия второй стадии кавитации. Для этого воспользуемся  графиком (A_E/A₀)_min = f(p_k,h_S), предварительно рассчитав удельную нагрузку:

 

 

 

Дисковое  отношение будет (A_E/A₀)^’’ = 1,6∙ (A_E/A₀)_min = 1,6∙0.47 = 0,752.

Окончательно  расчетное значение принимаем не меньше A_E/A₀)^’ = 0.55 и равным ближайшему большему табличному значению A_E/A₀ = 0,752. Относительная толщина лопасти e₀/D = 0,055; относительный диаметр ступицы d_в/D = 0,20; относительное уменьшение шага на ступице = 20%; угол отклонения лопасти = 5 град.; шаговое отношение P/D = 0,6…1,4 [1, табл. 2.4]. Располагая значениями числа лопастей и дискового отношения, выбираем винтовую диаграмму J-K_T М-4-85 [1, рис. 2.22]. Дальнейшие расчеты проводим в табличной форме (табл. 2.1), принимая η_в = η_р = 0,97. Результаты расчетов отображены на рис. 2.1.

Выполнив  анализ паспортных данных двигателей ведущих дизелестроительных фирм, нетрудно убедиться, что принимаемой возможностью для рассматриваемого проекта будет дизельный агрегат на основе МОД с номинальной мощностью P_SN = P_SP/0,9. Паспортные данные двигателей расчетного диапазона приведены в табл. 2.2.

По соображениям экономичности остановим свой выбор  на двигателе №2 фирмы WARTSILA DIESEL 8L64. По рис. 2.38 определим частоту вращения гребного винта, принимаем n=132 об/мин, а передаточное отношение редуктора i_p = 333/132= 2.57. Масса редуктора ориентировочно m_р = 4,0*3480=14000 кг.

 

 

 

 

 

 

Таблица 2.1. Расчет элементов гребного винта для выбора главного двигателя

№ п/п	Расчетные величины	Единица величины	Численные значения
1	D (задаемся)	м	6,30	5,99	5,67	5,36
2		-	1,05	1,00	0,95	0,89
3	J = J(KDT) – по диаграмме рис.2.6	-	0,525	0,508	0,492	0,463
4		об/мин	103,58	112,68	122,81	138,18
5	P/D=P/D(KDT) – по диаграмме рис. 2.6	-	0,986	0,979	0,957	0,943
6	η0 = η0(KDT) – по диаграмме рис. 2.6	-	0,53	0,5	0,47	0,42
7		-	0,640	0,618	0,592	0,540
8		кВт	13310,64	13791,93	14403,17	15785,22
9		кВт	13722,31	14218,48	14848,63	16273,42
10		кВт	15247,01	15798,31	16498,47	18081,58