test1_Part1-3
.pdf1
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова
ТЕОРІЯ ПРОЕКТУВАННЯ СУДЕН
Курс лекцій
Миколаїв 2002
УДК 629.5.01
ББК
Рецензенти доктор технічних наук, професор А.Я. Казарєзов кандидат технічних наук, професор А.М. Вашедченко
Бондаренко О. В., Кротов О. І., Сорокін В. І. Теорія проектування суден:
Курс лекцій: – Миколаїв: УДМТУ, 2004. – 63 с.
У конспекті лекцій наведено матеріал з теорії проектування вантажних суден, який дозволяє визначити навантаження мас, водотоннажність, головні елементи судна у відповідності з вимогами до його експлуатаційних і мореплавних якостей. Наведені рекомендації стосовно вибору елементів форми корпусу дозволяють розробити теоретичне креслення. Методи вибору головних елементів судна обґрунтовані з урахуванням забезпечення місткості, остійності, ходовості та непотоплюваності. Розглянуті основи системного підходу до проектування і оптимізації елементів суден сприяють використанню ЕОМ. В конспекті лекцій наведені вимоги Правил Регістру судноплавства України до окремих якостей суден, а також описані принципи автоматизації проектування.
Конспект лекцій призначається для студентів, які вивчають дисципліну "Основи проектування суден" і може бути використаний як посібник для курсового та дипломного проектування при визначенні головних елементів вантажних суден.
УДК 629.12.011.22 ББК 39.42-01
© Бондаренко О.В., Кротов О.І., Сорокін В. І, 2003
© Український державний морський технічний університет, 2003
© Видавництво УДМТУ, 2003
3
|
Зміст |
|
Вступ................................................................................................................... |
6 |
|
Умовні позначення............................................................................................ |
8 |
|
1. Навантаження мас судна .............................................................................. |
12 |
|
1.1 |
Загальні поняття. Нормативний та проектний підходи до розподіли |
|
навантаження мас.............................................................................................. |
12 |
|
1.2 |
.Види водотоннажності. Дедвейт. ............................................................. |
15 |
1.3 |
Коефіцієнти використання водотоннажності........................................... |
16 |
2. Зв’язок навантаження мас судна з його елементами................................. |
18 |
|
2.1 |
Роль судна-прототипу в процесі розробки проекту і його вибір........... |
18 |
2.2 |
Розрахунок навантаження мас судна на початкових стадіях проекту- |
|
вання. .................................................................................................................. |
19 |
|
2.3 |
Рівняння мас................................................................................................. |
23 |
2.3.1 Алгебраїчне рівняння мас, виражених у функції водотоннажності. .. |
24 |
|
2.3.2 Способи вирішення рівняння мас........................................................... |
25 |
|
2.3.3 Алгебраїчне рівняння мас, виражених у функції головних розмірів . 27 |
||
2.3.4 Рівняння мас у диференціальній формі Нормана................................. |
28 |
|
3. Зв’язок параметрів форми корпусу з експлуатаційними і мореплавни- |
|
|
ми якостями ....................................................................................................... |
34 |
|
3.1 Питома вантажомісткість судна та питома навантажувальна кубатура |
|
|
вантажу............................................................................................................... |
35 |
|
3.2 |
Рівняння місткості суховантажних суден з середнім розташуванням |
|
машинного відділення ...................................................................................... |
36 |
|
3.3 Рівняння місткості суховантажних суден з кормовим розташуванням |
|
|
машинного відділення ...................................................................................... |
38 |
|
3.4 |
Місткість наливних суден з кормовим розташуванням машинного |
|
відділення........................................................................................................... |
39 |
|
3.5 |
Рівняння остійності в алгебраїчній формі................................................ |
41 |
3.6 |
Плавність хитавиці...................................................................................... |
43 |
3.7 |
Рівняння остійності в диференціальній формі......................................... |
46 |
4 |
|
|
3.8 |
Забезпечення непотоплюваності за умов збереження плавучості і |
|
аварійної остійності........................................................................................... |
49 |
|
3.9 |
Забезпечення ходовості проектованого судна ........................................ |
55 |
3.10 Вибір характеристик форми корпусу...................................................... |
57 |
|
3.11 Визначення головних розмірів судна...................................................... |
61 |
|
4. Епюра ємності................................................................................................ |
63 |
|
4.1 |
Креслення поздовжнього перерізу судна.................................................. |
63 |
4.2 |
Креслення епюри ємності і розрахунки по ній. Таблиця ємності.......... |
66 |
5. Зв’язок між характеристиками проектованих суден і опором води. ....... |
71 |
|
5.1 |
Взаємний зв’язок елементів судна і опору тертя..................................... |
71 |
5.2 |
Взаємний зв’язок елементів судна і залишкового опору........................ |
72 |
5.3 |
Гідродинамічний і проектний підходи до визначення оптимальних |
|
елементів судна.................................................................................................. |
76 |
|
6. Вимоги Регістру судноплавства України до проекту судна щодо за- |
|
|
безпечення його морехідних якостей.............................................................. |
80 |
|
6.1 |
Загальні відомості по діяльність Регістру................................................. |
80 |
6.2 |
Вимоги Правил Регістру до остійності суден .......................................... |
81 |
6.3 |
Регістрова місткість суден.......................................................................... |
89 |
6.4 |
Вимоги Правил Регістру до непотоплюваності і остійності пошко- |
|
дженого судна.................................................................................................... |
92 |
|
6.5 |
Вимоги Правил про вантажну марку суден до мінімального надвод- |
|
ного борту........................................................................................................... |
96 |
|
6.5.1 Основні положення Правил..................................................................... |
97 |
|
6.5.2 Визначення висоти базисного надводного борту і поправок до ньо- |
|
|
го.......................................................................................................................... |
|
99 |
6.5.3Мінімальна висота надводного борту на носовому перпендикулярі.. 102
6.6Вимоги Міжнародної конвенції МАРПОЛ 73/78 до нафтоналивних
суден.................................................................................................................... |
103 |
7. Проектування форми корпусу...................................................................... |
106 |
7.1 Положення і довжина циліндричної вставки .......................................... |
106 |
5
7.2 |
Визначення положення найповнішого шпангоута і центра величини.. |
107 |
|
7.3 |
Вибір форми кінцевих частин судна......................................................... |
110 |
|
8. Проектне удиферентування суден............................................................... |
117 |
||
9. Розробка корабельних кривих...................................................................... |
124 |
||
10. |
Способи розробки теоретичного креслення ............................................ |
128 |
|
10.1 |
Метод рисування....................................................................................... |
128 |
|
10.2 |
Аффінне перетворення теоретичного креслення судна-прототипу..... |
129 |
|
10.3 |
Інтерполяційний спосіб побудови теоретичного креслення ............... |
130 |
|
10.4 |
Перебудова теоретичного креслення судна-прототипу на основі по- |
|
|
будовної по шпангоутам проекту.................................................................... |
132 |
||
10.5 |
Побудова суднової поверхні за аналітичним виразом ......................... |
133 |
|
11. |
Методика проектування суден................................................................... |
135 |
|
11.1 |
Постановка задачі. Обмеження................................................................ |
136 |
|
11.2 |
Критерії ефективності............................................................................... |
136 |
|
11.3 |
Методи проектування суден .................................................................... |
139 |
|
12. |
Розробка проектів суден. Судно як складна система ............................. |
143 |
|
12.1 |
Основні положення................................................................................... |
143 |
|
12.2 |
Організація проектування ........................................................................ |
144 |
|
12.3 |
Пошукові роботи....................................................................................... |
145 |
|
12.4 |
Керування розробкою проектів ............................................................... |
146 |
|
12.5 |
Системний підхід до проектування......................................................... |
147 |
|
Список літератури............................................................................................. |
151 |
||
Додаток. Визначення проектних характеристик судна методом послідо- |
|
вних наближень................................................................................................. |
153 |
6
ВСТУП
Теорією проектування суден (ТПС) називається наукова дисципліна, яка вивчає питання, пов’язані з розробкою завдання на проектування судна і визначення його головних елементів.
Основи розвитку теорії проектування суден були започатковані в середині 18 сторіччя. Перший період становлення і розвитку ТПС в основному пов’язаний з іменами шведського адмірала Ф. Г. Чапмана, академіка Петербурзької академії наук Л. П. Ейлера, російського інженера М. М. Окуньова і французького інженера Ж. О. Нормана.
ТПС у вигляді самостійної наукової дисципліни вперше викладено в курсі проектування суден, написаному деканом Петербурзького політехнічного інституту К. П. Боклевським (1905 р.).
Потім ТПС розвивалась переважно завдяки працям російських, а потім радянських вчених, таких як Бубнов І. Г., Подзнюнін В. Л., Лаптєв В. А., Балкашин О. І., Ногід Л. М., Ашик В.В., Бронніков А.В. та інших.
У сучасному стані ТПС складається з двох головних частин. До першої – змістовної частини ТПС, яка займається дослідженням фізичної сторони проект них проблем, відносяться такі питання:
1.взаємний зв’язок характеристик і елементів суден з різноманітними вимогами до проектів;
2.методологія проектування суден;
3.принципи розробки теоретичних креслень і загального розташування проекту судна.
Друга – формально-теоретична частина ТПС, пов’язана з дослідженням математичних підходів і засобів вирішення проектних проблем, об’єднує такі питання, як формалізація графоаналітичних процедур, методологія оптимізації проектних рішень і автоматизації процесу проектування суден.
Задача верхнього ієрархічного рівня, або зовнішня задача ТПС, полягає в розробці загальних вимог до проектів суден та необхідної їх кількості для вирішення транспортних проблем галузі або країни.
7
Задача нижнього ієрархічного рівня, або внутрішня задача ТПС, охоплює питання, пов’язані з визначенням власне елементів проектів суден.
Внутрішню задачу ТПС поділяють ще на два рівня: верхній, який пов’язаний з визначенням головних елементів суден і нижній, на якому оптимізуються підсистеми.
ТПС тісно пов’язана з іншими кораблебудівними дисциплінами – з теорією корабля, констукцією корпусу і будівельною механікою корабля, з технологією і економікою суднобудування та іншими дисциплінами. В ТПС використовується науковий апарат цих дисциплін, але на інших засадах, що обумовлено такими особливостями.
По-перше, вирішується не прямі, а зворотні задачі, які забезпечують зв’язок вимог до якостей судна з його головними елементами.
По-друге, для ТПС характерний комплексний (системний) підхід до судна, як до єдиного цілого, в якому усе взаємопов’язане і взаємозалежне. В основі цього підходу лежить вирішення питання про те, як вплине те чи інше рішення не на одну якусь якість, а на все судно в цілому.
8
УМОВНІ ПОЗНАЧЕННЯ
азв – вимірник маси запасу водотоннажності; ак – вимірник маси корпусу; аз – вимірник маси забезпечення; аб – вимірник маси баласту; В – ширина судна, м; ВВЛ – вантажна ватерлінія;
Се – адміралтейський коефіцієнт для експлуатаційної швидкості; Св – адміралтейський коефіцієнт для швидкості на випробуваннях; Fr – число Фруда;
H – висота борту, м;
h – поперечна метацентрична висота, м;
h/B – відносна поперечна метацентрична висота; γ – питома вага води, т/м3; γВ – питома вага вантажу, т/м3; γб – питома вага баласту, т/м3;
ηд – коефіцієнт використання довжини судна під вантаж; ηо – поправочний коефіцієнт утилізації водотоннажності по чистій ванта-
жопідйомності; ηв – коефіцієнт утилізації водотоннажності по чистій вантажопідйомності;
ηн – коефіцієнт Нормана;
ηDW – коефіцієнт утилізації водотоннажності по дедвейту ; µV – коефіцієнт проникності;
α – коефіцієнт повноти площі вантажної ватерлінії;
δ– коефіцієнт повноти водотоннажності (загальної повноти);
δп – коефіцієнт повноти підпалубного об’єму; β – коефіцієнт повноти площі мідель-шпангоута;
ψ – коефіцієнт повздовжньої повноти водотоннажності; kмз – коефіцієнт морського запасу палива;
kдоп – коефіцієнт витрати палива на роботу допоміжних двигунів;
9
kвч – коефіцієнт виступаючих частин корпусу;
kв – коефіцієнт використання теоретичного об’єму під вантаж; ВВЛ – вантажна ватерлінія; КВЛ – конструктивна ватерлінія;
kαL – коефіцієнт розширення корпусу від ВВЛ до верхньої палуби;
kρ – коефіцієнт, який враховує вплив форми ватерлінії на її момент інерції; ВП – верхня палуба; НП – нижня палуба;
ДП – діаметральна площина; ОП – основна площина; ОЛ – основна лінія;
lст – плече статичної остійності, м; d – плече динамічної остійності, м; lф – плече остійності форми, м;
l – відносна довжина судна;
RS – довжина кругового рейсу, милі;
Lпп – довжина судна між перпендикулярами, м;
LВВЛ – довжина судна по вантажній ватерлінії;
LКВЛ – довжина конструктивної ватерлінії, м; LМВ – довжина машинного відділення;
Lа, Lф – довжина ахтерпіка і форпіка відповідно; ЛММ – логіко-математична модель;
lгд – довжина головного двигуна; LBH – кубічний модуль, м3;
Mд – диферентувальний момент, т·м;
Мд1см – момент, який диферентує на 1см, т·м/см; µв – питома навантажувальна кубатура вантажу, м3/т; µс – питома вантажомісткість судна, м3/т;
Nе – потужність головного двигуна експлуатаційна, кВт;
Nв – потужність головного двигуна на випробуваннях судна, кВт;
10
Nа – потужність за адміралтейською формулою, кВт; νе – експлуатаційна швидкість, вуз; νв – швидкість на випробуваннях, вуз; ∆Т – диферент судна, м; Тс – середня осадка на міделі, м;
Тн, Тк – осадка носом і кормою відповідно, м; Тх – час ходу судна, год;
τ – період бортової хитавиці, с; xс – абсциса центра величини, м; xg – абсциса центра маси, м;
zg , zc , zm – аплікатацентрамаси, центравеличиниіметацентравідповідно, м; Pк – маса корпусу, т;
Pоб – маса обладнання, т;
Pзв – маса запасу водотоннажності, т;
Pеу – маса енергетичної установки, т;
Pп – маса палива, води, мастила, т; Pб – маса баласту, т;
Pв – маса вантажу, т;
Pз – маса забезпечення, т;
qоб – вимірник маси обладнання;
qеу – вимірник маси енергетичної установки; qп – вимірник маси палива;
qк – вимірник маси корпусу;
qз – вимірник маси забезпечення;
R – поздовжній метацентричний радіус, м; r – поперечний метацентричний радіус, м; ЦМ – центр маси; ЦВ – центр величини;
КПШ – крива площ шпангоутів;
– мідель-шпангоут;