Проектирование судна-лихтеровоза

Основные данные

Виды перевозимых грузов - лихтеры.

Количество перевозимого груза - 150 шт.

Район плавания - Дудинка - Гданьск.

Основные требования к проектируемому судну

Характер перевозок - линейный.

Тип судна (исходя из 1.1 и 2.1) - лихтеровоз.

Плавание- круглогодично.

Обьем лихтера- 20 * 5 * 4 = 400 м?.

Объем перевозимого груза - 150 · 400 ? 60 000 м³.

Расчетный вес 1 лихтера: Р==1,025*1*20*5*3=307,5т следовательно, масса перевозимого груза равна 307,5 х150=46000 т.

Метеорологические условия в предполагаемом районе плавания

Диапазон температур - -40 - +16 ^оС; Ледовые условия - в период навигации фарватер на основном участке пути чист, Балтийское море в начале и конце навигации покрыто льдом, толщиной до 0,5 м; а в Баренцевом, Карском и Печорском морях в начале и в конце навигации возможен лед толщиной до 1 м.

Распределение скоростей ветра в: Норвежском, Северном и Гренландском морях: до 5 м/с - 36 %, до 10 м/с - 38 %, до 15 м/с - 22 %, более 15 м/с - 4 %; Карском и Печорском морях: до 10 м/с - 89 %, до 15 м/с - 10 %, более 15 м/с - 1 %; Баренцевом море - до 5 м/с - 36 %, до 10 м/с - 38 %, до 15 м/с - 22 %, более 15 м/с - 4 %; Белом море: - до 5 м/с - 43 %, до 10 м/с - 36 %, до 15 м/с - 18 %, более 15 м/с - 3 %; Балтийском море: - до 5 м/с - 49 %, до 10 м/с - 39 %, до 15 м/с - 10 %, более 15 м/с - 3 %.

Распределение высот волн в : Карском и Печорском морях: до 3 м - 89 %, до 5 м - 8 %, до 7 м - 2 %; более 7 м - 1 %; Баренцевом море: до 2 м - 77 %, до 3 м - 13 %, до 5 м - 15 %; до 7 м - 4 %; более 7 м - 1 %; Белом море: до 2 м - 83 %, до 3 м - 10 %, до 5 м - 6 %; до 7 м - 1 %; Балтийском море: до 2 м - 86 %, до 3 м - 8 %, до 5 м - 5 %; до 7 м - 1 %, в Норвежском, Северном и Гренландском морях до 2 м - 76 %, до 3м - 12 %, до 5 м - 13 %, до 7 м - 3 %, более 7 м - 1 %.

Данное судно принимает и выгружает груз на рейде (не заходя в порт). Минимальные глубины составляют 20 м;

Эксплуатационные требования

Мореходные характеристики проектируемого судна, исходя из 1.3 и 2.1 должны обеспечивать удаление от берега в пределах стомильной зоны.

Расчетная скорость ветра, исходя из 3.2, с учетом 4.1 х_в = 7 м/с.

Расчетная высота волн, исходя из 3.3, с учетом 4.1 h_волн = 3 м.

Эксплуатационная скорость - 19 узлов.

Тип энергетической установки - малооборотный дизель сварной конструкции с прямой передачей на винт.

Дальность плавания между портами Дудинка - Гданьск r ? 3300 миль. С учетом возможных задержек принимаем r = 4000 миль.

Автономность, исходя из дальности плавания и скорости - 4000 / 20 = 200 часов ? 9 суток. С учетом стоянок в портах при проведении погрузочно-разгрузочных работ принимаем автономность 30 суток.

Исходя из 3.1 в качестве основного материала корпуса должна применяться обычная либо высокопрочная сталь.

Исходя из 1.3 и 3.1 корпус судна должен иметь ледовые подкрепления, позволяющие ему самостоятельно продвигаться во льду толщиной до 0,2 м и за ледоколом во льду большей толщины.

Погрузка лихтеров осуществляется через корму с помощью катучего козлового крана грузоподъемностью 350 т. Кран снабжен грузозахватной рамой, аналогичной рамам для захвата контейнеров, позволяющей производить грузовые операции на волнении при незначительном крене и дифференте лихтеров.

Исходя из 4.9 и 4.5 судно должно иметь два винта регулируемого шага.

Для улучшения маневренности в носу должно быть установлено подруливающее устройство.

Судно должно иметь одноотсечный стандарт непотопляемости.

Судно должно быть оборудовано автоматизированными системами управления СЭУ, дающими возможность эксплуатировать СЭУ без постоянной вахты в МО.

Судно должно быть оборудовано автоматизированными навигационными системами, дающими возможность управлять судном одному вахтенному на мостике

Судно должно быть оборудовано якорями Холла. Якорные механизмы: в носу - брашпиль, в корме - шпиль. Брашпиль должен иметь турачки для тросов буксирно-швартовного устройства.

Для спасения экипажа предусмотреть установку 1 шлюпки в носовой оконечности судна, спускаемую на лебедках, рассчитанную на весь экипаж, спасательные плоты и индивидуальные спасательные средства.

18. Жилые и служебные помещения сосредоточены в носовой части судна, м.о. сдвинуто в корму от середины судна. Дымовые трубы смещены к бортам, чтобы не мешать грузовым операциям.

Ограничения

Габариты судна не более 302 ^х 42 ^х 34 м, что следует из производственных возможностей предприятия-строителя судна ФГУП ПО "СЕВМАШ.

Так как судно будет совершать международные рейсы, оно должно отвечать международным конвенциям по сохранению человеческой жизни на море (СОЛАС-74) и предотвращению загрязнения моря (МАРПОЛ-73/78). Кроме этого судно должно отвечать требованиям правил касающихся режимов плавания в проливах и каналах.

Комплектация экипажа

п = К + k·Р_г /₁₀₀₀,

n = 24 + 0,2•46000/1000 ? 33 чел.

Из них палубная команда П = 9 + 0,25•46000/1000 ? 20 чел.

Тогда машинная команда М = 33 - 20 = 13 чел.

С учетом 4.13 М = 0,75•13 ? 10 чел.

С учетом 4.14 П = 0,75•20 ? 15 чел.

Всего 25 человек.

Исходя из всех вышеперечисленных требований и ограничений, судно должно быть спроектировано на класс Регистра РФ КМ Ice1 1 R1 АUT1 ОMBO LIH.

Пересчитаем элементы плавучести и остойчивости судна со следующими характеристиками: L = 268 м, B = 40 м, T = 13 м.

Элементы судна-прототипа:

V = 119 500 м³, S = 9 070 м², r = 9,10 м,

L = 260,0 м, щ = 555,0 м², R = 342,0 м,

B = 40,0 м, I_x = 1090·10³ м⁴, x_c = 3,69 м,

T = 14,0 м, I_у = 40 580·10³ м⁴, z_c = 7,20 м,

z_g = 11,90 м,

r₁₀ = 9,60 м, r₄₀ = 5,60 м, r₇₀ = 2,17 м,

r₂₀ = 10,80 м, r₅₀ = 3,80 м, r₈₀ = 1,90 м,

r₃₀ = 8,25 м, r₆₀ = 2,68 м, r₉₀ = 1,84 м,

Найдем модули подобия.

l = 268,0 / 260,0 = 1,031

b = 40,0 / 40,0 = 1,0

t = 13,0 / 14,0 = 0,929

Тогда элементы проектируемого судна будут следующими:

V = 1,031·1,0·0,929·119 500 = 114457 (м³), r = 1,0²/0,929·9,10 = 9,8 (м),

S = 1,031·1,0·9 070 = 9 351 (м²), R = 1,031²/0,929·342,0 = 391 (м),

щ = 1,0·0,929·555,0 = 516 (м²), x_c = 1,031· 3,69 = 3,80 (м),

I_x = 1,031·1,0³·1 090·10³ = 1123,8·10³ (м⁴), z_g = 0,929·11,90 = 11,06 (м),

I_у = 1,031³·1,0·40 580·10³ = 44 472·10³ (м⁴), z_c = 0,929·7,20 = 6,69 (м),

Найдем r_ср.

r₁ = 1/2 (9,10+9,60) = 9,35(м), r₆ = 1/2 (3,80+2,68) = 3,24(м),

r₂ = 1/2 · (9,60+10,80) = 10,2(м), r₇ = 1/2 · (2,68+2,17) = 2,43 (м),

r₃ = 1/2 · (10,80+8,25) = 9,53(м), r₈ = 1/2 · (2,17+1,90) = 2,04 (м),

r₄ = 1/2 · (8,25+5,60) = 6,93 (м), r₉ = 1/2 · (1,90+1,84) = 1,87 (м),

r₅ = 1/2 · (5,60+3,80) = 4,7 (м), а₀ = 11,9 - 7,2 = 4,7 (м).

табл. 1

Величина	Единицы измерения	И0
		0о	10о	20о	30о	40о	50о	60о	70о	80о	90о
rср	м		9,35	10,2	9,53	6,93	4,7	3,24	2,43	2,04	1,87
lст0 по рис. 1 y0 z0 lст0 по (2.17) tgИ И Соs И Sin И lст по (2.18)	м м м м - o - - м	0,00 0,00 0,00 0,00 0,000 0,0 1,000 0,000 0,00	0,81 1,62 0,14 0,80 0,164 9,3 0,987 0,162 0,91	1,74 3,34 0,6 1,74 0,338 18,7 0,947 0,321 1,94	2,50 4,85 1,3 2,50 0,536 28,2 0,881 0,473 2,78	2,73 5,84 2,0 2,74 0,780 38 0,788 0,616 3,06	2,50 6,42 2,58 2,50 1,107 47,9 0,670 0,742 2,84	1,93 6,74 3,04 1,93 1,609 58,1 0,528 0,849 2,25	1,17 6,92 3,42 1,16 2,552 68,6 0,365 0,931 1,42	0,30 7,01 3,77 0,30 5,269 79,3 0,186 0,983 0,45	-0,61 7,04 4,09 -0,61 - 90,0 0 1,000 -0,57

01 раздел.

Площадь НО:

Щ = L (1,7H + дB) = 234,0 • (1,7 • 18,29 + 0,720 • 32,5) = 12 751 (м²).

Р_но = р_но (1,23 - 0,11n) Щ Т^1/3 Н^1/21,80•10^-2 • (1,23 - 0,11 • 1) • 12 751 • 11,28^1/3 • 18,29^1/2 = =2 466 (т).

Высота двойного дна по правилам DNW:

Н_норм = 0,15 В^1/2Т^1/4 = 0,15 • 32,5^1/2 • 11,28^1/4 = 1,57 (м), примем Н_дд = 1,6 (м).

Р_дд = д L^4/3B^4/3 = 3,27•10^-2 • 0,72 • 234,0^4/3 • 32,5^4/3 • (^11,28/_18,29)^8/9 • (^1,6/_1,57) = =2336 (т).

Ледовые усиления класса Ice3:

Р_Ice3 = р_Ice3 L³ = 3•10^-5 • 234,0³ = 384 (т).

Р₀₁₀₁₀₁ = Р_но + Р_дд + Р_Ice3 = 2466 + 2336 + 384 = 5186 (т).

Главная палуба:

Коэффициент влияния люков:

k_л = 1,200 - 0,50 = 1,20 - 0,50 • ¹⁵⁵/₂₃₄ = =0,87.

Р_гп = р_гп k_л L Bⁿ = 4,6•10^-2 • 0,87 • 234,0 • 32,5^1,25 = 727 (т).

Платформа № 1:

Р_2нп1 = р_2нп д^1/2 L_i^7/4 B = 0,265•10^-2 • 0,72^1/2 • 77,0^7/4 • 32,5 = 146 (т).

Платформа № 2:

Р_2нп2 = 0,265•10^-2 • 0,72^1/2 • 62,0^7/4 • 32,5 = 100 (т).

Платформа № 3:

Р_2нп2 = 0,265•10^-2 • 0,72^1/2 • 38,0^7/4 • 32,5 = 42 (т).

Р₀₁₀₁₀₂ = Р_гп + Р_2нп1 + Р_2нп2 + Р_2нп2 = 727 + 146 + 100 + 42 = 1015 (т).

Поперечные переборки:

Р_пп = р_пп пд ВН^k = 0,69•10^-2 • 8 • 0,72 • 32,5 • 18,29^7/3 = 1138 (т).

Двойные борта:

Р_дб = р_дбL_дбLⁿ =0,62•10^-2 • 2 • 157,0 • 234,0 • (^16,7_18,29) = 416 (т).

Р₀₁₀₁₀₃ = Р_пп + Р_дб = 1138 + 416 = 1554 (т).

Надстройки:

Длина надстроек L_н = 80,0 м. Высоту надстроек примем H_н = 3,0 м.

f(H_н) = f(H_p) = 0,19H_р + 0,55 = 0,19 • 3,0 + 0,55 = 1,12.

Р_н = р_н L_н Вⁿ f(H_н) = 0,170 • 80,0 • 32,5 • 1,12 = 495 (т).

Рубка:

Высота рубки H_р = 3 • 2,5 = 7,5 (м).

f(H_р) = 0,19H_р = 0,19 • 7,5 + 0,55 = 1,98.

Ширина рубки B_р ? 0,9В = 0,9 • 32,5 ? 30,0 (м).

f(B_р) = 1,13(B_р/В) + 0,15 = 1,13 • (30,0/32,5) + 0,15 = 1,19.

Р_р = р_р L_р Вⁿ f(В_р) f(H_р) = 0,123 • 29,0 • 32,5 • 1,98 • 1,19 = 273 (т).

Р₀₁₀₁₀₄ = 495 + 273 = 768 (т).

Специальные конструкции и выступающие части:

Р₀₁₀₁₀₅ + Р₀₁₀₁₀₆ = Р_мк = р_мк LВН = 12,8•10^-3 • 234,0 • 32,5 • 18,29 = 1780 (т).

Масса металлического корпуса:

Р₀₁₀₁ = Р₀₁₀₁₀₁ + Р₀₁₀₁₀₂ + Р₀₁₀₁₀₃ + Р₀₁₀₁₀₄ + Р₀₁₀₁₀₅ + Р₀₁₀₁₀₆ = 5186 + 1015 + 1554 + +768 + 1780 = 10303(т).

Фундаменты и подкрепления:

Р₀₁₀₂ = (3,25 ± 1,14)•10^-3LBH = 3,25•10^-3 • 234,0 • 32,5 • 18,29 = 452 (т).

Дельные вещи:

Р₀₁₀₃ = (0,338 ± 0,104)(LBH)^2/3 = 0,338 • (234,0 • 32,5 • 18,29)^2/3 = = 907 (т).

Неметаллические части корпуса:

Р₀₁₀₄ = (0,225 ± 0,029)(LBH)^2/3 = 0,225 • (234,0 • 32,5 • 18,29)^2/3 = 604 (т).

Окраска и протекторы: Р_оп = (0,0425 ± 0,099)(LBH)^2/3 = 0,0425 • (234,0 • 32,5 • 18,29)^2/3 = 114 (т).

Цементировка: Р_ц = (2,75 ± 0,71)•10^-2LB = 2,75•10^-2 • 234,0 32,5 = 209(т).

Покрытия и окраска: Р₀₁₀₅ = Р_оп + Р_ц =114 + 209 = 323 (т).

Изоляция и зашивка: Р₀₁₀₆ = (0,136 ± 0,035)(LBH)^2/3 = 0,136 • (234,0 • 32,5 • 18,29)^2/3 = = 365 (т).

Воздух в корпусе: Р₀₁₀₇ = (9,3 ± 3,5)•10^-4D = 9,3•10^-4 • 63 309 = 59 (т).

Оборудование помещений: Р₀₁₀₈ = (3,92 ± 0,55) n_эк = 1,26 • 37 = 47 (т).

Масса корпуса: Р₀₁ = Р₀₁₀₁ + Р₀₁₀₂ + Р₀₁₀₃ + Р₀₁₀₄ + Р₀₁₀₅ + Р₀₁₀₆ + Р₀₁₀₇ + Р₀₁₀₈ = 10303 + 452 + 907 + 604 + 323 + 365 + 59 + 47 = 13 060 (т).

Масса устройств: Р₀₂ = (0,49 ± 0,06) D^2/3 = 0,49 • 63 309^2/3 = 778 (т).

Масса систем: Р₀₃ =(0,21 ± 0,04) D^2/3 = 0,21 • 63 309^2/3 = 334 (т).

Скорость х = 0,514 • 19 = 9,77 (м/с).

Площадь лобового сопротивления:

щ_лс = (18,29 - 11,28 + 3,00) • 32,50 + 7,50 • 29,00 = 543 (м²).

Воздушное сопротивление:

 = 29 (кН).

Площадь смоченной поверхности:

Щ = L (1,7H + дB) = 234,00 • (1,7 • 11,28 + 0,72 • 32,5) = 9 963 (м²).

Число Рейнольдса:

Re = хL/н = = 14,66•10⁸.

Число Фруда:

Fr = х/= = 0,204.

Коэффициент сопротивления трения:

1,50•10^-3.

По графику находим для Fr = 0,204 и д = 0,72 - о_ос = 1,05•10^-3.

Примем о_ш = 1•10^-3.

о_в = о_тр + о_ос + о_ш = 1,50•10^-3 + 1,05•10^-3 + 1•10^-3 = 3,55•10^-3.

= 1 730 (кН).

Полное сопротивление:

R = R_в + R_c = 1 730 + 29 = 1 759 (кН).

Буксировочная мощность:

N_букс = R х = 759 • 9,77 = 17 185 (кВт).

Пропульсивный коэффициент: Примем k = 1,20. КПД винта примем з_д = 0,70; коэффициент влияния корпуса з_к = 0,98; КПД передачи для МОД з_п = 0,97, КПД валопровода для кормового расположения МО з_в = 0,99.

з = з_д? з_к? з_п? з_в = 0,70•0,98•0,97•0,99 = 0,66.

Мощность СЭУ:

31 244 (кВт).

Масса СЭУ: Р₀₄ = 0,09 • 31 244 = 2 812 (т).

Поскольку МО в корме масса снижается на 5 - 6%. Тогда,

Р₀₄= р₀₄ N = 0,94 • 2 812 = 2643 (т).

Масса электрооборудования: Р₀₅ = (0,23 ± 0,05) D^2/3 = 0,23 • 63309^2/3 = 365 (т).

Масса постоянного балласта: Р₁₀ = 0 (т).

Масса запаса водоизмещения: Р₁₁ = 200 (т).

Массу постоянных жидких грузов примем равной 1 % от водоизмещения:

Р₁₂ = 0,01V = 0,01 • 63 309 = 633 (т).

Сумма разделов: Р_У = 13 060 + 778 +334 + 2 643 +365 + 200 + 633 = 18 013 (т).

Масса экипажа:

Примем k_м = 1,10, р_э = 150 кг/чел, р_э = 3 кг/чел•сут, р_в = 150 кг/чел•сут, А_в = 5 сут.

Р₁₄= р_э n_э + k_м n_э (А_вр_в + А_прр_пр) = 0,150 • 37 + 1,10 • 37 • (5 • 0,150 + 50 • 0,005) = 46 (т).

Дедвейт: 45 000 (т).

Масса топлива:

Примем k_в = 1,05, k_т = 1,07, р₁₆ = 0,19 кг/кВт•час.

Р₁₆= р₁₆ k_м k_в k_т N = 0,19•10^-3 • 1,10 • 1,05 • 1,07 • 31 244 • ¹³⁰⁰⁰/₁₉ = 5020 (т).

Примем массу груза: Р₁₅ = 39500 т.

Сумма разделов дедвейта:

Р₁₄ + Р₁₅ + Р₁₆ = 46 + 39500 + 5 020 = 44 566 (т).

Тогда масса остальных разделов переменных грузов:

Р₁₇ + Р₁₈ = DW - (Р₁₄ + Р₁₅ + Р₁₆) = 45 000 - 44 566 = 434 (т).

Масса остальных разделов постоянных грузов:

Р₀₇ + Р₀₉ + Р₁₃ = D - DW - Р_У = 63 309 - 45 000 - 18 013 = = 296 (т).

Проектная нагрузка судна:

Р_к = Р₀₁ = 13 060 (т).

Из них:

Продольные связи:

Р_пс = Р_но + Р_дд + Р_гп + Р_дб = 2466 + 2336 + 727 + 416 = 5 945 (т).

Поперечные переборки:

Р_пер = 1138 (т).

Надстройки и рубки:

Р_нр = 768 (т).

Остальные части:

Р_ос = Р_к - Р_пс - Р_пер - Р_нр = 13 060 - 5 945 - 1138 - 768 = 5 209 (т).

Р_о = Р₀₂ + Р₀₃ + Р₀₅ + Р₀₇ + Р₀₉ + Р₁₃ = 778 + 334 + 365 + 296 = 1773 (т).

Р_б = Р₁₀ + Р₁₂ + Р₁₇ + Р₁₈ = 0 + 633 + 434 = 1067 (т).

Р_м = Р₀₄ = 2 643 (т).

Р_т = Р₁₆ = 5 020 (т).

Р_зв = Р₁₁ = 200.

Р_э = Р₁₄ = 46 (т).

Р_г = Р₁₅ = 39 500 (т).

Итого: D = УР_i = Р_к + Р_о + Р_б + Р_м + Р_т + Р_зв + Р_э + Р_г = 13060 + 1773 + 1067 + +2643 + 5020 + 200 + 46 + 39500 = 63 309 (т).

Измерители масс:

р_к = Р_к / D = ^{13 060}/_{63 309} = 0,206.

q_к = Р_к / д^4/3L^5/2 В (Т/H) = ¹³⁰⁶⁰/[0,72^4/3 • 234,0^5/2 • 32,5 • (11,28/18,29)] = 1,206•10^-3.

q_пс = Р_пс / д^4/3L^5/2 В (Т/H) = ^{5 945}/[0,72^4/3 • 234,0^5/2 • 32,5 • (11,28/18,29)] = 0,549•10^-3.

q_пер = Р_пер / n_пердLВH^3/2 = ¹¹³⁸/[8 • 0,72 • 234,0 • 32,5 • 18,29^3/2] = 0,332•10^-3.

q_нр = Р_нр / W_нр,

где W_нр - габаритный объем надстроек и рубок.

W_нр = L_бВH_н + L_рB_рH_р = 80,0 • 32,5 • 3,0 + 29,0 • 30,0 • 7,5 = 14 325 (м³).

q_нр = ⁷⁶⁸/_{14 325}= 0,054.

q_ос = Р_ос / (LВH)^2/3 = ^{5 209}/_{(234,0 • 32,5 • 18,29)}^2/3 = 1,940.

р_о = Р_o /D^2/3 = ¹⁹⁵⁰/₆₃₃₀₉^2/3 = 1,228.

q_о = Р_o / (LBH)^2/3 = ¹⁹⁵⁰/_{(234,0 • 32,5 • 18,29)} ^2/3 = 0,726.

р_б = Р_б / D = ¹⁰⁶⁷/₆₃₃₀₉ = 0,017.

Адмиралтейский коэффициент:

С = = 349.

Данные проектируемого судна возьмем из технического задания:

А = 30 сут, х_s = 19 уз, r = 4 000 миль, n_э = 25 чел, Р_г = 46 000 т.

Элементы прототипа:

L = 234,00 м, B = 32,50 м, T = 11,28 м, Н = 18,29 м, д = 0,720, D = 63 309 т.

Измерители масс по данным прототипа:

р_к = 0,206, q_к = 1,206•10^-3, р_об = 1,228, q_об = 0,726, р_б = 0,017.

Адмиралтейский коэффициент по данным прототипа: С = 349.

Для МОД примем: р_м = 0,100, р_т = 0,190•10^-3.

Измеритель массы запаса водоизмещения р_зв = 0,020.

Примем значения коэффициентов: k_м = 1,10, k_в = 1,05, k_т = 1,07.

Для определения массы экипажа примем р_э = 150 кг/чел, р_пр = 5 кг/чел•сут, р_в = 150 кг/чел•сут. Тогда

Р₁₄ = р_э • n_э + k_м • n_э • А • (р_пр + р_в) = 0,15•25 + 1,10•25•30•(0,15 + 0,005) = 132 (т).

Уравнение масс в функции водоизмещения будет представлено в виде:

= р_к • + р_об • + р_м • (х_s/C)+ р_т • k_м • k_в• k_т • (r • х_s/C)+

+ р_б • + р_з • + Р₁₄ + Р_{г .}

.

После приведения подобных:

D = 0,243•D + 4,165•D^2/3 + 46132.

Решим уравнение графически. Введем переменную x и построим графики x = f(D) для левой и правой части равенства.

D = х = 0,243•D + 4,165•D^2/3 + 46132.

График функции D = x - прямая.

График функции х = 0,243•D + 4,165•D^2/3 + 46132- кубическая парабола

Графики функций пересекаются в точке D = 70 313 т. Это и есть решение уравнения.

Найдем главные размерения проектируемого судна. Будем считать, что коэффициент

общей полноты д не изменился.

л = ( ^D/ D₀)^1/3 = ( ⁷⁰³¹³/₆₃₃₀₉)^1/3 = 1,036.

L = л * L₀ = 1,036 • 234,0 = 242,42 (м),

B = л * B₀ = 1,036 • 32,5 = 33,67 (м),

T = л * T₀ = 1,036 • 11,28 = 11,69 (м),

H = л * Н₀ = 1,036 • 18,29 = 18,95 (м),

= 1,025 • 0,720 • 242,42 • 33,67 • 11,69 = 70 418 (т).

N = D^2/3 • х_s ³ /_С = 70 418^2/3 • 19³ /₃₄₉ = 33514 (кВт).

Определим нагрузку судна.

Р_к = р_к • D = 0,206 • 70 418 = 14 506 (т).

Р_об = р_об • D = 1,228 • 70 418^2/3 = 2094 (т).

Р_м = р_м • N = 0,100 • 33514 = 3351 (т).

Р_т = р_т • k_м • k_в • k_т • N • r / х_s = 0,190•10^-3 • 1,10 • 1,05 • 1,07 • 33514 • 4 000 / 19 = = 1657 (т).

Р_б = р_б • D = 0,017 • 70 418 = 1197 (т).

Р_зв = р_зв • D = 0,020 • 70 418 = 1408 (т).

Р_э = 132 (т).

Р_г = 46000 (т).

Итого: D = 70 345 (т).

Погрешность ДD = 70 345 - 70 418 = - 73 (т).

Для того чтобы водоизмещение по главным размерениям равнялось водоизмещению по нагрузке откорректируем величину Р_зв. Повысим запас водоизмещения на ДD. Тогда Р_зв = 1481 т.

Для составления уравнения масс в функции главных размерений выразим все размерения через длину. Отношение главных размерений прототипа:

,

,

.

Тогда:

,

,

.

Если принять д = д₀, то уравнение масс в функции главных размерений будет представлено в виде:

После приведения подобных получим уравнение:

4,941•10^-3 L³ = 0,067•10^-3 L^7/2 + 35,594•10^-3 L² + 57,017•10^-3 L² + 28,186•10^-3 L² + 0,084•10^-3 L³ + 0,099•10^-3 L³ + 46 132.

или

0,067•10^-3 L^7/2 - 4,758•10^-3 L³ +120,797•10^-3 L² + 46 132 = 0.

Решим уравнение графически. Построим график функции f(L) = х.

График функции пересекает ось абсцисс в точке L = 242,93 м. Это и есть решение уравнения.

Найдем главные размерения и водоизмещение проектируемого судна.

B = 242,93/7,2 = 33,74 (м),

T = 242,93/20,743 = 11,71 (м),

H = 242,93/12,794 = 18,99 (м),

= 1,025 • 0,720 • 242,93 • 33,74 • 11,71 = 70834 (т).

N = D^2/3 • х_s ³ /_С = 70 834^2/3 • 19³ /₃₄₉ = 33 646 (кВт).

Определим нагрузку судна.

Р_к = q_к • ^4/3 • L^5/2 • В • (Т/_Н) =1,206•10^-3 • 0,720^4/3 • 242,93^5/2 • 33,74 • • (^11,71/_18,99) = 14894 (т),

Р_об = q_об • (L • В • Н)^2/3 = 0,726 • (242,93 • 33,74 • 18,99)^2/3 = 2101 (т),

Р_м = р_м • N = 0,100 • 33646 = 3365 (т),

Р_т = р_т • k_м • k_в • k_т • N • r / х_s = 0,190•10^-3 • 1,10 • 1,05 • 1,07• 33646 • 4000 / 19 = = 1663 (т),

Р_б = 0,047 • D =0,017 • 70 834 = 1204 (т).

Рзв = Рз • D = 0,020 • 70 834 = 1417 (т).

Р_э = 132 (т).

Р_г = 46 000 (т).

Итого: D = 70 776 (т).

Погрешность составляет ДD = 70 776 - 70 834 = -58 т. Откорректируем значение запаса водоизмещения. Примем Р_зв = 1475 т.

В качестве прототипа возьмем судно, элементы которого получены в результате решения алгебраического уравнения масс.

Элементы прототипа:

L = 242,93 м; Н = 18,99 м;

В = 33,74 м; д = 0,72;

Т = 11,71 м; D = 70 834 т.

Характеристики прототипа:

х_s = 19 уз; n_э = 25 чел;

r = 4 000 миль; р_э = 150 кг/чел;

А = 30 сут; р_в = 150 кг/чел•сут;

k_м = 1,10; р_пр = 5 кг/чел•сут;

k_в = 1,05; С = 349.

k_т = 1,07;

Нагрузка прототипа:

Р_к = 14 894 т; Р_б = 1204 т;

Р_об = 2101 т; Р_зв = 1417 т;

Р_м = 3365 т; Р_э = 132 т;

Р_т = 1663 т; Р_г = 46 000 т.

Измерители прототипа:

q_к = 1,206•10^-3; р_т = 0,190•10^-3;

q_об = 0,726; р_б = 0,017;

р_м = 0,100; р_зв = 0,020.

Будем считать, что у проектируемого судна изменились следующие показатели:

dr = + 6000 миль;

dk_м = + 0,1;

dС = - 49.

Исправим нагрузку прототипа и найдем величину dP.

Р'_к = 14 894 (т);

Р'_об = 2101 (т);

Р'_м = р_м • (D^2/3 • х_s ³ /_С) = = 3914 (т);

Р'_т = р_т • k_м • k_в • k_т • (D^2/3 • х_s ³ /_С) • r / х_s = 0,190 •10^-3 • (1,10 + 0,1) • 1,05 • 1,07 • • • (4000 + 6000) / 19 = 5277 (т);

Р'_б = 1204 (т);

Р'_зв = 1417 (т);

Р'_э = р_э • n_э + k_м • n_э • А • (р_пр + р_в) = 0,15 • 25 + (1,10 + 0,1) • 25 • 30 • (0,15 + 0,005) = = 143 (т);

P'_г = 46 000 (т);

D' = 14894 + 2101 + 3914 + 5277 + 1204 + 1417 + 143 + 46000 = 74 950 (т);

dP = 74 950 - 70 834 = 4116 (т).

Найдем частные производные.

Выразим приращения размерений через приращение длины.

dд = 0;

, .

, .

, .

dB = ^dL/_242,93/33,74 = ^dL/_7,2;

dT = ^dL/= = ^dL/_20,75;

dH = ^dL/_242,93/18,99 = ^dL/_12,79.

Тогда:

4116 =

.

В результате получим:

L = L₀ + dL, В = В₀ + dВ,

Т = Т₀ + dТ, Н = Н₀ + dН,

dL = 7,70 (м). L = 242,93 + 7,70 = 250,63 (м).

dВ = 7,70 /7,2 = 1,07 (м). В = 33,74 + 1,07 = 34,81 (м).

dТ = 7,70 /20,75 = 0,37 (м). Т = 11,71 + 0,37 = 12,08 (м).

dН = 7,70 /12,79 = 0,60 (м). Н = 18,99 + 0,60 = 19,59 (м).

Тогда водоизмещение:

D = .

D = 70 834 + • 70 834 = 77 564 (т).

С другой стороны:

D = гдLBT D = 1,025?0,72?250,63?34,81?12,08 =77 779 (т)

Определим нагрузку судна:

dP_k =P_k /L? dL + P_k /B ?dB

(P_k)₁ = P_k + P_k /L? dL + P_k /B ?dB = P_k(1 + dL/L + ?dB/B) =

= 14894 (1 +) = 16 546 (m)

dP_ob = P_ob/L? dL + P_ob / B?dB + P_ob / H?dH

(P_ob)₁ = P_ob(1 + (dL /L + dB / B + dH /H)) =

= 2101(1 + ()) = 2 234 (m)

dP_м = Р_м /L?dL +Р_м /В?dB +Р_м /Т?dT

(P_м)₁ = P_м(1+( dL /L + dB / B + dT /T))=

= 3914 (1+()) = 4 162 (т)

dP_m = P_m /L? dL + P_m /B? dB + P_m /T ?dT

(P_m)₁ = P_m (1+( dL /L + dB / B + dT /T))=

= 5277 (1 + ()) = 5 611 (m)

dP_зв = P_зв/L? dL + P_зв /B? dB + P_зв /T ?dT

(P_зв)1 = P_зв (1+ dL /L + dB / B + dT /T)=

= 1417 (1+) = 1 552 (m)

dP_b = P_b/L? dL + P_b /B? dB + P_b /T ?dT

(P_b)1 = P_b (1+ dL /L + dB / B + dT /T)=

= 1204 (1+) = 1 318 (m)

(Р_э)₁ = Р_э = 143 (т);

(Р_г) = Р_г = 46 000 (т);

D = УР_i = 77 566 (т).

Погрешность составляет ДD = 77 566 - 77 779 = -213.

Откорректируем значение запаса водоизмещения. Примем Р_зв = 1552 + 213 = 1765 т. Тогда D = УР_i = 77 779 т.

В качестве прототипа возьмем судно, элементы которого получены в результате решения алгебраического уравнения масс.

Элементы прототипа:

L = 242,93 м; Н = 18,99 м;

В = 33,74 м; д = 0,72;

Т = 11,71 м; D = 70 834 т.

Характеристики прототипа:

х_s = 19 уз; n_э = 25 чел;

r = 4 000 миль; р_э = 150 кг/чел;

А = 30 сут; р_в = 150 кг/чел•сут;

k_м = 1,10; р_пр = 5 кг/чел•сут;

k_в = 1,05; С = 349.

k_т = 1,07;

Нагрузка прототипа:

Р_к = 14 894 т; Р_б = 1204 т;

Р_об = 2101 т; Р_зв = 1417 т;

Р_м = 3365 т; Р_э = 132 т;

Р_т = 1663 т; Р_г = 46 000 т.

Измерители прототипа:

q_к = 1,206•10^-3; р_т = 0,190•10^-3;

q_об = 0,726; р_б = 0,017;

р_м = 0,100; р_зв = 0,020.

Будем считать, что у проектируемого судна изменились следующие показатели:

dr = + 6000 миль;

dk_м = + 0,1;

dС = - 49.

Найдем сумму частных производных по водоизмещению.

= (14 894 + 2/3?2101 + 2/3?3365 + 2/3?1663 + 1204 + 1417) / 70834 = 0,314

Коэффициент Нормана:

з_н =

з_н = = 1,458.

Найдем [dF]₀:

[dP_к]₀ = 0;

[dP_об]₀ = 0 (т);

,

[dP_м]₀ = • 3365 = 472 (т);

[dP_т]₀ = d(p_mk_м k_bk_m ((D^2/3r) / C)v_s²) = (dp_m / dk_м )dk_м + (dp_m / dk_в)dk_в + (dp_m / dk_m)dk_m + (dp_m /dp_m) dp_m +(dp_m /dv_s)dv_s + (dp_m /dr)dr + (dp_m /dC)dC = k_мk_bk_mD^2/3 v_s² (r /C)dp_m +p_mk_bk_mD^2/3v_s²(r /C)dk_м + p_mk_мk_mD^2/3v_s²(r /C)dk_в+p_mk_м k_вD^2/3v_s²(r/C)dk_m+ 2p_mk_м k_вk_mD^2/3v_s(dr/C)dv_s+ p_mk_м k_в k_m D^2/3v_s² (dr/C) -p_mk_м k_вk_mD^2/3 v_s²(dr /C²)dC = P_m(dp_m /p_m) +P_m(dk_м/k_м) +P_m(dk_в/k_в) +P_m(dk_m /k_m) +2P_m(dv_s/v_s) +P_m (dr /r) -P_m(dC /C) = P_m(dp_m/p_m + dk_м/k_м +dk_в /k_в +dk_m/k_m+2dv_s/v_s+dr /r - dC/C)

[dP_т]₀ = • 1663 = 2877 (т);

[dP_б]₀ = 0;

[dP_зв]₀ = 0.

[dF]₀ = 0 + 0 + 472 + 2877 + 0 + 0 = 3349 (т).

Найдем приращение независимых масс:

dP_г = 0 (т),

dP_э = P_э - P_э0 = р_э n_э + k_м n_э A (р_в + р_пр) - P_э0 = 0,150 • 25 + (1,10 + 0,1) • 25 • 30 • • (0,150 + 0,005) - 132 = 11 (т).

dР = 0 + 11 = 11 (т).

Найдем приращение водоизмещения: или или

dD = з_н(dР + [dF]₀),

dD = 1,458 • (11 + 3349) = 4899 (т).

Определим элементы проектируемого судна:

D = D₀ + dD = 70 834 + 4899 = 75 733 (т).

л = ³= (75733 / 70834)^1/3 = 1,023.

L = L*л = 242,93 • 1,023 = 248,52 (м),

B = B*л = 33,74 • 1,023 = 34,52 (м),

H = H*л = 18,99 • 1,023 = 19,43 (м),

T = T*л = 11,71 • 1,023 = 11,98 (м),

д = 0,72.

D = гдLBT = 1,025 • 0,72 • 248,52 • 34,52 • 11,98 = 75 848 (т).

Найдем нагрузку судна:

Р_i = Р_i0 +.

P_к = 14894 + • 4899 + 0 = 15924 (т),

P_об = 2101 + • 4899 + 0 = 2198 (т),

P_м = 3365 + • 4899 + 472 = 3992 (т),

P_т = 1663 + • 4899 + 2877 = 4617 (т),

P_б = 1204 + • 4899 + 0 = 1287 (т),

P_зв = 1417 + • 4899 + 0 = 1515 (т),

P_э = 132 (т),

P_г = 46 000 (т).

D = УP_i = 75 665 (т).

Погрешность ДD = 75665 - 75848 = -183 (т). Откорректируем значение запаса водоизмещения. Примем Р_зв = 1515 + 183 = 1698 т.

Найдем основные элементы судна, водоизмещение которого было определено выше.

D = 75 848 т; х_s = 19 уз; Р_г = 46 000 т.

n_л = 150 шт. Размеры лихтера: 20*5*5 м.

Начнем проектировать судно исходя из размеров и количества лихтеров.

Примем судно с 9 трюмами, в каждом из которых по 18 лихтеров (6 по ширине и 3 по высоте).

Примем L = 235,00 м, В = 34,00 м, Н = 19,00 м.

= 6,9; = 1,8; = 0,5;

Минимальная длина форпика L_ф = 0,05L = 0,05•235,00 = 11,75 (м),

Максимальная длина форпика L_ф = 0,08L = 0,08•235,00 = 18,8 (м),

Примем L_ф = 12,00 (м).

Примем L_а = L_ф = 12,00 (м).

Коэффициент длины МО для МОД в носовой части судна k = 0,13, длина МО-L_мо = = kL = 0,13•235,00 = 30,55 (м). Примем L_мо = 31,0 м.

Длина грузовой части L_г = L - (L_ф + L_а + L_мо) = 235,00 - (12,0 + 12,0 + 31,0) = = 180,0 (м).

Число Фруда Fr = = = 0,203.

Коэффициент общей полноты:

д = 0,48 + (0,28 - Fr)^1/2 ± 0,110 = 0,48 + (0,28 - 0,203)^1/2 ± 0,110 = 0,757 ± 0,110

или

д = 1,09 - 1,68 Fr ± 0,120 = 1,09 - 1,68 • 0,203 ± 0,120 = 0,749 ± 0,120

Для лихтеровозов:

д = 0,91 - 1,10 Fr ± 0,060 = 0,91 - 1,10 • 0,203 ± 0,060 = 0,687 ± 0,060

или

д = = =0,672 ± 0,02

Примем д = 0,730.

Коэффициент продольной остроты:

ц = 1,05 - 1,50 Fr ± 0,020 = 1,05 - 1,50•0,203 ± 0,020 = 0,745 ± 0,020

Примем ц = 0,735.

Коэффициент полноты КВЛ:

б = 0,86 ц + 0,180 ± 0,070 = 0,86•0,735 + 0,180 ± 0,070 = 0,812 ± 0,070.

или

б = (0,985 ± 0,075) ц^2/3 = (0,985 ± 0,075)•0,735^2/3 = 0,802 ± 0,061.

или

б = 0,98 д^1/2 ± 0,060 = 0,98•0,730^1/2 ± 0,060 = 0,837 ± 0,060.

Примем б = 0,805.

Коэффициент вертикальной полноты:

ч = д/б = 0,730 / 0,805 = 0,907.

Коэффициент полноты мидель-шпангоута по формуле Вашедченко:

в = 1 - 3,5 (1 - ч)^2,5 ± 0,004 =1 - 3,5•(1 - 0,907)^2,5 ± 0,004 = 0,991 ± 0,004.

По определению:

в = д/ц = 0,730 / 0,735 = 0,993.

Определим ширину и осадку. Примем = 0,02; о = 0,7.

Параметр ц₁ по формуле Эйлера

ц1 = = = 0,524,

по формуле Ногида

ц1 = = = 0,530,

по формуле Ашика

ц1 = 0,858 - 0,37 = = 0,522.

Примем ц₁ = 0,530.

Параметр ц₂ по формуле Ашика не рассчитываем т.к. б = 0,805 > 0,77.

по формуле Нормана

ц2 = = = 0,077,

по формуле Яковлева

ц2 = = = 0,076.

Примем ц₂ = 0,077.

Уравнение остойчивости

0,03 =

Отсюда = 2,701.

Примем В = 34,00 м (6 лихтеров по ширине + 4,0 м двойной борт), тогда Т == == 12,59 м.

Период бортовой качки судна

ф = с = 0,75 • = 25,25 (сек).

Проверим высоту борта по правилам о Грузовой марке.

Высота базисного надводного борта для судна совершающего международные рейсы длиной L = 235,00 м составляет Н_бн = 3,55 м.

Будем проектировать судно без седловатости, с баком.

ДНz = 9,975·10^-3 =9,975 ••10^-3 = 0,88 (м).

Так как д = 0,73 > 0,68, то коэффициент k_д = == 1,037.

Отношение L/H = ^235,00/_17,00 = 13,82 < 15. Поправка ДН_L: