Подгруппа 010101

Наружная обшивка с набором:

где р_но = 1.82•10^-2 - измеритель массы наружной обшивки;

n = 1 - число палуб;

Щ = L(1.7 H + д B) = 220•(1.7•15.8 + 0.65•32.2) = 10514 м² - площадь поверхности наружной обшивки.

Двойное дно с междудонным набором:

где р_дд = 3.27•10^-2 - измеритель массы двойного дна;

h = 1.8 м - высота двойного дна;

h_норм = 0.15•(В^1/2Т^1/4) = 0.15•(32.2^/2•12^1/4) = 1.58 м - высота двойного дна по правилам DNV.

Р₀₁₀₁₀₁ = Р_но + Р_дд = 1929 + 2573 = 4502 т.

Подгруппа 010102

Главная палуба:

P_гп = p_гп k_лLB^1.25 = 4.6•10^-2 •0.82•220•32.2^1.25 = 639 т,

где р_гп = 4.6•10^-2 - измеритель массы палубы;

- коэффициент влияния грузовых люков;

У l_л = 166 м - суммарная длина люков.

Платформы:

т,

т,

где р_пл = 2.65•10^-3 - измеритель массы платформ;

l_пл1 = 150 м - длина первой платформы;

l_пл2 = 110 м - длина второй платформы.

Палуба бака:

т,

где р_б = 1.24•10 ^{- 2};

Р₀₁₀₁₀₂ = 639 + 442 + 257 + 6 = 1344 т.

Подгруппа 010103

Поперечные переборки:

т,

где n = 8 - число поперечных переборок;

Для однопалубных судов с Н > 7 м р_пер = 0.69•10 ^{- 2},k = 7/3.

Продольные переборки и двойные борта:

т,

где р_пр = 0.62•10 ^{- 2};

l _cум = 160 м - суммарная длина продольных переборок и двойных бортов.

Р₀₁₀₁₀₃ = Р_пер + Р_пр = 724 + 436 = 1160 т.

Подгруппа 010104

Надстройки:

т,

где р_н = 17•10^-2, n = 1;

f(h_н) = 0.19 h_н + 0.55 = 0.19•2.6 + 0.55 = 1.044;

h_н = 2.6 м - высота надстроек (продольных комингсов);

l_н = 166 м - суммарная длина надстроек (включая продольные комингсы гру-зовых люков).

Рубка:

т,

где р_р = 12.3•10 ^{- 2}, n = 1;

f(h_p) = 0.19 h_р + 0.55 = 0.19•25 + 0.55 = 5.30;

f(b_p) = 1.13(b_р/В) + 0.15 = 1.13•(19.2/32.2) + 0.15 = 0.82;

l_р = 10 м - длина рубки;

h_р = 25 м - высота рубки;

b_р = 19.2 м - ширина рубки.

Р₀₁₀₁₀₄ = Р_н + Р_р = 949 + 173 = 1122 т.

Подгруппа 010105 и 010106

Специальные конструкции и выступающие части:

т,

где р_мо = 2.17•10 ^{- 3} - для судов с L> 90 м (при кормовом расположении МО);

р_ск = (1.28 ± 0.20)•10 ^{- 2} = 1.08•10 ^{- 2}.

Р₀₁₀₁₀₅ + Р₀₁₀₁₀₆ = Р_мк = 1843 т.

Итого: Группа 0101 - Корпус металлический.

P₀₁₀₁ = P₀₁₀₁₀₁ + P₀₁₀₁₀₂ + P₀₁₀₁₀₃ + P₀₁₀₁₀₄ + P₀₁₀₁₀₅ + P₀₁₀₁₀₆ =

= 4502 + 1344 + 1160 + 1122 + 1843 = 9971 т

Группа 0102 - Фундаменты и подкрепления

Р₀₁₀₂ = P_ф = (3.25 ± 1.14)•10^-3LBH = 4.39•10^-3•220•32.2•15.8 = 491 т.

Группа 0103 - Дельные вещи

Р₀₁₀₃ = P_дв = (0.234 ± 0.104)(LBH)^2/3 = 0.234•(220•32.2•15.8)^2/3 = 543 т.

Группа 0104 - Неметаллические части корпуса

Р₀₁₀₄ = P_н/мет = (0.225 ± 0.029)(LBH)^2/3 = 0.254•(220•32.2•15.8)^2/3 = 590 т.

Группа 0105 - Покрытия, окраска

Окраска и протекторы:

P_оп = (0.0425 ± 0.099)(LBH)^2/3 = 0,0725•(220•32.2•15.8)^2/3 = 168 т.

Цементировка:

P_ц = (2.75 ± 0.71)•10^-2LB = 2.75•10^-2•220•32.2 = 195 т.

Р₀₁₀₅ = P_оп + P_ц = 590 + 168 = 363 т.

Группа 0106 - Изоляция и зашивка

Р₀₁₀₆ = P_из = (0.136 ± 0.035)(LBH)^2/3 = 0.136•(220•32.2•15.8)^2/3 = 316 т.

Группа 0107 - Воздух в корпусе

Р₀₁₀₇ = P_возд = (9.3 ± 3.5)•10 ^{- 4}D = 9.3•10^-4•56637 = 53 т.

Группа 0108 - Оборудование помещений

Р₀₁₀₈ = P_об = (1.26 ± 0.47) n_эк = 1.73•25 = 43 т.

Итого: Раздел 01 - Корпус

P₀₁ = Р₀₁₀₁ + … + Р₀₁₀₈ = 12371 т.

Раздел 02 - Устройства судовые

P₀₂ = (0.49 ± 0.06) D^2/3 = 0.49•56637^2/3 = 723 т.

Раздел 03 - Системы

P₀₃ = (0.21 ± 0.04) D^2/3 = 0.21•56637^2/3 = 310 т.

Раздел 04 - Энергетическая установка

P₀₄ = р₀₄ N(1 - k) = 0.09•27390•(1 - 0.05) = 2341 т,

где р₀₄ = 0.09 т/кВт - измеритель массы энергетической установки;

k = 0.05 - поправка на расположение машинного отделения (для судов с кормовым расположением МО).

Раздел 05 - Электрооборудование

P₀₅ = (0.23 ± 0.05) D^2/3 = 0.23•56637^2/3 = 339 т

Раздел 10 - Постоянный балласт

P₁₀ = 2000 т.

Раздел 11 - Запас водоизмещения

Запас водоизмещения примем равным 1 % от водоизмещения:

Р₁₁ = 0.01•D = 0.01•56637 = 566 т.

Раздел 12 - Постоянные жидкие грузы

Р₁₂ = 0.0075•D = 0.0075•56637 = 425 т.

Разделы 07, 09, 13

Вооружение, запасные части, снабжение, имущество

P₀₇ + P₀₉ + P₁₃ = D - DW - (P₀₁ + Р₀₂ + Р₀₃ + Р₀₄ + Р₀₅ + Р₁₀ + Р₁₁ + Р₁₂) =

= 56637 - 37400 - (12371 + 723 + 310 + 2341 + 339 + 2000 + 566 + 425) = 162 т.

Раздел 14

Экипаж, провизия, вода, расходные материалы и среды:

Р₁₄ = р_э n_э + k_м n_э (А_вр_в + А_прр_пр) = 0.13•25 + 1.10•23•(5•0.10 + 30•0.005) = 26 т,

где k_м = 1.10 - коэффициент морского запаса;

А_пр = 30 сут. - автономность по запасам провизии;

А_в = 5 сут. - автономность по запасам пресной воды (предполагается наличие опреснительной установки);

р_э = 150 кг/чел - измеритель массы экипажа;

р_пр = 3 кг/чел•сут - измеритель массы провизии;

р_в = 100 кг/чел•сут. - измеритель массы воды.

Раздел 16 - Запасы топлива, масла, воды

т

где p_т = 1.8·10 ^{- 4} кг/кВт - измеритель массы топлива;

k_м = 1.10 - коэффициент морского запаса;

k_в = 1.03 - коэффициент внутреннего потребления;

k_т = 1.07 - коэффициент учитывающий запасы смазочного масла и питательной воды;

r = 7000 миль - дальность плавания;

v_s = 21 уз. - эксплуатационная скорость судна.

Масса остальных разделов:

Р₁₅ + Р₁₇ + Р₁₈ = DW - (Р₁₄ + Р₁₆) = 37400 - (26 + 1992) = 35382 т.

Раздел 15 - Груз перевозимый

Р₁₅ = n_TEU • M_TEU = 2500•14 = 35000 т,

где n_TEU = 2500 шт. - количество перевозимых 20-футовых контейнеров;

M_TEU = 14 т - масса 20-футового контейнера с учетом недогруза.

Разделы 17, 18 - Переменные жидкие грузы, жидкий балласт

Р₁₇ + Р₁₈ = 382 т.

Проектная нагрузка

КорпусPк=14327 т
ОборудованиеPоб=1577 т
МеханизмыPм=2341 т
ТопливоPт=1992 т
БалластPб=807 т
ЭкипажPэ=26 т
Груз перевозимыйPт=35000 т
Запас водоизмещенияPзв=566 т
Полное водоизмещениеPзв=56637 т

1.8 Описание архитектурно-конструктивного типа судна

Проектируемое судно - одновинтовой однопалубный контейнеровоз ячеистой конструкции с кормовым расположением машинного отделения. Энергетическая установка - малооборотный дизель с наддувом с прямой передачей на винт. Форма корпуса - круглоскулая с цилиндрической вставкой, носовым бульбом и транцевой кормой. Корпус судна с двойными бортами и двойным дном, протяженностью от ахтерпиковой переборки до носового диптанка.

Судно оборудовано для перевозки 20', 40' и 45' контейнеров. Контейнеры размещаются в грузовых трюмах, разделенных водонепроницаемыми переборками, и на палубе, на закрытиях люков. Контейнеры крайних рядов, устанавливаемые на люках, выступают за габариты закрытий. Свешивающиеся части контейнеров опираются на усиленный фальшборт.

Люковые закрытия - съемные, понтонного типа, водонепроницаемые, оборудованные для закрепления контейнеров первого яруса поворотными замками.

В межбортном пространстве расположены балластные цистерны. Верхняя часть междубортных цистерн образует продольную коробчатую балку. Коробчатыми подпалубными балками заканчиваются и поперечные переборки.

Трюмы разделены по длине на ячейки горизонтальными и вертикальными перекрестными балками, заканчивающимися коробчатыми бимсами. Поперечные комингсы люков совпадают с бимсами. Направляющие стойки ячеек, изготовленные из угольников, крепятся к бимсам через кронштейны, чтобы избежать искривления стоек от местных неровностей корпусных конструкций. У комингсов люков направляющие заканчиваются раструбами для облегчения заводки контейнеров. Листы настила второго дна у оснований направляющих стоек усилены накладками. По линиям опор стоек установлены дополнительные флоры и стрингеры.

В кормовой части судна расположены судовые запасы, оборудование, вооружение, снабжение и большая часть судовых устройств и систем.

1.9 Разработка теоретического чертежа

Теоретический чертеж, изображающий поверхность судна и дающий самую полную характеристику его формы, строится на основании определенных в процессе проектирования главных размерений и коэффициентов полноты.

Поскольку основные характеристики теоретического чертежа (коэффициенты полноты, ординаты центра величины и др.) являются одновременно и характеристиками строевых, последние играют значительную роль во многих случаях построения теоретического чертежа.

В данном дипломном проекте построение теоретического чертежа производится в несколько этапов.

На первом этапе разрабатывается строевая по шпангоутам и КВЛ. На следующем этапе на их основе производится построение обводов судна. Завершающим этапом является построение согласованной с полученными ранее обводами теоретической поверхности корпуса судна с использованием САПР «Fastship».

Разработка строевой по шпангоутам

Построение строевой по шпангоутам заключается в следующем. Сначала для носовой и кормовой частей строится трапеция, равная по площади соответствующей части строевой.

Площадь наиболее полного шпангоута (мидель-шпангоута)

щ = дBT = 0.65•32.2•12 = 374.808 м².

Длины носового и кормового заострения определяются по формуле:

.

Необходимые для определения L_нз и L_кз коэффициенты ц_н и ц_к можно найти из выражения, связывающего положение ЦВ с полнотой носовой и кормовой частей строевой

,

зависимости x_c/L = f(д), полученой по данным Вагенингенского бассейна

x_c/L = 0.12(д - 0.63).

и выражения

Составляем систему уравнений

Решая её, получаем ц_н = 0.675, ц_к = 0.665.

Подставляя значения ц_н и ц_к в выражение для определения длин заострений, получаем:

L_нз = (1 - ц_н)L = (1 - 0.675)•220 = 71.5 м.

L_кз = (1 - ц_к)L = (1 - 0.665)•220 = 73.7 м.

Корпус судна проектируется с цилиндрической вставкой, поэтому необходимо определить её протяженность в нос и корму. Для этого определим сглаженные длины носового и кормового заострений.

Относительную длину сглаженного носового заострения находим исходя из рекомендаций Вагенингенского опытового бассейна (для Fr = 0,22 - 0,25):

.

Абсолютная длина сглаженного носового заострения

L'_нз = 0.426•l_нз = 93.8 м,

тогда протяженность цилиндрической вставки в нос

L_нц = L/2 - L'_нз = 220/2 - 93.8 = 16.2 м.

Относительную длину сглаженного кормового заострения находим по формуле Бэккера:

.

Абсолютная длина сглаженного кормового заострения

L'_кз ? 0.36•l_кз = 79.4 м,

тогда протяженность цилиндрической вставки в корму

L_кц ? L/2 - L'_кз = 220/2 - 79.4 = 30.6 м.

Окончательно принимаем L_нц = L_кц = 16 м.

После разработки строевой в упрощенной форме производится ее сглаживание - преобразование от ломаной линии к плавной кривой, таким образом, чтобы площадь ограниченная сглаженной строевой оставалась равной площади ограниченной ломанной линией.

Разработка конструктивной ватерлинии

Построение КВЛ осуществляется аналогично построению строевой по шпангоутам, заменяя ц на б, а х_с/L на относительную абсциссу центра тяжести площади КВЛ - х_f/L. Тогда расчетные зависимости, используемые для построения КВЛ, принимают следующий вид:

Решая систему уравнений, получаем б_н = 0.775, б_к = 0.785.

Подставляя значения б_н и б_к в выражение для определения длин заострений КВЛ, получаем:

L_нз = (1 - б_н)L = (1 - 0.775)•220 = 47.3 м.

L_кз = (1 - б_к)L = (1 - 0.785)•220 = 49.5 м.

Далее был построен обвод ДП, ориентируясь на форму штевней основной модели серии, использованной при расчете коэффициента остаточного сопротивления, а также линии плоского днища и борта, и верхней палубы.

Разработка шпангоутов методом равновеликих прямоугольников

После разработки строевой по шпангоутам и КВЛ приступают к построению теоретических шпангоутов. Основой для построения каждого шпангоута является его площадь щ_i, снимаемая со строевой, ордината полушироты у_i, снимаемая с обвода КВЛ и текущая осадка Т_i, снимаемая с обвода ДП. Необходимая для построения величина полуширины равновеликого прямоугольника находится по формуле b_i = щ_i/2Т_i (значения b_i, рассчитанные для 20 шпангоутов приведены в таблице 1.2). По этим значениям были построены равновеликие половине площади каждого шпангоута прямоугольники.

Далее были построены плавные ветви шпангоутов таким образом, чтобы площадь ограниченная сглаженной ветвью шпангоута оставалась равной площади, ограниченной прямоугольником. При построении учитывались координаты точек сопряжения плоского борта и днища с криволинейными частями шпангоутов.

Таблица 1.2 Значения величин, необходимых для построения шпангоутов

№ п/п	xi	щi	Bi/2	bi
0	113	13.943	0	0.581
1	110	27.478	0	1.145
2	105	48.81	1.767	2.034
3	100	70.307	3.512	2.929
4	95	92.856	5.215	3.869
5	85	139.083	8.459	5.795
6	75	186.138	11.536	7.756
7	60	258.673	15.101	10.778
8	45	322.209	16.1	13.425
9	30	362.321	16.1	15.097
10	0	374.808	16.1	15.617
11	-30	367.958	16.1	15.332
12	-45	339.642	16.1	14.152
13	-60	278.167	14.708	11.59
14	-70	225.488	12.497	9.395
15	-80	158.814	10.018	6.617
16	-90	84.74	7.394	3.531
17	-96	41.503	5.774	1.729
18	-101.3	10.367	4.325	0.432
19	-106	2.159	3.034	0.09
20	-110	0.5	1.948	0.021

Построение теоретической поверхности корпуса судна с использованием САПР «Fastship».

В САПР «Fastship» предусмотрена возможность контуров сечений корпуса для последующего визуального контроля соответствия сечений проектируемой поверхности исходным данным (также существует возможность автоматической привязки поверхности к импортированным контурам). Для этого необходимо сформировать текстовые файлы (расширение .dig) с координатами точек сечений. После чего файлы импортируются в программу «Fastship».

Для построения поверхности корпуса проектируемого судна были созданы файлы с координатами контуров шпангоутов, КВЛ, линий плоского борта и днища и верхней палубы (для построения всех линий была использована программа КОМПАС, после чего в ней же были сняты координаты линий, перечисленных выше).

На первом этапе построения теоретической поверхности была создана плоскость с размерами, соответствующими главным размерениям проектируемого судна. Затем на плоскости были созданы линии плоского борта и днища. После этого были импортированы файлы с координатами контуров шпангоутов, КВЛ, линий плоского борта и днища, а также верхней палубы. Далее путем перемещения контрольных точек сетки были сформированы носовая и кормовая часть поверхности корпуса. В процессе формирования поверхности визуально контролировалось соответствие формы сечений импортированным линиям. На заключительном этапе построения поверхности путем проведения автоматизированных гидростатических расчетов также контролировались водоизмещение и значения коэффициентов полноты. После того, как была сформирована поверхность, была запущена автоматическая процедура сглаживания сечений, сгенерирован теоретический чертеж в формате DXF и плазовая таблица, необходимая для проведения дальнейших гидростатических расчетов в программе «TransShip».

1.10 Удифферентовка и балластировка судна

Удифферентовка судна

Проектной удифферентовкой называется операция, в процессе которой положение центра тяжести проектируемого судна совмещается с положением центра величины.

В программе «TransShip» находим величину x_c = 1.15 м для заданной осадки.

Координаты ЦТ определяются из уравнения моментов, составленных относительно плоскости мидель-шпангоута и ОП. Для этого составляется таблица нагрузки (см. таблицу 1.3), в которой учитываются все составляющие водоизмещения и их распределение по длине и высоте судна.

Судно было удифферентовано путем перемещения постоянного твердого балласта массой 2000 т в точку с координатами x = 3 м, z = 0.9 м, и приема жидкого балласта массой 382 т в цистерну форпика с координатами ЦТ x = 91.1 м, z = 8 м.

Координаты общего ЦТ:

м;

м.

В результате расчета получили равенство x_c = x_g. Отсюда делаем вывод, что дифферент равен нулю, судно сидит на ровный киль по рабочую осадку.

Найдем относительное возвышение центра тяжести

.

Принятое ранее о = 0.7.

Таблица 1.3 Удифферентовка судна в полном грузу

Код раздела	Наименование раздела нагрузки	Масса, т Pi	Плечи, м	Моменты, т•м
			xi	zi	Pixi	Pizi
010101	Наружная обшивка	1929	5.00	7.400	9644	14274
	Двойное дно	2573	10.00	0.900	25729	2316
010102	Главная палуба	639	0.00	15.80	0	10091
	Платформы	699	10.00	8.00	6993	5595
010103	Поперечные переборки	724	98.00	12.00	8866	724
			70.40	9.40	6369	567
			42.80	8.80	3872	531
			15.20	8.60	1375	519
			-12.40	8.60	-1122	519
			-40.00	8.60	-3619	519
			-67.60	9.20	-6115	555
			-98.60	9.80	-8920	591
	Двойные борта	436	5.00	8.80	2182	3841
010104	Надстройки бака	955	106.50	17.50	101713	16713
	Рубка	173	-74.10	28.30	-12814	4894
010105 010106	Спец. конструкции и выступающие части	1843	10.00	5.00	18428	9214
0102	Фундаменты и подкрепления	491	-82.20	0.90	-40390	442
0103	Дельные вещи	543	10.00	15.80	5435	8587
0104	Неметаллические части	590	-74.10	28.30	-43713	16695
0105	Окраска	168	0.00	8.00	0	1347
	Цементировка	195	0.00	1.80	0	351
0106	Изоляция и зашивка	316	-74.10	15.80	-23405	4991
0107	Воздух в корпусе	53	0.00	6.60	0	348
0108	Оборудование помещений	43	-74.10	28.30	-3205	1224
02	Устройства	723	0.00	12.00	0	8672
03	Системы	310	-74.40	1.80	-23042	557
04	СЭУ	2341	-82.20	2.60	-192422	6086
05	Электрооборудование	339	-82.00	8.00	-27815	2714
07, 09, 13	Штурманское вооружение, Запасные части, Снабжение, имущество	162	-75.70	28.30	-12298	4598
10	Постоянный балласт	2000	3.00	0.90	6000	1800
11	Запас водоизмещения	566	0.00	8.00	0	4531
12	Постоянные жидкие грузы	425	0.00	1.80	0	765
14	Экипаж, провизия, вода	26	-75.70	28.30	-1995	746
15	Груз перевозимый: палубный (на люках)	11200	11.20	22.00	125440	246400
	палубный (за рубкой)	2000	-94.10	21.20	-188200	42400
	трюмный	21800	15.00	10.00	327000	218000
16	Запасы топлива, воды	1992	-15.00	0.90	-29873	1792
17.18	Переменные жидкие грузы	382	91.10	8.00	34813	3057
	Жидкий балласт
	Сумма:	56637			64913	647562

Балластировка судна

Прием балласта для повышения остойчивости применяется при расходовании топлива и при выходе судна в рейс с палубным грузом, для понижения остойчивости - при ходе с запасами топлива, но без груза. Соответственно этим случаям балласт принимается в низкорасположенные цистерны двойного дна или высокорасположенные подпалубные цистерны или цистерны в надстройках. Количество балласта, необходимое в каждом случае определяют исходя из анализа остойчивости судна при различных состояниях нагрузки.

Прием балласта для поддержания посадки связан с требованиями предъявляемыми к погружению оконечностей и допустимому дифференту судна.

Произведем расчет балластировки судна без груза с 10% запасов топлива.

Осадка носом

м,

где a_н = 0.030 - для судов с неограниченным районом плавания.

Осадка кормой

м,

где a_к = 0.68 - для судов, частота вращения винтов которых не превосходит

100-120 оборотов в минуту.

Определим дифферент (допустимый относительный дифферент d/L = 0.6 - 0.8 % на корму и 0.1 - 0.2 % на нос)

.

Полученный дифферент на корму меньше предельно допустимого.

В программе «TransShip» находим величину x_c = - 0.84 м в балласте для заданных осадок носом и кормой.

Расчет представлен в таблице 1.4.

В результате балластировки получено, что для достижения допустимого дифферента в балластном переходе необходимо принять жидкий балласт массой 860 т в цистерну форпика с координатами ЦТ x = 104.4 м, z = 6.8 м и цистерну носового диптанка массой 1100 т с координатами ЦТ x = 90.4 м, z = 5.9 м.

Координаты общего ЦТ в балласте

м; м.

Таблица 1.4 Балластировка судна

Код раздела	Наименование раздела нагрузки	Масса, т Pi	Плечи, м	Моменты, т•м
			xi	zi	Pixi	Pizi
010101	Наружная обшивка	1929	5.00	7.400	9644	14274
	Двойное дно	2573	10.00	0.900	25729	2316
010102	Главная палуба	639	0.00	15.80	0	10091
	Платформы	699	10.00	8.00	6993	5595
010103	Поперечные переборки	724	98.00	12.00	8866	724
			70.40	9.40	6369	567
			42.80	8.80	3872	531
			15.20	8.60	1375	519
			-12.40	8.60	-1122	519
			-40.00	8.60	-3619	519
			-67.60	9.20	-6115	555
			-98.60	9.80	-8920	591
	Двойные борта	436	5.00	8.80	2182	3841
010104	Надстройки бака	955	106.50	17.50	101713	16713
	Рубка	173	-74.10	28.30	-12814	4894
010105 010106	Спец. конструкции и выступающие части	1843	10.00	5.00	18428	9214
0102	Фундаменты и подкрепления	491	-82.20	0.90	-40390	442
0103	Дельные вещи	543	10.00	15.80	5435	8587
0104	Неметаллические части	590	-74.10	28.30	-43713	16695
0105	Окраска	168	0.00	8.00	0	1347
	Цементировка	195	0.00	1.80	0	351
0106	Изоляция и зашивка	316	-74.10	15.80	-23405	4991
0107	Воздух в корпусе	53	0.00	6.60	0	348
0108	Оборудование помещений	43	-74.10	28.30	-3205	1224
02	Устройства	723	0.00	12.00	0	8672
03	Системы	310	-74.40	1.80	-23042	557
04	СЭУ	2341	-82.20	2.60	-192422	6086
05	Электрооборудование	339	-82.00	8.00	-27815	2714
07, 09, 13	Штурманское вооружение, Запасные части, Снабжение, имущество	162	-75.70	28.30	-12298	4598
10	Постоянный балласт	2000	3.00	0.90	6000	1800
11	Запас водоизмещения	566	0.00	8.00	0	4531
12	Постоянные жидкие грузы	425	0.00	1.80	0	765
14	Экипаж, провизия, вода	26	-75.70	28.30	-1995	746
16	Запасы топлива, воды (10%)	199	-15.00	0.90	-29873	1792
17.18	Переменные жидкие грузы, Жидкий балласт
	Цистерны форпика	860	104.40	6.80	89784	5848
	Носовой диптанк	1100	90.40	5.90	99440	6490
	Сумма:	21422			- 18031	148429

2. Гидростатические расчёты

2.1 Кривые элементов теоретического чертежа

Элементы теоретического чертежа - это группа величин, вычисляемых с использованием данной геометрической модели судна.

Кривые элементов теоретического чертежа представляют собой графическое изображение в зависимости от осадки следующих элементов плавучести и начальной остойчивости судна.

1. Объемное водоизмещение V (грузовой размер)

,

где z - переменная осадка судна.

2. Площадь ватерлиний (строевая по ватерлиниям)

, приz = T = const.

3. Абсциссы центра тяжести площадей ватерлиний

.

4. Моменты инерции площадей ватерлиний относительно оси OX

.

5. Моменты инерции площадей ватерлиний относительно поперечной оси, проходящей через их центры тяжести

,

где - моменты инерции площадей ватерлиний относительно поперечной координатной оси.

6. Абсциссы центра величины

.

7. Аппликаты центра величины

.

8. Поперечные метацентрические радиусы

.

9. Продольные метацентрические радиусы

.

10. Аппликата поперечного метацентра

z_m = r + z_c .

В данном дипломном проекте эти величины вычисляются с помощью программы «TransShip» и выдаются в табличной форме (см. таблицу 2.1). Кривые элементов теоретического чертежа представлены в графической части дипломного проекта.

Таблица 2.1 Кривые элементов теоретического чертежа

T, м	V, м3	xc, м	Zc, м	S, м2	xf, м	r, м	R, м	Zm, м	Ix, м4	If, м4
0	40	0	0	2521.4	-0.35
1	3376	0.43	0.53	3789.7	0.88	50.05	2483	50.58	168944	8381367
2	7377	0.78	1.06	4196	1.23	29.22	1310	30.28	215544	9663346
3	11689	1.01	1.6	4412.7	1.54	21.01	881.6	22.61	245588	10305111
4	16177	1.21	2.13	4545.8	1.88	16.49	657.9	18.62	266757	10642783
5	20774	1.39	2.66	4633.2	2.18	13.62	519	16.27	282939	10781602
6	25447	1.55	3.18	4695.8	2.31	11.58	427	14.76	294670	10865656
7	30179	1.66	3.7	4757.1	2.23	10.17	362.2	13.87	306923	10930942
8	34980	1.71	4.22	4833.7	1.81	9.18	316.6	13.41	321117	11074700
9	39866	1.68	4.75	4920.9	1.07	8.4	284.6	13.15	334876	11345921
10	44860	1.57	5.28	5055.3	0.3	7.83	267.3	13.11	351257	11991185
11	50028	1.4	5.82	5265.9	-0.5	7.44	265.9	13.26	372211	13302525
12	55440	1.15	6.37	5539.2	-1.64	7.13	275.6	13.51	395284	15279154
13	61136	0.85	6.95	5832.7	-2.62	6.92	286.7	13.87	423058	17527577
14	67106	0.54	7.53	6088.1	-2.69	6.73	291.3	14.26	451620	19547832
15	73304	0.3	8.12	6291	-1.9	6.49	289.9	14.61	475742	21250801

2.2 Расчет статической и динамической остойчивости

Остойчивостью называется способность судна, выведенного из положения равновесия под воздействием внешних сил и моментов, возвращаться в исходное положение равновесия после прекращения действия этих сил и моментов. Остойчивость подразделяют на статическую (если внешние нагрузки постоянны во времени) и динамическую (при переменных нагрузках).

В зависимости от плоскости действия внешних сил, остойчивость делится на продольную и поперечную.

Поперечную остойчивость принято делить на остойчивость на малых (при угле крена до 15) и больших (при угле крена свыше 15) углах наклонения. Наклонения при которых объемное водоизмещение остается неизменным называются равнообъемными.

При равнообъемных наклонениях центр тяжести не меняет своего положения, сила веса будет направлена вниз, перпендикулярно ватерлинии. Сила плавучести, приложенная в центре величины, направлена вверх и образует восстанавливающий момент M_восст, действующий в плоскости наклонения. Расстояние между линиями действия этих сил называется плечом статической остойчивости l.

M_восст = Pl = gVl;

l = h•sinи;

где h - метацентрическая высота.

Расчет поперечной остойчивости производится при помощи программы «TransShip». Результаты расчета представлены в виде таблицы (см. таблицу 2.2).

Таблица 2.2 Универсальная диаграмма остойчивости

Угол крена, град.	Водоизмещение, т
	20500	26266	32031	37797	43563	49328	56825	60859	66625
	Плечи остойчивости, м
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
5	0.441	0.284	0.199	0.158	0.144	0.15	0.178	0.198	0.229
10	0.875	0.581	0.416	0.332	0.305	0.316	0.37	0.409	0.439
15	1.294	0.892	0.661	0.542	0.5	0.516	0.58	0.589	0.591
20	1.669	1.213	0.94	0.798	0.752	0.749	0.742	0.744	0.732
25	1.961	1.526	1.254	1.111	1.024	0.955	0.92	0.884	0.768
30	2.155	1.808	1.582	1.398	1.258	1.175	1.035	0.921	0.716
40	2.398	2.136	1.948	1.788	1.575	1.329	0.973	0.768	0.462
50	2.284	2.154	1.919	1.645	1.352	1.046	0.633	0.407	0.082
60	1.918	1.687	1.397	1.092	0.786	0.489	0.111	-0.09	-0.376
70	1.102	0.864	0.589	0.309	0.039	-0.211	-0.512	-0.665	-0.876
80	0.041	-0.163	-0.379	-0.592	-0.791	-0.97	-1.167	-1.262	-1.383

Курсивом выделены значения плеч остойчивости для проектируемого судна в полном грузу z_g = 11.50 м; По данной таблице строим диаграмму статической остойчивости.

Построив диаграмму плеча статической остойчивости и проанализировав ее, а именно плечо статической остойчивости при угле крена ?30? должно быть не менее 0.2 м, закат диаграммы статической остойчивости должна быть не менее 60?, можно сделать вывод, что судно соответствует требованиям Правил Регистра РФ.

Начальная метацентрическая высота h = 2.07 м. Начальная метацентрическая высота всех судов при всех вариантах нагрузки, за исключением «судна порожнем», должна быть положительной, в нашем случае она равняется 2.07 м, это означает, что судно соответствует требованиям Правил Регистра РФ.

В программе «TransShip» был произведен расчет пантокарен. (см. таблицу 2.3).

Пантокаренами называется совокупность кривых, выражающих зависимость плеча формы l_ф или l_ф⁰ от объемного водоизмещения судна.

Пантокарены позволяют относительно просто построить диаграмму статической остойчивости для различных состояний нагрузки судна.

Пересчет осуществляется по формуле l = l_ф⁰ - z_g sinи.

Таблица 2.3 Пантокарены

Угол крена град.	Водоизмещение, т
	20500	26266	32031	37797	43563	49328	56825	60859	66625
	Плечи остойчивости, м
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
5	1.444	1.286	1.201	1.16	1.146	1.152	1.18	1.201	1.232
10	2.872	2.578	2.413	2.329	2.302	2.313	2.367	2.406	2.436
15	4.271	3.868	3.638	3.518	3.477	3.493	3.556	3.566	3.568
20	5.602	5.146	4.874	4.731	4.685	4.682	4.676	4.677	4.665
25	6.821	6.386	6.114	5.971	5.884	5.815	5.78	5.744	5.628
30	7.905	7.558	7.332	7.148	7.008	6.925	6.785	6.671	6.466
40	9.79	9.528	9.34	9.18	8.967	8.721	8.365	8.16	7.854
50	11.094	10.963	10.729	10.454	10.161	9.855	9.443	9.217	8.892
60	11.877	11.646	11.356	11.051	10.745	10.448	10.07	9.869	9.584
70	11.908	11.671	11.396	11.115	10.846	10.595	10.295	10.141	9.93
80	11.366	11.162	10.947	10.733	10.534	10.356	10.158	10.063	9.942

Ниже приведены результаты расчета остойчивости судна, произведенного в программе «TransShip» для вариантов нагрузки «В полном грузу» и «В балласте», а также результаты проверки показателей остойчивости требованиям Правил Регистра.

ВАРИАНТ НАГРУЗКИ: В полном грузу

Водоизмещение, т56825

Отстояние центра тяжести судна от миделя, м1.150

Возвышение центра тяжести судна над основной плоскостью, м11.500

Плотность морской воды, т/куб.м1.025

Парусность: В полном грузу(A_v = 4480 кв.м; Z_vвл = 10.500 м)

ПОСАДКА И ОСТОЙЧИВОСТЬ

Осадка от основной плоскости в ДП: средняя (в центре пл.ВЛ), м12.000

на носовом перпендикуляре, м11.999

на кормовом перпендикуляре, м12.001

Исправленная поперечная метацентрическая высота, м2.007

Максимальное плечо диаграммы статической остойчивости, м1.050

Угол максимума диаграммы статической остойчивости, град.33.00

Предел остойчивости (угол заката ДСО или угол заливания), град.61.88

Число тонн на 1 см осадки, т/см56.79

Момент кренящий на 1 градус, тм/град.1990.5

Момент дифферентующий на 1 см, тм/см721.0

Отстояние центра площади ватерлинии от миделя, м-1.648

ПЛЕЧИ СТАТИЧЕСКОЙ И ДИНАМИЧЕСКОЙ ОСТОЙЧИВОСТИ

Угол крена град.	Исправленные плечи статической остойчивости, м	Плечи динамической остойчивости, м•рад.
0	0	0
5	0.178	0.008
10	0.37	0.031
15	0.58	0.073
20	0.742	0.131
25	0.92	0.203
30	1.035	0.289
40	0.973	0.469
50	0.633	0.613
60	0.111	0.68
70	-0.512	0.646
80	-1.167	0.499

КРИТЕРИИ ОСТОЙЧИВОСТИ

Крен от воздействия M_v (P_v = P_неогр; пар.N₁)2.93 град.

Пл.ДСО до угла заката с учетом M_v (P_v = P_неогр; пар.N₁)0.575 м•рад.

Пл.ДСО на участке от 0 град. до 30 град.0.289 м•рад.

Пл.ДСО на участке от 0 град. до 40 град.0.469 м•рад.

Пл.ДСО на участке от 30 град. до 40 град.0.469 м•рад.

Критерий погоды (район плав.неограниченный; парусность N₁)3.521

ВАРИАНТ НАГРУЗКИ: В балласте

Водоизмещение, т21422

Отстояние центра тяжести судна от миделя,м-0.840

Возвышение центра тяжести судна над основной плоскостью, м6.930

Плотность морской воды, т/куб.м1.025

Парусность: В балласте(A_v = 2127 кв.м; Z_vвл = 6.004м)

ПОСАДКА И ОСТОЙЧИВОСТЬ

Осадка от основной плоскости в ДП: средняя (в центре пл.ВЛ), м7.35

на носовом перпендикуляре, м6.6

на кормовом перпендикуляре, м8.16

Исправленная поперечная метацентрическая высота, м9.280

Максимальное плечо диаграммы статической остойчивости, м5.876

Угол максимума диаграммы статической остойчивости, град.56.53

Предел остойчивости (угол заката ДСО или угол заливания), град.80.00

Число тонн на 1 см осадки, т/см47.45

Момент кренящий на 1 градус, тм/град.3469.6

Момент дифферентующий на 1 см, тм/см511.8

Отстояние центра площади ватерлинии от миделя, м2.049

ПЛЕЧИ СТАТИЧЕСКОЙ И ДИНАМИЧЕСКОЙ ОСТОЙЧИВОСТИ

Угол крена град.	Исправленные плечи статической остойчивости, м	Плечи динамической остойчивости, м•рад.
0	0	0
5	0.808	0.035
10	1.611	0.141
15	2.398	0.316
20	3.144	0.558
25	3.81	0.862
30	4.373	1.22
40	5.288	2.069
50	5.775	3.04
60	5.845	4.061
70	5.362	5.046
80	4.51	5.911

КРИТЕРИИ ОСТОЙЧИВОСТИ

Крен от воздействия M_v (P_v = P_неогр; пар. N₂)0.44 град.

Пл.ДСО до угла заката с учетом M_v (P_v = P_неогр; пар. N₂)5.812 м•рад.

Пл.ДСО на участке от 0 град. до 30 град.1.220 м•рад.

Пл.ДСО на участке от 0 град. до 40 град.2.069 м•рад.

Пл.ДСО на участке от 30 град. до 40 град.0.848 м•рад.

Критерий погоды (район плав. неограниченный; парусность N₂)39.556

Остойчивость судов по критерию погоды К достаточной, если динамический приложенный кренящий момент от давления ветра M_v равен или меньше опрокидывающего момента М_с;

К = M_с/М_v ? 1.

По данным расчетов:

в полном грузу: К = 3.521 ? 1;

в балласте: К = 39.556 ? 1.

В соответствие с требованиями Правил Регистра для судов, кили которых заложены или модернизация которых начата 1 июля 2002 г. или после указанной даты, площадь под положительной частью диаграммы статической остойчивости должна быть не менее чем 0.055 м•рад до угла крена 30° и не менее чем 0.09 м•рад до угла крена 40°. Дополнительно, площадь между углами крена 30 и 40° должна быть не менее 0.03 м•рад.

По данным расчетов:

в полном грузу:0...30° - 0.289 м•рад

0...40° - 0.469 м•рад м•рад

30°...40° - 0.469 м•рад

в балласте:0...30° - 1.220 м•рад

0...40° - 2.069 м•рад

30°...40° - 0.848 м•рад

Угол крена от воздействия ветра не должен превышать 16°.

По данным расчетов:

в полном грузу:2.93°

в балласте:0.44°

Результаты проверки показателей остойчивости показывают, что судно соответствует требованиям Правил Морского Регистра Судоходства.

3. Набор сечения мидель-шпангоута судна по правилам морского регистра судоходства РФ

Проектируемое судно попадает под определение Правил Морского Регистра судоходства РФ (далее Правил Регистра или Правил), как судно с широким раскрытием палубы, т.к. для него выполняются условия:

,

где b = 28.2 м - ширина раскрытой части палубы;

,

где l = 12.5 м - длина люкового выреза;

l_т = 13.8 м - расстояние между центрами поперечных перемычек, ограничивающих вырез.

Для судов этого типа должна предусматриваться продольная система набора палубы и днища. Продольные связи верхней палубы и бортов должны быть непрерывными по всей длине грузовых трюмов. Поперечные и продольные межлюковые перемычки по Правилам рекомендуется выполнять с поперечным сечением коробчатой формы.

3.1 Исходные данные для расчета

Главные размерения

L = 216 м - длина между перпендикулярами;

B = 32.2 м - ширина судна на миделе;

D = 15.8 м - высота борта на миделе;

d = 12 м - осадка судна;

C_b = 0.65 - коэффициент общей полноты.

Размер шпации

Шпация - расстояние между балками основного набора принимается, исходя из размера нормальной шпации a₀. Полученное значение длины нормальной шпации округляется в меньшую сторону до ближайшего из стандартного ряда (600, 650, 700, 750, 800, 850, 900, 950, 1000 мм):

a₀ = (0.002L + 0.48) ± 25% = (0.002 213.4 + 0.48) ± 25% = 0.907 ± 0.227 м.

Принимаем a = 850 мм.

Расстояние между флорами

В соответствие с требованиями Правил при продольной системе набора допускается установка сплошных флоров через пять шпаций или 3.6 м, в зависимости от того, что меньше.

Также в соответствии с ч. II, п. 3.1.2.11 Правил на контейнеровозах под вертикальными направляющими стойками или угловыми фитингами контейнеров в двойном дне должны быть предусмотрены жесткие связи или установлены подкрепления.

Принимаем l_ф = 3.45 м.

Длина отсека l_отс = 8 l_ф = 27.6 м.

Расстояние между стрингерами

При продольной системе набора расстояние между днищевыми стрингерами, днищевым стрингером и вертикальным килем или междудонным листом, измеренное на уровне настила второго дна не должно превышать 5 м.

Учитывая требования ч. II, п. 3.1.2.11 Правил (см. п. 3.1.3), принимаем l_стр = 2.55 м.

Высота двойного дна

Высота двойного дна согласно ч. II, п. 2.4.4.1 Правил должна быть не менее:

= 1.789 м.

Принимаем h = 1.8 м.

Расчетные характеристики материала конструкций корпуса

В качестве материала конструкций корпуса используется сталь марки РС D32 ГОСТ 5521-93, изготовляемая под надзором Регистра, с пределом текучести R_e = 315 Н/мм².

В качестве расчетных характеристик материала в Правилах принимаются (ч. II, п. 1.1.4.3):

у_n = 235/з - расчетный нормативный предел текучести по нормальным напряжениям, МПа;

где з = 0.78 - коэффициент использования механических свойств стали;

у_n = 235/0.78 = 302 МПа;

ф_n = 0.57у_n - расчетный нормативный предел текучести по касательным напряжениям, МПа;

ф_n = 0.57·302 = 173 МПа.

Учет коррозионного износа. Запас на износ Дs, мм принимается для конструкций, срок службы которых превышает 12 лет и определяется по формуле (Правила Регистра ч. II, п. 1.1.5):

Дs = u(T - 12)

где u - среднегодовое уменьшение толщины связи, мм/год, вследствие коррозионного износа или истирания, принимаемое с учетом условий эксплуатации;

T - планируемый срок службы конструкции, годы; если срок службы специально не устанавливается принимается T = 24.

3.2 Оценка внешних сил, действующих на конструкции корпуса

Нагрузки на наружную обшивку борта и днища

Расчетное давление р, кПа, действующее на корпус судна со стороны моря, определяется по формулам (Правила Регистра ч. II, п. 1.3.2):

- для точек приложения нагрузок, расположенных ниже летней грузовой ватерлинии

p = p_st + p_w

- для точек приложения нагрузок, расположенных выше летней грузовой ватерлинии

p = p_w

где p_st = 10z_i - статическое давление, кПа;

z_i - отстояние точки приложения нагрузки от летней грузовой ватерлинии, м;

p_w - расчетное давление, обусловленное перемещениями корпуса относительно профиля волны, кПа, определяемое по формулам:

- для точек приложения нагрузок, расположенных ниже летней грузовой ватерлинии

p_w = p_w0 - 1.5c_wz_i/d

- для точек приложения нагрузок, расположенных выше летней грузовой ватерлинии

p_w = p_w0 - 7.5a_xz_i,

где p_w0 = 5c_wa_va_x;

- волновой коэффициент;

a_v = - коэффициент, зависящий от распределения давления по длине судна при наличии хода;

v₀ - скорость хода в узлах;

a_x = k_x(1 - 2x₁/L) ? 0,267 -- коэффициент, зависящий от распределения давления по длине судна в зависимости от обводов;

k_x - коэффициент, равный 0,8 и 0,5 для поперечных сечений в нос и корму от миделя соответственно;

x₁ - отстояние рассматриваемого поперечного сечения от ближайшего (носового или кормового) перпендикуляра, м.

В любом случае произведение a_va_x должно приниматься не менее 0.6.

;

;

Рассчитываем мидель, поэтому a_x принимаем равным 0.267, тогда

a_va_x = 2.21·0.267 = 0.6;

p_w0 = 5·10.66·0.6 29.9 кПа.

Расчетное давление на наружную обшивку борта нижнего пояса принимаем равным давлению:

p_A = p_st + p_w = 10z_A + (p_w0 - 1.5c_wz_A/d) =

= 10·10.2 + (29.9 - 1.5·9.94·10.2/12) = 117 кПа.

Расчетное давление на наружную обшивку борта верхнего пояса принимаем равным давлению:

p_A = p_st + p_w = 10z_B + (p_w0 - 1.5c_wz_B/d) =

= 10·4.7 + (29.9 - 1.5·9.94·4.7/12) = 71.1 кПа.

Расчетное давление на наружную обшивку днища принимаем равным давлению:

p_дн = p_st + p_w = 10z_C + (p_w0 - 1.5c_wz_C/d) =

= 10·12 + (29.9 - 1.5·9.94·12/12) = 135 кПа.

Нагрузки на настил двойного дна и палубы

Рассмотрим 2 варианта нагрузки на настил двойного дна:

- нагрузки от штучного груза;

- нагрузки при аварийном затоплении отсека.

В качестве расчетных нагрузок примем большую из рассмотренных.

В качестве расчетного давления на настил палубы примем давление от штучного груза.

Расчетное давление на перекрытие двойного дна и палубы от штучного груза определяется с учетом сил инерции по формуле (Правила Регистра ч. II, п. 1.3.4.1):

p_г = hс_гg(1 + a_z/g),

где h = 6·h_TEU = 6·2.6 = 15.6 м - расчетная высота укладки груза

(h_TEU = 2.6 м - высота стандартного 20-футового контейнера);

с_г = m_TEU/V_TEU = 24/38.3 = 0.63 т/м³ - плотность груза (m_TEU = 24 т - расчетное значение массы 20-футового контейнера (Правила ч. II, п. 3.1.3.8), V_TEU = 38.3 м³ - объем 20-футового контейнера);

= 1.48 м/с² - расчетное ускорение в вертикальном направлении (Правила ч. II, п. 1.3.3.1).

p_г = hс_гg(1 + a_z/g) = 15.6·0.63·9.81·(1 + 1.48/9.81) = 111 кПа.

Расчетное давление на конструкции двойного дна при аварийном затоплении отсека определяются по формуле (Правила ч. II, п. 2.4.3.2.5):

p = 10.5(d - h),

где h = 1.8 м - фактическая высота двойного дна.

p = 10.5(d - h) = 10.5(12 - 1.8) = 107.1 кПа,

В качестве расчетного принимаем давление от штучного груза p_г = 111 кПа.

Нагрузки на обшивку внутреннего борта

Рассмотрим 2 варианта нагрузки на обшивку внутреннего борта:

- нагрузки от балластной воды в креновых балластных цистернах;

- нагрузки при аварийном затоплении отсека.

Расчетное давление на отсеки, ограничивающие балластные цистерны сухогрузных судов определяется по формуле (Правила ч. II, п. 1.3.4.2.1):

p_г = с_гg(1 + a_z/g)z_i,

где с_г = 1.025 т/м³ - плотность балласта;

a_z = 1.48 м/с² - расчетное ускорение в вертикальном направлении;

z_i = 5.5 м - отстояние рассматриваемой связи от крыши цистерны, измеренное в диаметральной плоскости.

p_г = с_гg(1 + a_z/g)z_i = 1.025·9.81·(1 + 1.48/9.81)·5.5 = 63.7 кПа.