Проектирование судов Теория проектирования (стр. 3 из 14)

АС = А'С' = b(А₀С₀) = b а₀СоsQ₀,

Откуда

.

При Q = 0 данное выражение совпадает с полученными ранее выражениями для L, В и T. Поперечный момент инерции проектируемого судна при Q ¹ 0 с учетом выражения полученного ранее для I_x.

,

а метацентрический радиус,

.

Для больших углов крена показателем остойчивости служит не метацентрическая высота, а плечо статической остойчивости l_cт. Получим выражение для его определения. Из рис. 3 видно, что,

.

Из треугольника C₀QP,

.

QR = FC₁. Из треугольника C₁FP,

.

Из треугольника C₀GE,

.

Окончательно получим,

l_ст = уСosΘ + z_cSinΘ – aSinΘ.

С учетом масштабов длин, данное выражение можно переписать в виде,

l_ст = bу_c0СosΘ + tz_c0SinΘ – ta₀SinΘ.

Частными случаями полученной зависимости будут выражения:

при l ¹ 1, b = t = 1

Θ= Θ₀ , ρ = ρ₀, l_cт = l_cт0.

При l = b = t = l

Θ= Θ₀ , ρ = l ρ₀, l_cт = l l_cт0.

Таким образом, если известны значения плеч статической остойчивости прототипа, задача решается довольно просто.

При пересчете параметров непотопляемости, проектанта, в первую очередь, интересуют следующие параметры: приращение осадки носом DT_н, приращение осадки носом DT_к и угол дифферента y.

При условии при l ¹ 1, b = t = 1 и одинаковых относительных координатах поперечных переборок, длина (и объем) поврежденного отсека изменяется пропорционально l. Соответственно, масса влившейся в отсек воды Р = lP₀, а координата ЦТ отсека х = lx₀.

Рис. 4. Соотношение затопленных отсеков подобных судов

Тогда:

,

.

Аналогично DT_к = DT_к0.

Таким образом, при изменении длины судна, аварийная осадка не меняется, а дифферент уменьшается пропорционально l.

При b ¹ 1, l = t = 1 получаем DT_н = DT_н0, DT_к = DT_к0, y = y₀.

При t ¹ 1, l = b = 1 получаем DT_н = t DT_н0, DT_к = t DT_к0, y = ty₀.

Показателем общей прочности являются максимальные нормальные напряжения s возникающие в продольных связях корпуса под действием изгибающего момента М_изг.

,

где W – момент сопротивления корпуса.

,

где I – момент инерции площади эквивалентного бруса относительно нейтральной оси, а – численный коэффициент, Н – высота борта. Поскольку момент инерции равен площади поперечного сечения корпуса S, умноженный на квадрат радиуса инерции r, зависящего от высоты борта, то

.

Изгибающий момент возникает под воздействием сил, пропорциональных объему погруженной части корпуса, приложенном на плече, зависящим от длины корпуса. Следовательно

.

Тогда:

.

Таким образом, напряжения, возникающие в связях корпуса, пропорциональны длине и обратно пропорциональны высоте, а поскольку степень при модуле длины равняется двойке, увеличение длины судна приводит к интенсивному росту массы корпуса.

Относительно модуля t следует отметить, что полученная зависимость справедлива при условии Т = tT₀ и H = tH₀. Если изменяется только высота борта при неизменной осадке (Т = T₀, H = tH₀), то

.

В обратном случае (Т = tT₀, H = H₀) получим

.

При независимом изменении осадки и высоты борта (Т = tT₀, H = hH₀)

.

Нагрузка судна. Виды водоизмещения

Согласно ОСТ 5.0206-76 нагрузка судна делится на 17 разделов.

01 – Корпус, включающий массы корпусных конструкций, надстроек, рубок, дельных вещей, окраски, изоляции и оборудования помещений.

02 – Устройства судовые, включая средства активного управления.

03 – Системы, к которым относятся трубопроводы, арматура, механизмы и приводы управления насосов, кондиционеров и холодильных машин.

04 - Энергетическая установка – главные и вспомогательные механизмы.

05 – Электроэнергетическая система, внутрисудовая связь и управление. Источники электроэнергии, кабельные трассы, телефонная связь, машинные и рулевые телеграфы, аппаратура радиотрансляции, авторулевые.

07 – Вооружение (штурманское). Навигационное оборудование такое как: средства радиосвязи, гидролокации и радиолокации, компасы, лаги и т.п., а также вертолеты, если они есть на судне.

09 – Запасные части, к механизмам, устройствам, системам и пр.

10 – Постоянный балласт, твердый или жидкий, постоянно присутствующий на судне.

11 – Запас водоизмещения, остойчивости. Фиктивная масса, вводимая в нагрузку, во избежание возможной перегрузки, вследствие ошибок в расчетах.

12 –Постоянные жидкие грузы. Неудалимые остатки жидкостей в трубопроводах и цистернах, а также заправочные жидкости в механизмах.

13 – Снабжение, имущество. Шкиперское, спасательное, медицинское и пр.

14 – Экипаж, провизия, вода, расходные материалы и среды. Помимо собственно масс экипажа с багажом, провизии и пресной воды сюда относят запасы песка, цемента, красок и т.п., а также топливо для катеров и вертолетов.

15 – Груз перевозимый, состоящий из коммерческого груза и массы пассажиров с багажом, запасами пресной вводы и провизии для них.

16 – Запасы топлива, масла, воды, необходимые для работы энергетической и электроэнергетической установок.

17 – Переменные жидкие грузы. Вода в цистернах успокоителей качки, в плавательных бассейнах, в цистернах сбора загрязненных вод и т.д.

18 – Жидкий балласт, принимаемый для регулирования посадки и остойчивости.

19 – Грузы, снабжение, запасы дополнительные, принимаемые в перегруз.

В свою очередь каждый раздел делится на группы. Например, 01 раздел:

0101 - Корпус металлический.

0102 - Подкрепления и фундаменты.

0103 - Дельные вещи.

0104 - Неметаллические части корпуса.

0105 - Покрытия, окраска.

0106 - Изоляция, зашивка.

0107 - Воздух в корпусе.

0108 - Оборудование помещений, постов.

Группы делятся на подгруппы. Например, группа 0101:

010101 - Обшивка наружная, настил второго дна.

010102 - Палубы и платформы корпуса.

010103 - Переборки корпуса (включая шахты и выгородки).

010104 - Надстройки, рубки, мачты.

010105 - Конструкции специальные.

010106 - Выступающие части.

Наконец, подгруппы делятся на статьи. Например для 010101:

01010101 - Обшивка наружная.

01010102 - Настил второго дна.

01010103 - Набор продольный, междудонный.

01010104 - Набор поперечный, междудонный.

01010105 - Набор бортов продольный.

01010106 - Набор бортов поперечный.

01010107 - Набор продольный в оконечностях.

01010108 - Набор поперечный в оконечностях.

01010109 – Бульбовые и корпусные обтекатели.

01010110 – Штевни, кронштейны, мортиры, клюзы и т.п.

01010111 – Пилоны воздушных винтов, стабилизаторы.

01010112 – Металлические части привальных брусьев.

01010113 – Кингстонные и ледовые ящики, патрубки.

01010114 – Скуловые кили.

Характерный состав нагрузки некоторых судов приведен в табл. 3.

Состав нагрузки различных судов таблица 3

Назначение судна	Разделы нагрузки, (% от D)
	01				02	03	04	05
	Группы, (% от Р01)
	0101	0101 - 0107	0108
Пассажирское	≈ 40	≈ 67	≈ 97	≈ 3	≈ 3,5	≈ 2,5	≈ 8,5	≈ 2,5
Универсальное сухогрузное	20 - 22	77 – 90	95 – 98	2 – 5	2,2 – 2,4	0,7 – 1,7	3,0 – 7,0	0,6 – 3,0
Лесовоз	23 - 25	2,7 – 2,8	0,9 – 0,9	2,9 – 3,8	1,3 – 1,5
Контейнеровоз	≈ 27	≈ 3	≈ 1	≈ 4,5	≈ 1,2
Навалочное	17 – 26	0,7 – 1,1	0,5 – 0,7	1,4 – 1,9	≈ 0,3
Нефтеналивное	12 – 24	97 – 98	98 – 99	1 – 2	0,7 – 1,2	0,7 – 2,0	0,9 – 4,0	0,1 – 0,6
Промысловое	34 – 47	3,4 – 12,4	0,8 - 2,5	4,7 – 11,1	1,2 – 2,1
Буксир	39 - 54	6,4 – 8,8	1,6 – 3,8	10,9 – 24,7	1,1 – 5,3

Назначение судна	Разделы нагрузки, (% от D)
	10	11	12	14	16	прочие разделы	15 (ηг)	ηDW
Пассажирское	≈ 2	≈ 2,5	≈ 1,0	≈ 10	≈ 0,6	≈ 25	≈ 33
Универсальное сухогрузное	≈ 2,5	0,3 – 1,8	0,2 – 1,0	0,1 – 2,8	2,6 – 13,0	0,02 – 0,3	45 – 61	50 – 73
Лесовоз	-	0,9 – 1,4	0,7 – 0,9	0,2 – 0,8	6,0 – 8,0	0,05 – 0,15	57 – 60	65 – 68
Контейнеровоз	до 15	≈ 0,5	≈ 0,9	≈ 0,2	≈ 6,5	≈ 0,2	≈ 55	≈ 62
Навалочное	до 15	0,4 – 1,2	0,2 – 0,3	0,1 – 0,8	7,0 – 10,0	0,02 – 0,11	60 – 70	67 – 79
Нефтеналивное	до 15	0,3 - 1,0	0,4 – 0,7	0,1 – 0,8	4,0 – 9,0	0,02 – 0,10	55 – 80	60 – 84
Промысловое	-	1,7 – 2,9	0,6 – 1,3	2,9 – 5,8	6,0 – 16,5	0,21 – 4,21	10 – 29	20 – 47
Буксир	-	1,6 – 4,0	0,9 – 1,2	1,3 – 4,0	9,0 – 26,5	0,81 – 2,71	0,00	11 – 30

Сумма разделов с 01 по 13 составляют водоизмещение порожнем (D_пор), сумма разделов с 14 по 18 – дедвейт (DW). Водоизмещение порожнем и дедвейт составляют полное водоизмещение (D). 19 раздел учитывается только для тех судов, которые не подпадают под соглашение о грузовой марке и для которых не регламентируется минимальная высота надводного борта.