Расчёт объёмного водоизмещения и координат центра величины

ВВЕДЕНИЕ

Теория корабля – одна из самых древнейших наук. Ещё 2000 лет тому назад великий греческий учёный Архимед открыл первый основной закон плавучести, который положил собою начало по изучению мореходных качеств судна. Этим законом был закон о силе давлении воды на погружённое тело. Огромный вклад в развитие этой науки внесли русские путешественники Крузенштерн, Беринг, братья Лаптевы, русские учёные и исследователи С.О. Макаров, А.Н. Крылов, Н.К. Жуковский и другие.

Знания в области теории судна дают возможность предвидеть и правильно оценить поведение судна в процессе его эксплуатации, провести его умело проложенным курсом, избежать кораблекрушения в сложных условиях морского и океанского плавания. Известный русский академик, учёный-кораблестроитель А.Н. Крылов говорил: «Часто истинная причина аварии судна лежит не в действии неотвратимых и непреодолимых сил природы, не в неизбежных случайностях на море, но в непонимании основных свойств и качеств судна, в несоблюдении правил службы и самых простых мер предосторожности, в непонимании опасности, в которую корабль ставится, в небрежности, неосторожности, отсутствии предусмотрительности судоводителя…».

Теорию корабля можно назвать наукой о равновесии и движении плавающего на воде судна. Она также изучает фундаментальные законы, которые определяют мореходные качества корабля. Эти судовые качества условно можно разделить на 2-е части. Первая группа, которая рассматривает такие мореходные качества судна, как плавучесть, остойчивость и непотопляемость, в процессе своей теории рассматривает статическое положение судна на спокойной воде и не касается его движения при переходе из одного положения судна в другое. Этот раздел теории судна получил название «Статика судна». Тут следует отметить, что мореходные качества – это то, что определяет надёжность, безопасность и конструктивное решение судна. [6]

К мореходным относят такие судовые основополагающие качества, как плавучесть, остойчивость, непотопляемость, мореходность, ходкость и управляемость судна. Дадим им всем краткие и ёмкие характеристики.

Плавучесть – это способность судна плавать в требуемом положении относительно поверхности спокойной воды под действием постоянной нагрузки (или принятого груза).

Остойчивость – это способность судна, находящегося на воде, под воздействием каких-либо внешних сил отклонившегося от состояния равновесия, вновь возвратиться к своему первоначальному состоянию.

Непотопляемость – это способность судна сохранять достаточную плавучесть и остойчивость после затопления (полностью или частично) одного или нескольких отсеков.

Мореходность – это способность судна противостоять воздействию морской качки или морского волнения, испытывая при этом колебания меньшей частоты и амплитуды.

Ходкость – это способность судна перемещаться заданным курсом с определённой скоростью.

Управляемость – это способность судна стабильно удерживать направление движения или изменять его gj желаниям судоводителя. [6]

Часть I настоящего курсового проекта «Расчёт навигационных качеств судна в рейсе» выполняются для судна типа «Сормово» (последние 2 цифры зачётной книжки: 03) согласно данным Приложения I «Методических указаний» (В.И. Любимов, Е.А. Иванов, П.С. Цыбин «Теория и устройство судов. Задания и методические указания к выполнению курсового проекта», ГИИВТ, 1990 год), и включает в себя следующие задания:

- Расчёт объёмного водоизмещения и координат центра величины (ЦВ) судна, при этом положение произвольной ватерлинии задано в Табл. 5 и 6 Приложения I «Методических указаний» (далее – МУ);

- Расчёт посадки судна и потребных глубин акватории для одного из вариантов его загрузки: по данным Табл. 7 и 8 Приложения I МУ;

- Расчёт посадки судна после перемещения груза, при этом загрузка судна принята в соответствии с данными Табл. 7 и 8 Приложения I МУ;

- Проверка остойчивости судна для одного из случаев загрузки, которая принимается в соответствии с данными Табл. 9 -12 Приложения I МУ;

- Балластировка судна для возможности ремонта судового корпуса на плаву; судовая загрузка принята в соответствии с данными Табл. 13 и 14 Приложения I МУ;

- Приближённая оценка общей прочности судна при различных случаях его загрузки; задание приведено в Табл. 7 и 8 Приложения I МУ.

Главные размерения судна типа «Сормово», класс Речного Регистра РФ и тип мидель-шпангоута принимаются по Табл. 1 и Рис.1 Приложения II МУ.

Целью настоящей курсовой работы является обучение будущих судоводителей основам теории корабля, принимать правильное решение при осуществлении балластировки и загрузки судна, уметь работать с действующими судовыми документами: Правилами Морского Регистра судоходства РФ, «Информацией об остойчивости для капитана», информацией об аварийной посадке и остойчивости», Масштабом Бонжана и другими документами.

 

 

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Проверка остойчивости судна

ВЫВОДЫ

По итогам настоящей курсовой работы можно сделать следующие выводы:

1. Произведен расчёт объёмного водоизмещения и координат центра величины для т/х «Сормово». Составлена Таблица № 1 с основными характеристиками судна.

2. Произведен расчёт посадки судна при погрузке. Установлено, что водоизмещение судна в грузу составило 7373 тонны с абсциссой ЦТ Xg = - 0,509 м и аппликатой ЦТ Zg = +1,497 м. При 50%-ой нагрузке водоизмещение судна составило 4389,3 тонн с абсциссой ЦТ Xg2 = - 1,963 м. и аппликатой ЦТ Zg2 = +1,637 м.

3. Произведен расчёт посадки судна после перемещения груза. Получены следующие значения: осадка носом Тн(1) = Тср +(L/2 – Xf) tgψ = 2,93 + (110,2/2 - 1,45)* 0,2*57,3* 10^-8 = 2,93001 (м). Осадка кормой Тк(1) = Тср - (L/2 + Xf) tgψ = 2,93 - (110,2/2 + 1,45)* 0,2*57,3* 10^-8 = 2,92999 (м)

4. Произведена проверка остойчивости судна по основному критерию. Расчётами установлено, что метацентрическая высота составляет hm = Zc +r – Zg = 2,16+ 2,20 – 3,55 = 0,81 (м); расчет динамически приложенного кренящего момента от давления ветра Мкр = 0,001 Р Z S = 0,001*182* 1,259* 576,4 = 132,08 (кНм)

5. Произведен расчёт амплитуды качки судна. По формуле m = m_1* m_2* m₃ = 1,114*3,6*0,66 = 2,647. По плану мидель- шпангоута определяем угол заливания Qзал = 0,8*Qкр = 0,8*34 = 27,2 (град).

6. Произведено определение опрокидывающего момента согласно диаграмме статической остойчивости. По плечам lcт построена сама диаграмма статической остойчивости (Рис.2). Определён предельно допустимый момент по опрокидыванию по формуле: Мдоп1 = g* Dг lдоп1 = 9,81* 4344*0,67 = 28550 (кНм). Определён предельно допустимый момент по заливанию по формуле: Мдоп2 = g* Dг lдоп2 = 9,81* 4344*0,32= 13640 (кНм).

Произведена проверка остойчивости по критерию погоды:

Мкр =132,08 (кНм) Мдоп1 = 28550 (кНм).

Мкр =132,08 (кНм) Мдоп2 = 13640 (кНм).

Условия по остойчивости полностью удовлетворяются.

7. Произведена проверка остойчивости судна по диаграмме моментов масс. Mz доп = 19800 (тм) > Mz= 17463,7 (тм);

hm доп = 0,78 (м) hm = 0,81 (м)

Следовательно, условия остойчивости удовлетворяются.

8. Проведена балластировка судна для ремонта на плаву. Осадка в районе объекта ремонта при заполнении носовых балластных цистерн №№ 1,2 и 3 составит: Тхj = Тхi-1 + ΔТ + ΔТψx = 1,16 + 1,11 + 3,32 = 5,59 (м). Поперечная метацентрическая высота hi = hi-1 + Pбi/Di [Т(i-1) + T/2 – h(i-1) – Zбi] = 3,80 + 403,9/3003,9(1,16 + 0,58 -3,80 – 1,91) =3,8 – 0,534 = 3,266 (м). Полностью обеспечена требуемая осадка в районе ремонтных работ.

9. Проведена приближённая оценка общей прочности судна при различных вариантах загрузки. Результаты расчёта сведены в Табл. 20.

 

Таблица 2- Суммарные изгибающие моменты. Этапы 1-3

Характеристики загрузки	Изгибающие моменты (кНм)
Этап 1. Загружен трюм № 4 полностью	Мтв1 = М пер = -119214
Этап 2. Загружен трюм № 4 полностью и половина трюма № 3	Мтв2 = М пер = -241581
Этап 3. Загружены трюм № 4 и трюм № 3 полностью	Мтв3 = М пер = -282349

 

Мпер1 = 340000 кНм Мтв1 = 119214 кНм;

Мпер2 = 340000 кНм Мтв2 = 241581 кНм;

Мпер3 = 340000 кНм Мтв3 = 282349 кНм.

Таким образом, условия прочности для всех случаев загрузки судна удовлетворяются.

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Нормативные документы

1. В.И. Любимов, Е.А. Иванов, П.С. Цыбин «Теория и устройство судов. Задания и методические указания к выполнению курсового проекта», ГИИВТ, 1990 год, 62 С.

2. «Правила классификации и постройки речных судов» Речного Регистра судоходства РФ, том 2, Москва, изд. «Транспорт», 1989 г., 311 С.

Книги одного автора

3. Лесюков В.А. «Теория и устройство судов внутреннего плавания: учебник для вузов водного транспорта», Москва, изд. «Транспорт», 2004 год, 303 С.

Книги трёх и более авторов

4. Богуцкий Л.В., Кеслер П.А. и др. «Оформление документации курсовых и дипломных проектов на кораблестроительном факультете» / под редакцией Ю.Г. Кулика, Горький, ГИИВТ, 1982 год, 75 С.

5. Протопопов В.Б., Свечников О.И., Егоров Н.М., «Конструкция корпуса судов внутреннего и смешанного плавания», Ленинград, изд. «Судостроение», 1984 год, 375 С.

Интернет- ресурсы

6. Что такое теория корабля [Электронный ресурс ]; Режим доступа: https://www.google.ru/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=17&ved=0ahUKEwiQt6m7-7jNAhUhOJoKHXuJDPk4ChAWCEAwBg&url=http%3A%2F%2Fdic.academic.ru%2Fdic.nsf%2Fsea%2F9188%2F%25D0%25A2%25D0%2595%25D0%259E%25D0%25A0%25D0%2598%25D0%25AF&usg=AFQjCNGhKMo1fqvCOCuAtV_TxbubTj-v-A&bvm=bv.124817099,d.bGs

7. Тип Сормовский, проект 1557 –Водный транспорт [Электронный ресурс ]; Режим доступа: http://fleetphoto.ru/projects/1471/

 

ВВЕДЕНИЕ

Теория корабля – одна из самых древнейших наук. Ещё 2000 лет тому назад великий греческий учёный Архимед открыл первый основной закон плавучести, который положил собою начало по изучению мореходных качеств судна. Этим законом был закон о силе давлении воды на погружённое тело. Огромный вклад в развитие этой науки внесли русские путешественники Крузенштерн, Беринг, братья Лаптевы, русские учёные и исследователи С.О. Макаров, А.Н. Крылов, Н.К. Жуковский и другие.

Знания в области теории судна дают возможность предвидеть и правильно оценить поведение судна в процессе его эксплуатации, провести его умело проложенным курсом, избежать кораблекрушения в сложных условиях морского и океанского плавания. Известный русский академик, учёный-кораблестроитель А.Н. Крылов говорил: «Часто истинная причина аварии судна лежит не в действии неотвратимых и непреодолимых сил природы, не в неизбежных случайностях на море, но в непонимании основных свойств и качеств судна, в несоблюдении правил службы и самых простых мер предосторожности, в непонимании опасности, в которую корабль ставится, в небрежности, неосторожности, отсутствии предусмотрительности судоводителя…».

Теорию корабля можно назвать наукой о равновесии и движении плавающего на воде судна. Она также изучает фундаментальные законы, которые определяют мореходные качества корабля. Эти судовые качества условно можно разделить на 2-е части. Первая группа, которая рассматривает такие мореходные качества судна, как плавучесть, остойчивость и непотопляемость, в процессе своей теории рассматривает статическое положение судна на спокойной воде и не касается его движения при переходе из одного положения судна в другое. Этот раздел теории судна получил название «Статика судна». Тут следует отметить, что мореходные качества – это то, что определяет надёжность, безопасность и конструктивное решение судна. [6]

К мореходным относят такие судовые основополагающие качества, как плавучесть, остойчивость, непотопляемость, мореходность, ходкость и управляемость судна. Дадим им всем краткие и ёмкие характеристики.

Плавучесть – это способность судна плавать в требуемом положении относительно поверхности спокойной воды под действием постоянной нагрузки (или принятого груза).

Остойчивость – это способность судна, находящегося на воде, под воздействием каких-либо внешних сил отклонившегося от состояния равновесия, вновь возвратиться к своему первоначальному состоянию.

Непотопляемость – это способность судна сохранять достаточную плавучесть и остойчивость после затопления (полностью или частично) одного или нескольких отсеков.

Мореходность – это способность судна противостоять воздействию морской качки или морского волнения, испытывая при этом колебания меньшей частоты и амплитуды.

Ходкость – это способность судна перемещаться заданным курсом с определённой скоростью.

Управляемость – это способность судна стабильно удерживать направление движения или изменять его gj желаниям судоводителя. [6]

Часть I настоящего курсового проекта «Расчёт навигационных качеств судна в рейсе» выполняются для судна типа «Сормово» (последние 2 цифры зачётной книжки: 03) согласно данным Приложения I «Методических указаний» (В.И. Любимов, Е.А. Иванов, П.С. Цыбин «Теория и устройство судов. Задания и методические указания к выполнению курсового проекта», ГИИВТ, 1990 год), и включает в себя следующие задания:

- Расчёт объёмного водоизмещения и координат центра величины (ЦВ) судна, при этом положение произвольной ватерлинии задано в Табл. 5 и 6 Приложения I «Методических указаний» (далее – МУ);

- Расчёт посадки судна и потребных глубин акватории для одного из вариантов его загрузки: по данным Табл. 7 и 8 Приложения I МУ;

- Расчёт посадки судна после перемещения груза, при этом загрузка судна принята в соответствии с данными Табл. 7 и 8 Приложения I МУ;

- Проверка остойчивости судна для одного из случаев загрузки, которая принимается в соответствии с данными Табл. 9 -12 Приложения I МУ;

- Балластировка судна для возможности ремонта судового корпуса на плаву; судовая загрузка принята в соответствии с данными Табл. 13 и 14 Приложения I МУ;

- Приближённая оценка общей прочности судна при различных случаях его загрузки; задание приведено в Табл. 7 и 8 Приложения I МУ.

Главные размерения судна типа «Сормово», класс Речного Регистра РФ и тип мидель-шпангоута принимаются по Табл. 1 и Рис.1 Приложения II МУ.

Целью настоящей курсовой работы является обучение будущих судоводителей основам теории корабля, принимать правильное решение при осуществлении балластировки и загрузки судна, уметь работать с действующими судовыми документами: Правилами Морского Регистра судоходства РФ, «Информацией об остойчивости для капитана», информацией об аварийной посадке и остойчивости», Масштабом Бонжана и другими документами.

 

 

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Расчёт объёмного водоизмещения и координат центра величины

Исходные данные для расчёта: См. Табл.1 [7]

Таблица 1 – Главные размерения и основные характеристики судна «Сормово»

№ п/п	Характеристика судна	Обозначение	Размерность	Вариант 03 (суда типа «Сормово»)
	Тип судна	--	--	Сухогрузное судно Типа «М-СП» Речного Регистра РФ
	Главные размерения судна	--	--	--
2.1	Длина расчётная	L	метров	110,20
2.2	Ширина расчётная	B	метров	13,00
2.3	Осадка средняя	Tср	метров	3,68
2.4	Высота борта	H	метров	5,50
	Коэффициент полноты водоизмещения при осадке по КВЛ		--	0,816
	Нагрузка масс и осадка	--	--	--
4а	Судно в грузу, водоизмещение полное	D	тонн	4097,0
	Аппликата центра масс судна	Zg	метров	3,55
4б	Судно порожнем с экипажем и запасами	--	--	--
	Водоизмещение	Dо	тонн	1406,0
	Абсцисса центра масс	Хg0	метров	-3,97
	Аппликата центра масс	Zg0	метров	+ 4,20
	Осадка средняя (для пресной/морской воды)	Tо	метров	1,17/1,14
4в	Масса судна порожнем без главной ЗУ и оборудованием МО	Р1	тонн
	Масса ЗУ с оборудованием МО, но без валопроводов и винтов	Рz	тонн	114,0
	Абсцисса центра массы МО	хмо	тонн	- 42,0
4г	Команда и снабжение масса	Рк	тонн	10,9
	Абсцисса центра массы	Хк	метров	-15,6
	Аппликата центра массы	Zк	метров	+ 5,78
4д	Судовые запасы (100%) масса	Рз	тонн	123,6
	Абсцисса центра массы	Xз	метров	-39,8
	Аппликата центра массы	Zз	метров	+1,83
	Площадь парусности всех под палубных конструкций	Sнпк	М^2
	Аппликата центра парусности всех под палубных конструкций	Zнпк	метров	+7,50
	Предельно допускаемый изгибающий момент по прогибу	М^прдоп	Мн*м Кн*м
	Предельно допускаемый изгибающий момент по перегибу	М^пердоп	Мн*м Кн*м

 

Определяем размер теоретической шпации: L(расчётная длина судна) = 110,2 м.; ΔL(теоретическая шпация) = L|10 = 110,2|10 = 11,02 (м).

Определяем посадку судна (осадки носом и кормой): Тн = 0,30 м; Тк = 2,50 м (по Табл.5, вариант 03 Приложения I МУ).

Объемное водоизмещение судна плавающего с дифферентом, вычисляется по формуле: V = ΔL* Σисп*ωι, {1.1}

Где ωι- погруженная часть ι шпангоута, м², ι – номер шпангоута.

Абсцисса центра величины судна, плавающего с дифферентом, рассчитываются в табличной форме, по выражению:

Х с = ΔL Σисп ι(ωι – ι) / Σисп ωι. {1.2}

Ординаты погружённых площадей шпангоутов снимаются следующим образом. На Рис. 3 Приложения I МУ (Масштаб Бонжана для судов типа Сормово) проводим воображаемую ватерлинию WL по заданным осадкам носом и кормой. От точек пересечения ватерлинии с i-ми шпангоутами откладываем горизонтальные ординаты до вертикали пересечения i-го шпангоута с ОЛ. Все расчёты - в табличной форме – см. Табл.2.[1, С.6]

Таблица 2 –Определение объёмного водоизмещения судна и абсциссы ЦТ