Розрахунок опору руху судна для характерних умов експлуатації

4.1 Аналіз характерних рейсових ліній суден типу FRECCIAMARE

Судна типу FRECCIAMARE можуть працювати на багатьох рейсових лініях. Зокрема, вони можуть працювати на лініях між портами західної Африки та портами Південної Америки. Такі порти показані на рис.7.

На цьому рисунку нанесена, відповідно до завдання, рейсова лінія між портами Брест та Кейптаун. Загальна довжина рейсової лінії складає орієнтовно 2836 морських миль (відповідно до масштабу).

 

Рис. 7. Рейсова лінія «Брест – Кейптаун»

(М 1 мм: 60,34 милі, l - довжина рейсової лінії)

4.2. Визначення гідрометеорологічних обставин на рейсовій лінії

Моделювання гідрометеорологічних обставин зводиться до визначення й аналізу можливих погодних умов на всій рейсовій лінії. Використовуючи частотні таблиці "Вітер і хвилі" [1], де повторюваність подана в процентному відношенні виникнення і спостереження висот хвиль трьохвідсоткового забезпечення та вітрових явищ, можна сформувати чітку картину очікуваних гідрометеорологічних обставин.

На підставі узагальнених відомостей, поданих у вигляді частотних таблиць, для цього району побудуємо гістограми річного розподілу швидкості вітру і висоти хвиль.

Спочатку розраховуємо річну повторюваність для і -го часткового інтервалу

де - річна повторюваність і-ї швидкості вітру чи висоти хвиль трьохвідсоткової забезпеченості (за рік):

-повторюваність і-ї швидкості вітру чи висоти хвильтрьохвідсоткової забезпеченості за кожним сезоном, відповідно зима, весна, літо та осінь.

Результати розрахунку занесемо до табл. 4,5,6,7,8,9 відповідно. У цих таблицях сезонна повторюваність наведена за даними [1].

Побудова гістограми виконується таким чином: по осі абсцис позначаємо часткові інтервали швидкості або висоти, по осі ординат - повторюваність у відсотках (рис. 9 і рис. 10).

Важливою інформацією є середньостатистичні дані швидкості вітру та висоти хвиль, тобто їх математичне сподівання. Розрахуємо математичні сподівання М(h3%) і М(V) для розподілу h3% і V на рейсовій лінії Атлантичного океану (за даними табл. 8,9):

 

Рис. 8. Кліматичні сезонні зони та райони частини Атлантичного океану та рейсова лінія "Брест-Кейптаун"

(штриховими лініями зображені певні райони)

 

Таблиця 4. Повторюваність швидкостей вітру для 20 району Атлантичного океану

Швідкість вітру, м/с	Повторюваність Pi, %
Зима	Весна	Літо	Осінь	Річна
Діапазон	Vi	Pi^з	Pi^в	Pi^л	Pi^о	Pi
Штиль						3,25
< 2						7,25
2 - 4						29,75
4 - 6						35,75
6 - 8						19,75
8 - 10		0,8	4,4		4,4	6,15
10 - 12		0,16	0,5	3,4	0,5	1,14
12 - 14		0,03	0,07	0,51	0,07	0,17
14 - 16		0,01	0,02	0,07	0,02	0,03
16 - 18				0,01	0,01	0,008
Решта	≥ 19					0,001
Математичне сподівання	4,842

Таблиця 5. Повторюваність висот хвиль для 20 району Атлантичного океану

Висота хвиль, м	Повторюваність Pi, %
Зима	Весна	Літо	Осінь	Річна
Діапазон	h3%i	Pi^з	Pi^в	Pi^л	Pi^о	Pi
< 1	0,5					11,5
1 – 2	1,5					55,75
2 - 3	2,5					24,5
3 – 4	3,5					6,5
4 - 5	4,5	2,4	0,85	1,5	0,79	1,385
5 - 6	5,5	0,45	0,12	0,38	0,14	0,273
6 - 7	6,5	0,09	0,03	0,085	0,07	0,069
Решта	≥ 7,5					0,012
Математичне сподівання	1,816

 

Таблиця 6. Повторюваність швидкостей вітру для 22 району Атлантичного океану

Швідкість вітру, м/с	Повторюваність Pi, %
Зима	Весна	Літо	Осінь	Річна
Діапазон	Vi	Pi^з	Pi^в	Pi^л	Pi^о	Pi
Штиль
< 2						3,5
2 - 4						14,5
4 - 6						23,5
6 - 8						24,75
8 - 10						18,75
10 - 12		0,7				8,675
12 - 14		0,23		1,6		4,458
14 - 16		0,05		0,31	1,4	0,94
16 - 18		0,01	1,5	0,06	0,4	0,493
Решта	≥ 19					0,158
Математичне сподівання	6,853

Таблиця 7. Повторюваність висот хвиль для 22 району Атлантичного океану

Висота хвиль, м	Повторюваність Pi, %
Зима	Весна	Літо	Осінь	Річна
Діапазон	h3%i	Pi^з	Pi^в	Pi^л	Pi^о	Pi
< 1	0,5					10,75
1 – 2	1,5
2 - 3	2,5					24,75
3 – 4	3,5		4,9			6,725
4 - 5	4,5	2,4	0,9	1,5	0,79	1,398
5 - 6	5,5	0,45	0,16	0,38	0,14	0,283
6 - 7	6,5	0,09	0,04	0,085	0,07	0,071
Решта	≥ 7,5					0,026
Математичне сподівання	1,833

 

Таблиця 8. Повторюваність швидкостей вітру Атлантичного океану по рейсовій лінії загалом

Швідкість вітру, м/с	Повторюваність Pi, %
Річна 20 район	Річна 22 район	Річна рейсу
Діапазон	Vi	P20 ^р	P22 ^р	Pрейс ^р
Штиль		3,25		2,365
< 2		7,25	3,5	4,595
2 - 4		29,75	14,5	18,953
4 - 6		35,75	23,5	27,077
6 - 8		19,75	24,75	23,29
8 - 10		6,15	18,75	15,071
10 - 12		1,14	8,675	6,475
12 - 14		0,17	4,458	3,206
14 - 16		0,03	0,94	0,674
16 - 18		0,008	0,493	0,351
Решта	≥ 19	0,001	0,158	0,112
Математичне сподівання	6,266

Таблиця 9. Повторюваність висот хвиль Атлантичного океану по рейсовій лінії загалом

Висота хвиль, м	Повторюваність Pi, %
Річна 20 район	Річна 22 район	Річна рейсу
Діапазон	h3%i	P20 ^р	P22 ^р	Pрейс ^р
< 1	0,5	11,5	10,75	10,969
1 – 2	1,5	55,75		55,927
2 - 3	2,5	24,5	24,75	24,677
3 – 4	3,5	6,5	6,725	6,659
4 - 5	4,5	1,385	1,398	1,394
5 - 6	5,5	0,273	0,283	0,280
6 - 7	6,5	0,069	0,071	0,071
Решта	≥ 7,5	0,012	0,026	0,022
Математичне сподівання	1,828

Pi, %

М(V) = 6,3 м/с

∆V = 2 м/с

Рис 9. Гістограмма річного розподілу швидкості вітру на рейсовій лінії “Фаро - Сальвадор” та математичне сподівання цієї швидкості

Pi, %

∆h3% = 1 м

М(h3%) = 1,828 м/с

Рис 10. Гістограмма річного розподілу висоти хвиль на рейсовій лінії “Фаро - Сальвадор” та математичне сподівання цієї висоти

 

 

=

=

4.3. Формування таблиці початкових даних

Залежність опору руху від швидкості ходу судна в експлуатаційних умовах може бути побудована по 4-м вузловим точкам, кожна з яких визначається розрахунковою швидкістю ходу v_S, що приймається з доцільного діапазону цієї величини [ v min... v max ], і відповідним їй значенням опору R. Верхню межу діапазону розрахункових швидкостей ходу приймаємо такою, що дорівнює 12 вуз. Подальший розрахунок здійснюємо при таких швидкостях: 9, 10, 11, 12 вуз. Прийнята vs =11,5 вуз обумовлена певними міркуваннями, серед яких, на думку виконавця, специфікаційна швидкість ходу може сягати і більше вузлів для таких суден у майбутньому.

Для визначення довжини судна по розрахунковій ватерлінії L при відповідній осадці можна скористатися кресленням його загального розташування (рис 1). Інші початкові дані визначимо відповідно до [3, 5]

Параметр форми кормової кінцевої частини С_SТ приймаємо рівним -8 [3]. При осадці Т площа зануреної частини транця Аt=16,5. Теплохід FRECCIAMARE має одне стерно та два гвинта. Проаналізувавши рис. 8 і довідкову літературу, можна зробити висновок, що судно перебуває 100 % свого загального часу у тропічній зоні.

Відповідно до рис. 1 і [4] на рис. 10 зображені силуети теплохода та визначені характерні величини до подальших розрахунків початкових даних (табл.10). Поперечну проекцію силуету побудовано з використанням виду

Таблиця 10. Початкові (вхідні) дані для розрахунку опору судна типу BRAMAX в експлуатації на лінії "Фаро - Сальвадор"

(відповідно до [3]; підкреслені числові значення відносяться до вхідних даних при розрахунках на ПЕОМ)

№	Величина	Умовні позначення	Одиниці виміру	Формула, джерело або інше	Значення
1.	Водотонажність		т	Табл.1     Рис.1, Рис.11
2.	Основні розміри
2.1) довжина між перпендикулярами
2.2) довжина найбільша
2.3) довжина по ВВЛ
2.4) ширина		12,6
2.5) осадка по ВВЛ (і розрахункова)		5,4
2.6) висота борту		6,4
3.	Специфікаційна швидкість ходу		вуз	11,5
4.	Коефіцієнти:		–	0,531
загальної повноти
повноти площі мідель-шпангоута		0,971
повноти площі ватерлінії		0,649
5.	Кількість щогл і стійок		шт.	Рис.11
6.	Площі проекцій надводної частини судна			377,568
6.1) поздовжньої
6.1) поперечної		156,963
7.	Периметр поздовжньої проекції надводної частини судна (без ватерлінії, щогл, стійок)			240,524
8.	Відстань між носом і площиною центру площі вітрильності:
8.1) з повним вантажем
6.2) у баласті		70,5
9.	Відношення		–		0,105
		1,977
		6,746
		2,830
		0,847
		0,829
10.	Абсциса центру величини:			Прийнято як для судна з бульбом, підрозд. 4.3	0,02
10.1) відносна		–
10.2) абсолютна				1,64
11.	Периметр форми кормової кінцевої частини		–	Відповідно до конструкції корпусу рис. 11 та [4,3]	-8,000
12.	Кількість гребних гвинтів		–	2,000
13.	Кількість рулів		2,000
14.	Ознака наявності самоочищення		0,000
15.	Площа зануреної частини транця при осадці Т
16.	Площа поперечного перерізу зануреної частини бульба, що проходить через точку перетину зовнішнього контуру форштевня із розрахунковою ватерлінією			6,500
17.	Апліката центру «ваги» площі			- з бульбом, 0 – без бульба	2,700
18.	Густина морської води			[5]	1,025
19.	Довжина рейсової лінії		милі	Рис. 7
20.	Тривалість складових рейсу		доби		10,274
20.1) повного ходу			0,083
20.2) малого ходу		Експертна оцінка: 4:24	7,000
20.3) стоянок		Інтернет, www.scarates.com	0,083
20.4) загальна (всього)			17,357
21.	Розрахункова кількість діб у місяці		Прийнято
22.	Час, що минув після докування		міс.	Згідно з завданням
23.	Кількість рейсів за період		шт.
24.	Частка перебування судна:		–	На підставі аналізу рис.9
24.1) у зимовій зоні
24.2) у літній зоні
24.3) у тропічній зоні
25.	Загальний час за період		доби
25.1) стоянковий
25.2) ходовий
26.	Накопичений після докування ходовий час по кліматичним зонам		міс.
26.1) зимовий
26.2) літній
26.3) тропічний			7,1
стоянковий час по кліматичним зонам
26.4) зимовий
26.5) літній
26.7) тропічний			4,9
27.	Висота хвиль			Математичне сподівання, підрозд. 4.2	1,828
28.	Швидкість вітру			6,3
29.	Курсовий курс вітру (і хвилювання)		град	Згідно з завданням прийнято
30.	Розрахункові швидкості ходу		вуз	Прийнято	9,10, 11,12

зверху судна, який наводиться в [4]. Проекцію надбудови зображено орієнтовано, що допустимо стосовно даної курсової роботи.

Абсциса центру величини xc характеризує відхилення його від площини мідель-шпангоута. Вона залежить від форми носових і кормових обводів. Для транспортних суден xc = LВВЛ, де хс =-0,03...+0,025 [5]. Більші значення відносної абсциси xc = / LВВЛ стосуються порівняно невеликих морських суден(L ВВЛ = 90...100 м). Як правило, для суден без бульба xc < 0, а з бульбом - xc > 0. Для судна FRECCIAMARE з повним вантажем приймаємо x c =0,02.

4.4. Розрахунок опору руху судна з застосуванням ПЕОМ

Методика визначення опору руху судна за умов експлуатації [3, 6] лягла в основу розробленої математичної моделі, розрахунковий алгоритм якої реалізований у програмному комплексі DRAG (кафедра ССЕУ НУК).

Основною особливістю програмного комплексу DRAG є адаптивність стосовно кількості початкової (вхідної) інформації. До числа величин, значення яких повинні бути неодмінно задані користувачем, відносяться лише деякі основні параметри. Інші вхідні дані можуть бути або безпосередньо задані, або (при відсутності надійної інформації, необхідної для їхнього визначення) обчислені з використанням узагальнених залежностей, які містяться в математичній моделі. Звичайно, точність визначення опору руху R буде тим вища, чим більш достовірна інформація про технічні характеристики судна й умови його експлуатації.

Розрахунок опору судна за умов експлуатації здійснюється програмою DRAG.EXE на ПЕОМ. Після запуску ця програма "запитує" в режимі діалогу шифр групи і порядковий номер студента в її списку.

Результати роботи програми DRAG.EXE виводяться на екран дисплею у формі таблиці, що містить значення опору руху судна і його складових при заданих швидкостях ходу:

Группа 5214

Вариант 24

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА