Основные качества и характеристики судна

 

Многочисленные качества, которыми обладает судно, можно классифицировать, с одной стороны исходя из его конструктивного совершенства и надежности как плавучего сооружения, а с другой – отражая транспортные возможности судна и экономические оценки его транспортной работы. Это позволяет разделить их на две группы: 1. навигационные качества; 2. эксплуатационно-экономические (рис. 1.2).

 

 

 

Рис. 1.2. Классификация качеств судна

 

Именно совокупность этих качеств в их определенном соотношении делает судно плавучим инженерным сооружением, предназначенным для выполнения заданных функций. Качества могут быть простыми или комплексными. Например, плавучесть можно отнести к простому качеству, тогда как непотопляемость является комплексным, определяется запасом плавучести и остойчивостью судна. Надежность также надо рассматривать как сложное качество, связанное с ремонтопригодностью конструкции, ее безотказностью в работе и долговечностью.

Величина некоторых качеств, прежде всего эксплуатационно-экономических, задается техническим заданием на проектируемое судно, тогда как необходимый уровень других (например, большинства навигационных) предусматривается соответствующими нормативными документами и должен быть обеспечен при разработке проекта судна.

Количественно качества судна определяются совокупностью численных величин, называемых показателями качеств. В настоящее время отсутствует единая, общепринятая система их классификации. С известной степенью условности эти показатели качеств судна можно разделить (рис. 1.3) на две группы: 1. технико-эксплуатационные; 2. технико-экономические.

 

 

Рис. 1.3. Структура показателей качеств судна

 

В свою очередь технико-эксплуатационные показатели одноименных качеств судна принято делить на характеристики и элементы. К характеристикам относят показатели эксплуатационно-экономических качеств судна. Именно характеристики указываются как исходные данные в техническом задании на проектирование судна, определяя тем самым желаемый заказчиком уровень эксплуатационно-экономических качеств будущего судна.

К таким характеристикам, следовательно, можно отнести величины грузоподъемности судна, пассажировместимости, скорости хода либо мощности энергетической установки, автономности по запасам и т.д.

В процессе проектирования, исходя из данных технического задания, определяются элементы судна, т.е. размеры и обводы корпуса, состав и расположение помещений, основное оборудование, материалы и механизмы, необходимые для выполнения всех конкретных требований задания и удовлетворения требований надзорных организаций и обществ. Из общего числа элементов выделяют так называемые основные или главные элементы – главные размерения и коэффициенты формы корпуса.

Следует отметить, что на практике термин «характеристики» применяют иногда в более широком смысле. Так при описании конкретных судов, их «паспортных» данных, используют словосочетания «основные характеристики», «основные элементы и характеристики судна». При этом в их перечень, кроме технико-эксплуатационных показателей, включаются и другие, такие как водоизмещение, главные размерения, скорость хода, автономность, класс Регистра, характеристика грузового устройства, численность экипажа и т.д.

Технико-экономические показатели в свою очередь делятся на технические и экономические. К последним могут быть отнесены, например, стоимость постройки судна, стоимость содержания в эксплуатации, месячный фонд зарплаты экипажа, получаемый доход и т.д. К техническим в этом случае относят показатели, используемые в технико-экономических расчетах и характеризующих транспортную работу судна на конкретных перевозках. В качестве примера таких показателей можно назвать время кругового рейса, количество рейсов за навигационный период, расход топлива в сутки и др.

 

 

Определение водоизмещения и главных

Размерений на начальных стадиях

Уравнение масс

 

проектирование нового судна, на самых начальных его этапах, начинается с определения основных его элементов. Как отмечалось ранее, из общего перечня неизвестных элементов к основным относят главные размерения судна и коэффициенты формы корпуса (теоретического чертежа), играющие особую роль в синтезе будущего судна и обеспечении его эффективности. Их определение, как и других искомых величин по судну, производится совместным решением системы уравнений. Обязательным в этой системе является уравнение масс и плавучести

D = r V,

(2.1.)

где D – масса судна, т; V – объемное водоизмещение, м³; r – плотность воды, т/м³.

Уравнение (2.1) является модификацией известного уравнения весов и плавучести (делением его на g)

D¢ = r g V,

(2.2)

где D¢ – вес судна, кН; g – ускорение свободного падения, м/сек².

Уравнение (2.2) отражает равенство проекции вертикальных сил в системе уравнений равновесия судна. Представив в уравнении (2.1) объемное водоизмещение

V = d L B T,

(2.3)

где d – коэффициент общей полноты водоизмещения; L B T – расчетные длина, ширина и осадка судна при известной массе судна D, открывается возможность тем или иным образом определять его главные размерения. В связи с этим часто задача нахождения основных элементов судна начинается с определением его массы (массового водоизмещения). Для этого используется так называемое уравнение масс

D = S Рi + S Рj,

(2.4)

являющееся аналитическим выражением равенства водоизмещения (массы) судна сумме всех масс, его составляющих.

В уравнении (2.4) выделяют массы Р_i, зависящие от элементов и характеристик проектируемого судна и массы Р_j, не зависящие от элементов и характеристик судна. Последние рассматриваются как постоянные для любого варианта проектируемого судна, соответствующего одним и тем же исходным данным. Составляющие Р_j представляют собой массу полезного груза, различных запасов, экипажа, т.е. всего того, что может быть снято с судна без нарушения его конструктивной целостности. Сумму этих масс Р _j также называют чистым дедвейтом.

DW° = Р гр + Р пас + Р эк + Р в + Р пр + Р ф,

(2.5)

где Р _гр – масса перевозимого груза; Р _пас – масса пассажиров; Р _эк – масса экипажа; Р _в – масса запасов воды; Р _пр – масса запасов продовольствия; Р _ф – масса фекально-сточных вод.

Если к чистому дедвейту DW ° прибавить величину запаса топлива и смазки Р _тс, то получим так называемый дедвейт судна

DW = DW° + Р тс.

(2.6)

 

Однако в связи с тем, что величина Р _тспри заданной автономности по топливу зависит от мощности энергетической установки, она, так же как и полный дедвейт DW, должна быть отнесена к массам типа Р_i. Следует отметить, что как чистый, так и полный дедвейт является величиной, изменяемой в течение времени рейса по мере расходования тех или иных запасов. Отсюда вытекает, что и водоизмещение (масса) судна в течение рейса также изменяется. Это послужило основанием для получения полного представления о технико-эксплуатационных и навигационных качествах судна его водоизмещение делить на виды. Наиболее характерными видами водоизмещения (случаями нагрузки) для транспортного судна являются полное водоизмещение и порожнем, относящиеся к крайним случаям состояния нагрузки (максимальное и минимальное). Подробнее о видах водоизмещения изложено в третьей главе.

Конкретный вид уравнения (2.4) зависит от количества включаемых в него слагаемых Р_i, число которых обуславливается уровнем решаемой задачи. На начальных стадиях проектирования, т.е. при определении элементов и характеристик транспортного судна обычно используют следующий вид этого уравнения

 

D = Р к + Р м + Р тс + DW ° + DD,

(2.7)

 

где Р _к– масса корпуса с оборудованием, т; Р _м – масса механизмов и оборудования машинного отделения, т; Р _тс – масса топлива и смазки, т; DD – запас водоизмещения, т.

В этом уравнении первые два слагаемые, по сути, представляют собой массу судна порожнем (собственную массу судна). Массу Р _к при таком подходе не нужно путать с массой раздела «Корпус» при нормативной разбивке нагрузки масс. В нее условно включают все массы, в том числе и общесудовые системы, устройства, вооружение и т.д., не вошедшие в слагаемое Р _м.

Последнее слагаемое в уравнении масс (2.4) DD называют запасом водоизмещения. Оно представляет собой фиктивную массу, которую прибавляют к сумме масс, составляющих расчетное водоизмещение судна.

Парадокс состоит в том, что на начальных стадиях проектирования определить массу судна D суммированием ее составляющих согласно уравнению (2.4) нельзя. Это связано с тем, что массы Р _к, Р _м, Р _тс, зависящие, как было отмечено ранее, от элементов и характеристик судна, могут быть найдены только после определения последних. Тогда как, чтобы их определить, необходимо в свою очередь знать массу судна. В связи с этим в теории проектирования судов разработаны различные способы, позволяющие косвенным образом, решая уравнение (2.4), находить водоизмещение судна. Данные способы и будут рассмотрены ниже.

В заключение отметим, что уравнения масс могут быть записаны и используются в ряде модификаций. Все эти модификации подразделяются на алгебраические и дифференциальные. Уравнения масс в алгебраической форме, как мы отметили выше, пригодны для определения искомых элементов судна, как при наличии, так и при отсутствии близкого прототипа. Уравнения масс в дифференциальной форме возможно только при наличии подходящего судна-прототипа, в элементы которого вносятся исправления, обусловленные различием характеристик прототипа и проектируемого судна – грузоподъемности, скорости хода, автономности по запасам и т.д.