Обоснование коэффициента полноты

Площади мидель-шпангоута

 

При обосновании коэффициентов характеризующих форму корпуса необходимо иметь в виду, что для обводов соответствующих типов имеет место как графическая закономерность расположения и трансформации линий их образующих, так и закономерность взаимосвязи коэффициентов полноты, характеризующих форму корпуса. Впервые обратил на это внимание Ж.О. Норман, который показал, что эти коэффициенты между собой имеют следующую взаимосвязь

 

(7.14)

 

Норман установил, что для судов 60-х годов XIX века отношение имело среднюю величину равную ~1,15. В последующем справедливость этого соотношения неоднократно проверялась, и было показано, что его численная величина весьма стабильная, особенно применительно к судам конкретных типов, имеющих некоторую специфику по обводам.

В частности, например, для судов внутреннего плавания средняя величина этого соотношения c имеет следующие значения:

	c
сухогрузные суда	1,085 ± 0,015
пассажирские (транзит)	1,19 ± 0,03
танкеры	1,065 ± 0,005
пассажирские (внутригородские и пригородные)	1,3 ± 0,08
буксиры-толкачи	1,3 ± 0,1

От коэффициента площади мидель-шпангоута b зависит величина радиуса скулы, если судно плоскодонное и с вертикальными бортами, а также углы килеватости и наклона борта – у неплоскодонных судов. Эти геометрические параметры корпуса влияют на величину остаточного сопротивления, бортовую качку, управляемость и технологичность корпуса. Выбор величины коэффициента b с точки зрения ходкости может быть обеспечен через обоснование призматического коэффициента продольной полноты j = b/d. Выбор этого коэффициента, при условии, что коэффициент d уже зафиксирован, однозначно предопределяется значение b. Но и в этом случае его величину следует сопоставить с общепринятыми значениями.

С увеличением скорости и числа Фруда заостренность судна растет и соответственно уменьшается, как d и b, так и j. На рис. 7.5 показан характер изменения j для водоизмещающих судов в функции от числа Фруда [9]. На нем можно выделить три зоны, соответствующие трем различным формам этой зависимости.

В первой зоне относительно быстроходных водоизмещающих судов при Fr > 0,45 оптимальные значения j относительно ходкости находятся в пределах 0,62¸0,65. Если обратиться к зависимости d = f (Fr) (рис. 7.4), то можно увидеть, что в этом скоростном диапазоне коэффициент d также в среднем принимает постоянные значения. Это приводит к определенной фиксации, прежде всего по технологическим соображениями коэффициента b.

 

Рис. 7.5. К выбору коэффициента продольной полноты j

 

Во второй зоне, соответствующей скоростям по Фруду 0,30¸0,45 имеет место некоторое уменьшение коэффициента j в среднем от 0,63 до 0,57.

При относительных скоростях Fr < 0,3, где работают большинство транспортных судов, которые имеют плоское дно и вертикальные борта и коэффициент b близкий к единице, поэтому у них получается j» d, что и можно видеть из рис. 7.4 и 7.5.

Количественно проследить влияние b на другие качества судна на начальных стадиях проектирования весьма сложно. Поэтому на этом этапе также прибегают к использованию статических зависимостей. Возникает вопрос: в функции от какого аргумента получать такие зависимости? Ответ следует из соотношения (7.14), в соответствии с которым b должно быть функцией либо d, либо a. Поскольку основным коэффициентом и, как правило, первым, вместе с главными размерениями, обосновывается коэффициент полноты водоизмещения d, то и коэффициент b находят по статистическим зависимостям от него. Для морских судов в диапазоне скоростей Fr £ 0,28. В.В. Ашик рекомендует следующую статистическую формулу

 

b = 0,926 + 0,085 d ± 0,004

(7.15)

 

Для быстроходных судов (при Fr > 0,28)

 

b = 1,62 d ± 0,15

(7.16)

 

Эти зависимости близки к формулам, полученным Л.М. Ногидом

 

при d < 0,615 при 0,615 < 0,800 при d > 0,800

b = 0,813 + 0,267 d b = 0,928 + 0,080 d b = 0,992

(7.17)

 

Для грузовых судов внутреннего плавания в работе [2] рекомендуется формула

 

b = 0,988 + 0,008 d.

(7.16)

 

В.Л. Лесюков [10] связывает коэффициент b еще и с типом речных судов

 

грузовые суда b = 0,981 + 0,02 d пассажирские b = 0,543 + 0,575 d.

(7.19)

 

Влияние коэффициента b на технологичность корпуса прослеживается в свиязи с влиянием его на радиус скулы R _ск. При вертикальных бортах и плоском днище

 

(7.20)

 

Так, например, для судна имеющего В = 12 м, Т = 2,0 м и b = 0,97, радиус скулы в соответствии с (7.20) будет равен 1,3 м. При высоте h _ф = 0,5 м, которая примерно соответствует данным размерениям при вертикальном борте, бортовая ветка рамного шпангоута в районе скулы будет криволинейной. Криволинейными (чтобы избежать большой скуловой кницы) будут и днищевая и бортовая ветки холостого шпангоута. Криволинейность указанных балок достаточно существенно и снижает технологичность корпуса. Применительно к размерениям судов внутреннего плавания выше показанных проблем с технологичностью можно избежать при условии b ³ 0,99.

Радиус скулы может быть уменьшен за счет придания килеватости днищу либо наклона борту. Однако следует иметь ввиду, что при коэффициентах b, находящихся в диапазоне

 

0,96 < b < 0,99

(7.21)

 

углы килеватости (наклона борта) получаются небольшими (в среднем до 3°) и обеспечение их при сборке также создает немалые дополнительные технологические трудности. Поэтому, если в обоснованных случаях необходимо принимать коэффициент b меньший 0,99, то его надо уменьшать так, чтобы получить приемлемые по условиям технологии углы килеватости. Изложенное дает объяснение тому факту, что коэффициент b в диапазоне (7.21) используют крайне редко, поскольку в этом случае получают не технологичную конструкцию, либо из-за относительно большего радиуса скулы, либо вследствие небольшого угла килеватости. В связи с этим, выбирая коэффициент b необходимо подходить комплексно, предварительно определившись с формой мидель-шпангоута проектируемого судна, исходя из его назначения, условий эксплуатации. Для чего необходимо знать основные преимущества каждой из них. К таковым плоскодонным судам следует отнести технологичность, меньшую осадку, более высокую ремонтопригодность. Килеватые суда имеют меньшее гидродинамическое сопротивление, они меньше присасываются к ложу реки в условиях мелководья, несколько более устойчивые на курсе и имеют больший период качки.