Геометрия корпуса и плавучесть судна. Теоретический чертеж. Главные размерения судна и их соотношения, коэффициенты полноты

Общее представление о форме наружной поверхности корпуса дает сечение его тремя взаимно перпендикулярными плоскостями (рисунок 5.1).

Вертикальная плоскость, идущая вдоль судна по середине его ширины и разделяющая судно на две симметричные половины (левый и правый борт), называется диаметральной плоскостью (ДП). Поверхность воды в спокойном состоянии, которая пересекает наружную обшивку судна, несущего все полагающиеся по роду его службы грузы, образует плоскость грузовой ватерлинии (ГВЛ). Эта плоскость отделяет подводную часть судна от надводной части. Поперечная плоскость, рассекающая судно по середине его длины, называется плоскостью мидель - шпангоута.

Расположение основных плоскостей. 1-плоскость мидель-шпангоута; 2- диаметральная плоскость; 3 - плоскость грузовой ватерлинии

Рисунок 5.1 Расположение основных плоскостей. 1-плоскость мидель-шпангоута; 2- диаметральная плоскость; 3 - плоскость грузовой ватерлинии

Ряд плоскостей, параллельных ДП, образуют на поверхности судна линии батоксов (рисунок 5.2).

Линии пересечения наружной поверхности судна плоскостями, параллельными основным плоскостям

Рисунок 5.2 Линии пересечения наружной поверхности судна плоскостями, параллельными основным плоскостям: 1 - батоксы; 2 - форштевень; 3 - ватерлиния; 4 - шпангоуты; 5 - ахтерштевень.

Пересечения наружной обшивки с горизонтальными плоскостями образуют промежуточные ватерлинии, а с вертикально-поперечными - шпангоуты. При совмещении всех перечисленных сечений на одном чертеже получится обычная для судостроителей форма представления поверхности судна - теоретический чертеж (рис.3).

Исчерпывающее представление о форме корпуса судна дает его теоретический чертеж (рисунок 5.3). Он состоит из трех проекций, на каждой из которых изображаются сечения корпуса плоскостями, параллельными рассмотренным выше, -- ДП, пл. МШ и ОП. На теоретическом чертеже представляется теоретическая поверхность корпуса без учета наружной обшивки и выступающих частей.

Теоретический чертеж судна

Рисунок 5.3 Теоретический чертеж судна

Основные габаритные размеры корпуса принято называть главными размерениями. Это L -- длина судна; В -- ширина; Н -- высота борта; Т -- осадка. Первые три неизменны и относятся к геометрическим характеристикам корпуса в целом, последняя -- осадка -- может изменяться в широких пределах и определяет погруженный (подводный объем) судна. Обычно, когда говорят о главных размерениях судна, то принимают осадку по расчетную, или конструктивную, ватерлинию, соответствующую проектной загрузке судна.

Длина тоже должна быть конкретизирована. Различают длину между перпендикулярами L, по КВЛ Lквл, максимальную Lmах. Первые две близки между собой, последняя является габаритной. При изучении мореходных качеств судна, строго говоря, следует оперировать с длиной по ватерлинии, однако часто вместо нее принимают однозначно определенную величину -- Lхх.

Наиболее крупные современные суда достигают весьма внушительных размеров: их длина может превышать 400 м, ширина 60, а осадка в грузу составлять около 30 м.

Обобщенные характеристики формы. Наряду с теоретическим чертежом представление о форме корпуса судна дают обобщенные безразмерные характеристики -- соотношения главных размерений и коэффициенты полноты. От этих характеристик во многом зависят как мореходные, так и другие качества судна.

Основные соотношения главных размерений следующие: . Отношение , или, как его иногда называют, относительная длина, в значительной степени определяет ходовые качества: чем оно больше, тем относительно быстроходнее судно. У современных водоизмещающих судов эта величина колеблется в диапазоне . Нижний предел характерен для некоторых буксирных судов, верхний присущ высокоскоростным военным кораблям. Естественно, имеют место и исключения, так, например, некоторые спортивные лодки для академической гребли имеют > 25.

Отношение в основном влияет на остойчивость и качку. Чем оно больше, тем лучше с точки зрения остойчивости, хотя качка при этом делается более порывистой. Для современных морских судов .

Отношение - влияет на управляемость: его увеличение повышает устойчивость на курсе и ухудшает поворотливость.

Отношение -определяет остойчивость на больших углах наклонения и непотопляемость судна. Рост благоприятно влияет на оба эти качества.

Отношение влияет на прочность корпуса, чем выше это отношение, тем сложнее обеспечить общую прочность судна.

Основных независимых коэффициентов полноты три. Это коэффициент полноты площади ватерлинии

(5.1)

где S- площадь КВЛ;

коэффициент полноты мидель-шпангоута

где - площадь сечения мидель-шпангоута ниже ВЛ

коэффициент общей полноты

где V -- объем подводной части корпуса или объемное водоизмещение.

Как следует из (5.1) - (5.3), все коэффициенты полноты - суть отношения площадей (объема) соответствующих элементов к площадям (объему) описанных прямоугольников (параллелепипедов). Все эти коэффициенты меньше единицы, их численные значения для морских судов лежат в пределах: . Меньшие величины характерны для более быстроходных судов; верхние границы отвечают тихоходным судам с очень полными обводами (образованиями).

В некоторых расчетах теории корабля удобнее пользоваться производными от основных, дополнительными коэффициентами продольной ф и вертикальной полноты, физическая интерпретация которых ясна.

Пример 5.1. Некоторые из рассматриваемых теоретических положений и выводов будем иллюстрировать примерами. Большую их часть отнесем к одному судну, которому дадим имя «Инженер». Выбор названия не случаен: во-первых, первоначальный смысл слова инженер -- изобретатель, созидатель, во-вторых, инженер -- это основная движущая сила научно-технического прогресса, плоды которого еще не столь весомы, как хотелось; в-третьих, цель настоящей книги -- внести посильную лепту в превращение студента в квалифицированного инженера.

Итак, задано многоцелевое сухогрузное судно «Инженер», боковой вид которого приведен на рисунок 5.4, а основные характеристики таковы:

Lmах = 181 м; V = 28700 м3;

L++ = 173 м; D = 29400 т;

В = 28,2 м; G = 288000 кН;

Т = 9,5 м; S = 3700 м2;

Н = 15,1 м; щмш = 261м2.

Судно имеет носовой бульб, машинное отделение сдвинуто в корму (промежуточное положение машинного отделения МО). Система набора комбинированная -- верхняя палуба и двойное дно набраны по продольной системе, борта по поперечной

Найдем соотношения главных размерений и коэффициенты полноты судна:

Коэффициент общей полноты по (5.3)

Коэффициент полноты площади ВЛ по (5.1)

Коэффициент полноты мидель-шпангоута по (5.2)

Судно «Инженер»

Рисунок 5.4 Судно «Инженер»

Величины коэффициента общей полноты и отношение -- дают основание полагать, что «Инженер» имеет достаточно острые обводы и относится к среднескоростным транспортным судам.

Элементы теоретического чертежа. В расчеты по теории корабля закладываются различные характеристики формы корпуса. К основным элементам теоретического чертежа относят:

  • -- объемное водоизмещение V;
  • -- координаты центра величины хс, zc;
  • -- площадь ватерлинии S;
  • -- абсцисса центра тяжести площади ВЛ хF;
  • -- центральные моменты инерции площади ВЛ IХ и Iу;
  • -- коэффициенты полноты б,в,д.

Центром величины называют центр тяжести (центр масс) подводного объема корпуса (объемного водоизмещения).

Строевая по ватерлиниям -- это зависимость площади ватерлинии от осадки, в силу она характеризуем и распределение объема в функции от осадки. Большинство современных транспортных судов имеет плоское днище, в этом случае зависимость S(Т) не исходит из начала координат (рисунок 5.5). Очевидно, что площадь, ограниченная строевой по ВЛ и осью ординат, -- суть объемное водоизмещение при заданной осадке Т. Строевая по ВЛ широко используется при решении задач о приеме и расходовании малого груза.

Грузовой размер представляет собой зависимость водоизмещения от осадки. На этот график, кроме объемного водоизмещения V, определенного по теоретическому чертежу, наносят еще и водоизмещение с учетом обшивки и выступающих частей Vi, а также и массовое водоизмещение D (рисунок 5.6). Грузовой размер, в частности, используется при решении задач приема и снятия большого груза.

Строевая по ватерлиниям

Рисунок 5.5 Строевая по ватерлиниям

Грузовой размер

Рисунок 5.6 Грузовой размер

Масштаб Бонжана представляет совокупность зависимостей площадей всех теоретических шпангоутов от их погружения щ(z). Величины указанных площадей определяются: в виде

(5.4)

Строится масштаб Бонжана на трансформированном контуре сечения корпуса диаметральной плоскостью. Трансформация заключается в том, что для удобства использования, линейные масштабы вдоль осей ох и оу выбираются различными (рисунок 5.7). От вертикальных линий, следов соответствующих теоретических шпангоутов откладывают доведенные до высоты верхней палубы значения площадей шпангоутов щ(z).

С помощью масштаба Бонжана можно определить водоизмещение по любую, в том числе и наклонную (для судна, сидящего с дифферентом), ватерлинию. Масштаб Бонжана используется при расчетах непотопляемости, продольного спуска судна, а также для других целей. Строевая по шпангоутам характеризует распределение объемов по длине судна и представляет собой зависимость площади шпангоута от его расположения вдоль оси ох при заданной осадке (рисунок 5.8).

Масштаб Бонжана

Рисунок 5.7 Масштаб Бонжана

Строевая по шпангоутам

Рисунок 5.8 Строевая по шпангоутам

Строевая по шпангоутам может быть построена с помощью масштаба Бонжана для любой ватерлинии. Очевидно, что площадь, заключенная между строевой и осью ох, суть объемное водоизмещение. Строевая по шпангоутам, в частности, используется при расчете моментов, изгибающих судно.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   Загрузить   След >