Проектирование судов Теория проектирования (стр. 10 из 14)
Анализируя данное выражение можно установить, что теоретическая вместимость основного корпуса:
1. растет пропорционально водоизмещению;
2. растет с увеличением отношения hT = Н/Т;
3. растет при увеличении величины kн оценивающей влияние развала бортов в надводной части, седловатости и погиби палубы;
4. уменьшается с увеличением коэффициента χ = δ/α.
Изменение χ и kн, а следовательно и их влияние ограничено при незначительном изменении формы обводов. Самым эффективным средством увеличения вместимости является увеличение высоты борта при неизменной осадке. В результате суда, требующие большой относительной вместимости Wк/V, должны иметь большое отношение hT и значительный развал бортов. Кроме этого вместимость может быть увеличена за счет объема надстроек и рубок Wр.
Или
.Не следует забывать, что с ростом hT и Wр/V повышается аппликата ЦТ судна и ухудшается его остойчивость, вследствие чего может потребоваться увеличение В. Поэтому окончательно эти величины могут быть приняты после рассмотрения вопросов остойчивости проектируемого судна.
Уравнение вместимости
В.Л. Поздюнин предложил уравнение объемов, для обеспечения проектируемому судну необходимой вместимости
W = Σ Wi,
где W – теоретический объем судна с надстройками и рубками, определяемый его размерами и формой, Σ Wi – сумма требуемых теоретических объемов всех помещений судна. Для транспортных судов в эту сумму могут входить объемы: грузовых помещений Wгр, помещений экипажа Wэк, пассажирских помещений Wпс, помещений СЭУ Wмх, топливных цистерн Wтп, помещений электростанций Wэл, пустых отсеков, т.е. запасной объем – запас вместимости Wзв, постов управления и прочих служебных помещений Wсл, балластных цистерн Wбл.
Это деление является примерным, и в ряде случаев объемы могут быть сгруппированы иначе, например, в отдельное слагаемое могут быть выделены объемы помещений в надстройках и рубках, поскольку в отличие от стандарта нагрузки, нет стандарта регламентирующего деление судовых помещений по каким-либо признакам.
Назначаемые объемы зависят от требований к размещению груза, механизмов, топлива и т.п. Для транспортных судов
W = Wгр + Wэк + Wпс + Wмх + Wтп + Wэл + Wзв + Wсл + Wбл,
Здесь Wгр = μгРгр = μгηгD = γμгηгV; Wэк = μэкnэк и Wпс = μпсnпс, где μэк и μпс – удельный объем командных и пассажирских помещений, т.е. теоретический объем всех помещений для размещения и бытового обслуживания экипажа и пассажиров, приходящийся на одного человека, nэк и nпс – количество экипажа и пассажиров; Wмх = μмхN, где μмх – удельный объем помещений СЭУ. Принимая, например по формуле адмиралтейских коэффициентов N = V2/3υ3/Cа, получим
.Аналогично объем топливных цистерн
.где γтп – плотность топлива, kΔ – коэффициент заполнения топливных цистерн.
Объемы Wэл, Wзв, Wсл можно связать с размерами судна, считая их пропорциональными V: Wэл = μэлV, Wзв = μзвV, Wсл = μслV.
Объем, требуемый для балластировки судна, Wбл = ηблV/kΔ, где ηбл – коэффициент балластировки, определяющий, какую долю от V составляет объем чисто балластных цистерн, kΔ – коэффициент заполнения балластных цистерн.
Теперь можно записать уравнение вместимости в виде
.Или
W = W(V) + Wнз,
где W(V) – объемы помещений, зависимых от V, Wнз – независимые объемы.
Тогда общее выражение уравнения вместимости будет иметь вид
.В случае размещения экипажа и постов управления в в надстройках или рубках из левой части уравнения исключается Wр/V, а из правой величины μсл и Wэк. Тогда уравнение вместимости приобретает вид
.Задавая значение hT = Н/Т, a/d, kв можно получить уравнение из которого определяется V. Графическое решение уравнения представлено на рис. 12.
Величина hT имеет особо важное значение в процессе обеспечения вместимости, поэтому целесообразно рассмотреть ее определение при совместном решении уравнения нагрузки и уравнения вместимости. С помощью уравнения масс находится водоизмещение D = gV. Подставляя значение V в уравнение вместимости, получим
.Откуда
. 
Рис. 12. Графическое решение уравнения вместимости
1 – прямая, соответствующая левой части уравнения
2 – кривая, соответствующая правой части уравнения
Необходимо заметить, что от величины Н/Т зависит еще и запас плавучести судна, поэтому при проектировании судна необходимо выбирать Н/Т еще и по этому показателю.
Коэффициент приращения V при изменении вместимости
На рис. 13. изображены кривые требуемой вместимости в функции водоизмещения для прототипа [W0(V) и Wнз0] и и проекта [W1(V) и Wнз1].
Водоизмещению V0 на рис. 6 соответствует точка А0 пересечения прямой
с кривой W0(V) и Wнз0.
При W1(V0) и Wнз1 (точка F) образуется недостаток вместимости A0F.
ΔW1(V) + ΔWнз1 = W1(V0) – W0(V0) + Wнз1 – Wнз0.
Для точки А1 можно записать
.где – дW1(V)/дV тангенс угла A1FE. Произведение тангенса угла на величину ΔV дает нам длину отрезка A1E. Выразив из уравнения величину ΔV получим,
Рис. 13. Изменение водоизмещения при изменении вместимости
.где ηс – коэффициент приращения объемного водоизмещения при изменении требуемой вместимости,
.Исследования показывают, что четвертый член знаменателя обычно меньше суммы второго и третьего, а следовательно, ηс < 1, в отличие от коэффициента Нормана ηн, который всегда больше единицы. Таким образом приращение полного объема корпуса будет опережать приращение водоизмещения, что может быть объяснено тем, что объем надводной части корпуса увеличивается быстрее чем в подводной.
В тех случаях, когда вместимость по разделам растет пропорционально только соответствующим массам (например грузовместимость пропорционально грузоподъемности), вместимость вполне обеспечивается при одновременном увеличении водоизмещения, соответствующем ηн. Но тем не менее при переходе от прототипа к проекту следует учесть изменения, вызываемые наличием обоих коэффициентов ηн и ηс, а также характеристик и требований касающихся масс и требуемых объемов. Такой учет необходим потому, что специальные требования по характеристикам вместимости (например, удельная грузовместимость или объем помещений, приходящийся на одного пассажира) могут меняться довольно значительно. В этом случае ΔV должно изменяться из за изменения W1(V0) + Wнз1, при этом приращение нагрузки может оказаться небольшим. Тогда целесообразнее менять hT, которое при определении ηс считалось постоянным. Изменение hT, как правило, влияет на отношение В/Т, что связано с обеспечением остойчивости.
Уравнение вместимости для судов со средним расположением МО