Проектирование судов Теория проектирования (стр. 12 из 14)

Единицей измерения регистровой вместимости ранее явлись регистровые тонны, 1 рег.т. = 100 фут³ = 2,83 м³, сейчас это безразмерная величина.

Различают валовую регистровую вместимость (gross tonnage), характеризующую общий объем корпуса и надстроек и чистую регистровую вместимость (net tonnage), характеризующую объем грузовых и пассажирских помещений.

Валовая регистровая вместимость определяется по формуле

GT = k₁W,

где k₁ = 0,2 + 0,02 lg W, W – общая техническая вместимость всех закрытых помещений судна. К закрытым помещениям кроме корпуса и надстроек относятся и кожухи дымовых труб, грузовые, светлые и сходные люки.

Чистую регистровую вместимость определяют по выражению

,

где k₂ = 0,2 + 0,02 lg W _г, W_г – общий теоретический объем грузовых помещений, k₃ = 1,25∙(1 + GT·10^-4), п₁ – количество пассажиров размещаемых в каютах с числом коек не более восьми, п₂ – количество прочих пассажиров.

При определении величины NT осадка грузового судна берется по грузовую марку (не лесную), а для пассажирских судов по осадке соответствующей самой высокой ВЛ деления судна на отсеки.

Кроме этого при вычислении NT действуют следующие ограничения:

1. при (п₁ + п₂) < 13, второе слагаемое принимается равным нулю;

2. при

, отношение Н/Т должно считаться равным не менее 1,33;

3. первое слагаемое должно приниматься не меньше 0,25GT;

4. величина NT должна приниматься не меньше 0,30GT.

На начальных этапах разработки проекта регистровую вместимость можно определить по следующим приблизительным зависимостям:

- для пассажирских судов GT ≈ D;

- для танкеров и балкеров GT ≈ 0,65DW;

- для универсальных сухогрузов GT ≈ 0,70DW;

- для рефрижераторов и контейнеровозов GT ≈ DW;

Для всех судов можно считать, что NT ≈ 0,55GT.

Обеспечение остойчивости при проектировании

На начальных этапах проектирования вопросы, связанные с остойчивостью судна относятся к наиболее важным, поскольку эксплуатационные характеристики проекта будут зависеть от показателей остойчивости. Но из-за неопределенности требований предъявляемых к остойчивости судов и необходимости выражения этих требований через какие-то показатели, которые можно установить на начальных этапах проектирования приходится сталкиваться с рядом трудностей. Следует отметить, что выражение требований через какой-то один показатель не отражает всех аспектов проблемы, связанных с остойчивостью. Кроме этого выражение требований происходит не прямо, а косвенно.

Из-за указанных обстоятельств возникает неопределенность при выборе элементов проектируемого судна. Нередко результаты начальных этапов проектирования приходится корректировать на более поздних этапах, когда появляется возможность провести прямые расчеты остойчивости судна по теоретическому чертежу.

Таким образом, для избежания ошибок на ранних стадиях проектирования необходимо как можно более обоснованно выбрать критерий остойчивости и определить предъявляемые к этому критерию требования – их состав и количественные значения.

Наиболее полное представление об остойчивости судна дает его диаграмма статической остойчивости. Но для ее построения необходимо иметь теоретический чертеж, который не может быть получен до установления главных размерений. Из-за этого на ранних стадиях проектирования, то есть при определении основных элементов судна необходимо использовать такой показатель остойчивости, который может быть выражен через искомые величины, то есть через главные размерения и коэффициенты полноты. Таким требованиям отвечает начальная метацентрическая высота h. Но поскольку метацентрическая высота зависит от абсолютных размеров судна, достаточно трудно установить ее рациональное значение как критерия остойчивости. Поэтому в ТПС в качестве универсального показателя остойчивости принимают не абсолютную, а относительную метацентрическую высоту

– отношение начальной метацентрической высоты к ширине судна:

.

Преимущество использования этого критерия остойчивости выражается в его стабильности для различных типов судов. При этом считается, что при равенстве относительных метацентрических высот такие показатели, как угол крена, амплитуда качки, вертикальные ускорения у различных судов будут равными.

Например, из теории корабля известна формула для определения периода бортовой качки судна,

,

где I_x + ΔI_x – момент инерции массы судна относительно центральной продольной оси с учетом присоединенной массы воды, тмс². Определить значение данной величины на ранних стадиях проектирования представляется затруднительным. В то же время момент инерции связан с водоизмещением зависимостью

,

где r_x – радиус инерции (м). Данную величину обычно выражают в долях ширины судна, r_x = kB. Тогда после подстановки получим

,

так называемую, капитанскую формулу, где с = 2πkg^-1/2. Для большинства судов коэффициент с лежит в пределах 0,72 – 0,82. Из структуры формулы видно влияние ħ на период бортовой качки.

Амплитуда качки Θ_max в условиях резонанса связана с углом волнового склона α_волн и безразмерным коэффициентом сопротивления качке μ следующей зависимостью,

.

Для транспортных судов коэффициент μ зависит от величины

.

,

где k – практический коэффициент. Следовательно,

.

Угол крена при качке в любой момент времени t при совпадении периодов волны и собственных колебаний (явление резонанса) описывается формулой:

,

угловая скорость при этом,

,

угловые ускорения

.

Максимальная величина углового ускорения

.

Максимальные линейные ускорения при бортовой качке будут возникать в точках наиболее удаленных от ДП, то есть у борта. Тогда,

.

Если выразить период собственных колебаний τ_θ через капитанскую формулу, то получим,

.

Таким образом, при равных значениях

и α_волн можно ожидать, что вертикальные ускорения у сопоставляемых судов будут равными.

Кроме того относительная метацентрическая высота пригодна и для суждения о способности судна противостоять кренящим моментам, создаваемым силой р приложенной на плече l. При этом угол крена будет равным,

.

Следовательно, если известно значение предельно допустимого угла крена Θ_пред, нетрудно найти необходимое значение относительной метацентрической высоты:

.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод о возможности использования относительной метацентрической высоты в качестве основного критерия остойчивости проектируемого судна.

Нормирование верхнего и нижнего пределов остойчивости

Выбор значения относительной метацентрической высоты зависит от исходных требований к проектируемому судну, содержащихся в задании на проектирование. При этом руководствуются следующими соображениями.

1. Остойчивость должна быть достаточной, чтобы противостоять кренящим моментам, действующим на судно в процессе его эксплуатации. Крен судна может вызвать ветер и волнение, скопление пассажиров на одном борту, смещение грузов в трюме, неравномерное расходование судовых запасов из цистерн левого и правого борта и прочие причины. Определение элементов судна исходя из необходимости противостоять наиболее тяжелой комбинации кренящих моментов, привело бы к завышенным требованиям к остойчивости. Поэтому при назначении величины ħ ориентируются не на наихудшую, а на наиболее вероятную комбинацию внешних сил действующих на судно.