CC BY
41Слабая чувствительность отклика была выявлена при исследовании чувствительности на факторы мощность СЭУ судна и предел текучести материала конструкций несущих повышенную нагрузку (комингсы, ширстрек и пр.). Максимальное относительное изменение массы металлического корпуса при варьировании мощности СЭУ судна или предела текучести стали, составляет не более пяти процентов.
На рис. 6 представлены кривые, определяющие зависимость измерителя массы корпуса от кубического моду ля для судов разных классов. Измеритель массы металлического корпу са определяется по выражению, т/м3:
Ч^РмЛЬВН) (2)
Доли основных статей металлического корпу са по виртуальным судам показаны на рис. 7.
2
Рис. 7. Диаграмма распределения долей, составляющих массу металлического корпуса сухогрузного судна
1 - доля массы наружной обшивки Моб= 18,5-23,0 %;
2 - доля массы набора Мн- 36.0 -44.0 %;
3 доля массы переборок, настилов, комингсов и пр. Мпр=33.0~45,5 %
В результате проведенного исследования получены графические зависимости, позволяющие оперативно и с достаточной точностью на начальных стадиях проектирования оценить изменение массы металлического корпуса при обосновании главных размсрсний. формы корпу са судов внутреннего и смешанного плавания.
INVESTIGATION OF SUSCEPTIBILITY OF THE MASS MODEL METALLIC HALL OF MERCHANT SHIP
D. V. Ejov
The present article touch questions of investigation susceptibility of the mass model metallic hall of merchant ship by numeral method.
УДК 629.122.457.001
Д. В. Ежов, аспирант, В ГА ВТ.
603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5.
МОДЕЛЬ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА МАССЫ КОРПУСА СУХОГРУЗНОГО ТРЮМНОГО СУДНА
Данная статья затрагивает вопросы разработки модели проектирования и расчета .массы метагпического корпуса сухогрузного трюмного судна с использованием традиционных и современных методов.
I
Вестник ВГАВТ
Математическая модель проектирования и расчета массы корпуса сухогрузного трюмного судна может использоваться для составления алгоритма, а также написания программы для ЭВМ, с целью оперативного определения массы металлического корпуса и ее составляющих по следующим исходным данным:
1) Класс судна в соответствии с Правилами Российского Речного Регистра (ПРРР).
2) Длина по KBJI L, м.
3) Ширина по KBJI В, м.
4) Осадка по KBJI Т, м.
5) Высота борта Н, м.
6) Коэффициент общей полноты 5.
7) Мощность главного двигателя N, кВт.
8) Поперечная шпация а, м.
9) Количество грузовых трюмов.
При разработке модели необходимо предварительно обосновать архитектурно-конструктивный тип. т.е. расположение машинного отделения и надстройки по длине судна, наличие бака и юта, конструктивный тип судна. Протяженность форпика, ах-терпика, машинного отделения и прочих отсеков определяются по статистическим формулам, либо задаются в исходных данных. Размеры конструктивных подсистем корпуса могут задаваться, либо принимаются следующими:
1) Высота комингса hk=l,0 м.
2) Высота второго дна hj=0,9 м.
3) Ширина межбортового пространства Ь6=1,5 м.
Проектируемое судно должно иметь надводный борт необходимой высоты, а отношения главных размерений L/H и В/П не должны превышать величин требуемых ПРРР [1]. При разработке математической модели корпус подразделяется на три зоны: носовая оконечность, кормовая оконечность и средняя часть, протяженность которых принимается в соответствии с ПРРР. В средней части, как правило, используется смешанная система набора и поперечная система в оконечностях.
Модель включает в себя следующие блоки:
- аналитическое описание судовой поверхности, позволяющее определить ординаты шпангоутов;
- расстановка связей и определения их толщин;
- определение геометрических характеристик набора;
- определение масс элементов составляющих металлический корпус;
- расчет общей прочности.
В основу математической модели формы корпуса может быть положен способ определения ординат теоретических шпангоутов с помощью интерполяционного метода [2] с использованием соответствующих ординат судов-прототипов. Суда прототипы должны иметь одинаковые главные размерения, либо должны быть преобразованы к таковым с использованием метода аффинного преобразования, а отличаться только значениями коэффициента общей полноты. Для универсальности модели необходимо использовать полный диапазон по коэффициенту общей полноты, характерный для грузовых судов внутреннего и смешанного плавания. Величина диапазона влияет на точность определения ординат, поэтому требуется предпринять меры к его уменьшению, путем увеличения числа судов-прототипов. Ординаты судов-прототипов получают разработкой соответствующих теоретических чертежей.
Абсолютные значения ординат проектируемого судна по интерполяционному методу с использованием аффинного преобразования определяются по формуле
У
8-8,
В_
В..
(1)
где 5|, 8|+1 - соответственно коэффициенты общей полноты ¡-го и последующего судов-прототипов, образующих диапазон, в котором находится коэффициент полноты 5 проектируемого судна;
У» У1+1 - ординаты ¡-го и последующего судов-прототипов соответственно; - ширина по КВЛ, м., ¡-го судна-прототипа.
Расчетное "кольцо" корпуса (наружная обшивка и палуба) формируется из минимальных толщин требуемых ПРРР в зависимости от класса и длины судна, с учетом надбавок в районах скулового закругления, ширстрека, палубного стрингера, якорного клюза и гребного винта. Геометрия наружной обшивки определяется по полученным ординатам точек пересечения двадцати одного теоретического шпангоута с восемью ватерлиниями. Пятая ватерлиния соответствует расчетной осадке судна, при этом в районе наибольшей кривизны шпангоута (скуловое закругление) в оконечностях судна, пробивается промежуточная ватерлиния, ордината шпангоута на которой, находится методом локального сплайна [3]. Шестая ватерлиния соответствует половине высоты надводного борта, седьмая - расчетной высоте борта.
Поперечная шпация принимается по рекомендациям Правил [1], а продольная определяется из условия размещения продольных балок, так чтобы она была в интервале 0,45<а)<=0,60 м. Расстояние между продольными рамными связями не должны превышать 2,0 м., а в междудонном пространстве не более 3,0 м. в соответствии с требованиями ПРРР для данного типа судна. Чередование поперечных шпангоутов должно удовлетворять требованиям Правил.
Геометрические характеристики холостого и рамного профилей подбираются из стандартных, либо рассчитываются, исходя из значений минимального момента сопротивления поперечного сечения отдельного типа связи, определяемого по методике ПРРР, или принимаются по условию конструктивной связанности в соответствии с рекомендациями [1].
Практические шпангоуты рассчитываются интерполяционным методом по ординатам теоретических шпангоутов. Длины поперечных балок в оконечностях, с учетом кривизны, рассчитываются по полученным ординатам практических шпангоутов по формуле
т I
Ыт '
д
(2)
где i - номер ординаты ¡-го практического шпангоута;
т - номер ординаты соответствующий расчетной ватерлинии >го шпангоута; Д - надбавка на кривизну, которая может быть принята в интервале от 1,00 до 1,05 в зависимости от номера практического шпангоута у
Плоские листовые конструкции, такие как, настил палубы, переборки и платформа рассчитываются по практическим ординатам.
Программа, разработанная по данной математической модели, предусматривает расчет массы всех элементов металлического корпуса (листовых конструкций, продольных и поперечных, холостых и рамных связей), включая кницы, а также учет вырезов в палубе, флорах и кильсонах. Масса отдельной группы связей определяется
Вестник ВГАВТ
исходя из площади поперечного сечения, протяженности с учетом кривизны и количества связей в данной группе.
После определения массы металлического корпуса определяются остальные составляющие нагрузки масс, путем пересчета с судна-прототипа либо по статистическим формулам. По полученному водоизмещению порожнем определяется полезная грузоподъемность.
Завершающим этапом является выполнение расчета и проверка общей прочности по предельному моменту в соответствии с ПРРР. Вычисляется предельный момент Мпр эквивалентного бруса во втором приближении с учетом редуцирования связей. Определяются дополнительный волновой момент МД8 по ПРРР и моменты на тихой воде Мте в районе мидель-шпангоута. При определении момента на тихой воде рассчитывается нагрузка на каждую теоретическую шпацию. Сила тяжести, приходящаяся на теоретическую шпацию, находится в процентном отношении от массы порожнего судна по статистическим данным. Сила полдержания на теоретическую шпацию определяется с использованием полученных ординат формы корпуса. Расчетный момент представляет собой абсолютную сумму:
МГ=\МТВ\ + \МДН\ (3)
Прочность судна по предельному моменту обеспечивается, если выполняются следующие условия:
МПР >к ■ Мр (4)
Мпг - кПР ■ В ■ Ь (5)
где к, кпр - коэффициенты расчетного и предельного моментов соответственно;
Б - водоизмещение судна в грузу.
Если условие (4) или (5) не выполняется, то вносятся соответствующие коррективы для обеспечения общей прочности путем увеличения толщины продольного комингса, палубного стрингера, ширстрека или использования сталей повышенной прочности, после чего выполняется повторный расчет.
Таблица
Сопоставление результатов с данными по проектам судов
Масса, т
Проект №17437 Проект М'1565
Наименование с гаге А по расчету по расчету
по документации на ЭВМ по докуме1ггации на ЭВМ
1 2 3 4 5
1. Наружная обшивка 192,9 186,8 231,2 210,5
2. Настил второго дна 89,1 88,6 97,0 106,1
3. Продольные переборки 49,3 43,1 61,2 58,9
4. Настил палубы 60,6 68,6 58,7 51,0
5. Комингсы . 61,0 56,9 54,5 50,8
6. Переборки и платформы 43,0 37,2 33,5 38,6
7. Набор рамный, холостой
и подкрепления 321,5 357,2 373,6 414,8
Итого: Металлический корпус 817,4 838,4 909,7 927,8
Автором разработана ЭВМ-программа, реализующая данную модель, и проведен численный анализ для ряда судов внутреннего и смешанного плавания. Сопоставление результатов с данными по проектам судов (табл.) подтвердило адекватность раз-
работанной модели проектирования и расчета массы корпуса. Относительные погрешности в определении основных статей металлического корпуса не велики и в ряде случаев объясняются некоторыми отличиями в архитектурно-конструктивном типе судов.
Список литературы
[1]. Российский Речной Регистр. Правила классификации и постройки судов внутреннего и смешанного плавания.-Т. 1-3. - М : Марин Инжиниринг Сервис, 1995.
[2]. Лшик В. В. Проектирование судов. - Л.: Судостроение, 1975.
[3]. Баяковский Ю.М. Графор. Графическое расширение фортрана. - М. Наука, 1985 - 288 с.
THE MODEL OF DESIGN AND CALCULATION MASS OF THE HALL MERCHANT SHIP WITH CARGO HOLDS
D. V. Ejov
The present article touch questions of elaboration mode! of ship design and calculation mass of the hall merchant ship with use traditional and modern methods.
УДК 629.124
Б.М. Сахновский, к.т.н., доцент, ИЦС. Э.Б. Сахновский, аспирант. СПГМТУ.
190008, Санкт-Петербург, ул. Лоцманская, д.З. E-mail: [email protected]
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ РАЗГРУЗКИ КОРПУСА ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СКОРОСТНЫХ КАТАМАРАНОВ
В статье на базе аналитических зависимостей и данных экспериментальных исследований предложена методика оценки эффективности элементов гидродинамической разгрузки корпуса (подводных крыльев, регулируемых транцевых плит, интерцепто-ров) при проектировании скоростных катамаранов с гидродинамической разгрузкой. Приведены примеры расчета и сопоставления с данными экспериментальных исследований эффективности средств гидродинамической разгрузки. Предложены расчетные графики для предварительной оценки (эффективности) средств гидродинамической разгрузки корпуса скоростных катамаранов, использование которых возможно и для других типов скоростных судов с разгрузкой.
При проектировании скоростных катамаранов (СК) с гидродинамической разгрузкой корпуса основным фактором, влияющим на общие компоновочные решения, мощность энергетической установки и экономичность судна, является степень гидродинамической разгрузки корпуса. Под степенью гидродинамической разгрузки Криг в дальнейшем будем считать отношение гидродинамической подъемной силы Y, создаваемой элементами гидродинамической разгрузки корпуса (ЭГРК), к весовому водоизмещению скоростного катамарана Д.
Очевидно, что для СК, движущихся в переходном (2<Fnv^3) и глиссирующем (Fnv>3) режимах, на корпусах возникает гидродинамическая подъемная сила, величина которой, как показывает практика проектирования скоростных судов, недостаточна для обеспечения заметного снижения сопротивления и мощности главных двигателей СК.
