Выбор параметров формы корпуса.

7.4.1. Параметры формы корпуса судна, влияющие на ходкость.

Выделяют безразмерные и размерные параметры формы корпуса, влияющие на ходкость.

К безразмерным относятся:

- отношение длины к ширине судна L/B;

- относительная длина l;

- коэффициенты теоретического чертежа – δ,α,β.

К размерным относятся:

- главные размерения – L, B. T;

- длина цилиндрической вставки l_цв;

- абсцисса центра величины (центра плавучести) x_с.

7.4.1.1. Выбор отношения длины к ширине и относительной длины.

Кораблестроителям давно известно, что отношение длины судна к ширине L/B характеризует скоростные качества судна. Чем больше это соотношение (при постоянном водоизмещении), тем меньше сопротивление воды движению судна и больше скорость. Но так как длина судна оказывает большое влияние не только на ходкость, но и на другие качества судна, например, на массу судна, то выбор длины должен основываться на комплексной оценке ее влияния на все судно.

В теории проектирования судов широко используется относительная длина l - безразмерная характеристика длины судна, показывающая приоритет длины над остальными главными размерениями судна для оценки скоростных качеств:

l =L/V^1/3 = L/(δLBT)^1/3 = [(L/B)²(B/T)(1/δ)]^1/3.

Как это следует из рассмотрения вышеприведенной формулы, при фиксированных значениях коэффициента общей полноты δ и отношения В/Т имеется жесткая связь между отношением L/B и относительной длиной l.

Для приближенного определения l предложено много формул, связывающих относительную длину со скоростью судна. Например, для транспортных судов можно использовать формулу Л.М. Ногида:

l = kv^1/3.

Для современных транспортных судов k = 2,13 - 2,30.

Получив в результате решения уравнения масс водоизмещение судна V, и зная величину относительной длины l, можно найти его длину L:

L = l V^1/3.

7.4.1.2. Выбор коэффициентов теоретического чертежа.

Коэффициент общей полноты δ. Этот параметр формы корпуса влияет на многие качества и показатели проектируемого судна – ходкость, остойчивость, грузоподъемность и вместимость. Но выбирают его, прежде всего, исходя из требований к ходкости судна.

Анализ влияния δ на сопротивление при движении судна на тихой воде позволил установить, что, начиная с некоторого значения этого коэффициента δ_кр, сопротивление резко возрастает (рисунок 42).

Рис. 42. Определение значения δ_кр по кривой сопротивления.

Значения δ_кр зависят от относительной скорости: чем выше число Fr, тем меньше δ_кр.

Очевидно, что выбирать значения δ > δ_кр нерационально, так как это приведет к значительному росту сопротивления и требуемой мощности энергетической установки.

Для определения исходных значений δ проектируемого судна используются формулы следующей структуры:

δ = a – bFr,

где а и b - численные коэффициенты, полученные статистическим путем после обработки данных по различным типам судов.

Для современных транспортных судов значения коэффициентов а и b следующие: а b

сухогрузные суда 1,09 1,68

нефтеналивные суда 1,05 1,40.

Коэффициент полноты площади ватерлинии α влияет, в основном, на остойчивость и непотопляемость судов. В то же время он геометрически связан с углами заострения ватерлиний и коэффициентом полноты δ. Поэтому первоначально его принимают в зависимости от величины этого коэффициента: α = 0,96 δ^1/2.

Коэффициент полноты площади мидель-шпангоута β принимают у тихоходных и среднескоростных судов β = 0,98 – 0,99, что позволяет несколько уменьшить сопротивление за счет заострения оконечностей.

7.4.1.3. Выбор положения цента величины по длине судна (абсциссыx_с)

Положение центра величины (ЦВ) по длине судна x_с влияет на величину сопротивления и мощность главного двигателя. Перемещение ЦВ в нос сопровождается увеличением полноты обводов в носу и соответственным заострением их в корме (рисунок 43). Перемещение ЦВ в корму приводит к противоположным результатам.

Рис. 43. Влияние положения центра величины (ЦВ) на форму корпуса судна.

Исходя из основных закономерностей влияния полноты обводов оконечностей судна на составляющие сопротивления целесообразно смещать ЦВ тихоходных судов в нос от миделя, у быстроходных судов – в корму.

По экспериментальным данным составлен график зависимости x_с/L = f(δ) (рисунок 44). Кривая 2 рассматривается как оптимальная, кривые 1 и 3 показывают пределы, между которыми может колебаться отношение x_с/L без заметного влияния на сопротивление.

Рис. 44. Положение центра величины по длине судна
.

7.4.1.4. Выбор длины цилиндрической вставки l_цв.

Цилиндрической вставкой l_цв называется средняя часть длины корпуса судна, имеющая одинаковую форму с мидель-шпангоутом (рисунок 45).

Рис. 45. Понятие цилиндрической вставки

С гидродинамической точки зрения применение цилиндрической вставки приводит к ухудшению плавности обтекания водой корпуса судна и увеличению волнового сопротивления и сопротивления формы. Чем больше длина цилиндрической вставки, тем полнее обводы оконечностей. Однако для сравнительно тихоходных судов увеличение сопротивления при этом невелико. Вместе с тем, цилиндрическая вставка позволяет улучшить форму грузовых помещений и упростить постройку судна. Поэтому цилиндрическая вставка широко применяется на транспортных судах. Об относительной длине цилиндрической вставки можно судить по рекомендациям А.Линдблада (рисунок 46).

Рис. 46. Рекомендуемая длина и положение цилиндрической вставки

в зависимости от скоростных качеств судна.

Как это следует из рассмотрения рисунка 46, середина длины цилиндрической вставки всегда смещена в нос от мидель-шпангоута, что геометрически согласуется с оптимальным положением ЦВ (см. рисунок 44).