Курсовая расчет ходкости судна вариант 25 часть 1

Введение

Ходкость. называют способность судна двигаться с заданной скоростью при эффективном использовании мощности энергетической установки. Это мореходное качество в значительной степени определяет энергетические затраты, сопутствующие эксплуатации судна, а следовательно и экономические показатели последнего.
На любое тело, движущееся в жидкости, действует сила сопротивления. Чтобы ее преодолеть, к телу необходимо приложить полезную тягу-усилие, равное по величине и противоположное по направлению. При этом будет обеспечено установившееся движение, т.е. прямолинейное с постоянной скорость. Именно такое движение является предметом изучения в курсе «ходкость».
Устройство, предназначенное для создания полезной тяги называется движителем. таким образом, ходкость включает два раздела: сопротивление среды движению судна и движители.
Ходкость одно из важнейших мореходных качеств, для обеспечения которого в процессе проектирования в зависимости от основных режимов плавания судна осуществляется:
-выбор и оптимизация главных размерений наружных обводов корпуса для достижения наименьших величин полного сопротивления движению судна;
-выбор типа и определенных оптимальных элементов движения;
-выбор типа и основных характеристик главного движителя.
Основной целью работы является освоение практических методов расчета полного сопротивления движению судна и гидродинамических характеристик гребного винта по диаграммам серийных модельных испытаний. Кроме того, в ходе выполнения расчетов появляется возможность детально учесть взаимодействие всех элементов пропульсивного комплекса корпуса судна, гребного винта и главного двигателя, а также изучить способы построения и использования ходовых характеристик судна, отражающих это взаимодействие.
Для решения указанной цели необходимо для заданного судна рассчитать значения полного сопротивления R в диапазоне скоростей хода от нуля до скорости, приблизительно на 10% превышающей заданное значение VS. Количество расчетных точек не мене 5. Построить кривую полного сопротивления в зависимости от скорости хода.

Вариант 25.
Тип судна: МРТ (малый рыболовный траулер).
Длина судна L=26 м
Ширина судна В=7.6 м
Осадка судна d=2.08 м
Коэффициент общей полноты Cb=0,553
Коэффициент полноты мидель-шпангоута Cm=0,86
Абсцисса центра величины объемного водоизмещения XC=-0,03
Заданное значение хода судна VS=10,0 уз

1 РАСЧЕТ ПОЛНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ СРЕДЫ ДВИЖЕНИЮ СУДНА

1.1 Разложение полного сопротивления среды на составляющие

Полное сопротивление движению судна условно разделяется на составляющие, которые предполагаются независимыми друг от друга. При этом составляющие сопротивления увязываются с направлениями составляющих поверхностных гидродинамических сил (касательных и нормальных) и с основными физическими свойствами воды (вязкостью и весомостью). В соответствии с этим сила сопротивления
( 1 )
где — сопротивление трения;
— сопротивление давления;
Причем, в общем случае движения судна
( 2 )
где — сопротивление формы (вихревое сопротивление), обусловленное влиянием вязкости воды на распределение гидродинамических давлений по смоченной поверхности судна; — волновое сопротивление, которое обусловлено весомостью воды и возникает вследствие перераспределения давлений по смоченной поверхности судна в связи с волнообразованием, вызванным движением судна.
Таким образом, при равномерном прямолинейном движении судна полное сопротивление воды
( 3 )
где — вязкостное сопротивление воды.
Движение судна происходит не только в водной, но и в воздушной среде. Поэтому для него полное сопротивление включает также — воздушное (аэродинамическое) сопротивление надводной части корпуса судна, которое по своей природе является вязкостным.
Сопротивления и являются основными составляющими полного сопротивления. Доля их в полном сопротивлении зависит от формы корпуса судна, состояния его поверхности и режима движения.
В практических расчетах сопротивления воды движению судна вводятся расчетные составляющие. При этом выделяется сопротивление выступающих частей . Сопротивление трения разделяется следующим образом:
, ( 4 )
где — сопротивление трения гидродинамически гладкой поверхности корпуса судна; — сопротивление, обусловленное шероховатостью поверхности корпуса судна.
Тогда полное сопротивление движению судна

или
,
где — остаточное сопротивление.

1.2 Практические расчеты полного сопротивления среды

В практических расчетах полное сопротивление определяется через безразмерные коэффициенты составляющих полного сопротивления по следующей формуле:
, кН (5)
где ρ=1,025г/м3 – плотность морской воды;
V – скорость хода судна, м/с;
Ω – смоченная поверхность корпуса судна без выступающих частей, м2.
Вычислим смоченную поверхность корпуса судна без выступающих частей. Поскольку коэффициент общей полноты Cb=0,553 < 0.600, то смоченную поверхность вычисляем по формуле Мурагина С.П.: , м2 (6) Подставляя известные значения в формулу (6), определим: Коэффициент сопротивления трения CF определим по формуле: (7) где CFo–коэффициент сопротивления эквивалентной гладкой пластины; КК и δСF – коэффициенты, учитывающие соответственно влияние кривизны судовой поверхности и ее шероховатости на величину сопротивления трения корпуса судна. Величину коэффициента КК определим по таблице 4.1 методических указаний. Так как отношение L/B≈3.4≤6, то, согласно таблицы, принимаем величину коэффициента КК=1.04. Величину надбавки на шероховатость δСF примем согласно рекомендаций, приведенных в методических указаниях, равной . Коэффициент сопротивления эквивалентной гладкой пластины CFo определяется в зависимости от числа Рейнольдса Re по формуле Прандтля-Шлихтинга: (8) Число Рейнольдса определим по формуле: (9) где ν – кинематическая вязкость жидкости. Для расчетов в данном курсовом проекте кинематическую вязкость морской воды определим по таблицам справочной литературы. При расчетах сопротивления судов температура воды принимается равной 4°С, кинематическая вязкость при этом составляет 1.57•10–6 м2/с Подставляя значения известных и найденных величин в формулу (9) вычислим число Рейннольдса для каждого значения скорости хода судна. Полученные значения заносим в итоговую таблицу расчетов 7. Подставляя полученные числа Рейннольдса в формулу (8) вычислим коэффициент сопротивления эквивалентной гладкой пластины для каждого значения скорости хода судна. Полученные значения заносим в таблицу 7. Подставляя значения известных и найденных величин в формулу (7) вычислим коэффициент сопротивления трения CF для каждого значения скорости хода судна с учетом шероховатостей. Полученные значения заносим в таблицу 7 Коэффициент сопротивления выступающих частей CВ.Ч и воздушного сопротивления CВозд примем согласно рекомендаций, приведенных в методических указаниях, равной . 1.3 Расчет полного сопротивления по способу Ерошина В.А. Коэффициент остаточного сопротивления CR судна определим по способу «Серия промысловых судов (способ В.А. Ерошина)» для малых судов. В этом способе коэффициент остаточного сопротивления CR определяется как комплекс составляющих остаточного сопротивления в зависимости от геометрических параметров корпуса (коэффициента продольной полноты Cр, коэффициента полноты мидель-шпангоута CM, отношения длины судна L к его ширине В, отношения ширины судна В к его осадке d, абсциссы центра величины объемного водоизмещения XC): (10) Здесь индексом «i» обозначены относительные геометрические параметры корпуса, для которого производится расчет, индексом «0» обозначены аналогичные параметры базовой формы корпуса. Cоставляющие остаточного сопротивления судна, представленные в формуле (8), в зависимости от типа судна определяются по эмпирическим формулам: (11) (12) Постоянные коэффициенты a, b и c в формулах (11) и (12) определяются в зависимости от чисел Фруда Fr по таблицам 4.3 – 4.9, приведенным в методических указаниях. Число Фруда зависит от скорости хода судна и его длины и определяется по формуле: (13) где g=9,8 м/с2 – ускорение свободного падения. Числа Фруда, вычисленные для заданного судна (МРТ) в зависимости от скорости хода Vsi, представлены в таблице 7. Определим коэффициент продольной полноты по известным заданным величинам. Он равен отношению коэффициента общей полноты к коэффициенту полноты мидель-шпангоута: Cp=Cb/Cm=0.553/0.86=0.643 (14) 1 Коэффициент остаточного сопротивления CR(Cp,Fr) в зависимости от коэффициента продольной полноты Cp для МРТ определим по формуле: (15) Постоянные коэффициенты ai, bi и ci определим по таблице 4.3 методических указаний для каждого числа Фруда Fri, вычисленного для заданного судна (МРТ) в зависимости от скорости хода Vsi. Результаты вычислений заносим в таблицы 1 и 7. Таблица 1 Расчет коэффициента остаточного сопротивления CR(Cp,Fr) в зависимости от коэффициента продольной полноты Cp. N п/п 1 2 3 4 5 6 V, уз 6,000 7,000 9,000 10,000 10,500 11,000 V, м/с 3,06 3,57 4,59 5,10 5,36 5,61 Fr 0,192 0,224 0,288 0,319 0,335 0,351 a -9,95 68,41 227,06 355,59 378,87 401,01 b 18,94 -76,82 -263,01 -410,14 -449,37 -487,70 c -5,85 23,77 79,15 121,59 138,15 154,62 CR(Cp,Fr)103 2,21 2,66 3,92 4,89 5,85 6,83 2 Коэффициент остаточного сопротивления CR(CМ,Fr) в зависимости от коэффициента полноты мидель-шпангоута CМ для определим по формуле: (16) Постоянные коэффициенты ai, bi и ci определим по справочной таблице 4.3 методических указаний для каждого числа Фруда Fri, вычисленного для заданного судна (МРТ) в зависимости от скорости хода Vsi. Результаты вычислений заносим в таблицы 2 и 7. Таблица 2 Расчет коэффициента остаточного сопротивления CR(Cm,Fr) в зависимости от коэффициента полноты мидель-шпангоута Cm. N п/п 1 2 3 4 5 6 V, уз 6,000 7,000 9,000 10,000 10,500 11,000 V, м/с 3,06 3,57 4,59 5,10 5,36 5,61 Fr 0,192 0,224 0,288 0,319 0,335 0,351 a 70,06 65,24 39,08 55,76 62,96 70,15 b -112,11 -103,90 -59,05 -85,70 -97,15 -108,58 c 46,52 43,11 25,42 36,96 42,73 48,52 CR(Cm,Fr)103 1,92 2,01 3,54 4,49 5,75 7,02 3 Коэффициент остаточного сопротивления CR((L/B),Fr) в зависимости от отношения L/B для МРТ определим по формуле: (17) Постоянные коэффициенты ai, bi и ci определим по справочной таблице 4.4 методических указаний для каждого числа Фруда Fri, вычисленного для заданного судна (МРТ) в зависимости от скорости хода Vsi. Результаты вычислений заносим в таблицы 3 и 7 Таблица 3 Расчет коэффициента остаточного сопротивления CR((L/B),Fr) в зависимости от отношения L/B. N п/п 1 2 3 4 5 6 V, уз 6,000 7,000 9,000 10,000 10,500 11,000 V, м/с 3,06 3,57 4,59 5,10 5,36 5,61 Fr 0,192 0,224 0,288 0,319 0,335 0,351 a 1,11 1,86 1,38 1,62 2,00 2,40 b -8,38 -12,93 -9,57 -11,33 -14,50 -17,77 c 17,36 24,34 19,53 23,76 31,05 38,53 CR((L/B),Fr)103 1,72 1,87 2,94 3,95 4,87 5,80 4 Коэффициент остаточного сопротивления CR((B/d),Fr) в зависимости от отношения B/d для МРТ определим по формуле: (18) Постоянные коэффициенты ai, bi и ci определим по справочной таблице 4.4 методических указаний для каждого числа Фруда Fri, вычисленного для заданного судна (МРТ) в зависимости от скорости хода Vsi. Результаты вычислений заносим в таблицы 4 и 7 Таблица 4 Расчет коэффициента остаточного сопротивления CR((B/d),Fr) в зависимости от отношения B/d. N п/п 1 2 3 4 5 6 V, уз 6,000 7,000 9,000 10,000 10,500 11,000 V, м/с 3,06 3,57 4,59 5,10 5,36 5,61 Fr 0,192 0,224 0,288 0,319 0,335 0,351 a 0,27 0,59 0,10 0,17 0,26 0,36 b -2,20 -4,39 -0,72 -1,03 -1,90 -2,81 c 6,06 10,02 4,35 5,92 8,79 11,75 CR((B/d),Fr)103 1,56 1,81 3,05 4,44 5,35 6,27 5 Коэффициент остаточного сопротивления CR((XC),Fr) в зависимости от абсциссы центра величины объемного водоизмещения XC для МРТ определим по формуле: (19) Постоянные коэффициенты ai, bi и ci определим по справочной таблице 4.5 методических указаний для каждого числа Фруда Fri, вычисленного для заданного судна (МРТ) в зависимости от скорости хода Vsi. Результаты вычислений заносим в таблицы 5 и 7 Таблица 5 Расчет коэффициента остаточного сопротивления CR((XC),Fr) в зависимости от абсциссы центра величины объемного водоизмещения XC. N п/п 1 2 3 4 5 6 V, уз 6,000 7,000 9,000 10,000 10,500 11,000 V, м/с 3,06 3,57 4,59 5,10 5,36 5,61 Fr 0,192 0,224 0,288 0,319 0,335 0,351 a 0,00 0,00 0,00 0,00 160,28 325,73 b -9,55 -15,26 -30,84 -14,68 3,61 6,12 c 2,14 2,39 3,30 4,08 5,10 6,14 CR((Xc),Fr)103 1,85 1,93 2,37 3,64 5,35 6,62 6 Составляющая в формуле (10) для добывающих судов определяется для одного из значений, принятых в качестве базовых геометрических параметров формы корпуса. Согласно методическим указаниям в качестве в качестве базового геометрического параметра формы корпуса принимаем отношение (L/B)0. Значение базового параметра формы корпуса (L/B)0 выбирает по таблице 4.11 методических указаний. Для МРТ оно составляет (L/B)0=3,0. Таким образом, указанную составляющую базовой формы корпуса для МРТ определим по формуле (15) аналогично пункту 3 данной работы. Результаты вычислений заносим в таблицы 6 и 7 Таблица 6 Расчет коэффициента остаточного сопротивления C-4R((L/B)0,Fr) в зависимости от базового параметра формы корпуса (L/B)0. N п/п 1 2 3 4 5 6 V, уз 6,000 7,000 9,000 10,000 10,500 11,000 V, м/с 3,06 3,57 4,59 5,10 5,36 5,61 Fr 0,192 0,224 0,288 0,319 0,335 0,351 a 1,11 1,86 1,38 1,62 2,00 2,40 b -8,38 -12,93 -9,57 -11,33 -14,50 -17,77 c 17,36 24,34 19,53 23,76 31,05 38,53 C-4((L/B)0,Fr) 0,0400 0,0365 0,0091 0,0028 0,0010 0,0005 Расчет полного сопротивления по способу Ерошина В.А. ведем в форме таблицы 7. Таблица 7 Расчет полного сопротивления по способу В.А. Ерошина N п/п Наименование Значения вычисляемых величин при скоростях хода судна Vsi 1 V, уз. 6,0 7,0 9,0 10,0 10,5 11,0 2 v, м/с 3,06 3,57 4,59 5,10 5,36 5,61 3 v2, м2/с2 9,36 12,74 21,07 26,01 28,68 31,47 4 0,192 0,224 0,288 0,319 0,335 0,351 5 CR(Cp,Fr)103 2,211 2,659 3,918 4,889 5,849 6,825 6 CR(Cm,Fr)103 1,923 2,006 3,538 4,494 5,747 7,024 7 CR((L/B),Fr)103 1,719 1,873 2,936 3,950 4,867 5,799 8 CR((B/d),Fr)103 1,561 1,812 3,045 4,443 5,350 6,266 9 CR(XC,Fr)103 1,850 1,928 2,371 3,638 5,352 6,619 10 CR-4((L/B)0,Fr) 0,0400 0,0365 0,0091 0,0028 0,0010 0,0005 11 CR=(5)(6)(7)(8)(9) (10) 0,843 1,272 2,685 3,940 4,905 5,401 12 Re10-8=(VL/ν) 50675159 59121019 76012739 84458599 88681529 92904459 13 CFo=0,455/(lgRe)2,58 0,0023 0,0023 0,0022 0,0022 0,0022 0,0022 14 CFoKK103 0,0024 0,0024 0,0023 0,0023 0,0023 0,0022 15 δCFo103 0,0003 0,0003 0,0003 0,0003 0,0003 0,0003 16 CF103=(14)+(15) 0,0027 0,0027 0,0026 0,0026 0,0026 0,0025 17 (CВ.Ч+ CВозд)103 0,0002 0,0002 0,0002 0,0002 0,0002 0,0002 18 C=(11)+(16)+(17) 0,846 1,275 2,688 3,943 4,908 5,404 19 R1=(ρ/2)Ω(3)(18), кН 0,800 1,640 5,717 10,354 14,208 17,171 20 R=1,3(19), кН 1,040 2,133 7,432 13,460 18,471 22,322 1.4 График зависимости полного сопротивления от скорости хода По результатам проделанных расчетов (таблица 7) построим График зависимости полного сопротивления R от скорости хода Vуз. Кривая полного сопротивления R в зависимости от скорости хода Vуз представлена на рис.1. Рис.1 Выводы В первой части курсового проекта для заданного судна определили коэффициент остаточного сопротивления CR судна по способу «Серия промысловых судов (способ В.А. Ерошина)» для малых судов. Рассчитали значение полного сопротивления R в диапазоне скоростей хода от нуля до 11 узлов, приблизительно на 10% превышающей заданное значение VS. Количество расчетных точек не мене 5. Построили кривую полного сопротивления в зависимости от скорости хода. Кривая полного сопротивления построена для эксплутационного режима плавания судна, то есть когда на его проектной скорости его полное сопротивление превышает сопротивление нового судна на тихой воде в безветренную погоду на 30%. Цели первой части курсового проекта достигнуты.