Расчет сопротивления воды движению судна
Вьюгов В.В.
Расчет винтовых движителей судна Методические указания
По дисциплине Теория и устройство корабля
Новосибирск 2004
УДК 629.12.00
Вьюгов В.В. Расчет винтовых движителей судна. Методические указания по выполнению курсового и дипломного проектов для студентов Судомеханического факультета. Новосибирск, Новосибирская государственная академия водного транспорта, 2004.
Приведены методики расчета открытых гребных винтов и комплексов винт - насадка для водоизмещающих судов внутреннего плавания.
Ó Вьюгов В.В. 2004.
ÓНовосибирская государственная академия водного транспорта, 2004. ISBN 5-8119-0062-7
Введение
Тематика курсового и дипломного проектирования для студентов Судомеханического факультета предусматривает проведение расчетов судовых движителей и определение скорости движения судна.
Содержание курсового проекта представлено в задании на курсовой проект. Содержание дипломного проекта определяется руководителем. На этом этапе, как правило, конструкция судна и его основные размерения являются заданными. Теоретический чертеж судна либо разрабатывается проектировщиком (кораблестроители), либо принимается по прототипу, то есть для расчета используются характеристики какого либо из построенных и эксплуатирующихся судов (судомеханики).
С целью иллюстрации порядка величин различных расчетных параметров методические указания выполнены в виде численного примера.
|
|
|
Вся справочная информация, необходимая для выполнения расчетов по курсовому проектированию, приведена в Приложении А к данным методическим указаниям. Информация, необходимая для выполнения расчетов по дипломному проектированию, принимается по данным «Справочников по серийным судам».
Тип главных силовых установок и их характеристики, а также тип движителей либо определяются расчетом по условиям задания, либо задаются руководителем.
Курсовой проект выполняется с помощью микрокалькулятора. Применение персональных ЭВМ допускается только для оформления записки в среде Microsoft Word. Все вычисления необходимо производить с точностью до трех значащих цифр (смотри пример). Применение для расчетов программ Exel и Mathcad допускается только при дипломном проектировании.
Содержание проектов в записке иллюстрируется расчетными графиками и схемами, выполняемыми на листах формата А4. Чертеж движителя выполняется на листе формата А1.
При выполнении комплексных проектов по Теории корабля координаты теоретического чертежа могут быть заданы, в этом случае разделы 1.1-1.2 не выполняются.
Новосибирская государственная академия водного транспорта Кафедра «Теории и устройства корабля»
|
|
|
ЗАДАНИЕ
на курсовой проект по дисциплине «Теория и устройство корабля» студенту гр. - Иванову И.И Выполнить расчет винтовых движителей судна
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
1 Грузоподъемность G= 2200 т.
2 Ожидаемая корость на глубокой спокойной воде = 21,6 км/час.3 Длина расчетная L=98,8 м.
4.Ширина расчетная B=12,6 м.
5 Осадка T= 2,9 м.
6
 |
Коэффициент общей полноты =0,838.
7 Количество двигателей и движителей ZP=2(открытые винты).
8 Автономность плавания ta = 10 сут.
9 Глубина фарватера Содержание курсового проекта
1 Расчет сопротивления воды движению судна.
2 Расчет движителя при выборе силовой установки.
h сх = 3,6 м.
3 Расчет движителя на полное использование мощности главных СЭУ 4 Расчет ходовых и тяговых характеристик.
5 Разработка чертежа движителя.
6. Заключение.
|
|
|
7 УИРС
Рекомендуемая литература
1 Павленко В.Г. Ходкость и управляемость судна. - М.: Транспорт. 1991.- 400 с.
2 Вьюгов В.В. Управляемость водоизмещающих речных судов. –Н. 1999. – 260 с.
3 Справочники по серийным судам. Изд. МРФ РСФСР.
4 Вьюгов В.В. Расчет винтовых движителей судна. - Методические указания. Новосибирск, 2004. – 40 с.
5 БасинА.М., Степанюк Е.И. Руководство по расчету и проектированию гребных винтов судов внутреннего плавания.- Транспорт. 1977.-272 с.
6. Правила классификации и постройки судов внутреннего плавания. - Российский речной регистр. Т3. 2002.-420 с.
7 ГОСТ 2.419-68, ГОСТ 2.801-74, ГОСТ 1062-80, ГОСТ 28065 – 89.
Подпись преподавателя Дата выдачи задания
Расчет сопротивления воды движению судна
1.1 Выбор судна - прототипа
В соответствии с условиями задания по приведенной в Приложении таблице А1 подбирается судно - прототип с характеристиками, наиболее близкими к условиям задания. Для обоснования выбора прототипа необходимо для двух наиболее близких по характеристикам судов вычислить следующие коэффициенты подобияВКiн. иже приведенных формулах индексы (пр) относятся либо к первому, либо ко второму прототипу.
|
|
|
Для прототипа пр. 576.
K G1 = G пр1 / G ; K G1 =2000/2200; K G1 =0,909.
K Т1 = Т пр1 / Т ; K Т1 =2,85/2,9; K Т1 =0,983.
K а1 = t a пр1 / t a ; K а1 =12/10; K а1 =1,20.
K1 = (K G1 + K T 1 + K a1 ) / 3 ; K1 =(0,909+0,983+1,2)/3; K1 =1,03. (1)
Для прототипа пр.936.
K G 2 = G пр2 / G ; K G 2 =1300/2200; K G 2 =0,591.
K Т 2 = Т пр2 / Т ; K Т 2 =2,5/2,9; K Т 2 =0,862.
K а 2 = t a пр 2 / t a ; K а 2 =10/10; K а 2 =1,0.
K2 = (K G 2 + K T 2 + K a 2 ) / 3 ; K2 =(0,591+0,862+1,0)/3; K2 =0,818. (2)
В качестве прототипа выбирается то судно, у которого его осредненный коэффициент подобия К наиболее близок к единице. В данном примере выбран прототип пр.576.
Определение площади смоченной поверхности судна
Определение площади смоченной поверхности судна производится методом численного интегрирования по смоченным длинам теоретических шпангоутов теоретического чертежа.
Проекция «Корпус» теоретического чертежа проектируемого судна разрабатывается аффинным способом с использованием координат теоретического чертежа судна-прототипа; некоторые из них приведены в таблице А3 Приложения в долях от полуширины судна. Эти данные записываются в левую половину таблицы 1. Ординаты шпангоутов по ватерлиниям для проектируемого судна определяются путем умножения соответствующих цифр левой половины таблицы 1 на
0,5B проектируемого судна и записываются в правую ее половину. При задании координат теоретического чертежа в размерном виде соответствующие координаты проектируемого судна определяются аффинным способом по формулам:
y = y пр B / B пр ; z = z пр T / T пр ; H = H пр T / T пр . (3)
По величинам координат правой половины таблицы 1 на листе формата А4 (рисунок 1) строится проекция «Корпус» теоретического чертежа в удобном масштабе (как правило, 1:50). Для правильного построения теоретических шпангоутов в ДП, на палубе и по скуле используются пропорции, приведенные в нижних строках таблицы А3.
Таблица 1 - Плазовые координаты прототипа и проектируемого судна
| № шпан гоута | Ординаты i-го шпангоута по j-той ватерлинии прототипа (в долях от полуширины) | № шпан гоута | Ординаты i-го шпангоута по j-той ватерлинии проектируемого судна, м | ||||||||
| i | j=0 | j=1 | j=2 | j=3 | j=4 | i | j=0 | j=1 | j=2 | j=3 | j=4 |
| 0 | - | - | - | - | 0 | 0 | - | - | - | - | 0 |
| 1 | 0,186 | 0,436 | 0,573 | 0,682 | 0,727 | 1 | 1,17 | 2,75 | 3,61 | 4,30 | 4,58 |
| 2 | 0,515 | 0,768 | 0,875 | 0,930 | 0,968 | 2 | 3,24 | 4,84 | 5,51 | 5,86 | 6,10 |
| 3 | 0,773 | 0,910 | 0,975 | 0,980 | 1 | 3 | 4,87 | 5,73 | 6,14 | 6,17 | 6,30 |
| 4 | 0,900 | 1 | 1 | 1 | 1 | 4 | 5,67 | 6,14 | 6,30 | 6,30 | 6,30 |
| 5 | 0,965 | 1 | 1 | 1 | 1 | 5 | 6,08 | 6,30 | 6,30 | 6,30 | 6,30 |
| 6 | 0,965 | 1 | 1 | 1 | 1 | 6 | 6,08 | 6,30 | 6,30 | 6,30 | 6,30 |
| 7 | 0,965 | 1 | 1 | 1 | 1 | 7 | 6,08 | 6,30 | 6,30 | 6,30 | 6,30 |
| 8 | 0,965 | 1 | 1 | 1 | 1 | 8 | 6,08 | 6,30 | 6,30 | 6,30 | 6,30 |
| 9 | 0,965 | 1 | 1 | 1 | 1 | 9 | 6,08 | 6,30 | 6,30 | 6,30 | 6,30 |
| 10 | 0,965 | 1 | 1 | 1 | 1 | 10 | 6,08 | 6,30 | 6,30 | 6,30 | 6,30 |
| 11 | 0,965 | 1 | 1 | 1 | 1 | 11 | 6,08 | 6,30 | 6,30 | 6,30 | 6,30 |
| 12 | 0,965 | 1 | 1 | 1 | 1 | 12 | 6,08 | 6,30 | 6,30 | 6,30 | 6,30 |
| 13 | 0,965 | 1 | 1 | 1 | 1 | 13 | 6,08 | 6,30 | 6,30 | 6,30 | 6,30 |
| 14 | 0,965 | 1 | 1 | 1 | 1 | 14 | 6,08 | 6,30 | 6,30 | 6,30 | 6,30 |
| 15 | 0,965 | 1 | 1 | 1 | 1 | 15 | 6,08 | 6,30 | 6,30 | 6,30 | 6,30 |
| 16 | 0,965 | 1 | 1 | 1 | 1 | 16 | 6,08 | 6,30 | 6,30 | 6,30 | 6,30 |
| 17 | 0,618 | 0,873 | 0,910 | 1 | 1 | 17 | 3,89 | 5,50 | 5,73 | 6,30 | 6,30 |
| 18 | 0 | 0,522 | 0,783 | 0,910 | 0,983 | 18 | 0 | 3,29 | 4,93 | 5,73 | 6,19 |
| 19 | - | - | - | 0,416 | 0,820 | 19 | - | - | - | 2,62 | 5,17 |
| 20 | - | - | - | - | 0 | 20 | - | - | - | - | 0 |
| Аппликаты шпангоутов в ДП в долях от осадки Т: 0 - T; c 1 по 18- 0; 19 - 0,62T; 20 - T. Палуба - H+0,2. Радиус скулы 0,08T. Аппликаты шпангоутов в ДП (м): 0 - 2,9; 19 - 1,80; 20 - 2,9; Палуба - 4,7; Радиус скулы 0,23. | |||||||||||
Ординаты палубы y
| В долях от полуширины судна | В метрах | ||||||||||||||
| i | 0 | 1 | 2- | 3-17 | 18 | 19 | 20 | i | 0 | 1 | 2- | 3-17 | 18 | 19 | 20 |
| y | 0,23 | 0,86 | 1 | 1 | 1 | 0,93 | 0,76 | y | 1,45 | 5,43 | 6,3 | 6,3 | 6,3 | 5,86 | 4,79 |
По теоретическому чертежу с помощью курвиметра или гибкой линейки определяются длины смоченной части шпангоутов в масштабе
чертежа
l i , мм и в натуральную величину
l i , м. Эти данные
записываются в таблицу 2.
Таблица 2 - Длины смоченной части шпангоутов
| № шпанг. | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| l i , мм | 0 | 66 | 100 | 130 | 180 | 182 | 182 | 182 | 182 | 182 | 182 |
| l i , м | 0 | 3,3 | 5,0 | 6,5 | 9,0 | 9,1 | 9,1 | 9,1 | 9,1 | 9,1 | 9,1 |
| № шпанг. | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | |
| l i , мм | 182 | 182 | 182 | 182 | 182 | 182 | 176 | 142 | 116 | 0 | |
| l i , м | 9,1 | 9,1 | 9,1 | 9,1 | 9,1 | 9,1 | 8,8 | 7,1 | 5,8 | 0 | 20 å li = 0 154,7 |
Площадь смоченной поверхности W , м2.
20
= 0,1L[å li - 0,5(l0 + l20 )] ; W =0,1*98,8*[154,7-0]; W =1528. (4)
0
1.3 Расчет сопротивления воды движению судна.
Расчет сопротивления воды движению для груженого судна и буксира – толкача производится на глубокой спокойной воде и на мелководье. Последовательно рассчитываются следующие величины.
Водоизмещение судна V , м3.
V = L BT ; V =98,8*12,6*2,9*0,838; V =4308. (5)
Соотношения главных размерений.
T L = T L =0,029; L B = L B =7,84;
L T = L T =34,1; B T = B T =4,34. (6)
Коэффициент пропорциональности k между сопротивлением трения и сопротивлением формы.
k =(22T L -0,10)[0,132+( -0,4)2,5];
k =(22*0,029-0,1)[0,132+(0,838-0,4)2,5]; k =0,141. (7)
При отсутствии теоретического чертежа площадь смоченной поверхности судна может быть определена по одной из приближенных формул:
для пассажирских судов –
= L(1,36T + 1,13 B) . (8)
для других судов –
= V 0,667 (5,1 + 0,074L T - 0,4 ) . (9)
Кинематический коэффициент вязкости воды =1,57*10-6 м2/с. Коэффициент, учитывающий шероховатость корпуса
D C F =0,6*10-3 (для стальных судов).
Коэффициент сопротивления выступающих частей
C AP
принимается в зависимости от их наличия и количества по таблице А4 Приложения.
Сопротивление на мелководье определяется для относительной глубины судового хода h сх .
h сх = Т / h сх ; h сх =2,9/3,6; h сх
=0,806. (10)
 |
Коэффициент увеличения вязкостного сопротивления на мелководье k S .
k S = (1 - h сх )-0,62(1-0,1hсх ) ; k =(1-0,81)-0,62(1-0,081); k =2,54. (11)
 |
|
k W = (1 - h сх )-(0,1+0,65hсх ) ; k =(1-0,81)-(0,1+1,65*0,81); k =2,78. (12)
W W
Коэффициент волнового сопротивления C W (при Fr£0,1 CW =0).
C W = (2,23 - 0,325B T + 0,02B T 2 ){[0,606 -1,88( - 0,4)2 ]´
(13)
|
|
По результатам расчета на миллиметровке формата А4 в зависимости от скорости судна строятся графики составляющих сопротивления и полного сопротивления на глубокой спокойной воде (рис.2). Кривые полного сопротивления на мелководье и ориентировочного сопротивления в балласте используются при построении ходовых характеристик судна.
Таблица 3 - Расчет сопротивления воды движению судна
| Исходные данные:L=98,8 м; B= 12,6 м; Т=2,90; =0,838; =1528 м2; h сх = 3,6 м. | |||||||
| Расчетные величины | Размерн. | Численные значения | |||||
| Скорость судна u | м/с | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |
| Число Рейнольдса Re = L (108 ) | -- | 1,89 | 2,52 | 3,15 | 3,78 | 4,41 | |
| Число Фруда Fr = | gL | -- | 0,096 | 0,128 | 0,161 | 0,193 | 0,225 |
| Экстраполятор трения C = 0,455 (10-3) F (lg Re)2,58 | -- | 1,95 | 1,88 | 1,82 | 1,78 | 1,74 | |
| Коэффициент волнового сопротивления C W (10-3 ) | -- | 0 | 0,08 | 0,42 | 1,12 | 2,23 | |
| Динамический коэффициент A = 0,5 2 (103) | кН | 6,9 | 12,2 | 19,1 | 27,5 | 38,4 | |
| Сопротивление трения R F = A(C F + C F ) | кН | 15,5 | 30,3 | 46,3 | 65,4 | 90,0 | |
| Сопротивление формы R VP = kR F | кН | 2,5 | 4,3 | 6,5 | 9,2 | 12,7 | |
| Волновое сопротивление R W = AC W | кН | 0 | 1,0 | 8,1 | 30,7 | 85,5 | |
| Сопротивление выступающих частей R AP = AC AP | кН | 1,0 | 2,4 | 3,8 | 5,5 | 7,7 | |
| Полное сопротивление R = R F +R VP + R W + R AP | кН | 21 | 38 | 65 | 110 | 196 | |
| Сопротивление на мелководье R h =(R F + R VP + R AP)k S + R W k W | кН | 54 | 97 | 166 | 289 | 505 | |
| Сопротивление в (легкого состава) R b = 0,35R | балласте | кН | 7,4 | 13,3 | 22,8 | 38,5 | 68,6 |
| Сопротивление состава | тяжелого | кН | |||||
20
 |
10
5
|
Для буксируемых или толкаемых составов сопротивление буксира – толкача рассчитывается по схеме таблицы 3, а сопротивление состава R C рассчитывается по формуле:
n
R = k (R + 2 å R¢) , (14)
C c i
i =1
где n – количество барж в составе, R - сопротивление буксира – толкача,
k c коэффициент счала,
R i¢ приведенное сопротивление баржи
(приведены в таблицах А2 и А5 Приложения).
Сопротивление составов на мелководье и в балласте не рассчитывается, а рассчитывается сопротивление на глубокой тихой
воде для типового (заданного) состава, порожнего состава (легкий состав) и состава на одну баржу больше (тяжелый состав).
Дата добавления: 2021-12-10; просмотров: 128; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!