ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДНА НА БОЛЬШИХ УГЛАХ НАКЛОНЕНИЯ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Севастопольский государственный университет»

МОРСКОЙ ИНСТИТУТ

Кафедра «Океанотехника и кораблестроение»

ОТЧЁТ

ПО ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ

по дисциплине «Теория и устройство судна»

(название дисциплины)

Студента 2 курса, группы ЭУ/с-22-о

(фамилия и инициалы)

Преподаватель Чемакина Т.Л.

Доцент, канд. техн. наук.

(должность, ученое звание, ученая степень, фамилия и инициалы)

Количество баллов: Оценка: ECTS

(подпись) (фамилия и инициалы)

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА№1

ИЗУЧЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФОРМ НОСОВОЙ И КОРМОВОЙ ОКОНЕЧНОСТЕЙ СУДНА. ГЛАВНЫЕ РАЗМЕРЕНИЯ СУДНА.

КОЭФФИЦИЕНТЫ ПОЛНОТЫ

Теоретическийраздел

Форма носа и кормы является признаком, определяющим архитектур- но-конструктивный тип судна. Наиболее часто встречаются следующие формы носовой оконечности (рисунок 1.1):

– прямой наклонный форштевень(а);

– нос судна ледового плавания (б);

– нос ледокола(в);

– клиперский нос с бульбом пассажирских судов(г);

– бульбообразный нос(д);

– цилиндрический нос супертанкера(е);

– ложкообразный нос малого судна (ж).

Рисунок 1.1 – Формы носовой оконечности судна

Крейсерскаяформа кормовой оконечности судна (рисунок 1.2 а) ха- рактерна для судов довоеннной постройки, пассажирских судов, крейсеров и т.д. Эта форма улучшает внешний вид судна, но достаточно сложна в постройке (двоякая кривизна обшивки). Наиболее древняя форма кормовой оконечности эллиптическаяили обычная(рисунок 1.2 б). Она характери- зуется обтекаемой (двоякой кривизны) подводной частью корпуса и кони- ческой надводной частью (образующая - прямая, на рисунке видна линия перехода). Транцеваяформа кормы упрощает строительство и позволяет улучшить расположение швартовного оборудования и облегчить швартов- ку в кормовой части судна (рисунок 1.2 в).

Рисунок 1.2 – Формы кормовойоконечности

Порядок выполненияработы

Работа выполняется по индивидуальным заданиям из раздела 1.3. данной лабораторной работы, либо по заданиям, выданным преподавате- лем дополнительно.

Изучив формы носовой и кормовой оконечностей, выполнить эскиз общего расположения судна на листе формата А4 (как показано на рисунке 1.3.). Выполнить все необходимые надписи чертежным шрифтом в соот- ветствии с требованиями ЕСКД.

Форму корпуса судна характеризуют главные размерения, к кото- рым относятся следующие размеры корпуса судна, изображенные на ри- сунке 1.4.

Главные размеренияпоказывают размеры корпуса по длине, ши- рине, высоте и осадке. С учетом многообразия обводов судна, для установ- ления главных размерений выработаны нормы, которые нашли свое отра- жение в различных Международных конвенциях и Правилах классифика- ционных обществ.

Конструктивная ватерлиния (КВЛ или ГВЛ)– условная ватерли- ния, соответствующая полному расчетному водоизмещению судна.

Длина по конструктивной ватерлинии (LКВЛ)– расстояние, измерен- ное в плоскости КВЛ между точками ее пересечения с ахтерштевнем и фор- штевнем в ДП, м.

Длина между перпендикулярами (LРР)– расстояние, измеренное в плоскости конструктивной ватерлинии между носовым и кормовым пер- пендикулярами, м.

Рисунок 1.3 – Транспортные суда (1 – пассажирское судно; 2 –сухогрузное судно; 3 – рефрижераторное судно; 4 - контейнеровоз; 5 – автомобилевоз; 6 – балкер – нефтевоз; 7 -нефтетанкер)

Длина по ватерлинии (LВЛ, LWL, L)– длина, измеренная аналогично КВЛ для любой осадки судна, м.

Длина по грузовую ватерлинию (LГВЛ)– длина по грузовую ватерли- нию, м.

Lwl

Рисунок 1.4 – Главные размерения судна

Длина наибольшая (LHБ, LWL)– расстояние, измеренное в горизон- тальной плоскости между крайними точками носовой и кормовой оконеч- ностями корпуса без выступающих частей, м.

Ширина (В)– расстояние, измеренное на мидель-шпангоуте между теоретическими поверхностями бортов на уровне конструктивной или гру- зовой ватерлинии, м.

Ширина наибольшая (ВHБ)– расстояние, измеренное между край- ними точками корпуса без учета выступающих частей, м.

Высота борта (D)– вертикальное расстояние, измеренное на середине длины судна от горизонтальной плоскости, проходящей через точки пере- сечения килевой линии с плоскостью мидель-шпангоута до бортовой ли- нии верхней палубы, м.

Осадка (d)– вертикальное расстояние, измеренное в плоскости ми- дель-шпангоута от основной плоскости конструктивной или грузовой ва- терлинии, м.

Осадки носом (dH) и кормой (dK)измеряются на носовом и кормовом перпендикулярах до ватерлинии, м.

Средняя осадка (dсp)– измеряется от основной плоскости до ватер- линии на середине длины судна или определяется по соотношению, м:

dср

=dн +dк. (1.1)

Надводный борт (D-d)– расстояние, измеренное по вертикали у бор- та на середине длины судна от верхней кромки палубной линии до верхней кромки горизонтальной линии, соответствующей грузовой марки, то есть высоте корпуса над водой, м.

Погибь бимса (fб), м, обычно принимают 1/50 ширины судна на те- кущем шпангоуте.

Кормовой перпендикуляр (КП)– линия пересечения диаметральной плоскости с вертикальной поперечной, проходящей через точку пересече- ния от оси баллера с плоскостью КВЛ. На теоретическом чертеже совпада- ет с нулевым теоретическим шпангоутом.

Носовой перпендикуляр (НП)– линия пересечения ДП с вертикаль- ной поперечной плоскостью, проходящей через крайнюю носовую точку КВЛ.

Ординаты седловатости (fH, fK), м, измеряются на носовом и кормо- вом перпендикуляре соответственно. Стандартная седловатость определя- ется Правилами о грузовой марке.

Теоретический чертеж судна задает обводы судна. Коэффициенты, численно выражающие полноту этих обводов, называются коэффициента- ми полноты. Зная коэффициенты полноты подводной части судна, можно по известным главным размерениям судна определить площади его сече- ний и объем подводной части.

Характеристики формы корпуса могут быть описаны соотношениями главных размерений и коэффициентами полноты. Соотношения и коэффи- циенты, если особо не оговорено, приводятся обычно по осадку, соответ- ствующую конструктивной ватерлинии.

Отношение длины к ширине (L/B).Влияет главным образом на ход- кость судна, остойчивость, его маневренные качества.

Отношение длины к высоте борта (L/D).Это отношение имеет ре- шающее значение для продольной прочности и изгиба корпусасудна.

Отношение ширины судна к осадке (B/d).Определяет в первую очередь поперечную остойчивость, влияет также и на ходкостьсудна.

Отношение высоты борта к осадке (D/d).Характеризует запас пла- вучести, существенно влияет на остойчивость – начальную и на больших углах крена. Чем больше отношение D/d, тем больше надводный борт.

Отношение D/dтакже влияет на валовую и чистую вместимость суд-

на.

Различают следующие основные коэффициенты полноты подводной

части судна:

Коэффициент полноты ватерлинии CWL– отношение площади ва- терлинии к площади описанного прямоугольника

где S – площадь ватерлинии, м2;

CWL =

L *B

, (1.2)

L – длина судна по ватерлинии, м; B – ширина судна по ватерлинии,м.

Коэффициент полноты мидель-шпангоута Cm– отношение площа- ди мидель-шпангоута к площади описанного прямоугольника

C =w, (1.3)

m В*d

где w– площадь мидель-шпангоута, м2; d – осадка судна,м.

Коэффициент полноты водоизмещения (коэффициент общей пол- ноты)C_B – отношение объема подводной части судна к объему описанно- го прямоугольного параллелепипеда

CB =

L*B*d

где V – объем подводной части судна, м3.

Коэффициент продольной полноты Cp– отношение объема подвод- ной части судна к объему цилиндра, площадь основания которого равна площади мидель-шпангоута, а высота – длине судна

Коэффициент вертикальной полноты c– отношение объема под- водной части судна к объему цилиндра, площадь основания которого равна площади ватерлинии, а высота – осадке судна

c= V =

S *d

CWL

. (1.6)

Индивидуальныезадания

Задание 1

Для смены гребного винта судну придают дифферент на нос. По условиям работы требуется осадка кормой равная 1,87 м, а балластные цистерны могут создать дифферент 3,0 м. Определить, какие в этих условиях будут средняя осадка и осадка носом.

Задание 2

Осадка судна на миделе равна 7,22 м, осадка носом 6,44 (5,89; 3,97; 5,74; 7,65) м. Определить осадку кормой и дифферент.

Задание 3

Определить площадь ватерлинии, площадь мидель-шпангоута и объ- емное водоизмещение судна, если известны: длина судна 126,2 м, ширина судна 16,32 м, осадка 8,98 м, коэффициент полноты ватерлинии 0,872, ко- эффициент полноты мидель-шпангоута 0,977, коэффициент общей полно- ты 0,772.

Задание 4

Определить значения всех коэффициентов полноты прямоугольного понтона, показанного на рисунке 1.5. Какая форма должна быть у корпуса судна, у которого С_WL = C_P = 1; какова связь между остальными коэффи- циентами полноты?

Рисунок 1.5

Задание 5

Определить коэффициенты полноты судна с прямостенными бортами (рисунок 1.6), у которого С_WL = 0,795

Рисунок 1.6.

Задание 6

Определить коэффициенты полноты кругового цилиндра, плавающего без дифферента в вертикальном положении.

Задание 7

Определить коэффициенты полноты сферического понтона, плаваю- щего с осадкой равной половине диаметра.

Задание 8

Определить коэффициенты полноты судна призматической формы с поперечным сечением подводной части корпуса в виде треугольника с уг- лом при вершине 90° (рисунок 1.7).

Рисунок 1.7

Задание 9

Расчетная осадка лесовоза равна 5,59 м, площадь ватерлинии 904 м2, площадь мидель-шпангоута 71,6 м2, коэффициент полноты ватерлинии 0,819, коэффициент полноты мидель-шпангоута 0,986. Определить длину и ширину судна.

Задание 10

Определить коэффициенты полноты кругового цилиндра, плавающего без дифферента в горизонтальном положении.

РЕШЕНИЕ:

Задание 11

Чему равен коэффициент полноты ВЛ морского буксира с L = 42,0 м, В = 9,40 м, если после приема груза весом 27,2 т его осадка увеличилась на 9 см? Плотность воды за бортом у = 1025кгс/м3.

Задание 12

Вычислить поправку к водоизмещению на плотность воды, если со- гласно измерениям ареометром γ = 1015 кгс/м3, а водоизмещение морского судна, определенное для данной осадки по грузовой шкале, составляет 2800 тс, что соответствует стандартному удельному весу 1025кгс/м3.

Задание 13

Определить длину, ширину и осадку китобойной базы водоизмеще- нием 43800м3 с С_B = 0,823; L/B = 7,43; B/d = 2,56.

Задание 14

Подсчитать длину, ширину, площадь ватерлинии, площадь мидель- шпангоута контейнерного судна, если известно V = 23400 м3; d=8,84 м; B/d = 2,78; С_B = 0,701; C_WL= 0,793; С_м =0,985.

Задание 15

Водоизмещение судна 39000 м3, расчетная длина 188,00 м, расчетная ширина 25,80 м, осадка 10,65 м. Вычислить коэффициент общей полноты корпуса.

Задание 16

Найти расчетные длину и ширину грузового парохода, если известны

V = 4780 м3, С_В = 0,725, С_м= 0,976 и ω = 70,2 м2 при осадке d = 5,53 м.

Задание 17

Вычислить коэффициент вертикальной полноты речного судна с

L=61,80 м, В = 8,40 м, d = 1,24 м, C_WL= 0,870, C_B =0,710.

Задание 18

Найти водоизмещение производственного рефрижератора с d=2,8 м; L/B=5,10; B/d=3,39; С_B=0,732.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА№3

НАЧАЛЬНАЯ ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДНА

Цель работы– ознакомить студентов с основными теоретическими понятиями о начальной остойчивости судна и практическом применении расчетов начальной остойчивости при эксплуатации судов.

Теоретическийраздел

Остойчивость– это способность судна, выведенного из положения равновесия под действием какого – либо кренящего момента, возвращаться в исходное положение при прекращении действия этого момента.

Отклонение судна от положения равновесия в поперечной плоскости называется креном, в продольной – дифферентом.

i bAqpG+wi3FZyniRf0mLJccFgTTtD+e34sAp+njdzybLr/dy1Y1Md8m0W7p1SH6N+uwQRqA/v8Kv9 rRXMZ5/wfyYeAbn+AwAA//8DAFBLAQItABQABgAIAAAAIQDb4fbL7gAAAIUBAAATAAAAAAAAAAAA AAAAAAAAAABbQ29udGVudF9UeXBlc10ueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhAFr0LFu/AAAAFQEAAAsA AAAAAAAAAAAAAAAAHwEAAF9yZWxzLy5yZWxzUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhAHvufV3EAAAA3AAAAA8A AAAAAAAAAAAAAAAABwIAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbFBLBQYAAAAAAwADALcAAAD4AgAAAAA= " adj="0,,0" path="m40,413l,413,20,546,40,413t,-281l20,,,132r40,e" fillcolor="black" stroked="f"> Начальная остойчивость– это остойчивость на малых углах крена до 7 … 10 градусов.

Рисунок 3.1 –Элементы начальной остойчивости при крене

Метацентрическим радиусомназывается радиус кривой, по кото- рой происходит перемещение центра величины, а центр перемещения называется метацентром. Если происходит наклонение судна, то переме- щение центра величины происходит по метацентрическому радиусу, кото- рый называется малым или поперечным при крене – r, м, при дифферен- те– большим или продольным R, м.

Возвышение метацентра над центром тяжести судна называется ме- тацентрической высотой: поперечной – h, м,и продольной – H, м, кото- рые определяются по формулам

h= r+z_C-z_g, (3.1)

H=R+ z_C-z_g, (3.2)

где z_C – аппликата центра величины, м; z_g – аппликата центра тяжести, м;

R – продольный метацентрический радиус, м; r – поперечный метацентрический радиус, м.

, (3.3)

, (3.4)

где I_X – момент инерции площади ватерлинии (ВЛ) относительно главной продольной оси, м4;

I_f – момент инерции площади ВЛ относительно главной поперечной оси, м4;

V– объемное водоизмещение, м3.

I_f=I_y -S*х2f, (3.5)

где I_y – момент инерции площади ВЛ относительно оси координат, м4

; х_f – абсцисса центра тяжести площади ватерлинии,м;

S – площадь ватерлинии, м2;

1/c (3.6)

c= (3.7)

Где d- осадка судна, м;

c – коэффициент вертикальной полноты судна

Индивидуальныезадания

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДНА НА БОЛЬШИХ УГЛАХ НАКЛОНЕНИЯ

Остойчивость различают начальную и остойчивость на больших углах крена, в зависимости от величины угла наклонения. Остойчивость при углах наклонения более 10…12называется остойчивостью на боль- ших углах наклонения.

Остойчивость на больших углах дифферента не изучается, так как практически дифферент при больших углах крена не наблюдается.

Момент внешних сил, стремящихся наклонить судно, называется при поперечных наклонениях кренящим моментом МКРи при продольных наклонениях – дифферентующим моментом МД.Момент веса и сил под- держания, направленный против наклонения судна, называется восста- навливающим моментом МВ.

Под действием двух равных и противоположно направленных момен- тов судно будет плавать, имея некоторый угол наклонения. Как только действие кренящего или дифферентующего момента прекратится, восста- навливающий момент вернет судно в первоначальное положение равнове- сия.

Действием восстанавливающего момента и объясняется мореходное качество судна – остойчивость, т.е. способность судна возвращаться в по- ложение равновесия после прекращения действия внешних сил, отклонив- ших его от этого положения.

Иногда в практических расчетах используется момент, кренящий суд- но на один градус, кНм/град, который определяется по формуле:

, (4.1)

где Δ – весовое водоизмещениесудна;

h – поперечная метацентрическая высота, м.

Что касается продольной остойчивости, то вместо момента, диффе- рентующего на один градус, используется момент, дифферентующий на 0,01 м (на 1 см), кНм

, (4.2)