Расчёт буксировочного сопротивления и буксировочной мощности судна

Калининградский государственный  технический университет

Кафедра кораблестроения

 

 

 

 

Домашнее задание по теории корабля

 

 

Расчёт буксировочного сопротивления  и буксировочной мощности судна

 

 

 

 

Выполнил студент гр. 09-КС

Деркач А.О.

Проверил к.т.н., доцент

Горянский Г.С.

 

 

 

 

 

Калининград

2012

Задание:

Расчёт и построение кривых буксировочного сопротивления R и буксировочной мощности P_E как функций скорости хода судна V_S  для режимов его работы:

- свободный ход в условиях  сдаточных испытаний (R_C , P_Eс)

- свободный ход в эксплуатационных условиях (R_э , P_Eэ)

- траление с сопротивлением трала R_B и буксировочной мощностью P_Eв в условиях эксплуатационного рейса( R_B , P_Eв)

В качестве расчётного режима работы принимается траление. Два других режима работы судна из перечисленных выше будем называть нерасчётными или дополнительными.

Исходные данные для расчёта  приведены в таблицах 1,2.

 

 

Таблица 1. Параметры судна.

Тип судна	Длина между перпендикулярами	Ширина наибольшая	Высота борта на миделе	Осадка на КВЛ	Коэффициент общей полноты	Коэффициент полноты мидель шпангоута	Коэффициент продольной полноты	Абсцисса центра величины в долях от длины судна
БМРТ, одновинтовой	L, m	B, m	H, m	T, m	δ	β	φ	XC
«Пионер Латвии»	75	14	10	5,4	0,601	0,971	0,62	-0,01

 

Таблица 2. Задание

Режим работы	Скорость траления	Сопротивление трала на VSз
__	VSз , узл	RВз , кН
Траление	5,5	230

 

 

 

1. Выбор расчётной серии

Серия рыбопромысловых судов

Тип судна	L/B	Пределы	B/T	Пределы	φ	Пределы	β	Пределы	XC	Пределы
Большие суда	5.5	5.0-7.0	2.6	2.3-3.2	0.6	0.60-0.75	0.833	0.75-1.0	-0.01	-0.03 –  0.02
Средние суда	4.25	3.5-5.0	2.6	2.3-3.2	0.6	0.55-0.70	0.833	0.65-0.92	-0.01	-0.03 -0.01
Малые суда	3.0	2.5-3.5	2.6	2.6-4.0	0.6	0.5-0.72	0.92	0.75-0.92	-0.01	-0.05 –  -0.01
Мои данные	5.357		2.59		0.62		0.971		-0.01

Серия морских транспортных судов(серия судов с умеренной полнотой обводов)

Данные	B/T	XC	δ	Ψ= L/V1/3
Пределы диаграммы	1.75 – 5.25	-0.005 – 0.03	0.60 – 0.80	5.00 – 7.50
Мои данные	2.59	-0.01	0.601	4.98

Серия судов полных обводов

Данные	L/B	B/T	XC	δ
Пределы диаграммы	5.8 – 8.3	2.5 – 3.5	-0.025 – 0.03	0.80 – 0.85
Мои данные	5.357	2.59	-0.01	0.601

Серия быстроходных и среднескоростных судов

Данные	L/B	B/T	δ	Xc
Стандартные значения	5.64	3.5	_____	Для бульбовых	Для V-образных
Пределы диаграммы	4.8 – 7.4	1.8 – 5.2	0.50 – 0.65	-0.017 – 0.020	-0.025 – 0.028
Мои данные	5.357	2.59	0.601	-0.01

Серия морских буксиров(Таггарта)

Мои данные
V/L3	0.07		0.09	0.11	0.13	0.15	0.08
Φ	0.56 - 0.68						0.62

Серия 60

δ		Хс		B/T		L/V(1/3)
0.60		-0.25 – 0.005		2.50 ; 3.00 ; 3.50		4.5 – 7.5
0.65		-0.25 – 0.014
0.70		-0.021 – 0.025
0.75		0.005 – 0.035
0.80		0.008 – 0.035
Мои данные	0.601		-0.01		2.59		4.98

 

 

 

Из всех вышеперечисленных  серий по входящим в них параметрам, подходящими являются:

1.Серия рыбопромысловых судов

2.Серия морских транспортных судов

3.Серия быстроходных и среднескоростных судов

 

При расчёте используем серию Ерошина. Выбор основан на том, что судно является рыболовным траулером, что позволяет отнести его к серии рыбопромысловых судов. Серия быстроходных судов не подходит по типу обвода судна, в моём случае обводы U – образные, что серией не учитывается. Так же, серия Ерошина учитывает гораздо больше параметров судна, чем остальные вошедшие серии, что существенно может влиять на точность расчётов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Определение Rс и P_Ec для заданного диапазона скоростей

 

R_C – буксировочное сопротивление и P_Ec – буксировочная мощность в условиях сдаточных испытаний

Буксировочное сопротивление  в условиях сдаточных испытаний  определяется по формуле:

Rc =

ρ - плотность морской  воды (1,025т/м³)

V – скорость судна, м/с 

Ω – площадь смоченной поверхности корпуса судна

Для всех вычислений Ω определяется по формуле Ерошина как

Ω = L*(0.5*B+T)*(0.55+1.52*δ) = 1361 м²

L – длина судна между перпендикулярами, м

B – ширина наибольшая, м

Т – осадка судна на миделе, м

δ – коэффициент общей полноты

С – коэффициент общего сопротивления

C = C_R+C_AP+C_A+C_Fo

где    С_R – коэффициент остаточного сопротивления

C_AP – коэффициент сопротивления выступающих частей

Суммарное значение коэффициента C_AP дополнительного сопротивления, создаваемого выступающими частями, для одновинтовых транспортных судов составляет в среднем (0.05-0.15)*10^-3, для двухвинтовых транспортных судов в зависимости от числа рулей (0.40-0.60)*10^-3 Берём С_АР = 0.15*10^-3

 

С_A –надбавка на шероховатость, определяемая по таблице в зависимости от длины судна

L, м	50-150	150-210	210-250	250-300	300-350	350<
CA*10-3	0.4-0.3	0.2	0.1	0	-0.1	-0.2

С_А = 0.375*10^-3

C_Fo – коэффициент сопротивления эквивалентной пластины, определяемый как:

С_Fo =

Re – число Реинольдса, определяющееся как

Re =

ν – кинематическая вязкость воды, 4⁰С (м²/с) = 1,58*10^-6

C_R[φ_i , (L_pp/B)_i , (B/T)_i , β_i , Xc_i , Fr] = C_R[φ_i , (L_pp/B)₀ , (B/T)₀ , β₀ , Xc₀ , Fr]x C_R[φ₀ , (L_pp/B)_i , (B/T)₀ , β₀ , Xc₀ , Fr]x C_R[φ₀ , (L_pp/B)₀ , (B/T)_i , β₀ , Xc₀ , Fr]x C_R[φ₀ , (L_pp/B)₀ , (B/T)₀ , β_i , Xc₀ , Fr]x C_R[φ₀ , (L_pp/B)₀ , (B/T)₀ , β₀ , Xc_i , Fr]x C_R^-4[φ₀ , (L_pp/B)₀ , (B/T)₀ , β₀ , Xc₀ , Fr]

Или

С_R = C_R(φ)*C_R(L/B)*C_R(B/T)*C_R(β)*C_R(Xc)*C_Ro^-4

Где

C_R(φ) = C_R[φ_i , (L_pp/B)₀ , (B/T)₀ , β₀ , Xc₀ , Fr]

C_R(L/B) = C_R[φ₀ , (L_pp/B)_i , (B/T)₀ , β₀ , Xc₀ , Fr]

C_R(B/T) = C_R[φ₀ , (L_pp/B)₀ , (B/T)_i , β₀ , Xc₀ , Fr]

C_R(β) = C_R[φ₀ , (L_pp/B)₀ , (B/T)₀ , β_i , Xc₀ , Fr]

C_R(Xc) = C_R[φ₀ , (L_pp/B)₀ , (B/T)₀ , β₀ , Xc_i , Fr]

C_Ro^-4 = C_R^-4[φ₀ , (L_pp/B)₀ , (B/T)₀ , β₀ , Xc₀ , Fr]

где индексом «i» обозначены относительные геометрические параметры корпуса, для которого производится расчёт, а индексом «0» аналогичные параметры базовой формы корпуса. Данные базовой модели указаны в серии Ерошина.

Fr – число Фруда, определяемое как:

Fr =

g – ускорение свободного падения, принятое 9.81м/с²

Буксировочная мощность в  условиях сдаточных испытаний определяется как:

P_Eс = V*Rc

Расчёт коэффициента остаточного  сопротивления C_R, величин R_C и P_Ec сведён в таблицу 3.

Таблица 3.

V, узл	1	2	3	4	5	5.5	7	9	12	15	18
V, м/с	0.514	1.028	1.542	2.056	2.57	2.827	3.597	4.626	6.168	7.71	9.252
Fr	0.019	0.038	0.057	0.075	0.09	0.104	0.13	0.17	0.227	0.284	0.341
Re*10-6	24	48	73	97	122	134	171	220	283	366	439
CRo*103	0.904	0.904	0.904	0.904	0.904	0.904	0.904	1.124	1.67	2.8	4.226
CR(φ)*103	0.8	0.8	0.8	0.8	0.8	0.8	0.8	0.95	1.62	3.0	4.8
CR(B/T)*103	1.15	1.15	1.15	1.15	1.15	1.15	1.15	1.29	1.65	2.7	3.8
CR(L/B)*103	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0	1.12	1.67	2.63	4.25
CR(β)*103	1.1	1.1	1.1	1.1	1.1	1.1	1.1	1.25	1.75	2.66	4.2
CR(Xc)*103	0.7	0.7	0.7	0.7	0.7	0.7	0.7	1.15	1.7	3.58	5.33
CR*103	1.06	1.06	1.06	1.06	1.06	1.06	1.06	0.68	1.77	3.3	5.44
CFo*103	2.6	2.36	2.22	2.13	2.07	2.04	1.97	1.91	1.85	1.78	1.74
(СAP+CA)*103	0.525
С*103	4.19	3.95	3.81	3.72	3.66	3.63	3.56	3.11	4.14	5.61	7.71
Ω, м2	1361
ρ, кг/м3	1025
Rc, Кн	0.77	2.91	6.31	10.96	16.84	20.21	32.11	46.47	109.89	232.43	460.12
PEc, КВт	0.4	2.99	9.73	22.53	43.29	57.14	115.53	214.98	677.8	1792.04	4257

 

Графики зависимости сопротивления  от скорости и мощности от скорости представлены на рис.1 и рис.2 соответственно.

 

3. Определение буксировочной мощности P_Eэ и буксировочного сопротивления R_Э в условиях эксплуатационного рейса.

R_Э = K_R*R_C – буксировочное сопротивление в условиях эксплуатационного рейса

K_R = 1.2 – коэффициент учитывающий влияние эксплуатационных условий

P_Eэ  = R_Э*V

– буксировочная мощность в условиях эксплуатационного рейса

Результаты вычислений R_Э и P_Eэ представлены в таблице 4.

 

Таблица 4.

V,узл	1	2	3	4	5	5.5	7	9	12	15	18
RЭ, Кн	0.93	3.49	7.57	13.15	20.21	24.26	38.53	55.77	131.87	278.92	552.14
PEэ, КВт	0.48	3.59	11.68	27.03	51.94	68.57	138.63	257.98	813.36	2150.45	5108.42

 

Графики зависимости сопротивления  и буксировочной мощности от скорости в условиях эксплуатационного рейса  представлены соответственно на рис.1 и рис.2

4. Расчёт сопротивления и буксировочной мощности при тралениив

Суммарное сопротивление  судна R_Э и трала R_В равно:

R_Б = R_Э+R_В

Сопротивление трала на скоростях, отличных от заданной скорости V_Sз = 5.5 узлов определяется по формуле

R_B = R_Bз*(Vs/Vs_з)²

Где R_Bз –сопротивление трала на заданной скорости хода V_S.

Vs – скорость, отличная от Vs_з

Буксировочная мощность для  судна с тралом определяется как:

P_Eб = R_Б*V

Результаты вычислений представлены в таблице 5.

Графики зависимости сопротивления  и мощности от скорости представлены соответственно на рис.1 и рис.2.

Таблица 5

V, узл	1	2	3	4	5	5.5	7	9	12	15	18
V, м/с	0.514	1.028	1.542	2.056	2.57	2.827	3.597	4.626	6.168	7.71	9.252
RЭ, Кн	0.93	3.49	7.57	13.15	20.21	24.26	38.53	55.77	131.87	278.92	552.14
RВ ,Кн	7.6	30.4	68.4	121.6	190	230	372	615.86	-	-	-
RБ,Кн	8.53	33.89	75.97	134.75	210.21	254.26	331.25	432.13	-	-	-
PEБ ,Квт	4.38	34.83	117.14	277.05	540.24	718.8	1478.7	3107	-	-	-