Основные теории судна (ОТС)

Содержание.

Технико-эксплуатационные характеристики судна. Класс Регистра судоходства России, присвоенный судну

Определение водоизмещения и координат центра тяжести судна. Контроль плавучести и остойчивости

Расчёт и построение диаграмм статической и динамической остойчивости

Определение посадки и остойчивости судна в эксплуатационных условиях

Определение резонансных зон бортовой, килевой и вертикальной качки по диаграмме Ю. В. Ремеза

Список использованной литературы

Часть 1.

Технико-эксплуатационные характеристики судна. Класс Регистра судоходства России, присвоенный судну.

Технико-эксплуатационные характеристики судна

«АМУР-2526».

Тип судна – стальное, однопалубное, двухвинтовое грузовое судно, без оседловатости, с двойным дном, с двойными бортами, восемью поперечными переборками, с баком и ютом, машинным отделением, надстройками и рубками, расположенными в корме, с тремя грузовыми трюмами.

Назначение судна – перевозка генеральных и насыпных грузов, включая зерно, уголь и контейнеры. Максимальное количество контейнеров 102 TEU.

Страна приписки – Россия.

Порт приписки – Архангельск.

Судовладелец – АО «Северное речное судоходство».

Построен в августе 1988г. в Чехословакии.

Класс – КМЛЗIIIСП

Дедвейт – 3148 т. включая 157 т. топлива и 1905 т. водяного балласта.

Скорость судна в полном грузу – 10,0 узлов.

Наибольшая длина – 116,03 м.

Длина между перпендикулярами – 111,2 м.

Ширина – 13,43 м.

Высота борта – 6 м.

Осадка по ЛГВЛ – 4 м.

Водоизмещение по ЛГВЛ – 5025 т.

Класс регистра судоходства, присвоенный судну: КМЛЗIIIСП

КМ - основной символ класса судна, построено под надзором другого, признанного Морским регистром судоходства, классификационного органа, по правилам классификации, а затем судну присвоен класс Морского регистра судоходства.

К - корпус построен по правилам и под надзором Морского Регистра Судоходства

М – механические установки судна построены по правилам и под надзором Морского Регистра Судоходства

Л3 – знак категории ледового усиления. Означает что судну разрешено самостоятельное плавание по мелко битому льду или же под проводкой ледокола в круглогодично замерзающих морях, в легких ледовых условиях.

IIIСП – знак ограничения района плавания. СП - смешанное плавание (река-море). Разрешено плавание в морских районах с максимально допустимой высотой волны 3-х процентной обеспеченности 3,5 м, с учетом конкретных ограничений по району плавания, обусловленными ветроволновыми режимами бассейнов с установлением при этом максимально допустимого удаления от места убежища, которое не должно превышать 50 миль.

Схематический продольный разрез и вид на верхняя палубу судна приведены на Рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Схематический продольный разрез и вид на верхнюю палубу судна

Часть 2.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДОИЗМЕЩЕНИЯ И КООРДИНАТ ЦЕНТРА ТЯЖЕСТИ СУДНА. КОНТРОЛЬ ПЛАВУЧЕСТИ И ОСТОЙЧИВОСТИ.

2.1 Исходные данные:

Характеристики судна порожнем:

М_>0>=1873,1т. (М_>0> – водоизмещение судна)

Х_>G>_>0>= -9,34м. (Х_>G>_>0> – абсцисса центра тяжести)

Z_>G>_>0>=5,14м. (Z_>G>_>0> – аппликата центра тяжести)

 =0,8 м³/т

2.2 Определение массы груза в трюмах:

Количество груза в каждом трюме судна определяется по формуле:

(2.4)

где _>тр>_>i> - объем i-го трюма, м³

 - удельный погрузочный объем груза, м³/т

 = 0,80 м³/т - удельный погрузочный объем перевозимого в трюмах груза.

Таблица 2.1 - Характеристики грузовых трюмов судна.

Наименование	Расположение	Допускаемое давление, q>доп >, т/м2	Площадь S>тр>>i>, м2	Объем V>тр>>i>, м3	Координаты ЦТ, м
X>тр>	Z>тр>
Трюм1 Трюм2 Трюм3	шп. 26-52 шп. 52-98 шп. 98-144	6,20 6,20 6,20	145 256 256	874 1595 1595	34,16 14,63 -10,67	3,98 4,03 4,03
Всего			657	4064
Крышки люков		1,75

Т. к удельный погрузочный объем груза мал, то вычисляем по следующей формуле:

(2.5)

- соответственно длина, ширина i-го трюма и высота штабеля груза в нем, м; Максимально допустимая высота штабеля для груза с малым удельным погрузочным объемом вычисляется по формуле

(2.6)

где - максимально допустимая нагрузка на судовое перекрытие, т/м². Значения приведены в таблице 2.1

m_>тр1 >= 899 т

m_>тр2,3 >= 1587,2 т

Таблица 2.2 - Расчет водоизмещения и координат центра тяжести судна в эксплуатационном случае нагрузки.

Cтатьи нагрузки	mi,т	xi ,м	zi,м	mi*xi, тм	mi*zi, тм	δ>mh, тм>
1. Балласт т. №1	0,04	50,47	0,01	2,0188	0,0004	-
2. Балласт т. №2	1,50	38,92	0,04	58,38	0,06	-
3. Балласт т. №3	0,70	34,38	0,03	24,066	0,021	-
4. Балласт т. №4	-	34,38	-	-		-
6. Балласт т. №6	2,50	14,63	0,05	36,575	0,125	-
7. Балласт т. №7	1,10	14,63	0,025	16,093	0,0275	-
8. Балласт т. №8	1,60	14,63	0,04	23,408	0,064	-
9. Балласт т. №9	0,90	-10,67	0,01	-9,603	0,009	-
10. Балласт т. №10	1,50	-10,67	0,02	-16,005	0,03	-
11. Балласт т. №11	1,30	-7,65	0,02	-9,945	0,026	-
17. Балласт т. №17	0,20	-24,54	0,01	-4,908	0,002	-
18. Балласт т. №18	0,90	-25,04	0,02	-22,536	0,018	-
19. Пресная вода	15,0	-20,23	0,25	-303,45	3,75	65,6
20. Пресная вода	15,0	-20,23	0,25	-303,45	3,75	65,6
21. Дизельное топливо	5,00	-27,45	1,2	-137,25	6	-
22. Дизельное топливо	80,0	-25,94	2,55	-2075,2	204	8,67
22а. Дизельное топливо	20,0	-25,80	3,40	-516	68	140,505
23. Масло	3,00	-36,24	3,80	-108,72	11,4	0,54
24. Подсланевые воды	2.24	-	-	-	-	0,206
25. Подсланевые воды	-	-	-	-	-	0,206
26. Подсланевые воды	-	-	-	-	-	0,206
27. Мытьевая вода	-	-	-	-	-	1,545
28. Мытьевая вода	10,0	-26,62	0,42	-266,2	4,2	36,874
29. Фекальная цистерна	174	-32,42	-	-	-	0,721
30. Расходная цистерна	3,0	-54,07	5,0	-162,21	15	0,6
31. Пресные воды	-	-	-	-	-
32.Трюм 1	899	34,16	3.98	30709.84	3578.02	-
33. Трюм 2	1587,2	14,63	4,03	23220.8	6396,416	-
34. Трюм 3	1587,2	-10,67	4,03	-16935.4	6396,416	-
Итого	4421	-195,255	29,265	33382,4	16687,4	321,273

δ_>mh>_> >–поправка на свободную поверхность жидкости в цистерне; учитывается только для цистерн, в которых свободная поверхность распространяется на всю площадь цистерны, т.е. заполненных более чем на одну треть. Если уровень остатков в цистернах составляет 10 см и менее, то поправочные моменты, как правило, могут не вводится, рассчитывается по формуле:

δ_>mh >= I_>x>*ρ, тм

где I_>x> – момент инерции поверхности, м⁴

ρ – плотность необходимой жидкости, т/м³ (пресная вода -1 т/м³, забортная вода, балласт, подсланевые воды, мытьевые воды, фекальные воды – 1,03 т/м³, масло – 0,9 т/м³, дизельное топливо – 0,85 т/м³)

Водоизмещение, абсцисса и аппликата центра тяжести судна порожнём определяются по формулам:

М = М_>о> + m_>i> (2.1)

М = 6294,08 т

(2.2)

_>м>

(2.3)

^м

Плавучесть считается обеспеченной, если М . Водоизмещение по грузовую марку определено в 1 части курсовой работы (5025т). Т. к плавучесть судна не обеспечена, производим разгрузку трюмов, пропорционально их вместимости.

2.3 Разгрузка трюмов пропорционально их вместимости.

Т. к полученное водоизмещение слишком велико, то производим разгрузку трюмов:

M –Mг.м=X,

где М - полученное водоизмещение судна; Mг.м - водоизмещение по грузовую марку

6294,08-5025= 1269,08 т

(Т. к m1=m2, то при расчетах берем 2m2)

m1+2m2= 1269,08

m1/V1=m2/V2

m1=1269.08-2m2

(1269.08-2m2)/V1=m2/V2

Взяв данные из таблицы а подставляем V1 и V2:

874m2=1595*1269.08-1595*2m2

874m2=2024182.6-3190m2

m2=2024182.6/4064

m2=498 (т)

m1/874=498/1595 => m1=272.8 (т)

Полученные массы разгрузки вычитаем из массы трюмов:

899-272,8=626,2 (т) – загрузка 1 трюма

1587,2-498=1089,2 (т) – загрузка 2,3 трюма

Cтатьи нагрузки	mi,т	xi ,м	zi,м	mi*xi, тм	mi*zi, тм	δ>mh, тм>
1. Балласт т. №1	0,04	50,47	0,01	2,0188	0,0004	-
2. Балласт т. №2	1,50	38,92	0,04	58,38	0,06	-
3. Балласт т. №3	0,70	34,38	0,03	24,066	0,021	-
4. Балласт т. №4	-	34,38	-	-		-
6. Балласт т. №6	2,50	14,63	0,05	36,575	0,125	-
7. Балласт т. №7	1,10	14,63	0,025	16,093	0,0275	-
8. Балласт т. №8	1,60	14,63	0,04	23,408	0,064	-
9. Балласт т. №9	0,90	-10,67	0,01	-9,603	0,009	-
10. Балласт т. №10	1,50	-10,67	0,02	-16,005	0,03	-
11. Балласт т. №11	1,30	-7,65	0,02	-9,945	0,026	-
17. Балласт т. №17	0,20	-24,54	0,01	-4,908	0,002	-
18. Балласт т. №18	0,90	-25,04	0,02	-22,536	0,018	-
19. Пресная вода	15,0	-20,23	0,25	-303,45	3,75	65,6
20. Пресная вода	15,0	-20,23	0,25	-303,45	3,75	65,6
21. Дизельное топливо	5,00	-27,45	1,2	-137,25	6	-
22. Дизельное топливо	80,0	-25,94	2,55	-2075,2	204	8,67
22а. Дизельное топливо	20,0	-25,80	3,40	-516	68	140,505
23. Масло	3,00	-36,24	3,80	-108,72	11,4	0,54
24. Подсланевые воды	2.24	-	-	-	-	0,206
25. Подсланевые воды	-	-	-	-	-	0,206
26. Подсланевые воды	-	-	-	-	-	0,206
27. Мытьевая вода	-	-	-	-	-	1,545
28. Мытьевая вода	10,0	-26,62	0,42	-266,2	4,2	36,874
29. Фекальная цистерна	174	-32,42	-	-	-	0,721
30. Расходная цистерна	3,0	-54,07	5,0	-162,21	15	0,6
31. Пресные воды	-	-	-	-	-
32.Трюм 1	626,2	34,16	3.98	21391	2492,276	-
33. Трюм 2	1089,2	14,63	4,03	15935	4389,476	-
34. Трюм 3	1089,2	-10,67	4,03	- 11621,76	4389,476	-
Итого	3151,78	-195,255	29,265	22091,5	11587,728	321,273

Используя полученные данные и формулы 2.2 и 2.3 перерасчетаем водоизмещение, абсциссу и аппликату центра тяжести судна порожнём:

М = М_>о> + m_>i> (2.1)

М = 5024,88 (т)

(2.2)

_>м>

(2.3)

^м

2.4 Нахождение поперечной метацентрической высоты для данного случая нагрузки.

Метацентрическая высота вычисляется по формуле:

; (2.6)

где - аппликата поперечного метацентра находится по гидростатическим таблицам в зависимости от водоизмещения судна в заданном случае нагрузки. При необходимости должна быть сделана интерполяция.

Из таблицы следует, что для моего случая =5,69 м.

Подставляем значение в формулу 2.5:

м

Исходя из полученного результата и данных в приложении Г, можно судить, что остойчивость судна считается обеспеченной, т. к h_>расч.>>h_>min>=0,80 м

Часть 3.

РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ДИАГРАММ СТАТИЧЕСКОЙ И

ДИНАМИЧЕСКОЙ ОСТОЙЧИВОСТИ.

3
.1 Расчет плеч статической и динамической остойчивости.

Рисунок 3.1 - Пантокарены.

Плечи статической остойчивости диаграммы статической остойчивости определяют с помощью интерполяционных кривых плеч остойчивости формы (пантокарен) , приведенных выше. На пантокаренах проводят вертикаль через точку на оси абсцисс, соответствующую расчетному водоизмещению судна М. Точки пересечения вертикали с кривыми для различных углов крена дают значения плеч остойчивости формы . Далее плечи статической остойчивости вычисляются по формуле:

(3.1)

Таблица 3.1 - Расчёт плеч диаграмм статической и динамической остойчивости

Расчетные величины			углы крена θ, градус
0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
, м	0	1,0	2,0	2,82	3,53	3,92	4,2	4,2	4,0	3,7
sin θ	0	0,17	0,34	0,5	0,64	0,76	0,86	0,93	0,98	1
, м	0	0,7293	1,458	2,145	2,745	3,260	3,689	3,989	4,20	4,29
, м	0	0,2707	0,541	0,675	0,784	0,659	0,510	0,210	-0,204	-0,59
Интeгpaльныe суммы	0	0,2707	1,082	2,299	3,758	5,202	6,372	7,093	7,099	6,305
	0	0,0236	0,094	0,200	0,328	0,453	0,555	0,618	0,619	0,549

После расчета данных, занесенных в таблицу, составляем график статической и динамической остойчивости:

Рисунок 3.2 - Диаграмма статической остойчивости.

Рисунок 3.3 - Диаграмма динамической остойчивости.

3.2. Проверка параметров диаграммы статической остойчивости

на соответствие нормам остойчивости Регистра судоходства

России.

По диаграмме статической остойчивости (Рисунок 3.2) определяем максимальное плечо статической остойчивости l_>max>, соответствующий ему угол крена _>max> и угол заката диаграммы _>зак> и сравниваем их с требуемыми Регистром.

Регистр требует, чтобы l_>max>_> >было не менее 0,20 м для судов, длина которых не менее 105 м при угле крена _>max> 30⁰. Угол заката диаграммы должен быть не менее 60⁰.

Из Рисунка 3.2 видно, что l_>max>=0,78 м, _>max>=40⁰, _>зак>=75⁰, значит параметры диаграммы статической остойчивости соответствуют нормам остойчивости Регистра судоходства России.

По диаграмме статической остойчивости (Рисунок 3.2) определяем графическим способом начальную метацентрическую высоту (проводим касательную к графику и восстанавливаем перпендикуляр из точки  =1 рад), которую сравниваем со значением, рассчитанным во 2 части.

L_>>(=1 рад=57,3)=1,4= h=1,4 м.

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСАДКИ И ОСТОЙЧИВОСТИ СУДНА В ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ УСЛОВИЯХ.

4.1 Определение посадки и выполнение контроля остойчивости

судна после приёма в промежуточном порту палубного груза.

Груз размещается на люковых крышках. Высота штабеля равна 2,8 м, ширина равна ширине крышки люка.

Принимаем палубный груз. Так как на судно грузится груз с малым удельным погрузочным объемом (=0,8 м³/т) и грузоподъемность использована полностью, то условно считаем, что с судна выгружено в промежуточном порту 100 т груза таким образом, что его центр тяжести не изменился, и принят палубный груз в количестве 100 т.

В нашем случае масса палубного груза: m_>гр> = 100 т

Аппликата центра тяжести принимаемого на палубу груза вычисляется по формуле:

Z_>гр> = H+h_>k>_>ом>+1,4 (4.1)

где Н - высота борта судна, H=6 м (см. Часть 1);

h_>k>_>ом> - высота комингса люка, определяем по схематическому чертежу судна (Рисунок 1.1) с учетом масштаба по высоте h_>k>=1,3 м , тогда

Z_>гр>=6+1,3+1,4=8,7 м

Абсциссу центра тяжести палубного груза x_>гр >определим из условия, что абсцисса центра тяжести судна не изменилась. Для этого вычтем в формуле (2.7) в числителе момент 100*X_>i>, а в знаменателе m_>гр>=100 т, т.е. разгрузим судно (где X_>i> – это абсцисса центра тяжести 2-го трюма - см. таблицу 1.1).

(4.2)

м

X_>гр>=13,5 м

Длину груза определим, учитывая допустимое давление на крышки люков (таблица 2.1). Площадь груза определяется по формулам:

(4.3)

(4.4)

где S_>гр>, l_>гр>, b_>гр> – соответственно площадь, длина и ширина палубного груза, м;

q_>доп> – допустимое давление на крышки люков (таблица 2.1).

Получаем:

Так как принимаемый палубный груз малый используем формулу для приёма и снятия малого груза:

(4.5 –4.6)

где q - число тонн, изменяющих осадку на 1 см,

q=13,77 т/см (определяется по Приложению Г[1]);

М =5024,88 т, h=1,40 м (см. Часть 2)

d=4 м (см.Часть 1)

d= 100/13,77=7,26 см = 0,0726 м, тогда

h=100/(4924,88+100)*(4+0,0726/2-8,7-1,4)= -0,12 м,

тогда метацентрическая высота судна с палубным грузом будет вычисляться по формуле:

h_>1> = h + h (4.7)

где h - метацентрическая высота (см. Часть 2)

h_>1>=1,40+(-0,12)=1,28 м

Изменения осадок носом и кормой при приёме груза находят по формулам:

d_>н>=t_>н*>m_>гр>/10

(4.8)

d_>к>=t_>k>_>*> m_>гр>/10

Значения t_>н> и t_>k> определяются с помощью таблицы изменений осадки от приёма 10 т груза (Рисунок 4.1).

Из таблицы Рисунка 4.1 для осадки d = 4 м получаем значения

t_>н> и t_>k>: t_>н> = 1,2 см и t_>k> = 0,29 см, тогда

d_>н> = 1,2*100/10=12 см

d_>к> = 0,29*100/10 =2,9 см

4.2. Определение угла крена судна от неудачно размещённого груза массой m_>гр>=100т с координатой у=-0,50 м.

Если груз размещён неравномерно по ширине, то судно получит статический крен, который определяется формулой:

(4.9)

где m = 100 т - масса неудачно размещённого груза;

у = - 0,50 м - координата неудачно размещённого груза;

h = 1,40 м - метацентрическая высота (см. Часть 2)

М = 5024,88 т - водоизмещение судна,

Рисунок 4.1 – Изменение осадки от принятия/снятия 10 тонн груза

град

Получаем:  = -0,41⁰.

Угол крена в формуле (4.9) получился отрицательным, это значит, что судно имеет крен на левый борт.

4.3. Определение статических и динамических углов крена от шквала, создающего кренящий момент М^кр_>дин>= 500 тм, при бортовой качке с амплитудой _>т>= 15

Углы крена определяется с помощью диаграмм статической и динамической остойчивости (Рисунки 4.2 - 4.7)

Плечо кренящего момента находят по формуле:

(4.10)

l_>>, м

, град

Рисунок 4.2 - Диаграмма статической остойчивости при отсутствии крена

_>д>

, град

l_>д>, м

Рисунок 4.3 - Диаграмма динамической остойчивости при отсутствии крена

l_>>, м

_>ст>

, град

_>д>

Рис.3

Рисунок 4.4 - Диаграмма статической остойчивости при крене на наветренный борт

_>д>

, град

l_>д>, м

Р

_>д>



исунок 4.5 - Диаграмма динамической остойчивости при крене на наветренный борт.

l_>>, м

_>д>

_>ст>

, град

Рисунок 4.6 - Диаграмма статической остойчивости при крене на подветренный борт.

_>д>

, град

l_>д>, м

Рисунок 4.7 - Диаграмма динамической остойчивости при крене на подветренный борт.

На диаграмме статической остойчивости динамический угол крена определяют из условия равенства работы восстанавливающего и кренящего моментов. Работа восстанавливающего момента равна площади, ограниченной графиком диаграммы статической остойчивости, осью абсцисс и перпендикуляром к ней, восстановленном из точки _>д>. Работа кренящего момента равна площади, ограниченной графиком кренящего момента до угла крена _>д> осью абсцисс. Положение перпендикуляра при _>д> подбирается таким образом, чтобы площади под диаграммой статической остойчивости и графиком кренящего момента были равны.

По диаграмме динамической остойчивости задача решается следующим образом. На оси абсцисс диаграммы откладывается угол, равный 1 радиану (57,3°), и из полученной точки восстанавливается перпендикуляр. На перпендикуляре откладывается плечо кренящего момента 1^дин_>кр>, конец этого отрезка соединяется с началом координат. Абсцисса точки пересечения этой прямой с диаграммой динамической остойчивости соответствует углу динамического крена судна от шквала.

Снимая на диаграммах статической и динамической остойчивости значения статического и динамического углов крена, получаем:

При наличии у судна крена на тихой воде по диаграмме статической остойчивости (Рисунок 4.2) _>ст>=3,5⁰, _>д> = 7⁰ и по диаграмме динамической остойчивости (Рисунок 4.3) _>д> = 7⁰.

При крене судна на наветренный борт по диаграмме статической остойчивости (Рисунок 4.4) _>ст>=4⁰, _>д> = 23⁰ и по диаграмме динамической остойчивости (Рисунок 4.5) _>д> = 23⁰.

При крене судна на подветренный борт по диаграмме статической остойчивости (Рисунок 4.6) _>ст>=3,7⁰, _>д>_> >= -9,4⁰ и по диаграмме динамической остойчивости (Рисунок 4.7) _>д> = -9,4⁰.

Таким образом, можем сделать вывод, что во время шквального ветра динамические углы будут больше в том случае, когда на волнении судно накреняется на наветренный борт. Эта ситуация принимается за расчётную при нормировании их остойчивости.

Проверка удовлетворения требований остойчивости судна в

соответствии с Правилами Регистра судоходства в случае смещений груза зерна во всех трюмах одновременно.

а) Рассмотрим первый случай, когда трюма заполнены «под крышки», т.е. высота пустоты в соответствии с Правилами Регистра для данного судна должна приниматься равной 100 мм. В случае полного заполнения трюмов (Рисунок 4.8) условный расчётный угол смещения поверхности зерна принимается равным 15⁰.

b

15^о

100

у_>i>

Рисунок 4.8 - Схема перемещения зерна в случае полного заполнения трюма

Расчётный объёмный кренящий момент от поперечного смещения зерна, отнесённый к единице длины грузового помещения, в соответствии с
Правилами Регистра, определяется по формуле:

М^L_>y> = S_>пуст >^. y_>пуст>_> > (4.11)

где S_>пуст> - площадь перемещающейся пустоты, м²;

y_>пуст> - поперечное перемещение пустот, м.

Для вычисления S_>пуст> воспользуемся формулой:

S_>пуст1> = (b²* tg15⁰)/2 (4.12)

S_>пуст2> = B_>тр >^. 0,1 (4.13)

где S_>пуст1> - начальная площадь пустоты, м²;

S_>пуст2> - площадь пустоты после смещения, м²;

b - ширина пустоты по крышке люка;

B_>тр> - ширина трюма, B_>тр> = 9,9 м (определяется по рисунку 1.1 с учетом масштаба по ширине);

S_>пуст2> = 9,9* 0,1 = 0,99 м²

S_>пуст2>= S_>пуст1>

0,99 = b²/2 * tg15⁰ = b²/2*0,27

b² = 1,01/0,134 = 7,54 м²

b = 2,7 м

Поперечное смещение пустоты у_>пуст> вычисляется по формуле (из Рисунка 4.8):

y_>пуст> = B_>тр >- B_>тр>/2 - b/3

y_>пуст> = 9,9-9,9/2-2,7/3 = 4,05 м

Используя формулу (4.11), найдём расчётный кренящий момент M^L_>y>:

M^L_>y> = 0,99*4,05= 4,01 м³

Плечо расчётного кренящего момента определяется по формуле:

(4.14)

где М - водоизмещение судна, т (см. Часть 2)

- длина всех трюмов, = 61 м (определяется по рисунку 1.1 с учетом масштаба по длине);

_>зерн> - удельный погрузочный объём зернового груза, м³/т;

k =1,06 для полностью загруженного трюма, k =1,12 для частично загруженного трюма

Удельный погрузочный объём  кукурузы равен 1,4 м³/т

Из формулы (4.12) получаем:

Для проверки остойчивости после смещения зерна в обоих случаях на график статической остойчивости (Рисунки 4.9, 4.11) наносят график кренящего момента. График кренящего момента в соответствии с Правилами Регистра судоходства представляется прямой линией, проведенной через точки с координатами  =0⁰; и  =40⁰; . Статический угол крена от смещения зерна определяется по диаграмме статической остойчивости.

Остаточная площадь диаграммы после смещения зерна S_>ост> вычисляется по диаграмме статической остойчивости численными методами.

l_>>, м

, град

Рисунок 4.9 - Диаграмма статической остойчивости в случае полного заполнения трюмов.

О

Мейлер Л.Е.

Ляшко Р.А.

статочную площадь диаграммы определим из заштрихованного прямоугольного треугольника:

град.м.=0,157 рад.м., что больше чем 0,075 рад.м. (или 4,3 град.м).

б) Рассмотрим второй случай, когда предусматривается частичное заполнение трюмов. В случае частичной загрузки трюмов (Рисунок 4.10) условный расчётный угол смещения поверхности зерна принимается равным 25⁰.

Расчётный объёмный кренящий момент от поперечного смещения зерна, отнесённый к единице длины грузового помещения, в соответствии с Правилами Регистра, определяется по формуле (4.11)

Для вычисления S_>пуст> воспользуемся формулой:

S_>пуст> = (B²_>тр>*tg25⁰)/8 (4.15)

где S_>пуст> - площадь пустоты после смещения, м²

B_>тр> - ширина трюма, B_>тр> = 9,9 м

S_>пуст> =9,9²/8*0,466 = 5,71 м².

Рисунок 4.10 - Схема перемещения зерна в случае частичного заполнения трюма.

Поперечное смещение пустоты у_>пуст> вычисляется по формуле (из Рисунка 4.10):

у_>пуст> = B_>тр>- B_>тр>/6- B_>тр>/6

у_>пуст> = 9,9-9,9/6-9,9/6 = 6,6 м

Используя формулу (4.9), найдём расчётный кренящий момент M^L_>y>:

M^L_>y> = 5,71*6,6=37,69 м³

Плечо расчётного кренящего момента определяется по формуле (4.14)

l_>>, м

, град

Рисунок 4.11 - Диаграмма статической остойчивости в случае частичного заполнения трюмов

Остаточную площадь диаграммы определим из заштрихованного прямоугольного треугольника:

град.м. =0,051 рад.м., что меньше чем 0,075 рад.м. (или 4,3 град.м.).

Проверка требований остойчивости судна в соответствии с Правилами Регистра судоходства:

Согласно «Международного зернового кодекса» и отечественным правилам перевозки зерна характеристики остойчивости судна, после смещения зерна, должны удовлетворять следующим требованиям:

угол статического крена судна _>д>_> > от смещения зерна не должен превышать 12 или угла входа палубы в воду _>d>, если он меньше 12.

остаточная площадь S_>ост> диаграммы статической остойчивости между кривыми восстанавливающих и кренящих плеч до угла крена, соответствующего максимальной разности между ординатами двух кривых _>max> или 40, или угла заливания _>зал> в зависимости от того, какой из них меньше, при всех условиях загрузки должна быть не менее 0,075 м. рад.

У судов типа «Амур» угол заливания равен _>зал> = 29,12^о.

В случае полного заполнения трюмов угол статического крена судна _>ст> равен 1,2⁰, а это меньше 12⁰. Остаточная площадь диаграммы статической остойчивости приблизительно равна 0,19 рад.м., что больше 0,075 рад.м.

Следовательно, можно сделать вывод, что в случае полного заполнения трюмов характеристики остойчивости судна после смещения зерна удовлетворяют всем требованиям.

В случае частичной загрузки трюмов угол статического крена судна _>д> равен 12,7⁰, а это больше 12⁰. Остаточная площадь диаграммы статической остойчивости приблизительно равна 0,051 м.рад, что меньше 0,075 м.рад.

Тогда, делаем вывод, что в случае частичного заполнения трюмов характеристики остойчивости судна после смещения зерна не удовлетворяют всем требованиям.

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЗОНАНСНЫХ ЗОН БОРТОВОЙ, КИЛЕВОЙ И ВЕРТИКАЛЬНОЙ КАЧКИ С ПОМОЩЬЮ УНИВЕРСАЛЬНОЙ

ДИАГРАММЫ Ю.В. РЕМЕЗА.

Определение периодов собственных бортовых, килевых и

вертикальных колебаний судна в заданном случае нагрузки.

Значительное возрастание амплитуд бортовых и килевых колебаний судна наблюдается на нерегулярном волнении при совпадении среднего кажущегося периода волн и периода бортовой, килевой или вертикальной качки.

Собственные периоды различных видов качки определяются по формулам

- для бортовой качки; (5.1)

- для килевой и вертикальной качки (5.2)

где Т_>>, Т_>>, Т_>> - периоды бортовой, килевой и вертикальной качки

соответственно, с;

В - ширина судна; В = 13,43 м (см. Часть 1);

d - осадка судна; d = 4 м (см. Часть 1);

с - инерционный коэффициент судна; с = 0,8 с/м^1/2

h - метацентрическая высота судна; h = 1,40 м (см. Часть 2)

Тогда, используя формулу (5.1), найдём период бортовой качки:

, Т_>> = 9,08 с

Используя формулу (5.2), найдём период килевой и вертикальной качки:

Т_>> = Т_>> = 2,4^.4^1/2 = 4,8 с

5.2. Определение резонансных сочетаний курсовых углов и скоростей судна для бортовой и килевой качки при волнении с интенсивностью 4 и 6 баллов.

Найдём расчётную длину волны по формуле:

(5.3)

где _>о> - средний период нерегулярных волн, c;

k_>>_> >- коэффициент, учитывающий степень нерегулярности волнения;

k_>> принимается k_>> = 0,78.

Период _>о> может быть вычислен по следующей формуле:

(5.4)

где h_>3% >- определяется по шкале Бофорта.

Расчет производится для волн, высота которых соответствует 4 и 6

балльному волнению.

При 4-х балльном волнении высота волны h_>3%>=1,625 м

При 6-ти балльном волнении высота волны h_>3%>=4,75 м

Тогда по формуле (5.4)

_>о> = 3,1 ^. 1,625^1/2 = 3,95 с

_>о> = 3,10 ^. 4,75^1/2 = 6,75 с

Подставляя в формулу (5.3), полученные значения _>о>, найдём расчётную длину волны

 = 1,56^. 0,78^. 3,95² = 18,98 м - при 4-х балльном волнении

 = 1,56^. 0,78^. 6,75² = 55,44 м - при 6-ти балльном волнении

Резонансные зоны для каждого вида качки определяются по диаграмме Ю.В.Ремеза (Рисунки 5.1-5.4) в следующей последовательности. Откладываем расчетную длины волны на оси ординат и через нее проводим горизонталь до пересечения с границами интервалов.

Т_>>_>1>=0,7 Т_>>_> >; T_>>_>2>=1,3 T_>>

Т_>>_>1>=0,7 Т_>>; T_>>_>2>=1,3 T_>>

Таким образом:

Для бортовой качки граница определяется

Т_>>_>1>= 0,7 ^. 9,08 = 6,36 с

Т_>>_>2>= 1,3 ^. 9,08 = 11,8 с

Для килевой качки граница определяется

Т_>>_>1>= 0,7 ^. 4,8=3,76 с

Т_>>_>2>= 1,3 ^. 4,8=6,24 с

Из точек пересечения проводят вертикальные линии до границы, соответствующей максимальной скорости судка в нижней части диаграммы (10 узлов).

Зона, ограниченная вертикальными линиями и полукруглой частью диаграммы, представляет область сочетаний скоростей и курсовых углов судна, неблагоприятных в отношении указанных видов качки.

При анализе и использовании этих расчетов следует помнить, что при курсовых углах (0° < q <12° (встречное волнение) и 168°< q < 180° (попутное волнение) даже в условиях резонанса амплитуды бортовой качки будут незначительны. Поэтому эти диапазоны курсовых углов можно не относить к опасным.

Аналогичным образом из резонансной зоны для килевой качки можно исключить курсовые углы 78° < q < 102°.

6. Литература.

Гуральник Б.С., Мейлер Л.Е. «Оценка посадки, остойчивости и поведения судна в процессе эксплуатации». Методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине «Основы теории судна» для курсантов дневной и заочной формы обучения по специальности 240100 “Организация перевозок и управление на транспорте”. – Калининград, БГА РФ, 2003 г. – 28 с.

Кулагин В.Д. Теория и устройство промысловых судов: Учебник
для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Судостроение, 1986. - 392 с.

Правила классификации и постройки морских судов: В 2-х т.- СПб.: Морской Регистр судоходства, 1995 г.

Б.М. Яворский, Ю.А. Селезнев «Справочное руководство по физике». – М.: Наука, 1982. – 620 с.

2