Вопрос 16. Запас водоизмещения в проектировании судов

Во избежание переутяжеления судна, т.е. увеличения его водоизмещения сравнительно с расчётным значением, в нагрузку судна включается раздел «Запас водоизмещения», представляющий собой фиктивную, не существующую в действительности массу.

ЗВ обычно выражают в функции от водоизмещения.

При отсутствии близкого прототипа ЗВ принимается от 5 (при D ≤ 1000 т) до 4 (D > 1000 т) % D. При близком прототипе значения ЗВ снижают на 1-2%. При переходе от эскизного проекта к техническому ЗВ снижают на 1%.

Величина ЗВ зависит от:

– принятых измерителей и модулей пересчёта, данных по поставкам механизмов, устройств, вооружения и т.д.

– качества проверки масс в организации, разрабатывающей проект и рабочие чертежи судна.

– весового контроля на верфи.

Надо помнить, что излишний ЗВ, принятый в проекте, может привести к увеличению размеров судна.

Вопрос 17. Связь запаса водоизмещения с обеспечением плавучести и остойчивости

Запас остойчивости – степень защищённости судна от опрокидывания. ЗО обеспечивается повышением расчётного положения ЦТ судна или уменьшением метацентрической высоты судна.

Запас остойчивости необходим для компенсации погрешностей в определении положения ЦТ составляющих нагрузки масс судна, а также отрицательного влияния на остойчивость перегрузки в высокорасположенных частях или перераспределения масс судна по высоте, возможных при его проектировании и постройке.

Связь ЗВ и ЗО

где D – расчётное водоизмещение, Р_зв – расчётный ЗВ, z_g – возвышение ЦТ судна над основной линией при расчётном водоизмещении (с учётом ЗО), Δz – запас остойчивости, z_зв – возвышение ЦТ запаса водоизмещения над ОЛ.

Выразим Δz:

k_зв = z_зв/H; k_g = z_g/H; p_зв = Р_зв/D.

Запас плавучести – то количество груза (или воды), которое судно может принять сверх уже находящегося на нём до полной потери плавучести.

Запас плавучести обеспечивается объёмом непроницаемого основного корпуса над ватерлинией, соответствующей данной нагрузке судна.

где S – площадь ватерлинии, k_в – коэффициент, учитывающий развал борта, седловатость и погибь палубы.

Связать ЗВ, ЗО и ЗП можно, выразив H из (*), и, подставив в (**):

Вопрос 18. Понятие об относительной метацентрической высоте

Это отношение начальной метацентрической высоты к ширине судна

Недостаток абсолютной метацентрической высоты состоит в её зависимости от абсолютных размеров судов, что затрудняет априорное установление рациональных значений этой величины как критерия остойчивости проектируемого судна.

Преимущество относительной метацентрической высоты основано на её связи с поведением судна на волнении: у однотипных судов, плавающих в сходственных погодных условиях, при равенстве относительных метацентрических высот можно ожидать примерное равенство амплитуд бортовой качки и линейных ускорений в сходственных точках обоих судов.

Вопрос № 19 Связь относительной метацентрической высоты с периодом бортовой качки.

Наиболее полное представление об остойчивости судна дает его диаграмма статической остойчивости. Но для ее построения необходимо иметь теоретический чертеж, который не может быть получен до установления главных размерений. Из-за этого на ранних стадиях проектирования, то есть при определении основных элементов судна необходимо использовать такой показатель остойчивости, который может быть выражен через искомые величины, то есть через главные размерения и коэффициенты полноты. Таким требованиям отвечает начальная метацентрическая высота h. Но поскольку метацентрическая высота зависит от абсолютных размеров судна, достаточно трудно установить ее рациональное значение как критерия остойчивости. Поэтому в ТПС в качестве универсального показателя остойчивости принимают не абсолютную, а относительную метацентрическую высоту – отношение начальной метацентрической высоты к ширине судна:

.

Преимущество использования этого критерия остойчивости выражается в его стабильности для различных типов судов. При этом считается, что при равенстве относительных метацентрических высот такие показатели, как угол крена, амплитуда качки, вертикальные ускорения у различных судов будут равными.

Например, из теории корабля известна формула для определения периода бортовой качки судна,

,

где I_x + ΔI_x – момент инерции массы судна относительно центральной продольной оси с учетом присоединенной массы воды, тмс². Определить значение данной величины на ранних стадиях проектирования представляется затруднительным. В то же время момент инерции связан с водоизмещением зависимостью

,

где r_x – радиус инерции (м). Данную величину обычно выражают в долях ширины судна, r_x = kB. Тогда после подстановки получим

,

так называемую, капитанскую формулу, где с = 2πkg^-1/2. Для большинства судов коэффициент с лежит в пределах 0,72 – 0,82. Из структуры формулы видно влияние ħ на период бортовой качки.

Амплитуда качки Θ_max в условиях резонанса связана с углом волнового склона α_волн и безразмерным коэффициентом сопротивления качке μ следующей зависимостью,

.

Для транспортных судов коэффициент μ зависит от величины .

,

где k – практический коэффициент. Следовательно,

.