Багатоцільовий глісуючий катер

 

 

 

 

 

4. Расчет статики и периода качки корабля.

 

Введение.

Все расчетные схемы статики судна, содержащие оценку плавучести, остойчивости, непотопляемости основаны на вычислении элементов подводного объема, ватерлиний и шпангоутов. Для этих элементов используют прямоугольную (декартову) систему координат . Координатные плоскости системы совпадают с диаметральной плоскостью (ДП) , плоскостью мидель-шпангоута , и основной плоскостью .

Помимо прямоугольной системы координат в расчетах по статике судна используют и полярные координаты. Применение такой системы позволяет упростить расчетные формулы, связанные с вычислениями характеристик остойчивости при наклонениях судна на различные углы.

Исходная информация для выполнения расчетов по статике судна может быть получена на основе данных о форме погруженной части корпуса. Геометрическую форму судовой поверхности изображают в виде теоретического чертежа. Теоретический чертеж представляет собой совокупность теоретических линий, получаемых от пересечения корпуса судна рядом плоскостей, параллельных ДП, плоскости мидель–шпангоута и основной плоскости.

Плавучестью называют способность судна находится в определенном положении относительно поверхности воды. Судно может плавать в полупогруженном состоянии по определенную ватерлинию и в полностью погруженном положении находясь под свободной поверхностью. При оценке плавучести рассматривают две категории сил: силу тяжести и силу поддержания.

Остойчивостью называют способность судна иметь равновесное положение, устойчивое в отношении угловых отклонений. Теория остойчивости изучает поведение судна в результате приложения пары сил (кренящего момента), плоскость действия которой вертикальна. В этих условиях судно совершает угловые перемещения с постоянным значением погруженного объема, которые называют равнообъемными наклонениями. Понятие остойчивости связывают только с равнообъемными наклонениями.

Остойчивость глиссирующих судов в отличие от водоизмещающих судов обеспечивается как гидростатическими, так и гидродинамическими силами. Движение глиссирующего судна в зависимости от скорости можно разделить на три характерных режима. В первом режиме – плавания – остойчивость судна обеспечивается гидростатическими силами. Методы расчета остойчивости глиссирующих судов в этом режиме ничем не отличаются от известных методов статики корабля. Мерами остойчивости в данном случае является метацентрическая высота, коэффициент остойчивости и восстанавливающий момент.

Во втором режиме – переходном – остойчивость обеспечивается гидростатическими и гидродинамическими силами. С точки зрения остойчивости этого режим движения, как правило, оказывается самым неблагоприятным. Гидростатические силы в этом режиме малы, даи гидродинамические силы не столь велики, чтобы обеспечить остойчивость.

В третьем режиме – глиссирования – остойчивость обеспечивается гидродинамическими силами, развивающимися на различных несущих поверхностях судна.

Мерой остойчивости в последних двух режимах является условная метацентрическая высота, которая представляет собой отношение восстанавливающего момента от гидростатических и гидродинамических сил в переходном режиме или восстанавливающего момента только от гидродинамических сил в режиме глиссирования к произведению водоизмещения и угла крена. Таким образом, условная метацентрическая высота

.

При этом в первом режиме движения , где – восстанавливающий момент от гидростатических сил, и , где – метацентрическая высота судна. Во втором режиме , где – восстанавливающий момент от гидродинамических сил. И в третьем режиме . Формула условной метацентрической высоты позволяет оценить остойчивость только при малых углах крена , то есть для второго и третьего режимов, во время движения на которых при больших скоростях крены судов более практически не допускаются.

Вывод о достаточности поперечной остойчивости судна делается в результате сопоставления кренящего и восстанавливающего моментов при статических наклонениях и работы этих моментов в случае динамических кренов.

Необходимо отметить, что величина восстанавливающего момента, в отличие от судов плавающих, зависит не только от угла крена, но и угла дрейфа и углов перекладки рулей. Эти факторы обуславливают углы атаки несущих поверхностей, от которых зависят величины гидродинамических сил, обеспечивающих остойчивость судна при движении на быстроходных режимах. Поэтому для определения остойчивости глиссирующих судов необходимо знать движение судна во всех трех плоскостях декартовой системы координат. Решение этой задачи облегчает, во-первых, то, что угол крена, дифферента и дрейфа можно считать малыми (что позволяет рассматривать эту задачу в линейной постановке), во-вторых, то, что переход судна из режима плавания в режим глиссирования происходит сравнительно медленно, то есть ускорения продольного движения малы (поэтому задачу можно рассматривать в квазистационарной постановке).

Взаимосвязь составляющих кинематики движения судна затрудняет выполнение экспериментальных исследований остойчивости глиссирующих судов путем испытания их моделей в опытовых бассейнах, так как для этого необходимо обеспечить минимум пять степеней свободы модели. И только при квазистационарной постановке задачи можно допустить одну связь , где – скорость движения судна в направлении оси .

Таким образом, прежде чем приступить к рассмотрению поперечной остойчивости судна, необходимо выяснить характер его движения в диаметральной плоскости и плоскости ватерлинии переходном режиме и режиме глиссирования.

 В данном работе проводился расчет остойчивости только для первого режима, так как для переходного режима и режима глиссирования необходимо знать гидродинамическую силу на корпусе которая определяется только в ходе эксперимента. что представляет собой значительные трудности и не планировалось в задании на дипломное проектирование.

Непотопляемость – свойство судна сохранять в достаточной мере мореходные качества при получении повреждения и затоплении одного или нескольких отсеков.  Непотопляемость обеспечивается запасом плавучести, использование которого достигается подразделением судна на отсеки.

 

 

4.1. Расчет статики.

 

Расчет плавучести и элементов остойчивости производился с помощью программы SDS (Ship Design System), разработанной на кафедре теории и проектирования судов.

 

4.1.1. Описание программы SDS.

Äàííûå ïî êîðïóñó õðàíÿòñÿ â òåêñòîâîì ôàéëå ñîîòâåòñòâóþùèì èìåíåì è ÿâëÿþòñÿ îñíîâîé äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ ðàáî÷åé ñòðóêòóðû ìîäåëè êîðïóñà ñóäíà.

 ñëó÷àå óòåðè ýòèõ äàííûõ èõ ìîæíî âîññòàíîâèòü èç ðàáî÷åé ñòðóêòóðû ìîäåëè êîðïóñà.

Ïåðåä çàïîëíåíèåì òàáëèö äàííûìè Ò× íåîáõîäèìî äîðàáîòàòü â ÷àñòè êîëè÷åñòâà è ðàñïîëîæåíèÿ ïîïåðå÷íûõ ñå÷åíèé.

Êàê ïðàâèëî, çà îñíîâó ïðèíèìàþòñÿ øïàíãîóòíûå ñå÷åíèÿ, èçîáðàæåííûå íà Ò×, îäíàêî, äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ ÌÌ ïîëíîñòüþ îòðàæàþùåé îñîáåííîñòè ôîðìû êîðïóñà, èçîáðàæåííîãî íà Ò×, íåîáõîäèìî ââåñòè â íåêîòîðûõ ìåñòàõ äîïîëíèòåëüíûå ñå÷åíèÿ.

 îáÿçàòåëüíîì ïîðÿäêå â êîðïóñå äîëæíû ïðèñóòñòâîâàòü ïîïåðå÷íûå ñå÷åíèÿ, ïðîõîäÿùèå ÷åðåç òî÷êè:

- ïåðåñå÷åíèÿ øòåâíåé ñ âåðõíåé ïàëóáîé;

- â êîòîðûõ ïðîèñõîäèò ðåçêîå èçìåíåíèå ôîðìû ñóäîâîé ïîâåðõíîñòè, íàïðèìåð: íèæíÿÿ òî÷êà íàêëîííîãî òðàíöà, òî÷êè, ãäå ïðîèñõîäèò êàñàíèå êðèâîëèíåéíûõ ÷àñòåé øòåâíåé ê âåðòèêàëüíûì ëèíèÿì(â ðàéîíå ÃÂË äëÿ ôîðøòåâíÿ è îñè ãðåáíîãî âàëà äëÿ àõòåðøòåâíÿ);

- "êðèòè÷åñêèå" òî÷êè, âêîòîðûõ èçìåíÿåòñÿ çàêîíû ôîðìèðîâàíèÿ ñóäîâîé ïîâåðõíîñòè, íàïðèìåð: êðàéíèå íîñîâîå è êîðìîâîå âûðîæäåííûå ñå÷åíèÿ, ïðåäñòàâëÿþùèå ñîáîé ëèáî òðåóãîëüíèê ñî ñòîðîíàìè ïî 1 ñì, ëèáî ïðÿìîóãîëüíèê ñ âûñîòîé 1 ñì è øèðèíîé íàêëîííîãî òðàíöà, ïðè ñîîòâåòñòâóþùèõ àïïëèêàòàõ;

- òî÷êè, â êîòîðûõ ïðîèñõîäèò  ñêà÷êîîáðàçíîå èçìåíåíèå ôîðìû  ïîâåðõíîñòè, äîëæíû èìåòü äâà  áëèçêîðàñïîëîæåííûõ ñå÷åíèÿ, îòðàæàþùèõ  ôàêòè÷åñêóþ ôîðìó êîðïóñà ñëåâà  è ñïðàâà îò òî÷êè, ðàçíèöà â àáñöèññàõ ñå÷åíèé äîëæíà áûòü ìàëîé (1 ñì), íàïðèìåð: â ìåñòå ïåðåõîäà îò îäíîñâÿçíîãî êîíòóðà ê äâóñâÿçíîìó â ðàéîíå êîðìîâîãî ñðåçà äåéäâóäíîé òðóáû è â òî÷êàõ ñ àáñöèññàìè ïåðåáîðîê íàäñòðîåê, îáúåìû êîòîðûõ ïðåäïîëàãàåòñÿ ó÷èòûâàòü ïðè ðàñ÷åòå äèàãðàììû ñòàòè÷åñêîé îñòîé÷èâîñòè. Âñå ñå÷åíèÿ, íà÷èíàÿ ñ âûðîæäåííîãî êîðìîâîãî è äî âûðîæäåííîãî íîñîâîãî íóìåðóþòñÿ, íà÷èíàÿ ñ 1, èõ àáñöèññû äîëæíû ìîíîòîííî âîçðàñòàòü.

Êîíòóðû ëèíèé êîðïóñà(øòåâíè,òðàíåö èøïàíãîóòû) îïèñûâàþòñÿ óçëîâûìè òî÷êàìè ñ ñîîòâåòñòâóþùèìè êîîðäèíàòàìè, ëåæàùèìè íà íèõ (øòåâíè:z,x, íàêëîííûé òðàíåö:x,y,z, øïàíãîóò:z,y). Åñëè òðàíåö âåðòèêàëüíûé, òî åãî ëó÷øå îïèñàñàòü êàê øïàíãîóòíîå ñå÷åíèå ñ íîìåðîì 1 âìåñòî êîðìîâîãî âûðîæäåííîãî.

Óçëîâûå òî÷êè íà êîíòóðàõ ëèíèé ðàñïîëàãàþòñÿ òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû ëîìàíàÿ, èõ ñîåäèíÿþùàÿ, äîñòàòî÷íî òî÷íî(ñ òî÷êè çðåíèÿ çàäà÷è, êîòîðóþ áóäåò ðåøàòü ïîëüçîâàòåëü) îòîáðàæàëà êîíòóð. Îáÿçàòåëüíî äîëæíû ïðèñóòñòâîâàòü òî÷êè íà ñëîìàõ ëèíèè êîíòóðà, ïåðåõîäå ñ êðèâîëèíåéíîé ÷àñòè íà ïðÿìóþ. Êîëè÷åñòâî òî÷åê ìîæåò áûòü ïðîèçâîëüíûì, íî ïðè èõ íàçíà÷åíèè íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü, ÷òî äàííûå ïî îäíîé òî÷êå çàíèìàþê â îïåðàòèâíîé ïàìÿòè ÝÂÌ îáüåì îêîëî 30 áàéò.

Íà÷àëî îïèñàíèÿ øòåâíåé-êèëåâàÿ ëèíèÿ, êîíåö-ñàìàÿ âåðõíÿÿ òî÷êà ïåðåñå÷åíèÿ åãî ñ êîíòóðîì ÂÏ èëè íàäñòðîéêè, åñëè îíà åñòü.

Øïàíãîóòíûå ñå÷åíèÿ è òðàíåö ñ÷èòàþòñÿ ñèììåòðè÷íûìè è îïèñûâàþòñÿ ñâîèìè ïðàâûìè ïîëîâèíàìè. Íà÷àëî è êîíåö ëèíèè ëåæàò íà ÄÏ. Òî÷êè ìîæíî ðàñïîëàãàòü ïðîèçâîëüíî ñ ó÷åòîì âûøåóïîìÿíóòûõ óñëîâèé, îäíàêî æåëàòåëüíî, ÷òîáû îíè íàõîäèëèñü íà âàòåðëèíèÿõ, òàê êàê ýòî óìåíüøàåò òðóäîåìêîñòü ôîðìèðîâàíèÿ äàííûõ(àïïëèêàòû âñåõ ÂË çàðàíåå èçâåñòíû).

Ïîäãîòîâèâ âûøåîïèñàííûì îáðàçîì Ò×, íåîáõîäèìî çàãîòîâèòü áëàíêè òàáëицы №4.1-1 (êîë. ïîïåðå÷íûõ ñå÷åíèé+2) è çàïîëíèòü èõ â ñîîòâåòñòâèè ñ íàñòîÿùåé èíñòðóêöèåé.

 

Õàðàêòåðèñòèêè âåðòèêàëüíûõ øïàíãîóòîâ. Òàáëèöà N4.1-1

íîìåð øïàíãîóòà  êîîðäèíàòà -87.45
N ï/ï	y	z	Иìÿ ïåðåñåêàþùåé ëèíèè	íîìåð линии	nextstraitln
1	0	0	0	1
. . .
n-1	16.1	18.5	d	1	s
n	0	18.5	0	2

 

Êîäèðîâêà èìåíè ïåðåñåêàþùåé ëèíèè. Таблица №4.1-2

ïëîñêîå èëè íàêëîííîå äíèùå	b
âàòåðëèíèÿ	w
øïàíãîóò	s
ïàëóáà	d
ñëîì (íà ëèíèè)	c
äèàìåòðàëüíàÿ ïëîñêîñòü	0
ïëîñêèé áîðò	1
ôîðøòåâåíü	f
àõòåðøòåâåíü	a

 

Íîìåð ëèíèè: ïîðÿäêîâûé íîìåð ëèíèè îäíîãî èìåíè â íàïðàâëåíèè ñíèçó ââåðõ, äîïóñêàåòñÿ èìÿ ïåðåñåêàþùåé ëèíèè è åå íîìåð äëÿ âàòåðëèíèé íå ââîäèòü.

Êîîðäèíàòà: ââîäèòñÿ õàðàêòåðíàÿ êîîðäèíàòà ñå÷åíèÿ. Äëÿ øïàíãîóòà ýòî àáñöèññà, äëÿ øòåâíåé è òðàíöà êîîðäèíàòû óñëîâíûå: ôîðøòåâåíü (+1000),àõòåðøòåâåíü (-1000),òðàíåö (-999).

Ââîä êîîðäèíàò òî÷êè ëèíèè ïîÿñíåíèé íå òðåáóåò, îí îðãàíèçîâàí на óðîâíå ðåäàêòîðà (äëÿ ââîäà X îòâîäèòñÿ 7 ïîçèöèé, Y è Z ïî 5).

Èìÿ ïåðåñåêàþùåé ëèíèè: êîä ëèíèè,êîòîðàÿ ïðîõîäèò ÷åðåç çòó òî÷êó, åñëè òàêîâîé íåò (äëÿ ïðîìåæóòî÷íûõ òî÷åê íà ââîäèìîé ëèíèè), òî ïîëå íå çàïîëíÿåòñÿ (íàæèìàåòñÿ <ENTER> äëÿ ïåðåõîäà êóðñîðà íà ñëåäóþùåå ïîëå.

Nextstraitln: åñëè ñëåäóþùèé  ïîñëå ýòîé òî÷êè ó÷àñòîê ëèíèè  ïðåä ñòàâëÿåò ñîáîé ïðÿìóþ ëèíèþ (ïëîñêîå äíèùå, ó÷àñòîê âåðõíåé ïàëóáû è ò.ä.), òî ââîäèòñÿ áóêâà s, â ïðîòèâíîì ñëó÷àå ïîëå íå çàïîëíÿåòñÿ.

Ìîæíî ââîäèòü Ò× â âèäå òåêñòîâîãî ôàéëà (íèæå ïðèâåäåí ïðèìåð òàêîãî ôàéëà), ãäå äàííûå ïî êîðïóñó ðàñïîëàãàþòñÿ â ñòðîãî îïðåäåëåííîì ïîðÿäêå è ñ îïðåäåëåííûìè êëþ÷åâûìè ñèìâîëàìè.

Пîðÿäîê ñëåäîâàíèÿ êîîðäèíàò: X Y Z – 7 çíàêîìåñò íà àáñöèññó (X), ïî 5 çíàêîìåñò íà îðäèíàòó (Y) è àïïëèêàòó (Z), îäíî çíàêîìåñòî íà êîä ëèíèè, äâà - íà íîìåð ëèíèè è îäíî íà ïðèçíàê ïðÿìîëèíåéíîñòè ñëåäóþùåãî ó÷àñòêà. Åñëè êàêîé-òî êîîðäèíàòû íåò, òî ñîîòâåòñòâóþùèå çíàêîìåñòà îñòàþòñÿ ïóñòûå Ðåêîìåíäóåòñÿ ñêîïèðîâàòü íàñòîÿùèé ôàéë è âûïîëíÿòü ââîä ïîâåðõ öèôð êàê ïî ïðîòîòèïó. Íîìåðà âàòåðëèíèé ìîæíî íå ñòàâèòü.

&a1 -1000  22   àõòåðøòåâåíü

\23 -êîëè÷åñòâî òî÷åê íà àõòåðøòåâíå

-78  0 b1

-79.5  0.5 w1

-80.3  1 w2

-81.5  2 w3

-82.38  3 w4

-83.5  3.5 

-83.5  4 w5

-83.5  4.8

-83  5 w6

-81.5  6 w7

-81.3  6.6

-81.8  7 w8

-82.4  8 w9

-84.4  9 w10

-86.76  10 w11

-89.2  11 w12

-91.1  12 w13

-92.24  12.4

-92.24  13 w14 s

-92.24  14 w15 s

-92.24  15 w16 s

-92.24  15.8 w17 s

-92.24  18.6 d1

&s1 -92.24 22

\9  êîëè÷åñòâî òî÷åê íà øïàíãîóòå

0 12.3 0

2.4 12.5

5.1 13 w14

6.9 13.5

8.5 14 w15

9.9 14.5

12 15.8 w17

14.6 18.6 d1 s

0 18.6 0

…

&f1 1000   22  ôîðøòåâåíü

\19

82.01  0 b1

86.1  0.5 w1

87.2  1 w2

88.3  2 w3

88.8  3 w4

89.1  4 w5

89.15  5 w6

89.24  6 w7 s

89.24  7 w8 s

89.24  8 w9 s

89.24  9 w10 s

89.24  10 w11 s

89.24  11 w12 s

89.24  12 w13 s

89.24  13 w14 s

89.24  14 w15 s

89.24  15 w16 s

89.24  15.8 w17 s

89.24  18.6 d1

! ïðèçíàê êîíöà èíôîðìàöèè ïî êîðïóñó

 

4.1.2. Исходные данные для расчета.

 

$8

b 1 0.000

w 1 0.300

w 2 0.600

w 3 0.900

w 4 1.200

w 5 1.500

w 6 1.800

d 1 3.220

@25

&a1 -1000  22

\3

8.65 0.00 0 1s

-10.95 0.46 w 1

-11.25 2.48 0 1

&s1 -11.25 22

\3

0.00 2.47 0 1

0.01 2.48

0.00 2.48 0 1

&s2 -10.85 22