Розрахунок судна

ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА
1. Введення
Кожне судно повинне мати комплексом експлуатаційних і морехідних якостей.
До експлуатаційних якостей прийнято відносити вантажопідйомність і вантажомісткість; маневреність, швидкість, дальність плавання і автономність; населеність судна. Одним з найважливіших експлуатаційних якостей є міцність, яка, поряд з морехідні якості, забезпечує безпеку плавання судна.
Кожне судно повинне мати комплексом експлуатаційних і морехідних якостей.
До експлуатаційних якостей прийнято відносити вантажопідйомність і вантажомісткість; маневреність, швидкість, дальність плавання і автономність; населеність судна. Одним з найважливіших експлуатаційних якостей є міцність, яка, поряд з морехідні якості, забезпечує безпеку плавання судна.
Морехідні якості судна - плавучість, остійність, непотоплюваність, ходкості, плавність хитавиці і керованість входять в компетенцію спеціальної науки - теорії корабля.
Плавучістю називається здатність судна плавати в заданому положенні відносно поверхні води.
Остійність - це здатність судна, виведеного з рівноваги, повертатися у вихідне положення після припинення дії зовнішніх сил.
Непотоплюваність - здатність судна залишатися на плаву та в обмеженій кількості зберігати інші морехідні якості після затоплення одного відсіку або їх групи. Непотоплюваність визначається плавучістю і остойчивостью пошкодженого судна.
Ходкості називається здатність судна рухатися із заданою швидкістю при найменшій можливій потужності головної механічної установки.
Плавність і малі амплітуди хитавиці - якості, необхідні для забезпечення мореплавства судна в умовах морського хвилювання.
Керованість - це здатність судна витримувати заданий напрямок руху.
2. Форма суднового корпусу
Основні габаритні розміри корпусу прийнято називати головні розміри. Це L - довжина судна; В - ширина; Н - висота борту; Т - осаду. Перші три незмінні і відносяться до геометричних характеристиках корпусу в цілому, остання - осадка - може змінюватися в широких межах і визначає занурений (підводний обсяг) судна. Зазвичай, коли говорять про головні розміри судна, то приймають осадку по розрахункову, або конструктивну, ватерлінію, відповідну проектної завантаження судна.
Побудова корпусу
Для проведення розрахунків по статиці корабля необхідно накреслити корпус теоретичного креслення і зробити деякі додаткові побудови. Розміри корпусу вибираються таким чином, щоб ширина його склала 350-500 мм, а масштаб по відношенню до судна був одним із стандартних. Корпус викреслюється на форматі А2 по 11 рівновіддалених шпангоутам, причому зображуються обидві гілки кожного шпангоута, носові - суцільною лінією, кормові - пунктирною. Надбудови не враховуються.
Крім шпангоутів на корпусі наносяться:
- Діаметральна площина
- Ватерлінії (7-8), причому інтервал між ватерлінії вибирається таким, щоб вантажна ватерлінія (ГВЛ) була 4-й або 5-й
- Тому що для підвищення точності розрахунків обчислюються поправки до елементів ватерліній, що враховують справжню їхню довжину, праворуч від корпусу наноситься контур форштевня, а ліворуч - контур ахтерштевня.
При проведенні розрахунків використовується девая система координат, пов'язана із судном і має початок в точці в точці 0 перетину площин: основний, діаметральної і мидель-шпангоута. Вісь ОХ - лінія перетину діаметральної площині з основною площиною, позитивний напрямок осі - в ніс, вісь ОУ є лінією перетину площини мидель-шпангоута з основною площиною, позитивний напрямок осі - на правий борт з віссю OZ є лінією перетину діаметральної площини з площиною мидель- шпангоута, позитивний напрямок осі - вгору. Кут крену - позитивний при нахилі на правий борт, кут диференту - позитивний при нахилі на ніс.
Після побудови корпусу необхідно скласти таблицю основних ординат. З огляду на те, що деякі шпангоути мають на вилиці велику кривизну або закінчуються між ватерлінії, для підвищення точності розрахунку треба вводити наведені ординати, що визначаються рівністю відкинутої та доданої площ.
Ватерлінії можуть закінчуватися між шпангоутами, тому для обліку істинної довжини ватерліній при розрахунках вводяться поправки до елементів площі ватерлінії.
Попередньо складається таблиця, в яку заносяться абсциси Хн і Хк точок закінчення ватерліній. Це, по суті, абсциси точок перетину контурів форштевня і ахтерштевня з відповідними ватерлінії.
3.Теоретіческій креслення
Вичерпне уявлення про форму корпусу судна дає його теоретичний креслення. Він складається з трьох проекцій, на кожній з яких зображуються перерізу корпусу площинами, паралельними розглянутим вище, - ДП, пл. мш та ВП.
На теоретичному кресленні представляється теоретична поверхню корпусу без урахування зовнішньої обшивки і виступаючих частин.
Сукупність перерізів площинами, паралельними ДП, прийнято називати боком, а самі ці перетини - батоксамі. Зазвичай на цій проекції ніс судна зображується праворуч, а корма - зліва. Перетини площинами, паралельними пл. мш, наносяться на другу проекцію, так званий корпус. У силу симетрії судна щодо ДП на корпусі представляють тільки половину відповідного перерізу: праворуч від вертикальної лінії - сліду ДП - розташовують носові шпангоути, ліворуч - кормові, перетин по мидель-шпангоуту поміщають повністю, на обох половинах корпусу.
Третя проекція - полушірота - сукупність перерізів корпусу площинами, паралельними ОП. Тут також подаються тільки половини симетричних щодо ДП ватерліній. Зазвичай на теоретичному кресленні зображують рівновіддалені батокси (2-3 на один борт), ватерлінії (10-15) і шпангоути - 21. Нумеруються батокси від ДП, ватерлінії - від ВП. Вертикальні лінії, проведені через точки перетину КВЛ з лініями штевнем називаються носовою і кормовим перпендикулярами. Для однoвінтoвиx судів кормової перпендикуляр збігається з віссю баллера керма.
Шпангоуту, в площині якого лежить носової перпендикуляр, присвоюється номер О, мидель-шпангоуту - номер 1 О, останній, 20-й, номер має шпангоут, що співпадає з кормовим перпендикуляром.
На відміну від конструктивних шпангоути на теоретичному кресленні називають теоретичними, а відстань між ними теоретичної шпація. У районах країв, де форма корпусу змінюється найбільш інтенсивно, проводять додаткові шпангоути під номерами 1 / 4, 1 / 2, 3 / 4 і 18 1 / 2, 19 1 / 2.
Всі проекції теоретичного креслення повинні бути узгоджені - вони описують форму одного і того ж корпусу.
Перетин судна ДП дає уявлення про палубної й кільової лініях, а також про форму фор-і ахтерштевнем. Для морських транспортних суден характерна седловатость (підйом в носі і кормі) палуби - це знижує заливаемости країв, особливо при русі на хвилюванні. Про форму поперечного перерізу палуби і днища, а також з'єднання їх з бортами можна отримати уявлення по перетину пл. мш.
4. Масштаб Бонжана
Масштаб Бонжана представляє сукупність залежностей площ всіх теоретичних шпангоутів від їх занурення.
Будується масштаб Бонжана на трансформованому контурі перерізу корпусу діаметральної площиною. Трансформація полягає в тому, що для зручності використання, лінійні масштаби вздовж осей ох і оу вибираються різними. Від вертикальних ліній, слідів відповідних теоретичних шпангоутів відкладають доведені до висоти верхньої палуби значення площ шпангоутів.
За допомогою масштабу Бонжана можна визначити водотоннажність за будь-яку, в тому числі і похилу (для судна, що сидить із диферентом), ватерлінію. Масштаб Бонжана використовується при розрахунках непотоплюваності, поздовжнього спуску судна, а також для інших цілей.
Розрахунки проводяться за правилом обчислення інтегралів із змінною верхньою межею з використанням правила трапецій.
Обчислення виробляють до верхньої розрахункової ватерлінії, в якості якої зазвичай приймається найближча до палуби ватерлінія.
Для визначення Ω до верхньої палуби необхідно порахувати додатково:
1. добавку ΔΩ, що враховує площу шпангоута від верхньої розрахункової ватерлінії до палубної лінії по борту.
2. добавку, що враховує площа частини шпангоута, утворену погибь бімсів
Масштаб Бонжана викреслюється на міліметрівці формату А3. Довжина діаграми зображує в певному масштабі довжину судна. Масштаб опади вибирається таким, щоб діаграма зайняла майже все поле креслення.
Масштаб Ω необхідно брати стандартним, але зберігає точність розрахунку.
Для визначення водотоннажності і абсциси центру величини судна, що має диферент, необхідно розрахувати осадку носом і кормою.
Відклавши Тн і Тк на масштабі Бонжана проводимо похилу ватерлінію і відновлюємо перпендикуляри з точок перетину цієї ватерлінії із шпангоутами до зустрічі з відповідною кривою Ω (z). Довжини етіз перпендикулярів масштабі будуть рівні значень Ωi.
5. Остійність
Остойчивостью називають здатність судна, виведеного з положення рівноваги, повертатися до нього після припинення дії зовнішніх сил.
Як видно з визначення, між поняттями остійність судна і стійкість, а також стійка рівновага тіла в механіці проглядається аналогія. Проте є і відмінності: у остійності розглядаються не тільки нескінченно малі, а й кінцеві відхилення від положення рівноваги; стійкість - чисто якісний стан, а остійність має міру, нарешті, судно може або володіти остойчивостью (стійка рівновага), або бути неостойчівим (мати нестійке і байдуже рівновагу).
Плаваюче судно як тверде тіло володіє шістьма ступенями свободи, отже можна говорити про відхилення від положення рівноваги по всіх цих ступенях. Що стосується поступальних переміщень уздовж осей ох і оу, а також обертального щодо осі OZ, то їм ніщо не перешкоджає, тому не виникає відновлюють сил і моменту. Таким чином, по відношенню до цих відхилень судно не має остойчивостью, а положення рівноваги тут байдуже. Ця обставина не загрожує судну загибеллю, не перешкоджає його використанню за призначенням.
Відхилення уздовж вертикальної осі 0у призводить до появи (для судна, що має запас плавучості) відновлюють сил, тобто таке судно завжди має вертикальної остойчивостью. Крім того, судно повинне опиратися, протистояти, нахилам щодо осей ох і ау, в іншому випадку воно перекинеться, перевернеться. Стійка рівновага при зазначених наклонениях не забезпечується автоматично, як це було з вертикальною остойчивостью, а вимагає певних конструктивних рішень. У загальному випадку характер рівноваги залежить від форми корпусу, розподілу навантаження, величини відхилення і т.д. Вивченням всіх цих питань і займається «статична остійність» (або просто «остійність»). У залежності від того, в якій площині відбувається нахил, розрізняють поперечну остійність - поворот судна щодо осі ох, супроводжуваний появою кута крену, і подовжню остійність - навколо осі ау, кут дифферента.
Крім того, виділяють початкову остійність, коли кути нахилу малі, і остійність на великих кутах крену. У першому розділі вдається отримати достатньо прості аналітичні залежності, що визначають остійність судна, другий розділ має більш загальний характер і включає в себе початкову остійність як окремий випадок.
Статична остійність припускає, що сили або моменти додаються до судна протягом досить тривалого проміжку часу. Якщо ці умови не дотримуються і силами інерції нехтувати не можна, то вступають в дію закони динамічної остійності.
6. Непотоплюваність
Непотоплюваність - здатність пошкодженого судна зберігати плавучість і остійність, а в обмеженій мірі і інші морехідні якості при затопленні одного або декількох відсіків.
Втрата судном плавучості або остійності означає його загибель; зниження ходових якостей, маневреності і погіршення параметрів хитавиці не призводять негайно до катастрофічних наслідків. Цим пояснюється перевага, що віддається при визначенні непотоплюваності, першим двом морехідним якостям. Строго кажучи, непотоплюваність не є самостійним морехідним якістю - фактично це плавучість і остійність пошкодженого судна із затопленими відсіками.
Природно, що абсолютно непотоплюваного судна побудувати неможливо: кожне буде приречене на загибель при досить великих пошкодженнях. Непотоплюваність повинна забезпечуватися лише за деяких умов, визначених призначенням судна, його розмірами, районом плавання і т. д. Так, найбільшою мірою забезпечується непотоплюваність військових кораблів.
Серед цивільних суден у цьому плані найжорсткіші вимоги пред'являються до пасажирських суден, від безпеки яких залежить життя великої кількості людей.
Непотоплюваність забезпечується конструктивними і організаційно-технічними заходами, а в разі аварії боротьбою команди за живучість судна.
Основним конструктивним заходом, що розробляються ще на стадії проектування судна, є створення достатнього запасу плавучості і правильного його використання при пошкодженні корпусу. Запас плавучості визначається висотою надводного борту; раціональне підрозділ судна на водонепроникні відсіки поздовжніми і - поперечними перегородками сприяє мінімальному витрачанню цього запасу при пошкодженні корпусу і затопленні одного або групи приміщень.
Загибель судна від втрати плавучості відбувається протягом тривалого (кілька годин, а іноді і доби) періоду, що дозволяє провести роботи з. порятунку екіпажу та пасажирів. При втраті остійності судно перекидається за лічені хвилини, що тягне велику кількість жертв. Тому потрібно, щоб приречене судно тонуло, не перекидаючись, тобто запас плавучості має витрачатися раніше, ніж запас остійності. Ця обставина також враховується при виборі розмірів і розташування водонепроникних відсіків.
Серед основних попереджувальних організаційно-технічних заходів щодо забезпечення непотоплюваності судна в першу чергу слід назвати систематичну навчання особового складу; утримання в справному стані всіх водонепроникних закриттів; періодичну перевірку на герметичність всіх водонепроникних відсіків; суворе дотримання інструкцій з прийому та витрачанню рідких вантажів; підтримку всіх технічних . засобів боротьби за живучість судна в стані, що гарантує їх негайне використання.
У боротьбу за непотоплюваність екіпаж судна зазвичай набуває чинності після аварії, при цьому він повинен визначити місце і характер пошкодження, запобігти, по можливості, поширення води, закрити пробоїну, максимальною мірою відновити остійність пошкодженого судна і спрямити його.
Остійність відновлюється шляхом відкачування фільтраційної води з приміщень, суміжних з затопленим відсіком, спуску води в нижележащие приміщення (цистерни), баластування судна забортної водою. Випрямлення судна передбачає зменшення (в ідеалі усунення) крену і диференту. Заходи щодо спрямлення судна: осушення затоплених відсіків після закладення пробоїни, перекачування рідких вантажів, контрзатопленіе непошкоджених відсіків.
Загальний принцип, якого дотримуються при боротьбі за непотоплюваність судна, формулюється наступним чином: відновлення остійності і випрямлення судна повинні проводитися таким чином, щоб при цьому запас плавучості витрачався в найменшій мірі.
Варіанти можливих затоплень опрацьовуються ще на стадії проектування судна. На їх основі складається спеціальна документація у вигляді, наприклад, «Інформації з непотоплюваності для капітана», де містяться рекомендації з найбільш ефективної боротьби за живучість судна після аварії.

РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА
Таблиця 3.1 Розрахунок елементів площі ПЛ за правилом трапецій

Таблиця 3.8 Розрахунок метацентріческая радіусів і піднесення поперечного метацентра
Таблиця 4.1 Розрахунок масштабу Бонжана за правилом трапецій