 |
Для выбора главных двигателей
|
|
|
|
ХОДКОСТЬ СУДНА
Сопротивление судна в различных условиях
Сопротивление при движении судна на тихой воде без учета сопротивления воздуха можно определить по формуле
,
где 
– сопротивление трения; 
– остаточное сопротивление.
Составляющую сопротивления трения можно определить
,
где 
– коэффициент сопротивления трения, зависящий от вязкости жидкости и числа Рейнольдса для эквивалентной гладкой пластины. Его можно по формуле Прандтля – Шлихтинга
;
число Рейнольдса 
,
где v – скорость судна, м/с; L – расчетная длина судна, м; 
– кинематический коэффициент вязкости. Для «стандартной» температуры воды 40С принимают 
м2/с; 
– плотность воды, т/м3; 
– смоченная поверхность корпуса судна.
Смоченная поверхность корпуса судна складывается из смоченной поверхности голого корпуса 
и смоченной поверхности выступающих частей 
.
Для транспортных судов с большими значениями коэффициента общей полноты смоченную поверхность можно определить по приближенной формуле В.А. Семеки:
=
Для одновинтовых судов площадь выступающих частей можно определить по формуле
=
для двухвинтовых судов - 
=
Тогда =
Надбавку на шероховатость 
для корпусов транспортных судов можно принимать равным 
.
Остаточное сопротивление определяется по формуле
,
где 
– коэффициент остаточного сопротивления, для форм корпусов с коэффициентами полноты 
определяется по формуле [2]
.
Расчет сопротивления и буксировочной мощности ведем в таблице 12.1.
По результатам расчета строят графики зависимости буксировочного (полного) сопротивления и буксировочной мощности от скорости движения судна на рисунке 12.1.
Для судов ледового плавания категорий ЛУ1 – ЛУ9 необходимо вычислить дополнительное к сопротивлению воды чистое ледовое сопротивление от движения в обломках битого льда.
|
|
|
Судам категории ЛУ1 – ЛУ9 допускается самостоятельное плавание в мелкобитом разреженном льду сплоченностью 
баллов с толщиной льда 0,4 м (ЛУ1) или 0,7 м (ЛУ3).
Расчет сопротивления обломков произведем по формуле В.А.Зуева:
, (12.1)
где 
– плотность льда, т/м3; h – толщина льда, м; Fr – число Фруда по толщине льда 
; 
– функция сплоченности битого льда.
При скорости, равной нулю, чистое ледовое сопротивление 
кН.
Расчет ледового сопротивления ведем в таблице 12.2. По результатам расчета строим графики зависимости ледового сопротивления и буксировочной мощности от скорости движения судна на рисунке 12.1.
Т а б л и ц а 12.1 - Расчет сопротивления и буксировочной мощности
W= … м2; r = … т/м3
| № п/п | Обозначения, формулы | Размерность | Численные значения | |||||
| 0,6 v | 0,7 v | 0,8 v | 0,9 v | v | 1,1 v | |||
| Скорость v | м/с | |||||||
Числа Рейнольдса  ; Re·10-6
| — | |||||||
Коэффициент трения  ; 
| — | |||||||
Надбавка на шероховатость 
| — | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | |
Сопротивление трения
| кН | |||||||
Числа Фруда 
| — | |||||||
 (по рис. 11.2 – 11.4)
| — | |||||||
 (по рис. 11.5)
| — | |||||||
 (по рис. 11.6)
| — | |||||||
 (по табл. 11.1)
| — | |||||||
 ; 
| — | |||||||
Остаточное сопротивление
| кН | |||||||
Полное сопротивление 
| кН | |||||||
Буксировочная мощность 
| кВт |
Т а б л и ц а 12.2 - Расчет ледового сопротивления и буксировочной мощности
| № п/п | Обозначения, формулы | Размер-ность | Численные значения | |||||||
| 0,6 v | 0,7 v | 0,8 v | 0,9 v | |||||||
| Скорость v | м/с | |||||||||
| Сопротивление воды
| кН | |||||||||
| Число Фруда по толщине льда
| - | |||||||||
Чистое ледовое сопротивление  (12.1)
| кН | |||||||||
Ледовое сопротивление 
| кН | |||||||||
Буксировочная мощность 
| кВт | |||||||||
|
|
|
Предварительный расчет гребного винта
для выбора главных двигателей
При скоростях хода до 30 км/ч для водоизмещающих судов обычного типа наивысшим КПД обладают гребные винты. Они наиболее просты в конструктивном отношении, поэтому их целесообразно установить на проектируемом судне.
При выборе числа движителей х целесообразно воспользоваться данными прототипа и выбрать двухвальную установку (х =2).
Предварительный расчет ведем в следующей последовательности.
1. Определяем коэффициенты взаимодействия винта гребного винта с корпусом судна.
Коэффициент попутного потока для бортового винта
=
или винта в диаметральной плоскости (ДП)
=,
где d - коэффициент общей полноты.
Коэффициент засасывания для бортового винта
=
или для винта в ДП
=.
2. Устанавливаем предельный диаметр винта, пользуясь приближенной зависимостью
=,
где x – число движителей; T – осадка судна.
3. Находим необходимый упор P и расчетную скорость винта v р:
=,
=,
где v — скорость судна, м/с; сопротивление R(v) принимают для заданной скорости хода.
4. Оцениваем целесообразность применения направляющей насадки для гребного винта. Оценить целесообразность применения насадки можно с помощью коэффициента нагрузки по упору
=,
где r - плотность воды, F – площадь, ометаемая гребным винтом.
Если 
, то установка направляющей насадки будет целесообразна. Она повысит КПД движительного комплекса, что приведет к возрастанию скорости или тяги.
Так как s= <2, то нет необходимости устанавливать направляющие насадки
5. Прежде чем выбрать расчетную диаграмму, необходимо установить число лопастей и дисковое отношение.
Для одновинтовых судов число лопастей должно быть не менее 4, что связано с предотвращением недопустимой вибрации, а для двухвинтовых — 3 или 4. Если коэффициент упора-диаметра 
, число лопастей принимают равным 3, а если <2, то 4.
|
|
|
Коэффициент упора-диаметра
=,
Назначаем число лопастей равным 4.
При выборе дискового отношения q необходимо исходить из обеспечения прочности лопасти и предотвращения кавитации.
Из условий прочности
= (12.2)
где d 0= 0,18 D В – диаметр ступицы; z — число лопастей; 
= 0,08¸0,09 - относительная толщина лопасти при относительном радиусе лопасти 0,6¸0,7; т - коэффициент учитывающий условия работы винта, равный 1,2 для ледоколов, 1,75 для судов ледового плавания, 1,5 для буксиров и толкачей, 1,15 - для транспортных судов; Р - упор винта, кН; 
кПа – допускаемые напряжения для винтов транспортных судов.
Из условий отсутствия кавитации
=, (12.3)
где 
- давление в потоке на бесконечности; 
=10 кПа атмосферное давление; r - плотность воды; g – ускорение свободного падения; hв – погружение оси винта, принимается по теоретическому чертежу (в курсовом проекте приближенно можно принять половина осадки судна); pv =2,3 кПа – давление насыщенных паров.
После расчета дисковых отношений по (12.3) и (12.2) выбираем большее. По нему подбираем расчетную диаграмму с ближайшим большим дисковым отношением q=0,4, которое принимают окончательным.
6. Дальнейший расчет требуемой мощности и частоты вращения гребного винта производим по алгоритму, приведенному в таблице 12.3, по выбранной диаграмме.
7. По результатам выполненного расчета строят зависимости Ne*= 1,15 Ne= f (n), Dв= f (n), которые служат для окончательного подбора двигателей (рисунок 12.2).
Двигатель подбирают по каталогам, как ближайший по расчетной мощности и частоте вращения.
Выбрано …………. с характеристиками N= кВт, n= об/мин = об/с.
|
|
|
