Расчет ходкости судна и подбор пропульсивного комплекса

Курсовой проект

 

Тема: «Расчет ходкости судна и подбор пропульсивного комплекса»

 

Задание на курсовое проектирование

Выполнить:

1)  Расчет буксировочного сопротивления и буксировочной мощности методом Холтропа;

2)  Расчет буксировочного сопротивления и буксировочной мощности с использованием данных испытаний систематических серий моделей судов;

3)  Подбор элементов гребного винта для скорости хода 13 - 15 узлов при заданном диаметре по теоретическому чертежу;

4)  Подбор главной энергетической установки - дизеля по каталогам фирм – производителей;

5)  Уточнение характеристик гребного винта при работе с выбранным двигателем и определение достижимой скорости хода;

6)  Построение чертежа гребного винта.

7)  Построение паспортной диаграммы.

1. Расчет сопротивления воды движению судна по HOLTROP (голландский опытовый бассейн)

 

1.1 Данные для расчета сопротивления воды движению судна по HOLTROP (голландский опытовый бассейн)

 

Этот способ основан на обработке результатов испытаний почти двухсот различных моделей и натуральных судов. Метод может применяться для расчета сопротивления самых разнообразных типов судов с широким изменением параметров формы, таких, например, как танкеры, контейнеровозы, рыболовные суда и т. д., включая суда с предельно большой полнотой обводов и необычным соотношением главных размерений.

Для расчета данным способом надо использовать следующие данные:

Главные характеристикм судна-проекта:

Lpp - длина между перпендикулярами 110 м;

Lwl - длина по КВЛ 114,58 м;

B - ширина наибольшая 18,33 м;

Tap - осадка в корме 7,05 м;

Tfp - осадка в носу 7,05 м;

V - объемное водоизмещение 8558,4 м³;

lcb – абсцисса центра величины в % от (Lwl/2) -0,06 %;

cm – коэффициент полноты мидель-шпангоута 0,966;

cwp – коэффициент полноты ватерлинии 0,728;

v - расчетная скорость 15,0 узлов;

Значения Lpp, Lwl, B, Tap, Tfp, V, cm, cwp берем из своего варианта;

lcb = (Lwl/2 – (Lwl/2 + Xc))/ Lwl x 100%.

Дополнительные данные:

Abt – площадь сечения носового бульба на шп. 0 0,00 м²;

hb – возвышение ЦТ площади сечения бульба 0,00 м;

S – площадь смоченной поверхности 2619,9 м²;

At – площадь смоченной поверхности транца 0,00 м ²;

d – диаметр туннеля подруливающего устройства 0,00 м;

Cbto – к-т сопр-я подруливающего устройства (0,003-0,012) 0,003;

ie –1/2 угла входа КВЛ 18º;

cstern – форма кормы (V-шп = -10; норм. = 0; U-шп. = +10) 0;

Awind – площадь парусности 445,50 м²;

CXwind – коэффициент сопротивления воздуха (0,8-1) 0,80;

Vwind – скорость ветра (нормально 2,5 м/с) 2,5 м/с.

Данных Abt, hb, d для данного проекта нет;

S – берется из предыдущей курсовой работы;

ie –данные снимаются с теоретического чертежа, при его отсутствии эту величину приближенно можно вычислить по формуле

ie = 1 + 89 exp [-(L/B)^0,80856 x (1-α)^0,30484 x (1-φ-0,0225 x lcb)^0,6367 x (L_R/B)^0,34574 x (100 V/L³)^0,16302];

L_R = L x (1-φ + 0,006 x lcb/(4φ-1));

φ = V Ω L – коэффициент продольной полноты;

cstern – данные снимаются с теоретического чертежа;

Awind – берется из предыдущей курсовой работы или приближенно вычисляется по формуле Awind = B²;

Смоченная поверхность выступающих частей:

Arud1 – руль за рудерпостом 0,00 м2;

Arud2 – балансирный руль 10,26 м2;

Arud3 – полубалансирный руль 0,00 м2;

Awb – кронштейн гребного вала 0,00 м²;

Arh – пятка руля 0,00 м²;

Awt – свободный гребной вал вне корпуса 0,00 м²;

Awh – обтекатель гребного вала 2,14 м²;

Aw – гребной вал 0,00 м²;

Af – гидродинамический успокоитель качки 0,00 м²;

Adome – домы 0,00 м²;

Askiel – скуловые кили 0,00 м².

Тип и расположение привода выбираем по правилам российского морского регистра судоходства.

Площадь руля F назначают, пользуясь зависимомтью:

F = L T / A

A – коэффициент, который выбирается в зависимости от типа судна в следующих пределах: 40-70 для грузовых транспортных судов.

λ = h / b_cp = h² / F – относительное удлинение руля;

Arh, Awh – данные снимаются с теоретического чертежа.

Константы:

g – ускорение свободного падения 9,81 м/c²;

rho – плотность воды 1025 кг/м³;

nue – коэффициент кинематической вязкости воды 1,188x10-6 м²/c;

rho2 – плотность воздуха 1,225 кг/м³.

Полное сопротивление судна

R_T = C_T (ρ V² / 2) Ω = C_T Fr² (ρ g Ω L )/ 2;

Ω – смоченная поверхность судна.

Буксировочная мощность:

P_E = R_T V.

Коэффициент полного сопротивления:

C_T = C_V + C_W + C_TR+ C_A

Коэффициент вязкостного сопротивления:

C_V = C_F0 (I + K)

C_F0 = 0,075 / (lg R - 2)² - коэффициент сопротивления трения эквивалентной пластины.

Параметр формы (I + K) определяется по формуле:

(I + K) = C₁₃ [0,93 + C₁₂ (B / L_R)^0,92497 x (0,95 – φ + 0,0225 lcb)^0,6906];

C₁₃ – коэффициент, учитывающий влияние формы кормовой оконечности на вязкостную составляющую сопротивления.

C₁₃ = 1 + 0,003 C_кормы

 

Значение коэффициента C_кормы

 

Тип кормовой оконечности	Cкормы
С V-образными шпангоутами	-10
С обычными обводами	0
С U-образными шпангоутами и бульбом	10

Коэффициент C₁₂ определяется по формуле:

C₁₂ = (T / L)^0,2228446, если T / L > 0,05;

C₁₂ = 48,20 (T / L – 0,02)^2,078 +0,479948, если 0,02 ≤ T / L ≤ 0,05;

C₁₂ = 0,479948, если T / L < 0,02.

Коэффициент волнового сопротивления:

C_W = A Fr^-2 exp[m_l Fr^-0,9 + C₁₅ φ² exp(-0,1 Fr^-2) cos (λ Fr^-2)];

A = 2 C₁ C₂ C₃ δ B T / Ω;

C₁ = 2223105 C₇^3,78613 (T / B)^1,07961 (90 - i_K)^-1,37565;

C₇ = 0,229577 (B / L)^0,33333, если B / L < 0,11;

C₇ = B / L, если 0,11 ≤ B / L ≤ 0,25;

C₇ = 0,5 - 0,0625 (L / B), если B / L > 0,25;

 

C₂ – коэффициент, учитывающий влияние носового бульба на волновое сопротивление:

C₂ = exp (-1,89 √ C₃);

C₃ = 0,56 A_BT^1,5 / [B T (0,31 √( A_BT + T_F - h_B))];

A_BT– площадь поперечного сечения бульба на носовом перпендикуляре;

h_B– отстояние ЦТ этого сечения от линии киля;

T_F - осадка на носовом перпендикуляре;

C₅ – коэффициент, учитывающий влияние транцевой кормы на волновое сопротивление:

C₅ = 1 – 0,8 A_T / ( B T β);

A_T– площадь поперечного сечения погруженной части транца при нулевой скорости;

m₁ = 0,0140407 ( L / T) – 1,75254 (V^1/3/ L) – 4,79323 (B / L) – C₁₆;

C₁₆ = 8,07981 φ – 13,8673 φ² + 6,984388 φ³, если φ > 0,80;

C₁₆ = 1,73014 – 0,7067 φ, если φ > 0,80;

C₁₅ = -1,69385, если L³ / V < 512;

C₁₅ = 0, если L³ / V > 1727¹⁵;

C₁₅ = -1,69385 + (L / V^1/3-8,0) / 2,36, если 512 < L³ / V < 1727¹⁵;

λ – коэффициент, характеризующий волнообразующую длину λL:

λ = 1,446 φ – 0,03 (L/B), если L / B < 12;

λ = 1,446 φ – 0,36, если L / B > 12.

Коэффициент сопротивления транцевой кормы:

C_TR = 0,2 (1-0,2 Fr_T) A_T/ Ω, если Fr_T < 5;

Fr_T = Fr √ (L B (1 + α) / 2A);

C_TR = 0, если Fr_T ≥ 5;

Расчет сопротивления трения:

Rf = ρ V² C_F0 (1 + K1) Ω / 2000 (кН);

Расчет сопротивления воздуха:

Rwind = ρA / 2 (V + Vwind)² Cxwind Awind / 1000 (кН);

ρA = 1,226 кг/м³ – плотность воздуха.

Расчет сопротивления модели:

Ra = (ρ / 2) V² Ω C / 1000 (кН);

C = 0,006 (L_KWL + 100)-0,16 – 0,00205 + 0,003 √( L_KWL / 7,5) δ⁴ C₂ (0,04 – C₄);

C₄ = 0,04, если Tfp/L_KWL > 0,04;

C₄ = Tfp/L_KWL, если Tfp/L_KWL < 0,04.

Расчет сопротивления транца:

Rtr = (ρ / 2) V² Ω C_TR / 1000 (кН);

Расчет сопротивления выступающих частей:

Rapp = ((ρ / 2) V² Sapp (1 + k2)eq C_F0) + ρ V² 3,14 d² Cbto)/ 1000 (кН);

Sapp – сумма смоченных поверхностей выступающих частей;

(1 + k2)eq = C₁ / Sapp, если Sapp > 0;

(1 + k2)eq = 0, если Sapp = 0.

Расчет волнового сопротивления:

R_W = C₁ C₂ C₃V ρ g exp [m₁ Fr^-0,9 + C₁₅ φ² exp(-0,1 Fr^-2) cos (λ Fr^-2)] (кН)

Расчет сопротивления носового бульба:

Rb = 0,11 exp (-3 P B^-2) Fni³ A_bt^1,5 g ρ / (1 + Fni²) / 1000 (кН);

PB = 0,56 √A_bt/ T_fp – 1,5 hb;

Fni = V / (g (T_fp – 1,5 hb – 0,25 √ A_bt)) + 0,15 V²

 

Расчет суммарного сопротивления:

R = Rf + Rapp + Rw + Rb + Rtr + Ra + Rwind

 

Расчет произведен с использованием программы "Microsoft Excel", результаты представлены ниже в табличной форме.

РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ВОДЫ ДВИЖЕНИЯ СУДНА ПО HOLTROP (ГОЛЛАНДСКИЙ ОПЫТОВЫЙ БАССЕЙН)

Судно: Сухогруз.

ВВОД ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ РАСЧЕТА:
	главные характеристики судна-проекта
Lpp - длина между перпендикулярами .					110,00	m
Lwl - длина по KWL					114,58	m
B - ширина на миделе					18,33	m
Tap - осадка в корме					7,05	m
Tfp - осадка в носу					7,05	m
V - объемное водоизмещение					8558,40	m**3
lcb - абциcса центра величины в % от (Lwl/2)					-0,07	%
cm - к-т полноты мидельшпангоута					0,966
cwp - к-т полноты ватерлинии					0,728
v - расчетная скорость					15,00	узлов
		дополнительные данные
Abt - пл. сечения носового бульба на шп. 0					0,00	m**2
hb - возвышение ЦТ площади сечения бульба					0,00	m
S - смоченная поверхность (			2528,55	m**2)	2620	m**2
At - смоченная поверхность транца					0,00	m**2
d - диаметр туннеля подруливающего устройства ....					0,00	m
Cbto - к-т сопр. подр. устройства (0,003 - 0,012)					0,003
ie - 1/2 угла входа KWL (			12,139	°)	18,00	°
cstern - форма кормы (V-шп=-10;норм=0;U-шп=+10)					0,0
Awind - площадь парусности (			335,99	m**2)	445,50	m**2
CXwind - к-т сопротивления воздуха (0.8 - 1)					0,80
Vwind - скорость ветра (нормально=2.5 m/s)					2,50	m/с
	смоченная поверхность выступаюших частей
Arud1 - руль за рудерпостом					0,00	m**2
Arud2 - балансирный руль					10,26	m**2
Arud3 - полубалансирный руль					0,00	m**2
Awb - кронштейн гребного вала					0,00	m**2
Arh - пятка руля					0,00	m**2
Awt - свободный гребный вал вне корпуса					0,00	m**2
Awh - обтекатель гребного вала					0,00	m**2
Aw - вал					0,00	m**2
Af - гидродин. успокоители качки					0,00	m**2
Adome - домы					0,00	m**2
Askiel - скуловые кили					12,00	m**2
		константы
g - ускорение свободного падения					9,81	m/с**2
rho - плотность воды					1025,9	кг/m**3
nue - к-т кинематической вязкости воды					1,19E-06	m**2/с
rho2 - плотность воздуха					1,225	кг/m**3
РАСЧЕТ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ВЕЛИЧИН
(на печать не выводятся)
**********************************************************************
Tm .......	7,05		1.5*Arud1 ..........		0,00
Cb .......	0,578		1.4*Arud2 ..........		14,36
Cp .......	0,5983		2.8*Arud3 ..........		0,00
Lr .......	45,809		3*Awb ..............		0,00
C12 ......	0,5448		1.75*Arh ...........		0,00
C13 ......	1,000		3*Awt ..............		0,00
1+k1 .....	1,145		2*Awh ..............		0,00
Sapp .....	22,26		3*Aw ...............		0,00
(1+k2)eq .	1,40		2.8*Af .............		0,00
B/L ......	0,1600		2.7*Adome ..........		0,00
C7 .......	0,1600		1.4*Askiel .........		16,80
C1 .......	2,140		Asumme .............		31,16
C3 .......	0,00000
C2 .......	1,0000
C5 .......	1,0000	C16 ......	1,3660	m1 ......	-2,2174
L/B ......	6,251	L**3/V ..	176	C15 .....	-1,69385
PB .......	0,0000	Lambda ..	0,6777	d .......	-0,9
CA .......	0,000492	Tfp/L ...	0,062	C4 ......	0,040
v (kn)	v (m/s)	Rn	CF	Rf (kN)	Rapp (kN)	Fn
8,00	4,11	3,97E+08	0,001723	44,81	0,47	0,123
9,00	4,63	4,46E+08	0,001696	55,84	0,58	0,138
10,00	5,14	4,96E+08	0,001673	68,00	0,71	0,153
11,00	5,65	5,45E+08	0,001653	81,27	0,84	0,169
12,00	6,17	5,95E+08	0,001634	95,64	0,99	0,184
13,00	6,68	6,44E+08	0,001618	111,11	1,15	0,199
14,00	7,20	6,94E+08	0,001602	127,65	1,33	0,215
15,00	7,71	7,44E+08	0,001588	145,26	1,51	0,230
16,00	8,22	7,93E+08	0,001576	163,93	1,70	0,245
17,00	8,74	8,43E+08	0,001564	183,66	1,91	0,261
18,00	9,25	8,92E+08	0,001552	204,44	2,12	0,276
19,00	9,77	9,42E+08	0,001542	226,25	2,35	0,291
20,00	10,28	9,91E+08	0,001532	249,10	2,59	0,307
21,00	10,79	1,04E+09	0,001523	272,98	2,84	0,322
22,00	11,31	1,09E+09	0,001514	297,87	3,10	0,337
v (kn)	m2	Rw (kN)	Fni	Rb (kN)	Fnt	c6
8,00	-0,00079	0,08	0,4856	0,000	0,000	0,20
9,00	-0,00317	0,35	0,5438	0,000	0,000	0,20
10,00	-0,00861	1,15	0,6011	0,000	0,000	0,20
11,00	-0,01802	3,05	0,6575	0,000	0,000	0,20
12,00	-0,03160	6,93	0,7129	0,000	0,000	0,20
13,00	-0,04892	14,39	0,7672	0,000	0,000	0,20
14,00	-0,06919	27,23	0,8204	0,000	0,000	0,20
15,00	-0,09153	40,90	0,8726	0,000	0,000	0,20
16,00	-0,11509	69,36	0,9235	0,000	0,000	0,20
17,00	-0,13913	122,15	0,9732	0,000	0,000	0,20
18,00	-0,16312	181,41	1,0217	0,000	0,000	0,20
19,00	-0,18662	225,87	1,0690	0,000	0,000	0,20
20,00	-0,20934	263,17	1,1149	0,000	0,000	0,20
21,00	-0,23110	314,58	1,1597	0,000	0,000	0,20
22,00	-0,25178	398,82	1,2031	0,000	0,000	0,20
	РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ВОДЫ ДВИЖЕНИЮ СУДНА
РЕЗУЛЬТАТЫ:
**********************************************************************
	составляющие сопротивления воды и воздуха
трения	выступ. ч.	волнов.	нос.бульба	транца	модель	воздуха
Rf (kH)	Rapp (kH)	Rw (kH)	Rb (kH)	Rtr (kH)	Ra (kH)	Rwind(kH)
44,81	0,47	0,08	0,00	0,00	11,17	9,54
55,84	0,58	0,35	0,00	0,00	14,14	11,08
68,00	0,71	1,15	0,00	0,00	17,45	12,74
81,27	0,84	3,05	0,00	0,00	21,12	14,51
95,64	0,99	6,93	0,00	0,00	25,13	16,40
111,11	1,15	14,39	0,00	0,00	29,49	18,40
127,65	1,33	27,23	0,00	0,00	34,21	20,52
145,26	1,51	40,90	0,00	0,00	39,27	22,76
163,93	1,70	69,36	0,00	0,00	44,68	25,10
183,66	1,91	122,15	0,00	0,00	50,44	27,57
204,44	2,12	181,41	0,00	0,00	56,55	30,15
226,25	2,35	225,87	0,00	0,00	63,00	32,84
249,10	2,59	263,17	0,00	0,00	69,81	35,65
272,98	2,84	314,58	0,00	0,00	76,97	38,58
297,87	3,10	398,82	0,00	0,00	84,47	41,62
	суммарное сопротивление и буксировочная мощность
	v (узл)	v (m/с)	Fn	R (kН)	Pe (kВ)
	8,00	4,11	0,123	66	272
	9,00	4,63	0,138	82	379
	10,00	5,14	0,153	100	514
	11,00	5,65	0,169	121	683
	12,00	6,17	0,184	145	895
	13,00	6,68	0,199	175	1166
	14,00	7,20	0,215	211	1518
	15,00	7,71	0,230	250	1925
	16,00	8,22	0,245	305	2507
	17,00	8,74	0,261	386	3370
	18,00	9,25	0,276	475	4392
	19,00	9,77	0,291	550	5374
	20,00	10,28	0,307	620	6377
	21,00	10,79	0,322	706	7620
	22,00	11,31	0,337	826	9339

По данным таблиц построим диаграммы:

-сопротивления воды движению судна;

-составляющие полного сопротивления судна от скорости;

-буксировочной мощности.