Курсовой проект
Тема: «Расчет ходкости судна и подбор пропульсивного комплекса»
Задание на курсовое проектирование
Выполнить:
Расчет буксировочного сопротивления и буксировочной мощности методом Холтропа;
Расчет буксировочного сопротивления и буксировочной мощности с использованием данных испытаний систематических серий моделей судов;
Подбор элементов гребного винта для скорости хода 13 — 15 узлов при заданном диаметре по теоретическому чертежу;
Подбор главной энергетической установки — дизеля по каталогам фирм – производителей;
Уточнение характеристик гребного винта при работе с выбранным двигателем и определение достижимой скорости хода;
Построение чертежа гребного винта.
Построение паспортной диаграммы.
1. Расчет сопротивления воды движению судна по HOLTROP (голландский опытовый бассейн)
1.1Данные 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))/Lwlx 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 м2;
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)0,80856x (1-α)0,30484x (1-φ-0,0225 x lcb)0,6367x (LR/B)0,34574x (100 V/L3)0,16302];
LR= Lx (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.--PAGE_BREAK--
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 / bcp = 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
RT = CT (ρ V2 / 2) Ω = CTFr2 (ρ g Ω L )/ 2;
Ω – смоченная поверхность судна.
Буксировочная мощность:
PE = RTV.
Коэффициент полного сопротивления:
CT = CV + CW + CTR+ CA
Коэффициент вязкостного сопротивления:
CV = CF0(I + K)
CF0= 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 / LR)0,92497x (0,95 – φ + 0,0225 lcb)0,6906];
C13 – коэффициент, учитывающий влияние формы кормовой оконечности на вязкостную составляющую сопротивления.
C13 = 1 + 0,003 Cкормы
Значение коэффициента Cкормы
Тип кормовой оконечности
Cкормы
С V-образными шпангоутами
-10
С обычными обводами
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
Коэффициент волнового сопротивления:
CW= A Fr-2exp[mlFr-0,9+ C15φ2exp(-0,1 Fr-2) cos (λ Fr-2)];
A = 2 C1 C2 C3 δ B T / Ω;
C1= 2223105 C73,78613(T / B)1,07961(90 — iK)-1,37565;
C7 = 0,229577 (B / L)0,33333, если B / L
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 ABT1,5 / [B T (0,31 √( ABT + TF— hB))];
ABT– площадь поперечного сечения бульба на носовом перпендикуляре;
hB– отстояние ЦТ этого сечения от линии киля;
TF — осадка на носовом перпендикуляре;
C5 – коэффициент, учитывающий влияние транцевой кормы на волновое сопротивление: продолжение
--PAGE_BREAK--
C5 = 1 – 0,8 AT / ( B T β);
AT– площадь поперечного сечения погруженной части транца при нулевой скорости;
m1 = 0,0140407 ( L / T) – 1,75254 (V1/3/ 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
C15 = 0, если L3 / V > 172715;
C15 = -1,69385 + (L / V1/3-8,0) / 2,36, если 512
λ – коэффициент, характеризующий волнообразующую длину λL:
λ = 1,446 φ – 0,03 (L/B), если L / B
λ = 1,446 φ – 0,36, если L / B > 12.
Коэффициент сопротивления транцевой кормы:
CTR= 0,2 (1-0,2 FrT) AT/ Ω, еслиFrT
FrT= Fr √ (L B (1 + α) / 2A);
CTR= 0, еслиFrT≥ 5;
Расчет сопротивления трения:
Rf= ρ V2CF0(1 + K1) Ω / 2000 (кН);
Расчет сопротивления воздуха:
Rwind= ρA / 2 (V + Vwind)2Cxwind Awind / 1000 (кН);
ρA = 1,226 кг/м3 – плотность воздуха.
Расчет сопротивления модели:
Ra = (ρ / 2) V2Ω C / 1000 (кН);
C = 0,006 (LKWL+ 100)-0,16 – 0,00205 + 0,003 √( LKWL / 7,5) δ4C2(0,04 – C4);
C4= 0,04, еслиTfp/LKWL> 0,04;
C4= Tfp/LKWL, еслиTfp/LKWL
Расчет сопротивления транца:
Rtr= (ρ / 2) V2Ω CTR / 1000 (кН);
Расчет сопротивления выступающих частей:
Rapp= ((ρ / 2) V2Sapp (1 + k2)eq CF0) + ρ V2 3,14 d2Cbto)/ 1000 (кН);
Sapp – сумма смоченных поверхностей выступающих частей;
(1 + k2)eq = C1/ Sapp, еслиSapp > 0;
(1 + k2)eq = 0, если Sapp = 0.
Расчет волнового сопротивления:
RW = C1 C2 C3V ρ g exp [m1Fr-0,9 + C15 φ2exp(-0,1 Fr-2) cos (λ Fr-2)] (кН)
Расчет сопротивления носового бульба:
Rb = 0,11 exp (-3 P B-2) Fni3Abt1,5 g ρ / (1 + Fni2) / 1000 (кН);
PB = 0,56 √Abt/ Tfp – 1,5 hb;
Fni = V / (g (Tfp – 1,5 hb – 0,25 √ Abt)) + 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. продолжение
--PAGE_BREAK--
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 продолжение
--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--
— допускаемые напряжения материала лопасти ГВ
(латунь ЛМцЖ55-3-1)
Для расчета принимаем наиболшее, округденное до ближайшего, для которого
построены диаграммы, из полученных значений дискового отношения.
расч
0,5
при
z=
3
4. Расчет гребного винта для оценки потребной мощности и оптимальной частоты вращения. Подбор СЭУ
Для расчета примем следующие значения диаметра винта и скорости.
D=4,94 м
V=15 уз
Расчет выполниим в расчетной форме
Таблица 2
Приведенное сопротивление:
R*, кН
300,0
Полезная тяга:
Ре, кН
300,0
Скорость судна:
V, м/с
7,7
Поступательная скорость винта:
Vp, м/с
6,1
Коэффициент упора диаметра:
kd'
1,75
По диаграммам
-
относительная поступь:
p
0,640
-
шаговое отношение:
H/D
0,630
-
КПД свободного винта:
p
0,675
Пропульситвный коэффициент:
0,4
Потребная мощность двигателя:
Ne, кВт
5532,4
Опримальная частотавращения:
n, об/мин
118,1
где
R*=1,2R
Pe=R*/zp
V=0,514Vs
kd'=VpD(/P)^(1/2)
nопт=60Vp/(p*D*a)
а=0,974
0,2
0,3
0,5
0,975
а
— определяется по таблице: продолжение
--PAGE_BREAK--
0,975
0,97
0,96
По полученным згачениям оплтмальной потребляемой мощьности и частоты оборотов
подбираем малооборотный дизель:
kWmin^-1MassLBHr
6195450112000905032004500
Firma -производитель / разработчик
Typ -тип двигателя
kW -мощность 100% в кВт
min-1 -обороты в минуту
Mass -масса сухого двигателя в кг
L -длина двигателя максимальная в мм
B -ширина у основание (фундамент) в мм
Hr -высота ремонтная или двигателя (как дано в
каталогах) отчитана от середины оси вала в мм
5. Определение параметров гребного винта, обеспечивающего наибольшую скорость хода судна
Расчёт гребного винта представлен в таблице 3
Расчёт гребного винта, обеспечивающего наибольшую скорость хода судна
Таблица 3
1
Скорость судна
Vs
уз
12
13
14
15
16
2
Скорость воды в диске ГВ
Vp
м/с
4,85
5,25
5,66
6,06
6,47
3
Тяга винта
Pe
кгс
17737
21407
25810
30581
37309
4
Упор винта
P
кгс
21958
26501
31952
37858
46187
5
Число оборотов ГВ
n
с-1
1,88
1,88
1,88
1,88
1,88
6
Испр. значение упора
P`
кгс
21958
26501
31952
37858
46187
7
Коэфф-т числа оборотов
k`н
0,93
0,96
0,99
1,01
1,03
8
Относит. поступь (с диаг.)
p`
0,57
0,585
0,605 продолжение
--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--
4,49
4,99
5,49
4,49
5,05
5,62
6,18
Vs
уз
9,88
11,11
12,35
13,58
11,06
12,45
13,83
15,21
Относительная поступь р
0,616
0,678
K1=f(р, H/D)
0,132
0,11
p,H/D)
0,656
0,683
Коэфф. числа оборотов K2
0,02
0,017
Число оборотов, n
об/сек
1,50
1,69
1,88
2,06
1,50
1,69
1,88
2,06
Упор ГВ, P
кг
26391
33400
41235
49895
21992
27834
34363
41579
Мощность, Ne
лс
2796
3981
5461
7268
2376
3384
4642
6178
Vрскорость воды в диске ГВ
м/с
4,99
5,62
6,24
6,86
5,49
6,18
6,86
7,55
Vs
уз
12,29
13,83
15,37
16,90
13,52
15,21
16,90
18,59
Расчёт производится по формулам
/>
/>
/>
/>
/>
По результатам расчёта строится паспортная диаграмма ГВ, представленная на рисунке 3. На ней также строятся линии располагаемой тяги, сопротивления, требуемой мощности и кривая ограничительной характеристики
Крутящий момент
/>
35503м
/>
Использованная литература
Войткунский Я. И. Сопротивление движению судов. Л., 1964.
Цуренко Ю. И. Лекции по теории корабля., 2003.
Дубровин О. В. Расчет буксировочной мощности по прототипу. Л., 1960.
Басин А. М., Миниович И. Я. Теория и расчет гребных винтов. ГИЗ Судпром, Л., 1963.
Дорогостайский Д. В., Жученко М. М., Мальцев Н. Я. Теория и устройство судна. Л., Судостроение, 1976.