Одесская национальная морская академия Кафедра теории и устройства судна

Информация о документе:

Дата добавления: 24/04/2016 в 00:58
Количество просмотров: 400
Добавил(а): Глеб Журавок
Название файла: odesskaya_nacionalnaya_morskaya_akademiya_kafedra_.doc
Размер файла: 1971 кб
Рейтинг: 0, всего 0 оценок

Одесская национальная морская академия Кафедра теории и устройства судна



МИНИСТЕРСВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

Одесская национальная морская академия


Кафедра теории и устройства судна






















КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО ТУС ДЛЯ КУРСАНТОВ ІІІКУРСА СУДОВОДИТЕЛЬСКОЙ СПЕЦИАЛЬНОСТИ



В методическом пособии изложены основные вопросы, которые рассматриваются на лекциях. Остальные вопросы должны быть изучены курсантами по рекомендованным учебникам.


Рассмотрено и одобрено на заседании кафедры ТУС, протокол № от 2005г.

















ОДЕССА 2005 г.








  1. Главные плоскости и главные сечения судна.

Главными плоскостями являются (рис.1):

- диаметральная плоскость (ДП) – продольная вертикальная плоскость, проходящая по середине ширины судна;

-плоскость мидель-шпангоута () – вертикальная поперечная перпендикулярная ДП и проходящая по середине длины судна;

-основная плоскость – горизонтальная плоскость, проходящая по верхней кромке горизонтального киля, перпендикулярная ДП и пл. , и параллельная поверхности воды (если судно не имеет крена и дифферента);

-

Рис.2. Основные сечения корпуса.

плоскость ватерлинии – плоскость совпадающая с поверхностью воды (рис.2). Сечение диаметральной плоскостью дает представление о форме форштевня, ахтерштевня, палубной и килевой линии. Подъём палубы к носу и корме называется седловатостью и выполняется с целью уменьшения попадания волны при встречном и попутном волнении

Сечение плоскостью мидель–шпангоута (рис. 2, справа) дает представление о погиби палубы, килеватости днища, форме скулы, наклоне бортов (развал, прямой борт, завал борта). Подъём палубы от бортов к ДП называется погибью и выполняется с целью улучшения стока воды к бортам и удаления её за борт.

Сечение плоскостью ватерлинии дает представление о форме ватерлинии. Но все же полное представление о форме судна дает теоретический чертеж.



2. Главные размерения судна.

Главными размерениями судна являются длина, ширина, осадка и высота борта (рис.3).

Длина судна „L”.

Р

азличают: - длину по конструктивной ватерлинии „LКВЛ” – расстояние, измеренное в плоскости КВЛ между точками пересечения её носовой и кормовой частей с ДП. Аналогично определяют для любой расчетной ватерлинии длину по ватерлинии;

длину между перпендикулярами „LПП” – расстояние, измеренное в плоскости КВЛ между носовым и кормовым перпендикулярами.

Носовой перпендикуляр (НП) – это линия пересечения ДП с вертикальной поперечной плоскостью, проходящей через крайнюю носовую точку КВЛ, а кормовой перпендикуляр (КП) – линия пересечения ДП с вертикальной поперечной плоскостью, проходящей через ось вращения руля.

-

Рис.3. Главные размерения

Длина наибольшая „LНБ” – расстояние, измеренное в горизонтальной плоскости между крайними точками носовой и кормовой оконечностей корпуса (без выступающих частей).

- Длина габаритная „LГБ” – расстояние, измеренное в горизонтальной плоскости между крайними точками носовой и кормовой оконечностей корпуса с учетом постоянно выступающих частей.

Ширина судна В.

Различают:

- ширину по КВЛ – „ВКВЛ’’ – расстояние, измеренное в наиболее широкой части судна на уровне КВЛ в точках пересечения её с внутренней поверхностью обшивки корпуса; аналогично определяют для любой расчетной ватерлинии ширину по ватерлинии;

- ширину на мидель-шпангоуте (теоретическую) - „В“- расстояние, измеренное на мидель-шпангоуте перпендикулярно к ДП на уровне КВЛ или расчетной ВЛ между внутренними поверхностями обшивки корпуса;

- ширину наибольшую „ВНБ“ – расстояние, измеренное в наиболее широкой части судна, перпендикулярно к ДП между крайними точками корпуса без учета обшивки, привальных брусьев и других, постоянно выступающих, частей;

- ширину габаритную „ВГБ“ – расстояние, измеренное в наиболее широкой части, перпендикулярно к ДП между крайними точками корпуса с учетом любых выступающих частей.

Осадка судна (теоретическая) „Т“ – вертикальное расстояние, измеренное в плоскости мидель-шпангоута от основной плоскости до плоскости КВЛ или расчетной ВЛ.

Осадка судна практическая “Тп” – вертикальное расстояние ,измеренное в плоскости мидель-шпангоута от нижней кромки киля до плоскости ВЛ.

Высота борта судна „Н“ – вертикальное расстояние, измеренное на мидель-шпангоуте у борта от верхней кромки горизонтального киля до верхней кромки бимса палубы надводного борта. (Палубой надводного борта называют самую верхнюю непрерывную палубу, имеющую постоянные средства закрытия всех отверстий на открытых её частях и постоянные средства закрытия отверстий в бортах судна ниже этой палубы).


Высота надводного борта „F“ – это разность между высотой борта и осадкой F= HT.

3. Характеристики формы судна.

Форму подводной части корпуса судна характеризуют коэффициенты полноты.

Коэффициент полноты ГВЛ - отношение площади грузовой ватерлинии к площади описанного прямоугольника:

, (1)

где S– площадь ватерлинии

Коэффициент полноты мидель-шпангоута β– отношение погруженной площади мидель-шпангоута Ак площади описанного прямоугольника:

β =. (2)

Коэффициент общей полноты δ – отношение объема подводной части судна V к объему описанного параллелепипеда:

δ =. (3)

Коэффициент вертикальной полноты χ – отношение объема подводной части судна к объему цилиндра, площадь основания которого равна площади ватерлинии (S), а высота – осадке судна (Т):

. (4)

Коэффициент продольной полноты φ – отношение объема подводной части судна к объему цилиндра, площадь основания которого равна площади мидель-шпангоута (), а высота – длине судна (L):

. (5)

4. Теоретический чертёж

Форму судна наиболее полно определяет теоретический чертёж судна – совокупность проекций сечений поверхности судна на три главные взаимно перпендикулярные плоскости судна (рис.4).

В качестве главных плоскостей проекций теоретического чертежа принимают: диаметральную плоскость, основную плоскость и плоскость мидель-шпангоута.

Линии пересечения судовой поверхности плоскостями, параллельными диаметральной плоскости, называются батоксами. Линии пересечения поверхности судна плоскостями, параллельными основной плоскости, называются ватерлиниями, а линии пересечения поверхности судна плоскостями, параллельными плоскости мидель-шпангоута, – теоретическими шпангоутами.

Проекция всех этих линий на диаметральную (вертикальную) плоскость называется - «БОК». Батоксы на этой проекции изображаются без искажений, а ватерлинии и шпангоуты видны в виде прямых линий. Проекция линий пересечения на горизонтальную (основную) плоскость называется «ПОЛУШИРОТОЙ». Ватерлинии на этой проекции изображаются без искажений, а батоксы и шпангоуты в виде прямых линий. Так как ватерлинии симметричны (при симметричной форме судна), то они на полушироте изображаются только по одну сторону от ДП. На полушироте также изображается линия пересечения палубы и борта. Проекция всех линий пересечения на плоскость мидель-шпангоута называется “КОРПУС” (профильная проекция). На корпусе с правой стороны от ДП изображают проекцию носовых шпангоутов, а с левой стороны – кормовых. Проекции ватерлиний и батоксов изображаются в виде прямых линий.

Т

еоретический чертёж необходим для расчётов мореходных качеств – плавучести, остойчивости, непотопляемости, постройки корпуса судна, а также в эксплуатации – для определения размеров помещений и расстояний до отверстий в корпусе судна.











Рис.4.Теоретический чертёж.

5.Посадка судна; параметрыопределяющие посадку.

Посадкой называется положение судна относительно поверхности воды. Судно, как твердое тело, имеет 3 степени свободы относительно поверхности (плоскости) воды. Поэтому посадку судна должны определять 3 параметра. Обычно используются следующие варианты параметров:

а) осадка носом: (Тн), осадка кормой (Тк) и угол крена ()

(осадка носом – заглубление носа, осадка кормой – заглубление кормы, угол крена– угол наклонения судна в поперечной плоскости);

б) осадка на миделе (Тм), угол крена (), угол дифферента ()

или дифферент (d= Тн- Тк).Угол дифферента – угол наклонения судна в продольной плоскости - d/L/ (6)
















Рис.5. Марки углубления.


Дифферент на нос и крен на правый борт считают положительными. Варианты посадки судна:

а) судно с креном и дифферентом;

б) судно сидит прямо и на ровный киль (= 0,= d = 0);

в) судно сидит прямо, но с дифферентом (=0);


г) судно сидит на ровный киль, но с креном (= d = 0).

Осадки судна определяют по маркам осадок, которые наносят на правом и левом бортах судна в носу, корме и на миделе, как можно ближе к перпендикулярам и миделю судна соответственно (рис.5.).


6.Условия равновесия плавающего судна. Силы действующие на судно.

На свободно плавающее на спокойной воде судно действуют две системы сил: силы тяжести и силы гидростатического давления воды. Каждая из этих систем сил приводится к вертикальной равнодействующей, эти равнодействующие всегда противоположно направлены. Равнодействующая сил тяжести называется силой тяжести судна и обозначается Р. Точка приложения этой равдействующей – центр тяжести G(xg,yg,zg). (рис.6).











Рис. 6. Условие равновесия судна

Рис. 6. Условие равновесия.





Равнодействующая сил гидростатического давления воды (Архимедова сила) называется силой поддержания или силой плавучести и обозначается – Q.Точка приложения силы поддержания совпадает с центром тяжести вытесненной воды (центром объёма) и называется центром величины C(xc,yc,zc).

Таким образом, действующие на судно силы приводятся к двум силам (равнодействующим). Из теоретической механики известно, что равновесие в этом случае возможно только тогда, когда :

- эти силы равны по модулю (P=Q) (?);

- противоположны по направлению;

  • действуют вдоль одной кривой.

Если судно находится в равновесии, то эти условия выполняются.

Согласно закону Архимеда сила плавучести по модулю равна силе тяжести воды, вытесненной погруженной частью судна:

P=Q=g*D=g**V (8).

D – масса вытесненой судном воды (массовое водоизмещение);

V – объём подводной части судна (объёмное водоизмещение);

- массовая плотность воды;

g – гравитационное ускорение.

Тогда условие – 1 – можно записать в виде:

P=g*D или P/ g= D (9).

То есть масса судна (P/ g=М) равна массе вытесненной судном (массовому водоизмещению) воды, если судно находится в равновесии.

Условие – 2 – всегда выполняется, так как сила тяжести и поддержания всегда противоположно направлены.

Если судно находится в равновесии, то сила тяжести и поддержания действуют вдоль одной прямой. Поэтому, если судно сидит прямо и на ровный киль, то xg= xc и ,yg= yc. А при дифференте (но без крена) cоотношение между координатами центра тяжести и центра величины (удовлетворяющее условию – 3 - ) может быть определено из рассмотрения треугольника ACG (рис.6)

tg (10),

или:

xc=xg-(zc-zg)*tg (11).

Таким образом, при равновесии судна с дифферентом соотношение между координатами центра тяжести и центра величины должно удовлетворять уравнению (11).


7.Массовые и объёмные характеристики судна.

Массовое (объемное) водоизмещение – это масса (объем) вытесненной судном воды. Следует помнить, что масса вытесненной воды (массовое водоизмещение) равно массе судна. Поэтому, обычно, и массу судна называют массовым водоизмещением.

Различают водоизмещение в грузу (при осадке по грузовую марку) и водоизмещение порожнем – массу судна, полностью готового к эксплуатации без запасов, груза и экипажа.

Дедвейт – это то количество груза и запасов , которые может взять судно при осадке по грузовую марку.

Грузоподъемность – количество тонн груза, которое может принять судно в данном рейсе.

Грузовместимость – объем грузовых помещений судна. Различают грузовместимость киповую – полезный объем (в м3) грузовых помещений для штучных грузов и грузовместимость зерновую – объем (м3) для сыпучих грузов, которые могут разместиться в грузовых помещениях. Конечно, зерновая вместимость больше, чем киповая, так как сыпучий груз может занять те объемы, которые не доступны для штучного груза (между шпангоутами, стойками, выгородками…).

Международная конвенция по обмеру судов 1969 года установила новые правила обмера судов. Долгое время эта Конвенция не входила в силу, так как необходимое число стран с необходимым общим валовым объёмом судов не присоединялись к Конвенции, но в настоящее время эта Конвенция действует. В соответствие с этой конвенцией, валовая вместимость(GT) означает величину наибольшего объёма закрытых помещений судна, которые определены в соответствие с правилами Конвенции; а чистая вместимость (NT) соответствует величине полезных объёмов и числу пассажирских мест (то, что даёт доход) и определяется в соответствие с положениями Конвенции. В зависимости от величины вместимости с судна взимаются различные сборы (причальные, рейдовые, буксирные, лоцманские и т.)

8.Грузовая шкала. Поправки.

В эксплуатации судна часто возникает необходимость определения осадки судна, если известна масса судна (массовое водоизмещение), или необходимо определить массовое водоизмещение (массу) судна, если известна осадка судна.

Эти задачи можно решать с помощью кривых элементов теоретического чертежа (гидростатических кривых) (рис. 7) или грузовой шкалы (рис.8).

Эти документы разработаны для положения судна на ровный киль без крена и прогиба. В реальных условиях судно почти всегда имеет дифферент и изгиб, поэтому необходимо вводить соответствующие поправки.

На кривых элементов теоретического чертежа изображена зависимость водоизмещения судна от осадки и другие характеристики подводной части судна. Следовательно, зная осадку можно определить водоизмещение или, зная водоизмещение, определить осадку (рис.7).Следует отметить, что в практических расчётах необходимо использовать кривые с учётом выступающих частей.

Сантиметры
























Водоизмещение


Рис.7 Кривые элементов теоретического чертежа.



При использовании грузовой шкалы (рис.8) для определения водоизмещения следует отложить осадку по шкале осадок, через эту точку провести горизонталь до пересечения с вертикалью проведенной через фактическую плотность. Точка пересечения этих линий определяет водоизмещение по шкале. Если необходимо определить осадку по водоизмещению, то следует действовать в обратном порядке.

Если фактическая плотность забортной воды не совпадает с расчётной плотностью кривых элементов теоретического чертежа или грузовой шкалы (при старой форме), то следует вводить поправку на плотность:

Dпл=D0, (12),

где: D0 - водоизмещение по чертежу (шкале),

- истинная плотность забортной воды,

- плотность принятая при расчёте гидростатических кривых или грузовой шкалы.

Поправка для учёта изгиба судна (поправка на изгиб).

Dизг=0,74*q*f; f=(Tмср-(lн-lк)*d/2/L)*100 (13)

где: q– число тонн на 1 см осадки,

f – прогиб в см,

Tм– осадка на миделе,

Tср=(Tн-Tк)/2,

d дифферент,

lн– расстояние носовых марок осадок до носового перпендикуляра,

lк– расстояние кормовых марок осадок до кормового перпендикуляра.

Поправка на дифферент судна:

Dдиф=100*q(xf+0,5* M/q)*d/L (14),

где: xf - абсцисса центра тяжести площади ватерлинии (с кривых элементов теоретического чертежа – по осадке),

M=M(Tн)-M(Tк) - разность моментов дифферентующих на один сантиметр при осадках Tн иTк.

Т


ак как марки осадок в носу и корме обычно не совпадают с носовым и кормовым перпендикулярами, что приводит к погрешности в определении средней осадки, вводится поправка на обводы носовой кормовой оконечности:



Dобв=50*q*(lн-lк)*d/L (15).

Рис. 8 Грузовая шкала




9.Диаграмма осадок носом и кормой.
































Рис. 9. Диаграмма осадок носом и кормой




Для оперативной оценки посадки судна по рассчитанному водоизмещению Dи его статическому моменту относительно плоскости миделя Mx=mi*xi=D*xgиспользуется диаграмма осадок носом и кормой (рис.9). Диаграмма построена в прямоугольных координатах с осями Dи Mx. Каждой точке диаграммы соответствут определенное состояние загрузки судна(Dи Mx), характеризуемое осадкой кормы (Tк) и носа (Tн). Через точки с одинаковыми значениями осадок носа проведено семейство кривых Тн=const через заданный интервал. Аналогично построено семейство кривых Ткорм=const.Через точки для которых Тн= Ткпроведена кривая нулевого дифферента.

Для определения параметров посадки судна на координатных осях откладывают Dи Mx,,рассчитаные по таблице нагрузки судна, через полученные точки проводят прямые, параллельные соответствующим осям. Точка пересечения этих прямых соответствует рассматриваемой нагрузке судна. Оценивая положение этой точки относительно ближайших кривых постоянных осадок носом и кормой, определяем осадку носом и кормой судна. Диаграмма обычно построена для плотности забортной воды 1,025т/м3. Если фактическая плотность забортной воды и отличается от плотности, для которой построена диаграмма д, то рекомендуется входить в диаграмму с Dд=D*д/и и Mxд=Mx*д/и

С помощью диаграммы можно определить D, Mx(xg=Mx/D), если известны Тни Тк ( обратная задача).

10.Запас плавучести. Надводный борт. Грузовая марка.

Запасом плавучести называется объём водонепроницаемой прочной части корпуса судна, расположенной выше самой высокой ватерлинии. Зависимость безопасности судна от запаса плавучести мореплаватели понимали ещё в ХІІІвеке. Так в Венеции и Генуе были разработаны правила нанесения на бортах судна марок (полос), которые не допускалось затоплять при погрузке судна. В следующие века это направление обеспечения безопасности судна было забыто под давлением судовладельцев, которые пытались добиться увеличения прибыли за счёт перегрузки судов.

Первая Международная конвенция о грузовой марке была принята в 1930г. В настоящее время действует Международная конвенция о грузовой марке 1966 года.

В соответствие с Конвенцией грузовая марка устанавливается на бортах судна и определяет минимально допустимую величину надводного борта и, следовательно, минимально допустимый запас плавучести.

З

Рис. 10.Знак грузовой марки и линии палубы.

наки грузовой марки (рис.10) наносятся на обоих бортах судна на миделе. Диск с горизонтальной полосой называется диском Плимсоля,. Над горизонтальной полосой у краёв наносятся символы того классификационного общества, под наблюдением которого находится судно (Р – С – Регистр судоходства, LR– Ллойд регистр, BV– Бюро веритас …). В средних условиях плавания допускается загружать судно по верхнюю кромку горизонтальной полосы диска. Для того, чтобы можно было учесть конкретные условия плавания, в нос от диска наносят «гребёнку» – вертикальную полосу с отходящими от неё горизонтальными полосами

- марками допустимых осадок в различных условиях плавания. Так как в зимних условиях плавания более вероятны штормовые условия плавания, то необходимо увеличение надводного борта (запаса плавучести) и уменьшение допустимой осадки, как это требует зимняя марка (З). Особо тяжелы условия для плавания сравнительно небольших судов зимой в северной Атлантике, поэтому для судов, длиной менее 100м, вводится зимняя Североатлантическая марка (ЗСА). В тропиках наиболее благоприятны условия плавания, поэтому для плавания в этих районах вводится тропическая марка (Т). При переходе судна в пресную воду его осадка увеличивается и уменьшается запас плавучести. Но такое уменьшение запаса плавучести можно допустить, так как пресная вода может быть только в районе устья рек и вблизи берега, где обычно имеются спасательные службы (П, ТП). При перевозке судном лесных грузов, лес создаёт дополнительный запас плавучести, что позволяет увеличить допускаемую осадку для всех районов плавания. В этом случае допускается загрузка судна по лесные марки в соответствии с лесной «гребёнкой», которую располагают в корму от диска Плимсоля. К символ