Курсовой проект
по дисциплине:
Проектирование
Выбор основных элементов судна
Выполнил
студент группы 6550
Джибладзе А. В.
Руководитель
старший преподаватель
Власьев М. В.
Санкт-Петербург
Содержание
1. Задание на проектирование судна ……………………………………………..……….… 3
2. Основные данные судна-прототипа ……………………………………….……………... 4
Выбор основных элементов судна методом последовательных приближений
3.1Первое приближение……………………………...……………………………………..5
3.1.1 Составление и решение уравнения масс, выраженных в функцииводоизмещения.. 5
3.1.2 Расчет нагрузки судна в первом приближении…………………………………..…… 6
3.1.3 Определение главныхразмерений судна……………………………………………… 7
3.2Второе приближение…………………………………………………………………….10
3.2.1 Уточнение основных элементов судна и его нагрузки во втором приближении...... 10
3.3Третье приближение…………………………………………………………………….11
3.3.1 Окончательное уточнение основных элементов судна и его нагрузки в третьем……… ……...приближении………………………………………….……………...………………..... 11
Задание на проектирование судна
ВАРИАНТ 5
Исходные данные к проекту
Тип судна:сухогруз
Грузоподъемность, 
:10000т
Удельная погрузочная кубатура, 
: 1,2м3/т
Скорость хода,V:15.7уз
Дальность плавания, R:5000миль
Автономность, А:30суток
Численность экипажа, nэк:20чел.
2. Основные данные судна - прототипа
| Характеристика | Обозначение | Размерность | Сухогруз |
| Водоизмещение | D0 | т | |
| Грузоподъемность | 
| т | |
| Удельная погрузочная кубатура | 
| м3/т | 1,49 |
| Мощность главного двигателя | N0 | кВт | |
| Скорость | V0 | уз | 16,4 |
| Дальность плавания | R0 | мили | |
| Длина между перпендикулярами | Lnn0 | м | 125,00 |
| Ширина | B0 | м | 17,80 |
| Высота борта | H0 | м | 10,4 |
| Осадка | T0 | м | 7,78 |
| Общий пропульсивный коэффициент | 
| — | 0,67 |
| Масса корпуса с оборудованием | Pкоб0 | т | |
| —масса стального корпуса | Pсm0 | т | |
| — масса оборудования | Pоб0 | т | |
| Масса судовой энергетической установки | Pcэу0 | т | |
| Масса судовых энергетических запасов | Pсэз0 | т | |
| Масса снабжения | Pсн0 | т | |
| — масса экипажа, провизии и пресной воды | Pсн эк0 | т | |
| — масса инвентарного снабжения | Pинв0 | т | |
| Масса запаса водоизмещения | Pзв0 | т | |
| Аппликата центра масс суднав грузу | zg0 | м | 6,62 |
| Абсцисса центра масс судна порожнем | xgnор0 | м | -10,40 |
| Аппликата центр масс суда порожнем | zgnop0 | м | 8,14 |
| Объем машинного отделения | Wмо0 | м3 | |
| Коэффициент сухих отсеков | ксо0 | — | 1,05 |
Выбор основных элементов судна методом последовательных приближений
3.1Первое приближение Определение главныхразмерений
3.1.1 Составление и решение уравнения масс, выраженных в функции водоизмещения
Уравнение масс, выраженных в функции водоизмещения:
,
где 
.
Измерители масс, рассчитываемые с помощью данных судна-прототипа:
;
т/кВт;
т/кВт*ч.
При составлении уравнения в расчетных формулах для масс судовой энергетической установки Pсэуи судовой энергетических запасовPсэз мощность главного двигателя выразим через формулу адмиралтейских коэффициентов:
где 
=489. 
Тогда 
,
Измеритель массы запаса водоизмещения pзв примем равным pзв = Pзв/D = 0,01.
Массу снабжения Pснрассчитываем как сумму следующих составляющих:
Pcн =Pэк +Pпров+Pпр.вода+ Pинв.
Определим неизвестные составляющие для нахождения Pcн:
Масса экипажа с багажом
Pэк = pэк 
nэк=2,4 т,
гдеpэк = 0,12— масса одного члена экипажа с багажом, т/чел.
Масса провизии
Pпров = pпров nэк 
A= 1.8 т,
гдеpпров= 0,003—суточный расход провизии на одного члена экипажа,т/чел.сут.
Масса пресной воды
Pпр.вода = pпр.вода nэк A / = 60 т,
где pпр.вода = 0,15 — суточный расход пресной воды на одного члена экипажа, т/чел сут.; A / =20 сут. —автономность по запасам пресной воды.
Масса инвентарного снабжения
Pинв = Pинв0= 30 т.
Тогда
Pcн =Pэк +Pпров+Pпр.вода+ Pинв = 94,2т.
Таким образом
= 10094.2 т;
D=∑Pi(D)+ ∑Pi= 
* D+ 
*(D^2/3*V^3)/С+ 
*(D^2/3*V^3)/С*R/V+0,01*D+ 
+ 
=3876+399.1+423.7+127.5+10094.2
Получили:
D=14921т.
3.1.2Расчет нагрузки судна в первом приближении
Водоизмещение в первом приближении
D1 = 14921т.
Тогда мощность главного двигателяв первом приближении
=4796,47кВт,
где C1 = C, V1 = V.
Произведем расчет составляющих нагрузки, зависящих от водоизмещения:
=4535,98 т,
где 
= 
.
Pзв1= pзв1 
=149,21т,
где pзв1 = pзв= 0,01.
= 443,19 т,
где 
.
где 
, 
, 
Сведем полученные результаты расчетов в Таблицу 1.
Таблица 1.
Нагрузка судна в первом приближении
| № п/п | Наименование раздела нагрузки | Обозначение | Прототип | Проект | ||
| Pi0, P0, т | %D0 | Pi1, P, т | %D1 | |||
| Корпус с оборудованием | 
| 30,38 | 4535,98 | 30,4 | ||
| Судовая энергетическая установка | 
| 3,56 | 443,19 | 2,82 | ||
| Судовые энергетические запасы | 
| 6,52 | 470,48 | 2.99 | ||
| Запас водоизмещения | 
| 0,439 | 149,21 | 1,0 | ||
| Экипаж, провизия, пресная вода, инвентарное снабжение | 
| 1,7 | 94,2 | 0,6 | ||
| Груз перевозимый | 
| 57,3 | 62.19 | |||
| Водоизмещение | D0 = 12750 | D1 = 14920 |
3.1.3 Определение главныхразмерений судна
Длина судна L1.
В первом приближении L1 определим с использованием безразмерной характеристики скоростных качеств судна – относительной длины 
и водоизмещение D1:
с = 2,16 – для сухогруза.
м.
Тогда
Коэффициенты полноты теоретического чертежа 
α.
Коэффициент общей полноты
= a–b 
,
гдедля сухогрузного судна a = 1,09и b = 1,68; 
=0,223, g = 9,81.
Тогда
= a–b 
Коэффициент полноты площади ватерлинии
α = 0,96 
= 0,812.
Уравнение плавучести.
гдеk=1,005 – коэффициент выступающих частей; 
=1,025 т/м3–плотность морской воды.
Из уравнения плавучести получим выражение для осадки:
Уравнение вместимости:
где
- коэффициент полноты подпалубного объема;
- коэффициент сухих отсеков;
- теоретическая грузовместимость;
- удельная погрузочная кубатура кипового груза;
- теоретический объем помещений СЭУ;
- удельный объем СЭУ для сухогруза;
- теоретическая вместимость цистерн судовых энергетических запасов (топлива, смазочного масла, котельной воды);
- переходный коэффициент, учитывающий потери объемов на телесность набора, недолив, запас на температурное расширение, неудаляемые («мертвые») остатки и среднюю плотность судовых энергетических запасов;
- теоретическая вместимость цистерн пресной воды;
- переходный коэффициент;
- теоретическая вместимость балластных отсеков.
- переходный коэффициент, учитывающий плотность морской воды 
и потери объемов на телесность набора на недолив и неудаляемые остатки.
Из уравнения вместимости получим выражение для высоты борта:
Уравнение остойчивости.
где
- относительная поперечная начальная метацентрическая высота;
- коэффициент;
- относительная аппликата центра масс судна в полном грузу.
Подставив в уравнение остойчивости найденные выше выражения для осадки и высоты борта и решим полученное уравнение относительно неизвестной 
:
Получили:0,016175B14-B12-2440,35=0
Тогда осадка и высота борта примут следующие значения:
Таблица 2.
| Соотношения главныхразмерений | Судно-прототип | Проектируемое судно |
| 7,022 | 6,5 |
| 2,0287 | 2,772 |
| 1,336 | 1,304 |
Полученные соотношения главныхразмерений проектируемого судна близки к соответствующим показателям у судна-прототипа.
Проверка для первого приближения:
. допустимо
Главныеразмерения в первом приближении:
L1=133,19
В1=20,49
Т1=7,39
Н1=9,64
D1=14921
3.2Второе приближение Уточнение массы корпуса и оборудования
3.2.1 Уточнение основных элементов судна и его нагрузки во втором приближении
Уточнение основных элементов судна и его нагрузки во втором приближении основано на более точном расчете массы корпуса, которая составляет значительную часть водоизмещения.
Уточнение массы корпуса и оборудования
где 
Масса оборудования:
где 
Масса корпуса:
Далее проверяется соответствие суммы масс, составляющих нагрузку судна, водоизмещению 
Сумма масс: 
Тогда
Следовательно, необходима корректировка водоизмещения и нагрузки судна, для чего применим прием, основанный на использовании дифференциального уравнения масс в форме Нормана.
Необходимое приращение масс, входящих в нагрузку судна:
Измененное в результате этого водоизмещение судна:
где коэффициент Нормана:
Водоизмещению 
будут соответствовать откорректированные главные размерения:
H3/T3 ≥ 1,3;
H3=1,3 
Изменения главных размерений и водоизмещения повлекут изменения зависящих от них составляющих нагрузки судна.
Масса стального корпуса:
Масса оборудования:
Масса корпуса:
Масса судовой энергетической установки и судовых энергетических запасов:
Тогда:
Следовательно:
Проверка условия плавучести:\
Главныеразмерения во втором приближении:
L2=137,1
В2=21,1
Т2=7,6
Н2=9,88
D2=16174
Таблица 3.
Нагрузка судна во втором приближении
| № п/п | Наименование раздела нагрузки | Обозначение | Масса, т | ||
| Корпус с оборудованием | 
| 4887,1 | |||
| Судовая энергетическая установка | 
| 470,2 | |||
| Судовые энергетические запасы | 
| 499,2 | |||
| Запас водоизмещения | 
| 74.74 | |||
| Экипаж, провизия, пресная вода, инвентарное снабжение |
| 94,2 | |||
| Груз перевозимый |
| ||||
| Водоизмещение | D2 | ||||
3.3Третье приближение Уточнение масс СЭУ и СЭЗ
3.3.1 Окончательноеуточнение основных элементов судна и его нагрузки в третьем приближении
В третьем приближении окончательно выберем элементы судна и уточним его нагрузки. Также определим сопротивление воды движению судна, буксировочную мощность и необходимую мощность главного двигателя.
Расчет буксировочной мощности произведен по ОСТ 5.0181-75.
Величины необходимые для расчета:
Величина площади смоченной поверхности находится по формуле Семеки для тихоходных и среднескоростных судов (
Число Фруда определяется выражением:
Число Рейнольдца определяется выражением:
- Кинематический коэффициент вязкости равный 1,57 
Таблица 4.
Таблица расчета EPS
| Скорость хода в узлах | Vs | 15,7 | уз. | |
| Скорость хода | V | 8,08 | м/с | |
| Квадрат скорости | V2 | 65,286 | м2/с2 | |
| Число Фруда | Fr | 0,220 | ||
| ζ(δ)*103 | 2,18 | |||
| Kxc | ||||
| KΨ | 1,2 | |||
| KB/T*aB/T | 1,018 | |||
| Коэффициент остаточного сопротивления | ζr* 
| 2,663 | ||
| Число Рейнольдса | Re* 
| 7,05 | ||
| Коэф. сопр. трения эквивалентной пластины | ζf*103 | 1,642 | ||
| Корреляционный коэффициент | ζn*103 | 0,35 | ||
| Коэф. сопротивления выступающий частей | ζa*103 | 0,10 | ||
| Коэф. полного сопротивления | ζk*103 | 4,803 | ||
| Сопротивление судна | R | 64395,514 | ||
| Буксировочная мощность судна | EPS | 6937,543 | л.с |
Буксировочная мощность равна 6937,543 л.с. что соответственно равно 5102,56кВт.
Требуемая мощность главного двигателя:
где 
- общий пропульсивный коэффициент.
Выбирается двигатель с запасом по мощности не менее 15%:
По условному каталогу выбираем двигатель с 
После выбора главного двигателя с мощностью 
уточняются массы судовой энергетической установки и судовых энергетических запасов:
Тогда:
Следовательно, необходима корректировка водоизмещения и нагрузки судна, для чего применим прием, основанный на использовании дифференциального уравнения масс в форме Нормана.
где коэффициент Нормана:
Необходимое приращение масс, входящих в нагрузку судна:
Измененное в результате этого водоизмещение судна:
Водоизмещению 
будут соответствовать откорректированные главные размерения:
H3/T3 ≥ 1,3;
H3 
Изменения главных размерений и водоизмещения повлекут изменения только массы корпуса, т.к. после выбора главного двигателя массы 
и 
перешли в разряд постоянных масс.
Масса стального корпуса:
Масса оборудования:
Масса корпуса:
=17241,72
Тогда:
Следовательно:
Проверка соответствия мощности выбранного главного двигателя требуемой для судна с уточненным водоизмещением:
У выбранного главного двигателя мощность равна:
Разницу 
можно считать удовлетворительной для окончания расчета.
Проверка условия плавучести:
По итогам трёх приближений получены следующие данные по проектируемому судну, согласованные с преподавателем:
Таблица 5
| Хар-ка | Таблич. Значение | Утв. Значение |
| D(т) | 17259,8 | |
| L(м) | ||
| B(м) | 21,56 | |
| T(м) | 7,77 | 7,8 |
| H(м) | 10,6 | 10,6 |
| 0,715 | 0,715 |
| 0,812 | 0,812 |
| N(кВт) |
Таблица 6
Нагрузка судна в третьем приближении
| № п/п | Наименование раздела нагрузки | Обозначение | Масса, т | |
| Корпус с оборудованием | 
| 5356,3 | ||
| Судовая энергетическая установка | 
| 813,12 | ||
| Судовые энергетические запасы | 
| 903,46 | ||
| Запас водоизмещения | 
| 19,29 | ||
| Экипаж, провизия, пресная вода, инвентарное снабжение |
| 94,2 | ||
| Груз перевозимый |
| |||
| Водоизмещение | D3 |