МИУС КУРСАЧ. Расчет элементов циркуляции и инерционных характеристик судна

• Название: Расчет элементов циркуляции и инерционных характеристик судна
• Анкор: МИУС КУРСАЧ
• Дата: 15.03.2023
• Размер: 0.84 Mb.
• Имя файла: Kursovaya_rabota.doc
• Тип: Курсовая; #993345
• страница: 1 из 2

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ГОСУДАРСТВЕНЫЙ МОРСКОЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ АДМИРАЛА Ф.Ф.УШАКОВА»

Кафедра «Управление судном»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по выполнению курсовой работы

по дисциплине "Маневрирование и управление судном"

Тема: "Расчет элементов циркуляции и инерционных характеристик судна"

Методические указания составлены:

доцентом Мироновым А.В., ст. преподавателем Кирилловым С.А. Утверждены на заседании кафедры

Протокол № , от 2013 г.
Новороссийск 2013 г.
1. Общие положения курсовой работы

В соответствии с Резолюцией ИМО А.601 (ES.IV) и параграфа 10 Правила II/I Международной конвенции о подготовке и дипломировании моряков и несению вахты 1978 г. на каждом судне должна быть представлена информация о маневренных характеристиках.

Выполнение курсовой работы по дисциплине «Основы управление судном» предусматривает более глубокое изучение вопросов, связанных с определением маневренных элементов судна.

Задание по КР включает в себя расчеты элементов циркуляции и инерционны свойств судна, а также составление типовой таблицы маневренных элементов по полученным результатам.

Курсовая работа выполняется курсантами 4 курса судоводительского факультета в 8 семестре после изучения Раздела 3 (темя 13-17) типовой программы дисциплины «Маневрирование и управление судном».
Курсовая работа включает следующие темы:

1. 
   Определение элементов циркуляции судна расчетным способом.
   
2. 
   Расчет инерционных характеристик судна, включающих в себя пассивное торможение, активное торможение и разгон судна при различных режимах движения.
   
3. 
   Расчет увеличения осадки судна при плавании на мелководье и в каналах.
   
4. 
   Составление таблицы маневренных элементов судна на основании результатов расчета (расчетно-графическая часть работы).
   

Курсовая работа оформляется в соответствие с существующими требованиями.

Размерность физических величин в используемых формулах должна соответствовать приведенной в разделе «Условные обозначения», если в тексте МУ не оговорено иное.

После проверки курсовой работы преподавателем учащийся в назначенный срок защищает ее на кафедре.

2. Условные обозначения

Δ – объемное водоизмещение, м³

D – весовое водоизмещение судна, т

L – длина судна между перпендикулярами, м

В – ширина судна, м

d – осадка, м

V₀ – скорость полного хода, м/с

V_н – начальная скорость для конкретного маневра, м/с

С_в – к-т общей полноты

С_м – к-т полноты мидельшпангоута

С_д – к-т полноты ДП

С_у – к-т подъемной силы пера руля

η – пропульсивный коэффициент

λ₁₁ – коэффициент присоединенной массы

α – угол поворота судна, град

β – угол дрейфа судна на циркуляции, град

δ_р – угол перекладки руля, град

θ – угол крена, град

ψ – угол дифферента, град

l_р – длина пера руля, м

h_р – высота пера руля, м

λ_р – относительное удлинение пера руля

А_р – площадь пера руля, м²

А_д – площадь погруженной части ДП судна, м²

А_м – площадь погруженной части мидельшпангоута, м²

D_в – диаметр гребного винта, м

H_в – шаг винта, м

n₀ – частота вращения винта, 1/с

N_i – индикаторная мощность главного двигателя, л.с.

N_е – эффективная мощность, л.с.

М_ш – момент на швартовых

Р_зх – упор винта на швартовых на заднем ходу, тс

Т₁ – время первого периода, с

Т₂ – время второго периода, с

Т_р – время реакции судна на перекладку руля, с

Т_ц – период циркуляции, с

Д₀ – диаметр установившейся циркуляции, м

Д_т – тактический диаметр циркуляции, м

Д_к – диаметр циркуляции кормовой оконечности судна, м

l₁ – выдвиг, м

l₂ – прямое смещение, м

ΔS – ширина полосы движения на циркуляции, м

S₀ – инерционная постоянная, м

S_т – тормозной путь при активном торможении, м

t_т – время активного торможения, с

S_п – тормозной путь при пассивном торможении, м

t_п – время пассивного торможения, с

S_р – путь разгона судна, м

t_р – время разгона судна, мин

g – ускорение свободного падения, м/с²
3. Задание по разделу «Определение элементов циркуляции судна»

Все элементы циркуляции определяются для двух водоизмещений судна (в грузу и в балласте) с полного переднего хода с положением руля «на борт» (35°) и «полборта» (15°).

Результаты расчета сводятся в таблицу и по ним строится кривая циркуляции для двух водоизмещений и двух перекладок руля.

	В грузу		В балласте
	15	35	15	35
Д0, м
Дт, м
l1, м
l2, м
β, °
Дк, м
Тц, мин
ΔS, м

4. Методика расчета элементов циркуляции

Диаметр установившейся циркуляции с некоторыми допущениями рассчитывается по эмпирической формуле Шенхера [3].

,

(4.1)

где К₁  – эмпирический коэффициент, зависящий от отношения

.

Таблица значений коэффициента К₁

	0,05	0,06	0,07	0,08	0,09	0,10	0,11	0,12	0,13	0,14	0,15
К1	1,41	1,10	0,85	0,67	0,55	0,46	0,40	0,37	0,36	0,35	0,34

Площадь пера руля определяется по формуле:

(4.2)

где А  – эмпирический коэффициент, определяемый по формуле:


Коэффициент подъемной силы пера руля С_у может быть найден по формуле:

(4.3)

где


(в расчете принимать ).

Тактический диаметр циркуляции можно определить по формулам:

- в грузу:

;

(4.4)

- в балласте:

(4.5)

где Д_т  – тактический диаметр циркуляции при перекладке руля «на борт».

Зависимость тактического диаметра циркуляции от угла перекладки руля выражается формулой:


Выдвиг и прямое смещение рассчитываются по формулам:

;	(4.6)
;	(4.7)

где К₂  – эмпирический коэффициент, определяемый по формуле:

(4.8)

где – относительная площадь пера руля, выраженная в процентах от площади погруженной части ДП:

;

(4.9)

Угол дифферента определяется по формуле:

.

Диаметр циркуляции кормовой оконечности судна можно определить по формуле:

;

(4.10)

где .

Поступательная скорость на установившейся циркуляции определяется по приближенным формулам:

при перекладке руля «на борт»

при перекладке руля «пол борта»

Период установившейся циркуляции определяется по формуле:



Ширина полосы движения судна на циркуляции определяется по формуле:



5. Методика построения циркуляции судна

Кривую эволюционного периода циркуляции можно построить из дуг окружностей переменных радиусов. После поворота судна на угол 180° радиус циркуляции считается постоянной величиной.

Величина радиуса циркуляции постоянно уменьшается от наибольшего значения в начале поворота до значения поворота радиуса установившейся циркуляции.

Относительные значения радиусов неустановившейся циркуляции в зависимости от угла поворота судна и угла перекладки руля показаны в таблице:
Таблица значений R_н/R_ц

Угол перекладки руля, град.	Угол поворота судна, град.
	5	10	30	60	90	120-160
15	2,20	1,80	1,30	1,15	1,10	1,06
35	4,40	3,20	1,90	1,60	1,40	1,30

где R_н  – радиус неустановившейся циркуляции;

R₀  – радиус установившейся циркуляции.

Порядок построения циркуляции:

1. Проводим линию первоначального курса и откладываем на ней в выбранном масштабе отрезок пути судна, пройденного за маневренный период:



2. Рассчитываем средний радиус поворота судна на угол 10° по данным таблицы. Для этого, например, выбираем из таблицы от ношение радиусов R_н/R_ц при углах поворота на 5° и 10° при δ_р = 35. Эти значения будут равны 4,4 и 3,2.

Отсюда:

Затем рассчитываем средние радиусы поворота судна в интервалах от 10° до 30° и т.д.

3. Кривую циркуляции судна строим (аппроксимируем) из ряда дуг окружностей различных радиусов до угла поворота на 180°.

4. Построив кривую циркуляции в эволюционном периоде завершаем построение, описав окружность радиусом установившейся циркуляции до угла поворота на 360° (рис. 1)

Рис. 1. Схема построения циркуляции судна
6. Задание по разделу «Определение инерционных характеристик судна»

Инерционные характеристики должны быть рассчитаны при маневрах ППХ-ПЗХ, СПХ-ПЗХ, МПХ-ПЗХ, ППХ-СТОП, СПХ-СТОП, МПХ-СТОП, разгон из положения СТОП-ППХ.

По результатам расчетов составляется диаграмма тормозных характеристик в соответствии с РШС-89.

Перечисленные характеристики представляются в виде графиков для водоизмещений судна в грузу и в балласте. Результаты расчета сводятся в таблицу:

	груз			балласт
	ППХ	СПХ	МПХ	ППХ	СПХ	МПХ
Ам, м2		ххх	ххх		ххх	ххх
R0, т		ххх	ххх		ххх	ххх
S1, м
V2, м/с
М1, т		ххх	ххх		ххх	ххх
S2, м
Мш		ххх	ххх	ххх	ххх	ххх
Рзх, т		ххх	ххх	ххх	ххх	ххх
S3, м
Т3, с
Sт, с
tт, с
Тсв, с
Sсв, м
С		ххх	ххх		ххх	ххх
Тр, мин.		ххх	ххх		ххх	ххх
Sр, кб.		ххх	ххх		ххх	ххх

7. Методика определения инерционных характеристик судна

7.1. Активное торможение

Активное торможение рассчитывается в три периода.

Расчет ведется до полной остановки судна (V_к = 0).

Принимаем , .

Определяем сопротивление воды движению судна на полном ходу по формуле Рабиновича:

;

(7.1)

где

R₀-[кгс]

Инерционная постоянная:

;

(7.2)

где m₁  – масса судна с учетом присоединенной массы:





Упор винта на заднем ходу:

;

(7.3)

где

(7.4)

Nе = η ∙ Ni;

(7.5)

η может быть определена по формуле Эмерсона:

;

(7.6)

Путь, пройденный в первом периоде:

S1 = Vн ∙ Т1;

(7.7)

Скорость судна в конце второго периода:

;

(7.8)

Путь, пройденный судном во втором периоде:

(7.9)

Путь, проходимый судном в третьем периоде:

;

(7.10)

Время третьего периода:

;

(7.11)

Общий путь и время торможения:

S_т = S₁ + S₂ + S₃

t_т = t₁ + t₂ + t₃
7.2. Пассивное торможение

Расчет ведется до скорости V_к = 0,2 ∙ V₀.

Определяем время пассивного торможения:

;	(7.12)
;	(7.13)

7. 3. Разгон судна

Расчет судна ведется до скорости V_к = 0,9 ∙ V₀

Определяем путь и время разгона по эмпирической формуле:

Sр = 1,66 ∙ С; [кб]	(7.14)
; [мин]	(7.15)

где С  – коэффициент инерционности, определяемый по выражению:

;

(7.16)

где V_к, узлы;

N_е, л.с.
8. Расчет дополнительных данных для таблицы маневренных элементов

8.1. Увеличение осадки судна на мелководье

Величина увеличения осадки судна на мелководье может быть рассчитана по формулам института гидрологии и гидромеханики Украины (формула Г.И. Сухомела), модифицированным А.П. Ковалевым [13]:

[см] при ;	(8.1)
при ;	(8.2)

где   – отношение глубины моря к средней осадке;

k  – коэффициент, зависящий от отношения длины к ширине судна.
Таблица для определений k:

L/B	4	5	6	7	8	9
k	1,35	1,03	0,80	0,62	0,55	0,48

Результаты расчета представляются в виде графика зависимости d_к = f(V) при соотношении h/d = 1,4; 2,0; 3,0.

Дополнительное приращение осадки при плавании в канале:

, (см)

(8. 3)

где k'  – коэффициент, зависящий от отношения площадей сечения канала и погруженной части мидельшпангоута.

Таблица для определения k'

Ак/Ам	4	5	6	7	8	10	12
k'	0,98	0,61	0,44	0,35	0,24	0,18	0,15

Результаты расчета представляются в виде графика зависимости d_к = f(V) при соотношении h/d = 1,4 и А_к/А_м = 4; 6; 8.
8.2. Увеличение осадки судна от крена

Увеличение осадки при различных углах крена рассчитывается по формуле:

;

(8. 4)

Результаты расчета представлены в табличной форме для углов крена до 10º.
8.3. Определение запаса глубины на ветровое волнение

Волновой запас глубины определяется в соответствии с приложением 3 РШС-89 для высот волн до 4 метров и представляется в табличной форме.
8.4. Маневр «Человек за бортом»

Одним из видов маневра судна «Человек за бортом» является разворот с выходом на контркурс. Выполнение этого маневра зависит от выбора угла отклонения судна от первоначального курса (α). Величина угла α определяется по формуле:

;

(8. 5)

где Т_п  – время перекладки руля с борта на борт (Т_п = 30 сек);

V_ср  – средняя скорость на циркуляции, определяемая из выражения:



Построение схемы маневра выпол няется по данным циркуляции, рассчитанным в разделе 3.

ЛИТЕРАТУРА

1. 
   Войткунский Я.И. и др. Справочник по теории корабля. – Л.: Судостроение, 1983.
   
2. 
   Демин С.И. Приближенное аналитическое определение элементов циркуляции судна. – ЦБНТИ ММФ, экспресс-информация, серия «Судовождение и связь», вып. 7(162), 1983, с.14-18.
   
3. 
   Знамеровский В.П. Теоретические основы управления судном. – Л.: Издательство ЛВИМУ, 1974.
   
4. 
   Карапузов А.И. Результаты натурных испытаний и расчет маневренных элементов судна типа «Прометей». Сб. Безопасность мореплавания и ведения промысла, вып. 79. – Л.: Транспорт, 1987.
   
5. 
   Мастушкин Ю.М. Управляемость промысловых судов. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981.
   
6. 
   Рекомендаций по организации штурманской службы на судах Минморфлота СССР (РШС-89). – М.: Мортехинформреклама, 1990.
   
7. 
   Справочник капитана (под общей редакцией Хабура Б.П.). – М.: Транспорт, 1973.
   
8. 
   Судовые устройства (под общей редакцией Александрова М.Н.): Учебник. – Л.: Судостроение, 1988.
   
9. 
   Цурбан А.И. Определение маневренных элементов судна. – М.: Транспорт, 1977.
   
10. 
    Управление судном и его техническая эксплуатация (под общей редакцией Щетининой А.И.). – М.: Транспорт, 1982.
    
11. 
    Управление судами и составами (Соларев Н.Ф. и др.). – М.: Транспорт, 1983.
    
12. 
    Управление крупнотоннажными судами (Удалов В.И., Массанюк И.Ф., Матевосян В.Г., Ольшамовский С.Б.). – М.: Транспорт, 1986.
    
13. 
    Ковалев А.П. К вопросу о «проседании» судна на мелководье и в канале. Экспресс-информация, серия «Безопасность мореплавания», вып 5, 1934. – М.: Мортехинформреклама.
    
14. 
    Гире И.В. и др. Испытания мореходных качеств судов. – Л.: Судостроение, 1977.
    
15. 
    Ольшамовский С.Б., Миронов А.В., Маричев И.В. Совершенствование маневрирования крупнотоннажными судами. Экспресс-информация, серия «Судовождение связь и безопасность мореплавания», вып. 11(240). – М.: Мортехинформреклама, 1990.
    
16. 
    Экспериментальное и теоретическое определение маневренных элементов судов НМП для составления формуляров маневренных характеристик. Отчет о НИР УДК. 629.12.072/076. – Новороссийск, 1989.
    

При защите курсовой работы

"Расчет элементов циркуляции и инерционных характеристик судна"

Курсант 4 курса ФСВ и РЭ должен знать: