Курсовая работа: 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, в 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_{F 0} (I + K)

C_{F 0} = 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

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_{F 0} (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_{F 0} ) + 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 C₃ V 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.

По данным таблиц построим диаграммы:

-сопротивления воды движению судна;

-составляющие полного сопротивления судна от скорости;

-буксировочной мощности.

2. Расчеты сопротивления воды движению судна по данным испытаний систематических серий моделей судов.

Для расчета сопротивления воды движению судна используем серию универсальных среднескоростных судов (учебное пособие, Л. С. Артюшков). Результаты испытаний моделей этой серии используются для расчета сопротивления и буксировочной мощности универсальных сухогрузных судов, среднетоннажных танкеров и судов для навалочных грузов. Основные геометрические характеристики моделей серии:

-коэффициент общей полноты δ = 0,60…0,80

-отношение главных размерений L/B = 7,3; B / T = 2,5;

-форма носовой оконечности V–образная и U–образная.

Все модели имели длину 7 метров.

Коэффициент остаточного сопротивления для этой серии определяется по выражению

C_r = C_r0 k_l k_B/T a_B/T k_V

Коэффициент C_{r 0} снимается с основной диаграммы серии как функция коэффициента общей полноты для соответствующих значений чисел Фруда. Коэффициент влияния относительной длины k_l = a_l / a_{l 0} вычисляется как отношение значений a_l , снимаемых с диаграммы соответственно для заданного значения относительной длины l судна и стандартого значения l₀ для моделей этой серии, определяемого как функция коэффициента общей полноты.

Коэффициенты k_{B / T} и a_{B / T} , произведение которых учитывает влияние отличия заданного значения B/T от принятого в серии B/T = 2,5, определяется с диаграммы.

Коэффициент k_V вводится только для учета влияния V–образной формы носовых шпангоутов на остаточное сопротивление. Значения этого коэффициента определяются в функции от δ и числа Фруда с диаграммы.

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

РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ВОДЫ ПО 60-Й СЕРИИ

ПРОЕКТ: СУХОГРУЗ

Сравним эти два способа по диаграмме.

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

3.1 Определение коэффициентов взаимодействия

Одновинтовое морское сухогрузное судно

При практических расчетах используется следующая эмпирическая формула

L, B, T - длина, ширина и осадка судна

Е - высота оси ГВ над ОП

D - диаметр винта

j - коэффициент продольной полноты

q1 - коэффициент, учитывающий форму кормы;

f1 - угол наклона образующей лопасти

Коэффициент засасывания транспортных одновитновых судов вычисляется

по формуле

Тогда коэффициент попутного потока равен

q₂ - коэффициент учитывающий форму руля

q₂ =0.7…0.9 - для обтекаемого

q₂ =0.9…1.05 - для пластинчатого

3. 2 Выбор расчетной диаграммы

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

где

R*=1,2R

Pe=R*/zp

V=0,514Vs

Vp=V(1-y)

kd'=VpD(r/P)^(1/2)

h=i(1-t)/(1-y)hp

Ne=PeV/(zp*h*hñýó)

hñýó=

nопт=60Vp/(lp*D*a)

а=0,974

y

0,2

0,3

0,5

0,975

а

- определяется по таблице:

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	0,63	0,645
9	Испр. значение p`	p	0,555	0,570	0,589	0,614	0,628
10	Оптимальный диаметр ГВ	D	м	4,66	4,92	5,12	5,27	5,49
11	Коэфф-т упора	K1	0,128	0,124	0,127	0,134	0,139
12	КПД ГВ	p	0,672	0,679	0,686	0,695	0,7
13	Шаговое отношение	H/D	0,74	0,77	0,78	0,81	0,825
14	Коэфф-т влияния корпуса	к	1,027	1,027	1,027	1,027	1,027
15	Пропульсивный коэфф-т		0,670	0,677	0,683	0,692	0,697
16	Потребная мощность двиг.	Ne	лс	2179	2819	3623	4540	5866
17	Потребная мощность двиг.	Ne	кВт	2960	3830	4923	6168	7970
где:
) y ( - 1 s V p V 514 , 0 =	скорость воды в диске гребного винта
		-	коэффициент попутного потока
=	0,214
Rx Pe = p z
	тяга гребного винта
	Zp-	количество ГВ			Zp=1
Rx	принимается равным рассчитанному в пункте 4 для
максимальной осадки
Pe = - 1 P t
	упор ГВ
	t	-	коэффициент засасывания
	t	=	0,192
V = p K' H 4 P' r n
	коэффициент числа оборотов
a p l ' p l =
	исправленное значение относительной поступи
	a	=	0,974
p = V p n l D 4 2 D n P' r = 1 K w - - 1 1 t h k = i к h р h h = в h
	оптимальный диаметр ГВ, для данной скорости хода
	коэффициент упора
	коэффициент влияния корпуса
	i=1
	пропульсивный коэффициент
	в -КПД валопровода=0,97
= Ne h 75 V Pe
	потребная мощность двигателя
По результатам расчётов строятся графические зависимости:
f=D(Vs), f=H/D(Vs), f=Ne(Vs), f=(Vs) представленнные на рисунке 2 и 2а.
По ним определяется максимально возможная скорость и оптимальные для неё
значения D, H/D, 
Vsmax =	15,16	уз
D=	5,357	м
H/D=	0,792
=	0,692
p =	0,616

6. Расчёт и построение контуров и профилей сечений лопастей гребного винта

Для расчёта спрямлённого контура и распределения толщины лопасти необходимо предварительно определить максимальную ширину лопасти

Результаты расчёта спрямлённого контура и распределения толщин приведены в таблице 4

Таблица 4.Спрямлённый контур и распределение толщин лопасти

Для построения контуров сечений лопасти ГВ на различных радиусах необходимо знать их ординаты. Они представлены в таблице 5

Ординаты контуров сечений лопасти ГВ на различных радиусах

По результатам расчета выполнен чертеж гребного винта на котором отражены:

спрямленный контур винта

нормальный контур винта

прочный профиль винта;

7. Расчёт и построение паспортной диаграммы

Паспортная диаграмма является одной из главных характеристик ГВ. С её помощью определяется рабочая область ГВ.

Для заданных значений D, H/D, z, Q, h, lp определяем: K₁ , K₂ , Ne, P

Расчёт паспортной диаграммы представлен в таблице 6

Расчёт паспортной диаграммы. Tаблицa 6

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

1. Войткунский Я. И. Сопротивление движению судов. Л., 1964.

2. Цуренко Ю. И. Лекции по теории корабля., 2003.

3. Дубровин О. В. Расчет буксировочной мощности по прототипу. Л., 1960.

4. Басин А. М., Миниович И. Я. Теория и расчет гребных винтов. ГИЗ Судпром, Л., 1963.

5. Дорогостайский Д. В., Жученко М. М., Мальцев Н. Я. Теория и устройство судна. Л., Судостроение, 1976.