CC BY
46
УДК 629.124(597)(06)
Нгуен Зуй Бак, Нгуен Доан Кыонг
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОРТОВЫХ БУКСИРОВ НА ИЗМЕРИТЕЛИ МАССЫ И КООРДИНАТЫ ЦЕНТРА ТЯЖЕСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО КОРПУСА
Обоснование размерного ряда и параметров буксирных судов по программе пополнения портового буксирного флота Вьетнама, создание портовых буксиров должны вестись с учетом практики проектирования и строительства современных портовых буксиров, а также перспектив развития морских портов Вьетнама, определенных программой Правительства Социалистической Республики Вьетнам (СРВ). Премьер-министр СРВ издал распоряжение
№ 202/1999/QD-TTg от 12 октября 1999., с целью всестороннего развития системы морских портов и портофлота Вьетнама [1].
Определение масс и координат центра тяжести судна - одна из важнейших проблем при проектировании судна, поскольку от её решения зависят такие важные качества судна, как остойчивость, ходкость, мореходные качества судна, экономические показатели и др.
На начальных стадиях проектирования, при отсутствии необходимых чертежей, нагрузка масс и координаты центра тяжести судна определяются по статистическим формулам. Возможность точного определения и уточнения нагрузки масс и координат центра тяжести судна на начальных стадиях сократит время и повысит качество проектных работ на начальных этапах проектирования.
В настоящее время отсутствуют методики определения массы металлического корпуса портовых буксиров, основанные на установлении функциональных зависимостей между массой отдельных статей нагрузки и основными характеристиками этого класса судов. В данной статье излагается способ определения массы и координат (xg, zg) центра тяжести металлического корпуса, полученный путем статистической обработка масс специально спроектированной серии корпусов портовых буксиров. В разрабатываемой методике оценки масс и координат центра тяжести портовых буксиров была спроектирована серия из 135 буксирных судов с систематически меняющимися главными размерениями, основными характеристиками формы и конструкции корпуса. В разработке методики были использованы программные продукты AutoCad, Rhinoceros и ShipConstructor для определения масс и координат центра тяжести отдельных статей нагрузки масс металлического корпуса спроектированных портовых буксиров. Для определения масс и координат центра тяжести остальных статей нагрузки судна порожнем предлагается воспользоваться результатами статистической обработки нагрузок построенных и спроектированных судов.
Размеры связей в составе металлического корпуса определялись по Правилам классификации и постройки морских судов [2]. Измерители массы и координаты центра тяжести статей в составе металлического корпуса определены с учетом архитектурно-конструктивных особенностей портовых буксиров, у которых систематически изменялись основные характеристики: главные размерения, коэффициенты полноты, расположение машинного отделения по длине судна, число и расположение переборок, расположение и протяженность надстроек и рубок, шпация.
Существующие эмпирические формулы расчета масс, а также графики и таблицы, за исключением работ, опубликованных в [3], неприменимы для характерных форм обводов портовых буксиров. Ни один из способов, кроме графиков Г. Рабена [4] и работы Н. Ф. Пырялина и М. С. Труба [5], не позволяет вычислить аппликату центра тяжести металлического корпуса. Именно поэтому в настоящей работе предпринята попытка получить функциональные зависимости, связывающие массу и координаты центра тяжести статей нагрузки судна порожнем с основными характеристиками портовых буксиров. Особое внимание при этом уделено массе и координатам центра тяжести металлического корпуса.
В настоящее время с помощью систем автоматизированного проектирования «Foran», «Tribon», «ShipConstructor», «AutoShip», «Nupas», «Rhinoceros» появилась возможность успешно решать ряд задач проектирования и разработки рабочей конструкторской документации.
Программа 8ЫрСоп81хис1;ог позволяет создать трехмерную модель набора корпуса судна. В результате её использования получаем высокую точность расчета масс и координат центров тяжести отдельных деталей корпуса. Этот подход предоставляет в распоряжение инструменты для определения массы и координат центра тяжести обсчитываемой модели портового буксира в графической оболочке WINDOWS, где и производятся непосредственные расчеты по конструкции корпуса судна (рис. 1 и 2 для варианта разработанной модели № 58: Ь = 25,0 м, В = 6,58 м, Н = 3,59 м, Т = 2,99 м, а = 0,500 м, 5 = 0,591, ф = 0,680).
Рис. 1. 3D-модель наружной обшивки и фальшборта в ShipConstructor
Рис. 2. Результат расчета массы и центра тяжести наружной обшивки основного корпуса в ShipConstructor
Особую трудность на всех стадиях проектирования составляет определение координат центра тяжести для расчетного случая нагрузки проектируемого судна. В качестве примера представим функциональные зависимости, позволяющие рассчитать по разрабатываемой методике массу и координаты центра тяжести отдельных статей нагрузки проектируемого буксира на примере наружной обшивки.
В зависимости от архитектурно-конструктивного типа портового буксира, наружную обшивку можно разбить на несколько участков, как это показано на рис. 3. Площади участков
I, II разбиваются по длине и высоте борта судна на более мелкие участки в соответствии с требованиями Правил классификации и постройки морских судов [2] к толщинам отдельных листов наружной обшивки. При этом масса наружной обшивки определяется суммированием масс наружной обшивки основного корпуса Р1 и обшивки фальшборта Р2' (Р2' - масса фальшборта без стоек контрфорсов и планширя).
Рис. 3. Наружная обшивка основного корпуса и фальшборта:
I - наружная обшивка основного корпуса; II - обшивка фальшборта
Суммарная масса наружной обшивки основного корпуса оценивается по следующей формуле:
р1 = р1-10-3 • Ь2 (В+Н )Г/И , т, (1)
где р1 - измеритель массы наружной обшивки основного корпуса, т/м3.
В результате статистической обработки данных по массам и центрам тяжести наружной обшивки основного корпуса спроектированных судов построены графики (рис. 4, 5). На рис. 4 приведены значения указанного измерителя масс наружной обшивки основного корпуса портовых буксиров, математические выражения этих графиков задаются в следующем виде:
|р1 = 47,283 • (ЬТ/Н)-0,9187, т/м3 - для шпации а = 0,500 м,
I р1 = 55,9753 -(ЬТ/Н )-0,9268, т/м3 - для шпации а = 0,600 м.
И1Н, м
Рис. 4. Значения измерителя массы наружной обшивки основного корпуса судов
В формулах (2) измерители массы наружной обшивки представляются для постоянных значений коэффициентов полноты. С целью универсализации формулы (2) в нее введен ряд поправок, учитывающих возможные изменения коэффициентов полноты и относительной ширины корпуса. С учетом этих поправок формулы (2) для определения измерителя массы наружной обшивки основного корпуса соответственно приобретают вид
Р1 = С11 • с12 • с13 • Р\, т/м3
(3)
где р[ - измеритель массы наружной обшивки основного корпуса с поправкой на изменение
В
коэффициентов полноты и отношения В\Т , т/м3; с11 =-0,0452• ^ +1,1368 - коэффициент,
учитывающий значение отношения В/Т; С13 = 0,0914(ф-фо) +1,0003 - поправка на коэффициент общей полноты 5 и коэффициент продольной полноты ф, при постоянном коэффициенте полноты мидель-шпангоута Р = Р0 = 0,871; с13 = 0,214(Р — Ь0)+ 0,9995 - поправка на коэффициент общей полноты 5 и коэффициент полноты мидель-шпангоута в, при постоянном коэффициенте продольной полноты ф = Ф0 = 0,638 .
5
21, М
4
НІТ = 1,200
21 1"- О О о“ II ^/Г)1'0249
НІТ = 1,4( 0
21 = : 0,3280(Н Р/Г)1,0374
НІТ = 1,60 0
21 00 сч сэ и ^/Г)1 0279
0 2 4 6 8 10 12
Н*1Г, м
Рис. 5. Зависимость центра тяжести наружной обшивки основного корпуса г1 от выражения И2/Т
Возвышение центра тяжести наружной обшивки основного корпуса представлено в виде
2 =^1 • И, м , (4)
где - относительное возвышение центра тяжести наружной обшивки основного корпуса от основной плоскости буксира.
На рис. 5 приведены зависимости центра тяжести наружной обшивки основного корпуса
2 от выражения И2 / Т для вьетнамских портовых буксиров, которые могут быть выражены в виде
г1 = 0,4007 •(и 2/Т }°249, м - для И/Т = 1,200, г1 = 0,3280 •(и VТ /,0374, м - для И/Т = 1,400, г1 = 0,2841 •(и VТ У^9, м - для И/Т = 1,600.
(5)
Относительное возвышение центра тяжести наружной обшивки основного корпуса определится выражениями
^ = 0,4830 • И0,0249 - для И/Т = 1,200, С1 = 0,4650 • И°,°374 - для И/Т = 1,400,
С1 = 0,4605 • И
0,0279
-для И/Т = 1,600.
3
2
1
0
Для определения массы фальшборта, включая стойки и планширь, получена зависимость
Р = С2 • Р2 • , т :
3
(7)
где р2 - измеритель массы фальшборта, т/м ; Иф - высота фальшборта, м; с2 = 0,893Иф + 0,109 -
коэффициент, учитывающий фактическое значение высоты фальшборта.
В результате статистической обработки данных по массам и центрам тяжести фальшборта, включая стойки и планширь, построены графики (рис. 6, 7).
ив, м2
Рис. 6. Значения измерителя массы фальшборта
(Н+Лф), м
Рис. 7. Зависимость центра тяжести фальшборта г2 от высоты (н + Иф)
На рис. 6 приведены значения указанного измерителя для портовых буксиров и получено выражение для р2:
р2 = 0,0726 • (ЬВ)—0,8489 , т/м3.
(8)
(9)
Возвышение центра тяжести фальшборта определяется формулой
22 = ^2 •И, м ,
где ^2 - относительное возвышение центра тяжести фальшборта от основной плоскости.
На рис. 7 приведены зависимости центра тяжести фальшборта 22 от суммы высоты (И + Иф) для портовых буксиров:
= 0,8444 (и + Иф У,0т, м.
(10)
2
Относительное возвышение центра тяжести фальшборта портовых буксиров определяется выражением
г2 0,8444- (н + Иф I1,0888
С2 = ^ ----- • (11)
Выводы
Разрабатываемая методика предназначена для решения задач оптимизации главных размерений и основных элементов буксирных судов. Возможность уточненного расчета водоизмещения порожнем и координат его центра тяжести исключительно важна как при составлении системы уравнений для определения главных размерений проектируемых буксирных судов, так и при проведении проверочных расчетов посадки, остойчивости и мореходных качеств судна уже на начальных стадиях проектирования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. http://www.vpa.org.vn - сайт ассоциации морских портов Вьетнама.
2. Правила классификации и постройки морских судов. Т. 1. - СПб.: Российский морской регистр судоходства, 2003. - 493 с.
3. Буксирные суда: проектирование и конструкция / Б. В. Богданов, А. В. Слуцкий, М. Г. Шмаков и др. -Л.: Судостроение, 1974. - 280 с.
4. Ногид Л. M. Проектирование морских судов. - Л.: Судостроение, 1964. - 198 с.
5. Пырялин Н. Ф., Труб М. С. Оценка водоизмещения порожнем и остойчивости промысловых судов на начальных стадиях проектирования // Сб. тр. III науч.-техн. конф. по развитию флота рыбной промышленности и промышленного рыболовства социалистических стран. - Т. I. - Л.: Судостроение, 1969. - 79 с.
Статья поступила в редакцию 16.07.2009
RESEARCH OF THE INFLUENCE OF THE MAIN CHARACTERISTICS OF HARBOR TUGS ON METAL HULL MASS AND COORDINATES OF ITS CENTRE OF GRAVITY
Nguyen Duy Bach, Nguyen Doan Cuong
The method of calculation of metal hull mass and coordinates of its centre of gravity received by specially projected series of mathematic models of Vietnamese tugs is offered. The functional dependences of mass and gravity centre rise of hull plating of harbor tugs are given as an example.
Key words: mass, centre of gravity, hull plating, special projected series,
tugs.
