Определение основных элементов проектируемого судна.

1.2.1. Определение основных элементов буксиров – толкачей.

К основным элементам буксира – толкача, подлежащих определению на начальной стадии, относятся водоизмещение судна, главные размерения L, В, Н, Т и коэффициенты полноты δ, α, и β.

В основу определения водоизмещения буксиров-толкачей кладется уравнение масс (массовое водоизмещение судна равно сумме масс отдельных составляющих). В уравнении масс в качестве главных составляющих, как это следует из таблицы 1.1., выделяются масса корпуса с оборудованием mко, масса оборудования и механизмов машинного отделения mм, масса топлива и смазки mтс, Dw0 и запас водоизмещения ΔD. Массы части из этих составляющих выражаются через измерители:

; ; ; (1.1)

При использовании для определения водоизмещения уравнения масс для проектируемого судна измерители μ_ko(или а_k) и принимаются по прототипу, а измеритель расхода топлива и смазки вычисляется по выражению:

ρ_тс= 24tq(1+k)·10^-3 (1.2)

где: t - автономность плавания в сутках;

q - удельный расход топлива, q=0,23÷0,24 кг/кВт·ч

k - коэффициент, учитывающий расход смазки, а также расход топлива на вспомогательные и бытовые нужды (k=0,20÷0,25).

Входящие в дедвейт(D_w=m_э+m_пр+m_в+m_зв) массы, (экипажа m_э, провизии m_пр, воды m_в, загрязненных вод m_зв) определяются с учетом числа членов экипажа (приложение 1), автономности плавания и группы судна (приложение 2). Масса одного человека с багажом принимается равной 120 кг. Суточные нормы потребления продуктов, водопотребления и др. определяются по санитарным правилам (приложения 3,4,5).

Запас водоизмещения ΔD резервируется на начальных стадиях проектирования на возможные изменения, которые могут привести к увеличению водоизмещения. При эскизном проектировании рекомендуется принимать d = 0,03.

Имеются разные формы представления уравнения масс. В частности, для определения водоизмещения буксира-толкача можно использовать выражение:

(1.3)

При определении главных размерений и коэффициентов полноты буксиров - толкачей исходят из ряда особенностей, присущих этим суднам. Так, для обеспечения высоких тяговых показателей, требуется установить винты большого диаметра, при этом они должны быть хорошо защищены от подсоса атмосферного воздуха и при возможных посадках на мель. Буксир – толкач должен обладать также достаточной остойчивостью с учетом неблагоприятного воздействия состава (натяжение или рывок буксирного каната). По указанным причинам для этих судов характерен сильный подрез кормовой оконечности и часто – ее туннельная форма. Необходимость обеспечения достаточной осадки (для размещения и защиты гребных винтов) и ширины корпуса (условие остойчивости) приводит к малым значениям коэффициента полноты водоизмещения. Форма ватерлинии в корме буксиров – толкачей обычно близка к прямоугольной.

Указанные особенности учитываются в следующих рекомендациях.

Желательно, чтобы минимальная осадка судна с точки зрения достаточной эффективности движителей была не менее

(1.4)

где: ΣNe - суммарная мощность двигателей, кВт (с учетом исходных данных уточняется после выбора двигателей - см. приложение 4);

- отношение диаметра винта к осадке (степень туннельности);

x_в - число винтов;

n_в - частота вращения гребного винта (принимается по справочным данным, приложение 6)

Эксплуатируемые буксиры-толкачи имеют следующие значения степени туннельности кормы:

р_t - 0,8÷1,00 - суда классов «М» и «О»

р_t - 0,95÷1,20 - суда классов «Р» и «Л».

Если осадка, полученная по выражению (1.4) оказывается больше допустимой (оговоренной в задании), то следует принять ее равной заданной и изменить частоту вращения гребных винтов в сторону увеличения (путем выбора другого двигателя).

Коэффициент полноты водоизмещения можно принять, ориентируясь на близкие прототипы. При известном значении δ можно найти величину

[ρ=1 т/м³] (1.5)

что в свою очередь позволяет определить отношение

(1.6)

В выражении (1.6)

b= 2,75 – для судов при степени тоннельности p_t < 1, 05;

b= 1,6 – при p_t > 1,05.

Формулы (1.4) и (1.6) основаны на статистических данных и дают значения, характерные для современных отечественных и зарубежных судов [2].

Зная величины и Т, определяют ширину судна B, а из выражения LBT – длину толкача

Высоту борта можно определить из соотношения:

(1.7)

где:

b₂=2,26, c₂=0,28 – для буксиров – толкачей класса «О»;

b₂=2,20, c₂=0,33 – для буксиров – толкачей класса «Р»;

b₂=1,9, c₂=0,33 – для малых судов,

при этом необходимо проверить высоту борта по условиям (1.28) и (1.29).

Коэффициент полноты конструктивной ватерлинии α согласно [2] целесообразно определить по выражению

(1.8)

где: b₁ = 0,785 – оптимальное значение для полутоннельных судов (при р_t < 0,95);

b₁ = 0,815 – для тоннельных судов (p_t > 0,95);

b₁ = 0,75 - для нетоннельных судов.

Коэффициент полноты мидель – шпангоута β изменяется в широких пределах и может быть определен по выражению

β = 0,306+1,05δ (β_max «0,999) (1.9)

или из соотношения

(1.10)

или принят по близкому прототипу.

По результатам проделанных вычислений рекомендуется выполнить контрольную проверку водоизмещения с использованием выражения (1.5). Необходимо также вычислить массы проектируемого судна m_ко, m_м, m_тс, и D_W0(см. выражения /1.1/ и /1.2/) и запас водоизмещения dD (d = 0,03), провести проверку водоизмещения по выражению

D= m_ко+ m_м+ m_тс+ D_W0+ dD

В случае расхождения полученных результатов следует проверить арифметические вычисления.

Для использования при разработке чертежей общего расположения, выписываются массогабаритные характеристики выбранных двигателей (Приложение 6).