Выбор параметров формы корпуса.
7.4.1. Параметры формы корпуса судна, влияющие на ходкость.
Выделяют безразмерные и размерные параметры формы корпуса, влияющие на ходкость.
К безразмерным относятся:
- отношение длины к ширине судна L/B;
- относительная длина l;
- коэффициенты теоретического чертежа – δ,α,β.
К размерным относятся:
- главные размерения – L, B. T;
- длина цилиндрической вставки lцв;
- абсцисса центра величины (центра плавучести) xс.
7.4.1.1. Выбор отношения длины к ширине и относительной длины.
Кораблестроителям давно известно, что отношение длины судна к ширине L/B характеризует скоростные качества судна. Чем больше это соотношение (при постоянном водоизмещении), тем меньше сопротивление воды движению судна и больше скорость. Но так как длина судна оказывает большое влияние не только на ходкость, но и на другие качества судна, например, на массу судна, то выбор длины должен основываться на комплексной оценке ее влияния на все судно.
В теории проектирования судов широко используется относительная длина l - безразмерная характеристика длины судна, показывающая приоритет длины над остальными главными размерениями судна для оценки скоростных качеств:
l =L/V1/3 = L/(δLBT)1/3 = [(L/B)2(B/T)(1/δ)]1/3.
Как это следует из рассмотрения вышеприведенной формулы, при фиксированных значениях коэффициента общей полноты δ и отношения В/Т имеется жесткая связь между отношением L/B и относительной длиной l.
Для приближенного определения l предложено много формул, связывающих относительную длину со скоростью судна. Например, для транспортных судов можно использовать формулу Л.М. Ногида:
l = kv1/3.
Для современных транспортных судов k = 2,13 - 2,30.
Получив в результате решения уравнения масс водоизмещение судна V, и зная величину относительной длины l, можно найти его длину L:
L = l V1/3.
7.4.1.2. Выбор коэффициентов теоретического чертежа.
Коэффициент общей полноты δ. Этот параметр формы корпуса влияет на многие качества и показатели проектируемого судна – ходкость, остойчивость, грузоподъемность и вместимость. Но выбирают его, прежде всего, исходя из требований к ходкости судна.
Анализ влияния δ на сопротивление при движении судна на тихой воде позволил установить, что, начиная с некоторого значения этого коэффициента δкр, сопротивление резко возрастает (рисунок 42).
Рис. 42. Определение значения δкр по кривой сопротивления.
Значения δкр зависят от относительной скорости: чем выше число Fr, тем меньше δкр.
Очевидно, что выбирать значения δ > δкр нерационально, так как это приведет к значительному росту сопротивления и требуемой мощности энергетической установки.
Для определения исходных значений δ проектируемого судна используются формулы следующей структуры:
δ = a – bFr,
где а и b - численные коэффициенты, полученные статистическим путем после обработки данных по различным типам судов.
Для современных транспортных судов значения коэффициентов а и b следующие: а b
сухогрузные суда 1,09 1,68
нефтеналивные суда 1,05 1,40.
Коэффициент полноты площади ватерлинии α влияет, в основном, на остойчивость и непотопляемость судов. В то же время он геометрически связан с углами заострения ватерлиний и коэффициентом полноты δ. Поэтому первоначально его принимают в зависимости от величины этого коэффициента: α = 0,96 δ1/2.
Коэффициент полноты площади мидель-шпангоута β принимают у тихоходных и среднескоростных судов β = 0,98 – 0,99, что позволяет несколько уменьшить сопротивление за счет заострения оконечностей.
7.4.1.3. Выбор положения цента величины по длине судна (абсциссыxс)
Положение центра величины (ЦВ) по длине судна xс влияет на величину сопротивления и мощность главного двигателя. Перемещение ЦВ в нос сопровождается увеличением полноты обводов в носу и соответственным заострением их в корме (рисунок 43). Перемещение ЦВ в корму приводит к противоположным результатам.
Рис. 43. Влияние положения центра величины (ЦВ) на форму корпуса судна.
Исходя из основных закономерностей влияния полноты обводов оконечностей судна на составляющие сопротивления целесообразно смещать ЦВ тихоходных судов в нос от миделя, у быстроходных судов – в корму.
По экспериментальным данным составлен график зависимости xс/L = f(δ) (рисунок 44). Кривая 2 рассматривается как оптимальная, кривые 1 и 3 показывают пределы, между которыми может колебаться отношение xс/L без заметного влияния на сопротивление.
Рис. 44. Положение центра величины по длине судна 
.
7.4.1.4. Выбор длины цилиндрической вставки lцв.
Цилиндрической вставкой lцв называется средняя часть длины корпуса судна, имеющая одинаковую форму с мидель-шпангоутом (рисунок 45).
Рис. 45. Понятие цилиндрической вставки
С гидродинамической точки зрения применение цилиндрической вставки приводит к ухудшению плавности обтекания водой корпуса судна и увеличению волнового сопротивления и сопротивления формы. Чем больше длина цилиндрической вставки, тем полнее обводы оконечностей. Однако для сравнительно тихоходных судов увеличение сопротивления при этом невелико. Вместе с тем, цилиндрическая вставка позволяет улучшить форму грузовых помещений и упростить постройку судна. Поэтому цилиндрическая вставка широко применяется на транспортных судах. Об относительной длине цилиндрической вставки можно судить по рекомендациям А.Линдблада (рисунок 46).
Рис. 46. Рекомендуемая длина и положение цилиндрической вставки
в зависимости от скоростных качеств судна.
Как это следует из рассмотрения рисунка 46, середина длины цилиндрической вставки всегда смещена в нос от мидель-шпангоута, что геометрически согласуется с оптимальным положением ЦВ (см. рисунок 44).