Уравнения масс, выраженное в функции главных размерений

Если в общем уравнении масс выразить все переменные массы в функции главных размерений и коэффициентов теоретического чертежа, то это уравнение приводится к виду:

γδLBT = Σ f_i (δ, L, B, T, H) + Σ f_j (N) + P.

В отдельный член Σ f_j (N) в этом уравнении выделены массы, зависящие от мощности главного двигателя N и длительности его работы в течению рейса, т. е. Р_м и Р_т. Поскольку мощность главного двигателя зависит от сопротивления движению судна, а оно, в свою очередь, от параметров корпуса, становится очевидной однородность всех переменных масс в последнем уравнении.

В рассматриваемом уравнении фигурирует несколько неизвестных – главные размерения и коэффициент полноты, поэтому для их однозначного определения необходимо задаться дополнительными зависимостями, чтобы выразить все неизвестные через какую-либо одну величину. В качестве таких зависимостей используют соотношения главных размерений, принимаемые на основе

- статистики,

- соотношения главных размерений прототипа,

- ограничения главных размерений, налагаемые условиями постройки и эксплуатации судна,

,

- другие уравнения теории проектирования судов,

,

Чаще всего все неизвестные величины выражают через длину проектируемого судна, руководствуясь следующими соображениями:

1. поскольку длина является наибольшим из всех главных размерений, остальные размерения получают делением L, что приводит к уменьшению погрешности результатов расчета. Известно, что при умножении приближенного числа х на точный сомножитель k абсолютная погрешность произведения D х окажется в k раз больше абсолютной погрешности приближенного сомножителя D х, т. е. при Х = kх, DХ = k D х. Переходя к главным размерениям и приняв, например, k = L/В, можем написать: L = kВ, откуда D L = k D В и D В = D L / k. Если в первом случае абсолютная погрешность возрастает в k раз, то во втором в k раз уменьшается. Очевидно, что аналогичные соотношения применительны и к другим главным размерениям.

2. знание L необходимо для определения чисел Рейнольдса Re и Фруда Fr, фигурирующих в расчетах сопротивления воды движению судна, а следовательно, и мощности главного двигателя.

В этом случае уравнение масс запишется так:

f (L) = Σ f_i (L) + Σ f_j (N) + P.

При решении этого уравнения возможны два пути определения члена Σ f_j (N) – аналитически или с помощью графиков.

В первом случае используют приближенные формулы типа адмиралтейской: N = D υ_s³/C. Тогда уравнение приводится к виду

Σ f (L) + P = 0

не вызывающему затруднений при определении L.

Во втором случае расчет оказывается значительно более громоздким, но и более точным. Последовательность вычислений при этом обычно такова.

Задаются рядом значений длины судна L, перекрывающих область ожидаемых значений этой величины. Затем, применительно к выбранным L вычисляют Re и Fr, определяют все компоненты полного сопротивления движению судна R, используя при этом подходящие графики результатов серийных испытаний моделей судов, переходят от сопротивления к мощности главного двигателя N, определяют Σ f_j (N) = Р_м + Р_т, а также остальные компоненты нагрузки проектируемого судна f_i (L). Полученные результаты наносят на график, позволяющий найти корень уравнения (рис. 5).

Рис. 5. Решение уравнения графическим путем

Второй путь определения Σ f_j (N) целесообразен при разработке нескольких вариантов проектируемого судна, отличающихся соотношениями главных размерений и значениями коэффициентов теоретического чертежа, в первую очередь δ. В этом случае повышенная трудоемкость расчетов оправдывается более высокой степенью достоверности результатов, отражающих влияние исследуемых параметров на показатели и характеристики судна. Естественно, что для определения всех остальных составляющих нагрузки, т. е. величин f_i (L), должны применяться расчетные зависимости, гарантирующие повышенную точность получаемых результатов.

На первоначальных этапах определения основных элементов судов вполне допустимо пойти по более простому пути использования аналитических зависимостей для определения N и подсчета соответствующих масс, а остальные разделы нагрузки определять укрупненно, без их детальной разбивки на отдельные составляющие.

Дата добавления: 2014-01-07