Как рассчитать водоизмещение лодки

Все подводные и надводные суда имеют свои технические характеристики, которые определяются их типом, размером и массой. К числу таких уникальных параметров относятся водоизмещение и дедвейт.

Многие слышали об этих терминах, но далеко не каждый знает, что они означают. В статье мы рассмотрим понятия водоизмещения и дедвейта, расскажем, как их рассчитать и чем они отличаются друг от друга.

Что такое водоизмещение, его виды

Под водоизмещением понимают объемы воды, которые вытесняются плавающим судном. Показатель вычисляется в тоннах и может быть постоянным или переменным. Постоянное водоизмещение определяется весом корпуса, всех устройств, механизмов и оборудования, которое находится на борту. Переменное водоизмещение может постоянно меняться, поскольку учитывает вес экипажа, пассажиров, перевозимых грузов.

В зависимости от нагрузки на судно различают следующие виды водоизмещения:

Практическое занятие Расчет осадки

• Легкое – определяется весом судна сразу после его строительства.
• Стандартное – предполагает массу корабля с полной комплектацией и экипажем, но без учета питьевой воды и топлива.
• Полное – предусматривает вес вместе с топливом, грузами, водой и смазочными материалами.
• Порожнее – определяется массой судна без экипажа и комплектации.
• Максимальное – равно стандартному водоизмещению с максимальными запасами топлива и воды.

Если речь идет о подводных лодках, водоизмещение может быть надводным или подводным. В первом случае оно предусматривает параметры корабля при расположении на поверхности воды. Во втором случае во внимание принимаются характеристики судна в подводном положении. Они существенно отличаются от надводного водоизмещения и превышают его на массу воды, которая принимается после погружения в цистерны главного балласта.

Как рассчитывается водоизмещение?

Как сказано выше, расчет водоизмещения осуществляется по весу судна. В зависимости от единицы измерения оно может быть весовым или объемным. Первое рассчитывается как полная масса всего корабля вместе с балластом и судовыми запасами. Объемное водоизмещение является эквивалентом подводной части корабля (ниже ватерлинии) и учитывает все вступающие элементы плавательного средства, в том числе рулевую часть, лопасти винтов и др.

Процесс расчета начинается с измерения осадки корабля, которые проводятся с помощью ватерлинии. Отметки грузовой марки располагаются на корме, передней части правого и левого борта. Далее осадка по каждой отметке усредняется и соотносится с гидростатическими таблицами. Чтобы точно подсчитать вес вытесненной воды, необходимо знать ее плотность, поскольку в соленой воде корабль движется быстрее, чем в пресной.

Что такое дедвейт?

Термин «дедвейт» происходит от английского deadweight, что означает «мертвый вес». Под данным понятием подразумевают величину, которая равняется весу всех грузов на судне. Сюда относят массу следующих объектов:

Выполнялка 85. Закон Архимеда. Водоизмещение и грузоподъемность

• топлива;
• смазочных материалов;
• питьевой и технической воды;
• экипажа;
• продуктов питания;
• пассажиров и багажа;
• перевозимых грузов.

Простыми словами, чтобы рассчитать дедвейт, необходимо от полного водоизмещения отнять порожнее. В зависимости от учитываемых грузов этот параметр бывает двух типов – DWAT и DWCC. Первый предполагает максимальный вес груза, который корабль может принять на борт до наибольшей осадки по ватерлинии. Второй включает в себя не только грузы, но и экипаж, запасы и съемное оборудование.

В чем разница между дедвейтом и водоизмещением?

Таким образом, ключевая разница между дедвейтом и водоизмещением заключается в объемах воды, которые вытесняются при перемещении судна. Водоизмещение является общим понятием веса корабля – как с грузами, так и без них, а дедвейт подразумевает только тот вес судна, который является переменной константой и меняется с учетом общей нагрузки.

Еще одно отличие состоит в том, что понятие «дедвейт» используется только в коммерческом судоходстве. Оно является одним из главных эксплуатационных показателей торгового корабля и определяет его общую грузовместимость. В отличие от дедвейта, водоизмещение применяется для всех типов судов, в том числе пассажирских, военных, а также подводных лодок.

А теперь оцените статью

Источник: global-ocean.ru

Как проектировать лодки речные и морские?

Проспект машин | Как проектировать лодки речные и морские?

Стекловолокно — практичный материал для таких случаев, как проектировать лодки речные или морские для современного мира. Среди других вариантов на строительстве водных судов отмечаются также — древесина, сталь, алюминий, ферроцемент. Теперь стекловолокно используется повсеместно, поскольку материал в больших объёмах доступен в продаже. К тому же построить лодку из стекловолокна обходится дешевле, чем в случаях строительства другими материалами. Оборудовать стекловолоконную конструкцию речного (морского) судна тоже достаточно просто и менее накладно.

Как рассчитать размеры и формы конструкции лодки?

Оптимизация размера лодки из стекловолокна увеличивает экономическую выгоду, но ограничена областью применения речного морского судна. Для случаев как проектировать лодки, удачна базовая идея обобщённого приведённого градиента. Нелинейная программа предположительно решается формулой следующего вида:

Минимизировать f (X)

При условии Gi(X) = 0, i = 1, …, m

li ≤ Xi ≤ Ui, i = 1, …, n

где: X — n-вектор; u, li — нижняя и верхняя границы u, > /;

Фундаментальная идея обобщённого приведённого градиента – это использование равенства для выражения m переменных, называемых базовыми переменными, через n-m переменные, не относящиеся к базовым критериям.

Основная задача конструктора, решающего как проектировать речную или морскую лодку, — это получение наилучшей формы корпуса речного (морского) судна. Конечно же, на основе интеграции базовых размеров, гидростатического коэффициента и ряда других факторов:

1. Сопротивления и движения.
2. Устойчивости.
3. Мореходности.
4. Маневренности.
5. Грузового пространства.
6. Строительного аспекта.
7. Стоимости строительства.

Как демонстрирует практика современного строительства судов, форма поперечного сечения корпуса водного транспортного средства подразделяется на несколько типов:

• U-образная;
• V-образная;
• квадрат (средняя часть судна);
• круглая;
• остроскулая (одна или две скулы);
• бульбообразная (носовая и кормовая части).

Очевидный момент — форма корпуса лодки оказывает влияние на устойчивость. U-образная форма создаёт меньшую площадь ватерлинии, чем V-образная. Таким образом, лодка, имеющая U-образную форму, имеет меньший радиус метацентра.

Между тем, вертикальный центр плавучести судна U-образной формы ниже, чем судна V-образной формы. При одинаковой начальной стабильности, судну с корпусом U-образного типа требуется большее значение B / T (меньшее L / B), чем лодке с V-образным типом.

При одинаковом водоизмещении вертикальный центр тяжести V-образного корпуса выше, чем у корпуса иного исполнения, поскольку распределение веса имеет тенденцию превышения ватерлинии. Тем не менее, для корпуса V-образной формы положение метацентра над базовой линией выше. Следовательно, такой корпус может сохранять положение метацентра над центром плавучести.

Определение основных размеров корпуса лодки

Важный момент в деле как проектировать лодки, — это базовые габаритные размеры конструкции. Определение основных габаритов речного (морского) судна осуществляется методом оптимизации. Оптимизация основных размеров водного транспорта выполняется через модель оптимизации данных. Эти данные получают путём расчёта технических требований и применимых нормативных положений. Метод оптимизации состоит из пяти компонентов:

1. целевая функция,
2. переменные,
3. ограничения,
4. параметры,
5. константы.

Целевая функция — это общая стоимость постройки конструкции водного транспорта. Переменными, соответственно, являются габаритные параметры — длина, ширина, глубина корпуса, а также осадка и коэффициент полноты водоизмещения.

Ограничения основаны на технических требованиях и правилах, которыми корректируются:

• водоизмещение,
• высота надводного борта,
• дифферент,
• устойчивость.

Общий вес речной (морской) лодки включает дедвейт (полная грузоподъёмность судна) + лигтвейт (вес опорожнённого судна). Общий вес транспортного судна должен приближаться к значению водоизмещения с допустимой разницей 1% — 3%.

Высота надводного борта судна при полной загрузке должна соответствовать минимальным значениям параметров, определённых Постановлением министерства речного и морского флота относительно параметров надводного борта и погрузки судов.

Параметр дифферента должен находиться в пределах -2% / +2%. Соответственно критерии устойчивости речного (морского) судна также должны соблюдаться с учётом определений Кодекса устойчивости неповрежденного водного транспортного средства.

Что касается параметров и констант, к первым относят количество пассажиров + характеристика водной среды. Список констант обычно включает:

• плотность пресной (солёной) воды,
• силу гравитации,
• плотность стекловолокна и т. д.

Как проектировать лодки программными средствами?

Подход линейного искривления, как правило, используется для проектирования корпуса речной (морской) лодки. Для такого дела применяется программное обеспечение, например, «Maxsurf Modeller».

В процессе проектирования корпуса лодки учитываются два основных аспекта:

1. Сопротивление.
2. Устойчивость.

Значение водоизмещающего и гидростатического коэффициентов также должно соответствовать результату расчёта, выполненного ранее в процессе оптимизации основных размеров для речного морского судна.

Расширенный технический анализ — это подробный процесс технико-технологических расчётов, который ранее выполнялся при оптимизации основных размеров лодки. Этот анализ в части как проектировать лодки, выполняется на основе модели корпуса из предыдущего этапа.

Анализ состоит из критериев моделирования сопротивления и устойчивости лодки. Моделирование сопротивления модели корпуса лодки выполняется с использованием программного средства «Maxsurf Resistance».

Для получения общего сопротивления и расчётной минимальной мощности лодки применяется Метод Холтропа. Симуляция устойчивости модели корпуса судна выполняется посредством программного средства «maxsurf Stability». Также не исключается применение методов Барнхарта и Тьюлиса.

При помощи информации: Bentley

РЕЗЮМЕ НА ПРОЕКТ

ZM — Информационно-технический обзорный проспект по механической технике. Главные тематические направления: наземная, воздушная, водная, другая техника. Новости, обзоры, статьи о механических системах машин — MCM

Источник: zetmashine.ru

38.3. Объемное водоизмещение судна и координаты центра величины корпуса судна

Так как объем подводной части корпуса судна можно выразить через главные размерения и коэффициент общей полноты, т. е.

то водоизмещение (массу) судна можно представить в виде
D=ρδLBT

Водоизмещение D (нагрузка масс) и координаты центра тяжести (центра масс) определяются расчетом, учитывающим массу и местоположение отдельных составляющих.

Расчет водоизмещения и его геометрических характеристик подводной части корпуса производится по теоретическому чертежу судна при его проектировании , а для практических расчетов в период эксплуатации судна – по судовой технической документации, состоящей из гидростатических кривых , масштаба Бонжана, строевых, грузовой шкалы, таблиц и др.
Эти документы позволяют находить численные значения величин при любой осадке.

Объемное водоизмещение, а также координаты центра величины С определяют по теоретическому чертежу методом трапеций в табличной форме.

38.3.1. Судовая документация для расчета водоизмещения

Кривые элементов теоретического чертежа (гидростатические кривые) представляют собой графическую зависимость более десяти геометрических величин подводной части судна(D, V, S, XC, ZC, Xf, r, R, Zm, ZM, Ix и тд.)
в функции от осадки Т (рис.4).

При вычислении значении величин по кривым элементов необходимо четко определить начало координат и масштаб

Рис.4.Кривые элементов теоретического чертежа

Расчеты водоизмещения и груза (драфт-сюрвей) позволяет провести грузовая шкала(рис.5),которая показывает зависимость от углубления Ty:
— водоизмещения D,
— дедвейта DW,
— числа тонн на 1см,
— осадки q и дифферентующего момента на 1см.

На некоторых грузовых шкалах приводится для D и DW несколько шкал при различной плотности воды от ρ = 1,000 т/м 3 до ρ = 1,025 т/м 3 .

Рис.5. Грузовая шкала

Строевая по шпангоутам представляет зависимость погруженной площади шпангоута от его положения по длине судна (рис. 6).

Вычисления начинают с определения площади шпангоутов.
С этой целью площадь каждого шпангоута разбивают следами ватерлиний на n-е число участков, и криволинейные кромки заменяют прямыми (рис.6).
Расчеты будут тем точнее, чем большее число ватерлинии проведено.
Площадь шпангоута определяется как удвоенная сумма площадей трапеций, вписанных в этот шпангоут.
Далее на прямой в определенном масштабе отмечают теоретические шпангоуты, восстанавливают перпендикуляры и на них также в масштабе отмечают соответствующие площади шпангоутов.

Полученные точки соединяют плавной линией, которая характеризует изменение площади поперечного сечения судна по длине и называется строевой по шпангоутам (рис.6).
Если найти площадь фигуры, ограниченной строевой по шпангоутам, то она с учетом масштаба будет равна объемному водоизмещению судна.

Площадь строевой по шпангоутам определяется так же, как и площадь шпангоутов.

По горизонтали отложена длина судна L, а по вертикали – площади шпангоутов «ωi», обычно до КВЛ.
Площадь ее в масштабе равна объемному водоизмещению V .

Рис.6. Строевая по шпангоутам

Строевая по ватерлиниям изображает зависимость площади ВЛ от осадки Т , т. е. дает распределение водоизмещения по вертикали (рис.7).

Площадь строевой в масштабе равна объемному водоизмещению судна V.

Рис.7. Строевая по ватерлиниям

Объемное водоизмещение можно определить, пользуясь строевой по ватерлиниям, представляющей собой кривую, абсциссы которой в принятом масштабе дают площади ватерлиний в зависимости от осадки.

Площадь фигуры, ограниченной строевой по ватерлиниям, в соответствующем масштабе равна объемному водоизмещению по заданную осадку.

Площадь ватерлиний, а также площади фигуры, ограниченной строевой по ватерлиниям, находят так же, как и площади шпангоутов, методом трапеций.
Для этой же цели можно использовать специальный прибор, называемый планиметром.

Масштаб Бонжана — представляет собой диаграмму зависимости погруженных площадей теоретических шпангоутов от осадки.

Масштаб Бонжана позволяет вычислить весовое водоизмещение D и координаты ЦВ (ХC и ZC) при посадке судна с любым дифферентом (рис.8) и используется при расчетах непотопляемости судна.

Рис.8. Масштаб Бонжана

Для практических расчетов посадки судна и навигационных качеств обычно при расчете водоизмещения судна «D» используют грузовой размер и гидростатические кривые или таблицы и диаграммы осадок носом и кормой (рис.9).

Существуют и другие формы диаграммы осадок носом и кормой

Рис.9. Диаграмма осадок носом и кормой

38.3.2. Расчет водоизмещения судна по грузовой шкале

Чтобы правильно определить при приеме – сдаче вес груза на борту методом драфт-сюрвея необходимо с максимальной точностью провести расчет весового водоизмещения судна «D».
Такой расчет проводится с помощью грузовой шкалы.

Грузовая шкала (рис.5) построена для посадки судна прямо и на ровный киль без учета изгиба корпуса, поэтому при расчете водоизмещения D по грузовой шкале необходимо ввести поправки.

Расчет водоизмещения судна по грузовой шкале ведется в такой последовательности:
1. По маркам углубления Тн и Тк рассчитываются средняя осадка Тср и дифферент ΔT.

Tср = (Tн – Тк)/2 ; ΔT = Tн – Тк

2. По грузовой шкале определяется водоизмещение D0 при средней осадке Тср.

3. Определяется поправка на дифферент и обводы к водоизмещению Dо, найденному по грузовой шкале для средней осадки Тср :

ΔDдиф=100*q*(((Lн+Lk)/2)+ xf+((Mн+Мк)/2*q)*ΔT/(L+Lн-Lk)

где Мн и Мk – моменты, дифферентующие судно на 1 см, снимаемые с грузовой шкалы при осадках носом и кормой соответственно;

ΔT – дифферент, определенный по маркам углубления;
xf – абсцисса ЦТ ватерлинии с гидростатических кривых (рис.4).

Дополнительная поправка на изгиб корпуса приближенно определяется выражением:

ΔDизг = 0,74*qf ,

где f – стрелка прогиба корпуса в сантиметрах:
f = (Тм – Тср)*100 ,

Тм — средняя осадка по отсчетам правого и левого борта по миделевым маркам углубления,
Тм = (Тм пр+ Тм лев)/2

На некоторых грузовых шкалах дается шкала водоизмещения только для стандартной плотности
ρ = 1,025 т/м3 .

В этом случае вводится еще поправка на фактическую плотность забортной воды ρф :
ΔDплотн.=D*(ρф- ρ)/ ρ

Окончательное значение водоизмещения найдется как сумма:
D = Dшк + ΔDдиф + ΔDизг + ΔDпл ,

где Dшк – водоизмещение, определенное по грузовой шкале.

Все поправки суммируются со своими знаками и последняя из них учитывается, только если Dшк определено не для фактической, а для стандартной плотности или для пресной воды.

Массовое водоизмещение и координаты центра массы подсчитывают для различных случаев загрузки судна.

В эксплуатационной практике исходные данные по перевозимым грузам, которые необходимы для расчета нагрузки масс, можно определить по грузовому плану (рис. 10).

Рис.10. Грузовой план сухогрузного судна

Если для разных осадок определить объем погруженной части корпуса и соответствующее этим осадкам водоизмещение, то можно построить график, называемый грузовым размером (рис.11).

Такой план составляется с целью обеспечения:

— мореходности судна,
— сохранности грузов и обеспечения возможности принимать и выдавать грузы в портах по коносаментам (попартионно).

Пользуясь грузовым размером, можно^
— определить изменение средней осадки от приема или расходования груза;
— по заданному водоизмещению определить осадку судна.

Рис.11.Грузовой размер

Для обеспечения безопасности плавания каждое судно должно обладать запасом плавучести.

Запас плавучести — это масса грузов, которое судно может принять сверх находящихся на нем до полного погружения.

Мерой запаса плавучести служит объем надводной непроницаемой части судна от действующей ватерлинии до верхней палубы, имеющей водонепроницаемые закрытия.

В этот объем могут входить и надстройки, если они также имеют водонепроницаемые закрытия.

В случае попадания воды внутрь корпуса осадка судна увеличивается, но оно остается на плаву.
Запас плавучести зависит от величины надводного борта: чем он больше, тем больше запас плавучести.

Исходя из этого, Регистр назначает каждому судну в зависимости от его размеров, назначения и района плавания минимальный надводный борт, который фиксируют в «Свидетельстве о грузовой марке», выдаваемом каждому судну.

Обычно запас плавучести составляет 30-50 % водоизмещения, на танкерах 15 — 25%, на пассажирских судах до 100%.

Источник: samvguvt.livejournal.com