A R.

Імовірнісні індекси А визначаються за формулою:

A = WS,

де W - імовірність затоплення відсіку при одержанні пошкодження;

S - імовірність збереження судна при затопленні відсіку.

Індекс поділу на відсіки R, що регламентується, для пасажирських суден і накатних суден визначається за формулою:

,

де N = N1 + 2N2; N1 - число осіб, забезпечених місцями в рятувальних шлюпках; N2 - число інших осіб

Індекс поділу на відсіки R, що регламентується, вантажних суден, що вимагається, за винятком суден, які перевозять радіоактивні матеріали, визначається формулами:

R = R100 = (0,002 + 0,0009L)1/3, якщо L 100;

, якщо 80 L 100.

Розрахунок фактичного індексу поділу A, як вказаного вище, виконується дуже складним способом.

Контрольні запитання

1. На які судна не поширюються вимоги Правил Регістру щодо непотоплюваності?

2. Що визначає коефіцієнт проникності v = 0,6?

3. Назвіть вимоги Правил Регістру до остійності пошкодженого суховантажного та наливного судна.

4. Що називається фактичним індексом A поділу судна на відсіки?

6.5 Вимоги Правил про вантажну марку суден до мінімального надводного борту

У процесі проектування судна визначаються його головні розміри та коефіцієнти повноти за умови забезпечення вантажомісткості, остійності, ходовості та непотоплюваності. Крім того повинні бути забезпечені вимоги Регістру до мінімальної висоти борту на міделі і на носовому перпендикулярі, яка впливає на запас плавучості, на заливаність носа та бортів, на забризкування палуб; на безпеку роботи екіпажу на палубі.

Мінімально допустимий надводний борт Fmin визначається за Правилами про вантажну марку морських суден Регістру судноплавства України [11].

6.5.1 Основні положення Правил

Усі вантажні судна поділяються на два типи, а саме: судна типу А - наливні; судна типу В - усі інші.

За базове судно в Правилах прийняте судно довжиною L = 100 м, з коефіцієнтом загальної повноти Cb = 0,68 для осадки d1 = 0,85Н, висотою борту, зі стандартною сідлуватістю верхньої палуби, з палубою без надбудов.

Довжина судна приймається 96 % довжини вантажної ватерлінії Lквл для осадки d1 = 0,85Н, або - довжина між перпендикулярами в залежності від того, що менше.

Надбудова - споруда на верхній палубі, у якої бокові стінки є продовженням борту, або не доходять до нього на відстань не більше ніж 0,04В.

Закрита надбудова - це надбудова, кінцеві стінки якої мають достатню міцність, отвори для доступу мають міцні водонепроникні двері, усі інші отвори забезпечені надійними водонепроникними закриттями.

Правила визначають надводний борт як відстань, виміряну посередині довжини судна від палубної лінії до верхньої кромки відповідної вантажної марки.

Палубною лінією називається горизонтальна лінія довжиною 300 мм і шириною 25 мм, яка наноситься з кожного борту так, що її верхня кромка проходить через точку, в якій продовжена поверхня настилу палуби перетинає зовнішню поверхню борту (рис. 6.7).

Знак вантажної марки являє собою кільце Плімсоля з зовнішнім діаметром 300 мм і шириною 25 мм, яке перетинається горизонтальною лінією довжиною 450 мм і шириною 25 мм (рис. 6.8).

До складу вантажної марки входить палубна лінія, знак вантажної марки і гребінка, на якій вказані положення ватерліній судна при його завантаженні в різних зонах, районах і в сезонні періоди плавання(рис. 6.9).

Рис.6.7. Схема нанесення палубної лінії на суднах: а - без покриття палуби; б - з покриттям; в - із заокругленим сполученням палуби і борту.

Рис.6.8. Знак вантажної марки.



Рис.6.9. Вантажна марка.

Позначення на гребінці:

Л - літня вантажна марка;

З - зимова вантажна марка;

ЗСА - зимова вантажна марка для північної Атлантики;

Т - тропічна вантажна марка.

Ці позначення відносяться до плавання суден у солоній воді.

З лівого боку гребінки нанесені марки, які відносяться до плавання судна в прісній воді:

П - вантажна марка для прісної води влітку;

ТП - тропічна вантажна марка для прісної води.

Вантажні марки на лісовозах, пасажирських і парусних суднах відрізняються положенням знака вантажної марки відносно палубної лінії і марок на гребінці.

6.5.2 Визначення висоти базисного надводного борту і поправок до нього

Базисний надводний борт визначається за таблицями залежно від типу та довжини судна

Fбаз = f(A, B, L).

Якщо проект судна за своїми характеристиками відрізняється від характеристик базового судна, то до базисного надводного борту вносяться такі поправки:

- для суден довжиною L < 100 і довжиною надбудови E < 35 % від L базисний надводний борт повинен бути збільшений на

, мм.

- на коефіцієнт загальної повноти Cb, якщо Cb > 0,68 для осадки Т = 0,85Н - то базисний надводний борт повинен бути помножений на коефіцієнт

.

- на висоту борта, якщо , то базисний надводний борт збільшується на поправку

, мм,

де , якщо L < 120 м і R = 250, якщо L 120 м.

- відрахування на надбудови. Якщо розрахункова довжина надбудови дорівнює L, то необхідно відрахувати від базисного надводного борту величину N, яка дорівнює: 350 мм (довжина судна L = 24 м); 860 мм (довжина судна L = 85 м); 1070 мм (довжина судна L 122 м).

Проміжні значення відрахувань в залежності від довжини судна визначаються лінійною інтерполяцією.

Якщо загальна довжина надбудов менше L, то відсоток відрахування визначається за таблицями Правил окремо для суден типу А і типу В залежно від типу і довжини надбудов:

k3 = Nf(Lнадбуд).

Правила Регістру пред'являють вимоги до сідлуватості верхньої палуби. Відсутність сідлуватості повинна компенсуватися підвищенням висоти надводного борту. Форма стандартного профілю сідлуватості задається квадратичною параболою з нульовою аплікатою на міделі (рис. 6.10).

Ординати стандартного профілю сідлуватості наведені в табл.6.8, яка одночасно є розрахунковою для визначення надлишку або нестачі сідлуватості в носовій і кормовій половинах для проекту судна.

Якщо профіль сідлуватості відрізняється від стандартного, то 4 ординати носової і кормової половин профілю повинні помножуватися на відповідні коефіцієнти.

Таблиця 6.8. Таблиця розрахунку стандартних ординат і розрахунку надлишку або недостатку сідлуватості.

Положення ординати	Стандартні ординати hi, мм	Коефіцієнт ki	Добуток 34	Дійсні ординати h, мм	Добуток 64
1	2	3	4	5	6	7
Кормова половина	Кормовий перпендикуляр (КП)		1
	1/6L від КП		3
	1/3L від КП		3
	Середина довжини судна		1
Носова половина	Носовий перпендикуляр (НП)		1
	1/6L від НП		3
	1/3L від НП		3
	Середина довжини судна		1



Рис.6.10. Схема визначення ординат стандартної сідлуватості.

Різниця між сумами відповідних добутків дійсної та стандартної сідлуватості поділена на 8, визначить нестачу або надлишок сідлуватості в носовій і кормовій частинах. Середнє арифметичне надлишку або нестачі сідлуватості в носовій і кормовій частині визначає надлишок або нестачу сідлуватості судна.

;

Поправка на нестачу або надлишок сідлуватості визначається за формулою

, мм

де S - загальна довжина закритих надбудов, м

Якщо дійсна сідлуватість менше стандартної, то поправка k4 на нестачу сідлуватості повинна бути додана до висоти надводного борту.

Якщо дійсна сідлуватість більше стандартної і судно має надбудову, яка простягається до носа і корми від міделя на 0,1L, то поправка k4 на надлишок сідлуватості може бути відрахована від базисного надводного борту.

Мінімальний надводний борт з урахуванням поправок визначиться, як

Fmin = (Fбаз + F1)k1 + k2 - k3 k4, мм.

6.5.3 Мінімальна висота надводного борту на носовому перпендикулярі

Заливання і забризкування палуби під час хвилювання і під дією вітру - важливий фактор, який визначає висоту борту в носовій кінцевій частині. Струмені від хвиль, які розбиваються об борт, заносяться вітром у вигляді бризкової пелени на палубу, надбудови, рубки і містки, завдаючи іноді великі пошкодження.

Тому Правила Регістру вимагають, щоб відстань від літньої ватерлінії на носовому перпендикулярі була не менше величини, визначеної за формулами:

для суден довжиною L < 250 м

, мм,

де Cb повинен прийматися не менше ніж 0,68.

для суден довжиною L 250 м

, мм,

де Cb повинен прийматися не менше ніж 0,68.

Якщо висота Fнп досягається за рахунок надбудови, то ця надбудова повинна простягатися на відстань не менше 0,07L до корми від носового перпендикуляру і повинна бути закритою.

6.6 Вимоги Міжнародної Конвенції МАРПОЛ 73/78 до нафтоналивних суден

Положення Конвенції Марпол 73/78 і відповідних Правил Регістру, які відносяться до нафтоналивних суден, спрямовані на досягнення таких цілей:

- обмеження можливого виливу вантажу при пошкоджені танків;

- зменшення забруднення моря під час експлуатації наливних суден (внаслідок відкачування за борт забрудненої баластної та технічної води);

- підвищення мореплавних якостей і захисту вантажних танків від пошкодження при аваріях.

Обмеження можливого виливу вантажу при аварії танкера забезпечується вимогами до гранично допустимого об'єму та розмірів вантажних танків, а також до їх розташування. Передбачуваний вилив вантажу Wв не повинен перевищувати:

Wв 30000, або залежно від того, що більше, але не більше 40000 м3.

При цьому розміри умовного пошкодження борту приймаються такими:

протяжність вздовж судна , або 14,5 м залежно від того, що менше;

протяжність поперек судна , або 11,5 м залежно від того, що менше;

протяжність по вертикалі hc - від основної площини доверху.

Умовні пошкодження днища:

протяжність вздовж судна , або 5 м залежно від того, що менше;

протяжність поперек судна , або 10 м залежно від того, що менше, але не менше 5 м;

протяжність вверх судна , або 6 м залежно від того, що менше.

Крім регламентації величин гіпотетичного виливу нафти безпосередньо обмежують розміри вантажних танків. Об'єм кожного центрального танку Wц 50000, а бортового Wб = 0,75 Wц.

Для зменшення забрудненості моря рідким баластом, а також водою для миття і підвищення безпеки танкерів необхідно розташовувати на суднах DW 20000 т танки ізольованого баласту (ТІБ), а усі танкери валовою регістровою місткістю BPТ 150 - ще і відстійними танками місткістю Wвідст 0,02Wв від вантажомісткості судна .

Мореплавність танкерів під час баластних переходів та захищеність вантажних відсіків від пошкоджень забезпечується належною ємністю ТІБ та їх певним розміщенням в корпусі судна. Мінімальна ємність ТІБ повинна забезпечити танкеру під час баластного переходу наступні параметри середньої осадки і диференту: Tбал = 2 + 0,02L - середня осадка; (Tк - Tн)бал 0,015L - диферент; Tкбал > dгвинта.

Найменша ширина бортового танку ТІБ та висота подвійного дна, при яких ці ТІБ можуть бути прийняті до уваги, з точки зору захисту вантажних відсіків повинні дорівнювати bmin 2,0; , або 2 м залежно від того, що менше.

Для того, щоб виконати вимоги Конвенції необхідно збільшувати кількості вантажних танків на суднах з DW > 150000 т, що призводить до:

збільшення маси корпусу;

ускладнення вантажної системи;

і збільшення вартості суден на 5 - 8 %.

Крім того, щоб розмістити ТІБ потрібно збільшувати розміри суден.

Розміщують ТІБ у між бортному і між донному просторі.

Треба приймати до уваги, що збільшення об'єму вантажної частини судна для розміщення ТІБ, доцільно здійснювати за рахунок збільшення висоти борту Н, залишаючи незмінними L і B. У цьому випадку відношення L/H зменшується, що сприяє більш раціональному використанню металу корпусу (з точки зору міцності) [2].

Контрольні запитання.

Які характеристики має базисне судно?

Який профіль сідлуватості зветься стандартним?

Які умови дозволяють відраховувати від базисного надводного борту поправку на надлишок сідлуватості палуби?

Як визначається палубна лінія, якщо палубний стрингер з'єднується з ширстреком по радіусу?

Чому виконання вимог Конвенції МАРПОЛ 73/78 призводить до збільшення маси корпусу?

На досягнення яких цілей спрямовані вимоги Конвенції Марпол 73/78?

Який об'єм виливу нафти допускається при пошкоджені танкера?

Для чого призначені відстійні танки?

7. Проектування форми корпусу

Як вказувалося раніше, з точки зору гідродинамічної теорії вигідно проектувати обводи корпусу так, щоб у тихохідних суден, за допомогою циліндричної вставки зміщувати центр величини до носа, так як 1, а ;

Для зниження опору середньо- та швидкохідних транспортних суден вигідно розподіляти водотоннажність по всій довжині судна (приймаючи малі значення ) при зміщенні центра величини до корми від мідель-шпангоута. Тому коефіцієнти і значно відрізняються один від одного.

7.1 Положення і довжина циліндричної вставки

У відносно тихохідних суден (Fr 0,25) передбачається циліндрична вставка.

Довжину циліндричної вставки і її положення можна визначити за графіком Ліндблада (рис.7.1), де lцв - довжина циліндричної вставки, %L; lкз, lнз - довжина кормового і носового загострень кінцевих частин судна, %L.



Рис. 7.1 Положення і протяжність загострень і циліндричної вставки за Ліндбладом

Циліндрична вставка вводиться на транспортних суднах при числах Фруда Fr 0,24...0,26, тобто при 0,6...0,65.

Значення відносної довжини циліндричної вставки зростає з ростом аж до lцв = 0,3...0,4 при = 0,8 та lцв = 0,4...0,45 при = 0,85.

Застосування циліндричної вставки дозволяє загострити кінцевості у повних тихохідних суден, з метою зменшення опору форми.

Крім того, наявність циліндричної вставки зменшує вартість побудови судна та дозволяє утворити зручну форму трюмів з точки зору розміщення вантажу.

7.2 Визначення положення найповнішого шпангоута і центра величини

Положення найбільш повного шпангоута по довжині судна впливає на його опір, аналогічно впливу положення центра величини.

При відносних швидкостях руху Fr = 0,260,27 він розміщується посередині довжині судна;

При Fr = 0,270,30 - на шпангоуті, тобто зміщується на 2,5 % в корму від міделя.

При Fr > 0,3 - може зміститься на 11 шп, тобто на 5 %. Треба мати на увазі, що коефіцієнт повноти цього шпангоуту зветься коефіцієнтом повноти мідель-шпангоуту, хоча іноді він зміщується відносно міделя.

Положення центра величини (ЦВ) по довжині судна впливає на величину опору і потужності головного двигуна судна. Зміщення ЦВ в ніс судна збільшує хвильовий опор, але зменшує опір форми і навпаки.

Мінімальній величині опору відповідає якесь визначене положення ЦВ Криві пологі в районі мінімуму і це дозволяє зміщувати ЦВ від оптимального положення на (0,50,8)%L, що практично не приводить до збільшення опору. Ця обставина дозволяє облегшити удиферентування судна, або приповнити кормову кінцеву частину для розміщення СЕУ. Крім того, незначне зміщення ЦВ в корму зменшує падіння швидкості судна при рухові його на хвилюванні, а у відносно швидкісних суден з = 0,6 - 0,65 таке зміщення покращує взаємодію корпуса і рушія, що приведе до зменшення потужності головного двигуна.

За даними Вагенінгенського басейну відносну абсцису ЦВ можна визначити за формулами:

, якщо 0,65

, якщо < 0,65.

Абсцису ЦВ можна визначити за кривими Ван-Ламмерена (рис. 7.2).

Криві на рис. 7.2. зображують також результати досліджень Вагенінгенського басейну. Середня крива “b” відповідає співвідношенню між експлуатаційною швидкістю і коефіцієнтом. Криві “а” та “с” є граничними для при експлуатації судна з швидкостями більшими й меншими ніж експлуатаційна.

Рис. 7.2. Абсциса ЦВ в процентах від довжини судна.

Відносна абсциса , яка відповідає кривій “b” на рис 8.2. може розраховуватись за формулою:

.

Крім цих формул для визначення існують і інші, які відображують залежність . Вони дають трохи інші результати, але вони показують, що при збільшенні швидкості ходу судна ЦВ зміщується в корму і це дає можливість загострити носову частину для зменшення хвильового опору.

7.3 Вибір форми кінцевих частин судна

Форма носової кінцевої частини характеризується формою носових гілок вантажної ватерлінії, формою носових шпангоутів і формою форштевня.

З точки зору зменшення опору води рухові судна застосовують слідуючи форми носових гілок в межах носового загострення:

Якщо Fr < 0,16 - опуклі;

Fr = 0,16 - 0,19 - прямі або злегка опуклі;

Fr = 0,19 - 0,22 - угнуті або прямі;

Fr = 0,22 - 0,32 - помірно угнуті;

Fr > 0,32 - прямі.

Форма гілок вантажної ватерлінії обумовлена кутом притикання її до ДП.

На повних тихохідних суднах кут н декілька зростає. Кут входу вантажної ватерлінії н в воду (рис.7.3, 7.4). і форма носових шпангоутів у підводній частині судна пов'язані між собою.



Рис. 7.3. Форма носової гілки вантажної ватерлінії: а - опукла, б - пряма, в - угнута

V-подібні шпангоути добре узгоджуються з опуклими і прямими ватерлініями (рис. 7.5).

U-подібні - з угнутими ватерлініями.

З точки зору зменшення опору кращі результати для транспортних суден можна одержати застосовуючи U-подібні шпангоути.

При плаванні в середніх умовах океану краще застосовувати зменшені U-подібні шпангоути.

При плаванні суден в басейнах з особливо несприятливими умовами застосовуються помірно V-подібні шпангоути. У надводній частині носової кінцевості шпангоути повинні мати достатній розвал для зменшення заливаності, амплітуди хитавиці (кільової) і збільшення площі палуби для розміщення якірно - швартовних пристроїв. Розвал повинен починатися не дуже близько від КВЛ, щоб при вході в хвилю вона зберігала достатню загостреність.



Рис.7.4. Кути загострення вантажних ватерліній н = f(Fr)

Рис. 7.5. Форма носових шпангоутів

На сучасних суднах форштевень вище КВЛ має нахил 15-30 від вертикалі. У підводній своїй частині форштевні мають різноманітну форму в залежності від призначення судна (рис.7.6): 1 - прямий похилий форштевень технологічний, дозволяє загострити ватерлінії вище КВЛ. Під час кільової хитавиці в воду входять великі об'єми судна, зменшуючи амплітуду і підвищуючи безпечність, так як при зіткненні суден пробоїна буде вище КВЛ.



Рис.7.6. Різноманітні форми форштевнів.

2 - підрізаний ніс застосовується для зменшення змоченої площі ДП в носовій частині корпусу, що сприятливо позначається керованості промислових суден при швидкості 3 - 4 вузли з тралом.

3 - американський тип форштевня; він в підводній частині вертикальний і пом'якшує гідродинамічні удари.

4 - форштевень криголама - забезпечує підйом судна носовою кінцевою частиною на кригу та подавлення її.

5 - бульбоподібний ніс зменшує хвильовий опір.

6 - форштевень циліндричного носу дозволяє забезпечити плавне сполучення носової кінцевої частини з циліндричною вставкою корпусу рис.7.7.

Носові бульби (рис.7.8), як вказано вище, влаштовуються на суднах для зменшення хвильового опору. Головними характеристиками бульбів є їх форми та розміри.



Рис. 7.7. Циліндричний ніс і сполучення його з циліндричною вставкою

Характеристиками носового бульба є:

Lб - відстань від носового перпендикуляру до передньої точки бульба.

- відносна довжина бульба;

Bб - найбільша ширина бульба; - відносна ширина бульба;

Нб - найбільша висота бульба, як правило, Нб = Т;

Нmб - висота передньої точки бульба від основної площини ;

б - кут підйому нижньої кромки бульба;

- коефіцієнт бульбоподібності; - площа мідель-шпангоута.



Рис.7.8. До визначення характеристик носового бульба

Статистичне узагальнення експериментальних досліджень дають таку залежність відносних елементів бульба від чисел Фруда:

0,17 < Fr < 0,21 lб = 0,051 - 0,015 Fr 0,006;

0,24 < Fr < 0,265 lб = 0,102 - 0,3 Fr 0,006;

0,275 < Fr < 0,32 lб = 0,051 - 0,116 Fr 0,006.

Найбільший виграш - біля 13 - 16 % у зменшенні хвильового опору досягається, якщо fб =15-16 % і Fr = 0,3, але на практиці використовують значно менші бульби з fб =5-6 %, що забезпечує R = 5-8 %. Пояснюється це тим, що дуже розвинуті бульби незручні в експлуатації - ускладнюють маневрування суден, їх швартування і відхід від причалу, небезпечними вони є і для суден, що знаходяться поблизу.

Fr < 0,2 ;

Fr > 0,24 fб = 0,017 + (1,89Fr - 0,311)2;

б = 34 - 105Fr, град.

Виконані дослідження впливу носового бульба на опір приведені на рис.7.9 в залежності від величини

;

Рис. 7.9. Зміна коефіцієнта залишкового опору.

Форма кормової кінцевої частини характеризується формою ахтерштевня в надводній та підводній частинах, формою кормової гілки КВЛ, батоксів та шпангоутів.

На морських суднах знайшли застосування еліптична, крейсерська та транцева корма, а також їх модифікації.

На початку ХХ століття судна будувались виключно з еліптичною кормою яка повністю знаходилась над водою. Пізніше вона була витіснена крейсерською кормою. Застосування крейсерської корми дозволяє подовжити й загострити КВЛ і зменшити опір форми. Подовження КВЛ при числах Фруда Fr > 0,24 зменшує і хвильовий опір. Виграш від застосування крейсерської корми оцінюється приблизно 2-4 % у відношенні до потужності головного двигуна.

Останнім часом спочатку на швидкісних суднах почали застосовувати транцеву корму з обтіканням по батоксам. Крейсерська корма обтікає по ватерлініям і батоксам і струмені води залишають корпус під значним кутом до горизонту, що викликає підйом хвилі за кормою з додатковою витратою на це потужності головного двигуна. При транцевій кормі цей кут значно менше і відповідно зменшується витрата потужності.

Шпангоути на одногвинтових суднах з кормовим розташуванням машинного відділення застосовують U-подібної форми. Така форма шпангоутів дозволяє скоротити довжину машинного відділення за рахунок поширення другого дна і наближення головного двигуна до ахтерпікової перебірки.

На двохгвинтових суднах застосовують V-подібні шпангоути.

Форма кільової лінії в поздовжньому напрямку:

пряма горизонтальна в переважній більшості транспортних суден;

пряма нахилена в бік корми покращує керованість промислових суден і буксирів на малій швидкості ходу (при траленні та буксируванні);

пряма нахилена в бік носу застосовується на швидкохідних катерах для зменшення опору;

ламана - на торпедних катерах і скутерах з утворенням реданів.

Форма кільової лінії в поперечному напрямку може бути горизонтальною або мати підйом до бортів для поліпшення відкачування рідини з днищевих цистерн.



Рис.7.10. Форми кормової кінцевої частини: а - еліптична корма закритого типу; б - крейсерська корма відкритого типу; в - транцева корма відкритого типу

Форма палубної лінії в поздовжньому напрямку:

горизонтальна при транспортуванні палубного вантажу;

з сідлуватістю для зменшення заливаності палуби через ніс та борти;

з уступом на квартердечних суднах для збільшення місткості і покращення умов удиферентування.

Форма палубної лінії в поперечному напрямку:

з поперечним вигином для стікання води до бортів;

горизонтальна для зручності розташування палубного вантажу.

Форма шпангоутів в районі міделя:

прямолінійні вертикальні з округленнями на скулі найбільш поширені на транспортних суднах;

прямолінійні, похилі для збільшення моменту інерції площі ватерлінії при збільшенні осадки, застосуються на лісовозах;

спрощеної форми з зламами застосовуються на плавучих ремонтних базах або стояночних суднах для зменшення будівельної вартості.

Контрольні запитання

1. Яке призначення циліндричної вставки на суднах?

2. Для чого на суднах з числом Фруда більше 0,3 найбільш повний шпангоут зміщується до корми від міделя?

3. Для чого центр величини зміщується до носа або корми від міделя?

4. Чому на деяких суднах утворюють бульбоподібний або циліндричний ніс?

5. Яку форму батоксів мають судна з транцевою і крейсерською кормою?

6. Яку форму має кормова гілка КВЛ у судна з крейсерською і транцевою кормою?

7. Чому у деяких буксирів і промислових суден роблять конструктивний диферент?

8. Проектне удиферентування суден

Проектним удиферентуванням називається процес в якому положення центра маси (ЦМ) проекту судна суміщується на одній вертикалі з оптимальним, з точки зору ходовості, положенням центра величини (ЦВ).

Оптимальне положення ЦВ обирається за умови забезпечення мінімального опору по рекомендаціям 7.2 або за прототипом.

Положення ЦМ визначається спочатку розрахунком з використанням епюри ємності та навантаження мас. При цьому абсциси і аплікати розділів: корпус, обладнання, запас водотоннажності, енергетична установка і забезпечення визначаються перерахунком з судна-прототипу пропорційно довжині і висоті борту за залежностями

.

Координати центрів мас вантажу, палива і баласту приймаються за епюрою ємності. Вважаючи, що проект судна майже завжди має запас вантажомісткості, то треба для рівномірного розміщення вантажу розрахувати коефіцієнт завантаження Kз, як відношення необхідного об'єму вантажу до фактичного

.

Необхідний об'єм Wн визначається для суховантажних суден, як Wн = вPв, а для танкерів .

В розрахунках будемо вважати, що вантаж, паливо і баласт розміщуються симетрично відносно ДП і тому крен судна відсутній.

Спочатку розраховується водотоннажність і координати центра маси судна порожнем по табл.8.1. Для цього і подальших розрахунків використовуються значення мас розділів, визначені при рішенні рівнянні мас в функції головних розмірів проекту судна.

Таблиця 8.1. - Розрахунок водотоннажності порожнем

№ з/п	Найменування розділу навантаження	Маса, P, т	плечі, м	моменти, тм
			x	z	Рx	Рz
1. 2. 3. 4.	Корпус Обладнання Енергетична установка Запас водотоннажності
		1			2	2

Водотоннажність порожнем Dпор = 1, т.

Абсциса ЦМ , м, а апліката ЦМ , м.

Фактичний об'єм під вантаж визначається таблицею ємності (табл.4.2), як сума об'ємів в трюмах, твіндеках і, за необхідності, вантажних люках; для танкерів - це об'єм вантажних і відстійних танків.

Маса вантажу в вантажних відсіках суховантажних суден

, т

для танкерів Рi = КзWфв, т.

Таблиця 8.2. - Розміщення і розрахунок положення ЦМ вантажу

№ з/п	Найменування вантажних відсіків	Маса, P, т	плечі, м	моменти, тм
			x	z	Px	Pz
1. 2. 3. … п.	Трюм №1 … Твіндек №1 … Вантажний люк №1 …. Вантажний люк №п
		1			2	3

Маса вантажу Рв = 1;

Абсциса ЦМ вантажу .

Апліката ЦМ вантажу .

Розрахунок ЦМ палива виконується в табличній формі (табл.8.3) при цьому слід враховувати, що цистерна під машинним відділенням завжди заповнена паливом.

Таблиця 8.3. - Розміщення і розрахунок положення ЦМ палива

№ з/п	Найменування вантажних відсіків	Маса, P, т	плечі, м	моменти, тм
			x	z	Рx	Рz
1. 2. … п.	Цистерна №5 Цистерна №3 ….. Цистерна №п
		1			2	3

Маса палива, розрахована при вирішенні рівняння мас Рп = 1.

Абсциса ЦМ палива , м.

Апліката ЦМ палива , м.

Водотоннажність і положення ЦМ судна з повними запасами і вантажем розраховується в табл.8.4.

Водотоннажність D = 1 відповідає водотоннажності розрахованій при вирішенні рівняння мас.

Абсциса ЦМ судна , м; апліката ЦМ , м.

В загальному випадку після розрахунку водотоннажності по кривим плавучості і початкової остійності визначається середня осадка Тср, а також значення величин хс, zc, R, r.

Таблиця 8.4. - Судно з вантажем і повними запасами

№ з/п	Найменування вантажних відсіків	Маса, P, т	плечі, м	моменти, тм
			x	z	Рx	Рz
1. 2. 3. 4. 5.	Водотоннажність порожнем Паливо Забезпечення Вантаж Баласт ( якщо він є )
		1			2	3

Момент, що диферентує судно на 1см розраховується за формулою

,

де H = R + zc - zg - поздовжня метацентрична висота.

Повний диферентувальний момент Mд = D(xg - xc), тм.

Диферент судна визначається за формулою

, см.

і повинен бути від'ємним.

Осадка носом , м.

Осадка кормою , м.

Одержані значення Т, Тн, Тк треба зіставити з їх допустимими величинами:

Т (0,006 - 0,008)L - умова забезпечення задовільної ходовості по опору води;

- умова відсутності слемінгу;

Тк dгвинта - умова забезпечення нормальної роботи гвинта і керованості;

Тк Тн - умова забезпечення морехідних якостей.

Диферент судна з вантажем і повними запасами повинен бути мінімальним і забезпечуватися без прийому баласту.

Якщо умови забезпечення потрібної посадки судна не виконуються, то треба перемістити паливо в інші цистерни і повторити розрахунок по таблицям 8.3 і 8.4, а також розрахувати диферент, посадку судна і знову зіставити їх з допустимими величинами.

Якщо судно здиферентувати переміщенням палива не вдається то застосовують три основних способи проектного удиферентування, які здійснюються:

– переміщенням машинного відділення по довжині судна;

– зміною довжини судна;

– зміною архітектурного типу судна.

Перший спосіб як правило застосовується для суховантажних суден з середнім розташуванням машинного відділення (рис.8.1).

Задача формулюється так:

На яку відстань хg необхідно змістити машинне відділення вздовж судна, щоб ліквідувати розходження між абсцисами ЦМ і ЦВ?

Рис.8.1. Удиферентування судна переміщенням машинного відділення

Позначимо через і маси з розділів Реу і Рп, розташовані в межах машинного відділення, та через масу надбудови над машинним відділенням.

При зміщенні машинного відділення на 1 м в ніс (корму) треба змістити частину вантажу з носових відсіків в кормові (або навпаки) на відстань lм. Внаслідок цього ЦМ судна зміститься в ніс (корму) на величину

м.

Розділивши величину хg на питоме переміщення , одержимо значення S

 м.

Цей спосіб простий і зручний, але не завжди його можливо використовувати:

– якщо значення

– якщо при кормовому розташуванні машинного відділення ЦМ треба змістити в корму.

Другий спосіб оснований на подовженні проекту судна на величину L/2 симетрично в ніс і корму. При цьому приблизно вважається, що водотоннажність не змінюється (за рахунок корегування , B, T). При зміщенні усіх поперечних перебірок, а також вантажу, енергетичної установки, палива, забезпечення в корму (ніс) ЦМ всього судна зміститься в той же бік на величину хд

.

Якщо хд відоме, то з цього виразу знаходиться величина L, необхідна для удиферентування судна рис.8.2.

Рис.8.2. Подовження судна з метою удиферентування

Цей спосіб застосовується до усіх суден з машинним відділенням в кормі, а для танкерів до появи ТІБ він був єдиним.

Третій спосіб проектного удиферентування зводиться до зміни архітектурно-компоновочної схеми: збільшення ємності вантажних приміщень з того боку, куди треба змістити ЦМ судна (рис.8.3).

Рис.8.3. Удиферентування суден шляхом зміни їх архітектурного типу:

а - судно з додатковим вантажним твіндеком,

б - судно з квартердеком.

Для удиферентування судна при інших варіантах навантаження слід переміщувати і баласт, але тільки в ті цистерни, в яких не перевозиться паливо.

9. Розробка корабельних кривих

Корабельні криві (КК) є базою для проектування теоретичного креслення методом рисування. До КК відносяться крива площ шпангоутів (КПШ), баланс-шпангоути, конструктивна ватерлінія (КВЛ) та мідель-шпангоут (). Для розробки КК повинні бути відомі головні розміри та коефіцієнти повноти судна.

Розробка КПШ. Властивості КПШ:

площа КПШ - це водотоннажність судна,

коефіцієнт повноти - це коефіцієнт поздовжньої повноти ;

абсциса центра площі КПШ - це абсциса центра величини судна.

В першу чергу робиться вибір розмірів циліндричної вставки за такими рекомендаціями:

якщо 0,64 - циліндрична вставка відсутня;

якщо 0,64, то довжина носової гілки ЦВ визначається як lцн = 22 - 1,55 + 0,2025 і кормової як lцк = -49,9123 + 111,052 - 81,3 + 19,63.

якщо > 0,70, то краще використати криві Ліндблада, які дозволяють визначити довжину циліндричної вставки lцв, а також величини носового і кормового загострень кінцевостей судна.

Спочатку КПШ викреслюється у вигляді трапеції, а потім доробляються її кінцевості відповідно до рекомендацій табл.9.1 та рис.9.1.

а = (2 - 1)L,

де - відстань до середини короткої сторони трапеції.

a - коротка сторона трапеції;

- площа мідель-шпангоута;

lнз, lкз - довжина носового і кормового загострень;

lцн, lцк - довжина носової і кормової гілок циліндричної вставки.

Побудова КВЛ - аналогічно КПШ рис.9.2. Значення короткої сторони трапеції а = (2а - 1)Lквл.

Таблиця 9.1. - Рекомендована форма КПШ в кінцевостях

Fr	ніс	корма
0,15...0,18	пряма, або трохи опукла	пряма
0,18...0,22	угнута, або пряма	пряма, або трохи угнута
0,22...0,32	помірно угнута	угнута
>0,32	пряма	трохи опукла, або пряма

Рис.9.1. Побудова КПШ

Розробка КВЛ.

Відстань до середини короткої сторони трапеції .



Рис.9.2. Побудова конструктивної ватерлінії

Довжину циліндричної вставки КВЛ lцв можна визначити по табл.9.2. в залежності від числа Фруда Fr. Дані для прийняття форми КВЛ в носовій кінцевості наведені в табл.9.3.

Таблиця 9.2. - Довжина циліндричної вставки КВЛ

Fr	?0,19	0,20	0,21	0,22	0,23	0,26
довжина вставки в % Lквл	35,0	28,0	24,4	17,5	12,0	0,0

Баланс-шпангоути і мідель-шпангоут.

Баланс-шпангоути визначають головні риси кінцевостей судна. По ним і шпангоуту найбільшого перерізу можна побудувати теоретичне креслення. Рекомендовані номера баланс-шпангоутів приведені в табл.9.4.

Таблиця 9.3. - Рекомендована форма КВЛ в носовій кінцевості

Fr	Форма КВЛ	Fr	Форма КВЛ
<0,15	опукла	0,22…0,32	трохи угнута
0,15…0,19	пряма, або помірно опукла	>0,32	пряма
0,19…0,22	угнута, або пряма

Таблиця 9.4. - Рекомендовані номери баланс-шпангоутів

Fr	0,19	0,20...0,26	0,40...0,50
№ баланс-шпангоутів	2, або 3 18, або 17	4 і 6	5 і 15

Способи викреслення мідель-шпангоута наведені на рис.9.3.

Для побудови шпангоутів, зображених на рис.9.4, їх площі знімаються з ППШ, а ординати з КВЛ. Додатково розраховуються сторони трапеції ti, або прямокутника bi. За цими даними спершу викреслюється трапеція або прямокутник рівновеликі за площею шпангоуту, а потім - гілка шпангоуту так, щоб відкинута площа дорівнювала добавленій, а його форма відповідала потрібній.

Рис.9.3. Побудова мідель-шпангоута при горизонтальному днищі: а - скругленням скули по радіусу r, б - лекальним округленням скули; в - за наявності підйому днища кут = 0,02 рад, або а = 0,01В, ; t = (2 - 1)T



Рис.9.4. Побудова шпангоутів: а - баланс-шпангоути, б - решта шпангоутів

Принципові положення по викреслюванню корабельних кривих приведені в роботах [1, 2].

Запитання для самоконтролю

1. Як впливає на проектне удиферентування подовження судна в ніс і в корму на L/2?

2. Для чого іноді на танкерах утворюють квартердек?

3. Які властивості має ППШ?

4. Для чого використовуються корабельні криві?

5. Що називається баланс-шпангоутом і де він використовується?

10. Способи розробки теоретичного креслення

Значення теоретичного креслення визначається тим, що воно фіксує форму корпусу судна, яка впливає безпосередньо на різні показники і характеристики судна.

Таким чином, теоретичне креслення поряд з навантаженням і кресленнями загального розташування, може бути віднесене до базових, головних матеріалів проекту.

Розробка теоретичного креслення базується на двох положеннях:

необхідно, щоб при фіксованих головних розмірах судна були витримані значення водотоннажності, коефіцієнтів повноти і положення центра величини;

бажано, щоб форма шпангоутів, батоксів і ватерліній довжина і положення циліндричної вставки, а також форма кінцевостей були б близькими до оптимальних для даного судна.

Здійснити ці положення можна різними способами. Розглянемо деякі з них.

10.1 Метод рисування

Після розробки корабельних кривих і завершення підготовчих робіт (викреслення сітки) приступають до побудови теоретичних шпангоутів проекції „Корпус”. Основою для побудови кожного шпангоута є його площа і ордината конструктивної ватерлінії. За значеннями цих величин будують рівновеликі (0,5 площі) прямокутники або трапеції, а по ним і обводи шпангоутів до вантажної ватерлінії. Вище гілка шпангоуту продовжується таким чином, щоб одержати достатню площу верхньої палуби для розміщення надбудов, пристроїв та вантажу. Потім виконують побудову проекції „напівширота” та „бік”. Одночасно виконують перевірку узгодження точок пересічення ліній шпангоутів, ватерліній і батоксів в трьох проекціях. Закінчують побудову теоретичного креслення розрахунком водотоннажності V і коефіцієнтів повноти , , , а також значення xc.

Якщо вони не відповідають завданим, то треба виконати корегування форми шпангоутів на проекції „корпус”, ватерліній і батоксів на інших проекціях і знову зробити перевірку значень V, , , та xc.

За наявності досвіду достатньо 2-х - 3-х корегувань.

10.2 Афінне перетворення теоретичного креслення судна-прототипу

У випадку часткової подібності форми корпусу судна-прототипу і проекту (коли L, B, T, H - різні, а коефіцієнти , , однакові) найбільш простим способом перебудови теоретичного креслення прототипу до проекту є аффінне перетворення цього креслення. В загальному випадку змінюються головні розміри L, B і T, при цьому в кресленні ординати y змінюються пропорційно , відстань між ватерлініями - пропорційно і відстань між теоретичними шпангоутами - пропорційно .

Для цього випадку будемо мати:

коефіцієнти повноти , , , , - незмінними;

водотоннажність ;

площі ватерліній ;

площі шпангоутів ;

апліката ЦВ ;

абсциса ЦВ ;

поперечний метацентричний радіус ;

поздовжній метацентричний радіус .

При усій зручності аффінного перетворення його недоліком є обов'язкова незмінність усіх коефіцієнтів повноти, що дозволяє використовувати його тільки якщо .

10.3 Інтерполяційний спосіб побудови теоретичного креслення

Інтерполяційний спосіб може використовуватися тоді, коли є 2 креслення прототипів: один з ; другий з . Після приведення обох креслень прототипів до розмірів проекту шляхом аффінного перетворювання можна одержати два теоретичних креслення з однаковими головними розмірами, але з різними значення . На рис.10.1. показаний один з шпангоутних перерізів цих креслень.

Об'єм, який міститься між поверхнею судна з 2 і поверхнею судна з 1,



, звідси

Рис.10.1. Побудова шпангоута інтерполяційним способом

З приведених вище виразів маємо

.

Цей вираз можливо використати для розрахунку ординат,

 або

позначивши будемо мати

y = y2 - Ky(y2 - y1) = Kyy1 + (1 + Ky)y2.

Таким чином будь-яка ордината у нового теоретичного креслення з коефіцієнтом повноти може бути одержана при наявності двох креслень з більшим і меншим коефіцієнтами повноти, які за допомогою аффінного перетворення приведені до розмірів проекту судна.

10.4 Перебудова креслення судна-прототипу на основі кривої площ по шпангоутах проекту

Побудувати теоретичне креслення для проекту судна можливо, маючи теоретичне креслення прототипу, головні розміри якого аффінно перетворені до розмірів проекту, побудовну по шпангоутах такого креслення, а також побудовну проекту судна. При цьому форма і, відповідно, коефіцієнт повноти шпангоута найбільшого поперечного перерізу залишаються незмінними.

Обидві побудовні накладаються одна на одну і викреслюються разом з проекцією напівширота на одному листі (рис.10.2).

За допомогою ППШ можна визначити на скільки треба перенести шпангоути, щоб вони утворили теоретичне креслення проекту, наприклад, площа n0-го шпангоуту на рис.10.2 дорівнює площі n1-го шпангоуту проекту, тобто її величина, а відповідно і ордината ватерлінії повинні бути зміщені на величину x. При такому зміщені усіх шпангоутів ми одержимо ватерлінію проекту (b1). Таким чином, будемо мати напівшироти нового креслення. Залишається тільки зняти з одержаних ватерліній ординати, що відповідають рівномірній сітці шпангоутів, побудувати проекцію "корпус", а потім і проекцію "бік" креслення. При старанній перебудові ватерліній креслення буде практично узгодженим.

Рис.10.2. Побудова теоретичного креслення проекту (b, b1) з креслення прототипу (a, a1).

В деяких випадках треба тільки змінити положення центра величини по довжині судна, що досягається простою перебудовою ППШ рис.10.3. Для розв'язання такої задачі треба так змінити ППШ, щоб її площа, тобто водотоннажність, залишилась незмінною.

Для цього потрібно відкласти по горизонталі від центра площі ППШ відрізок (xc - xa), а точку а (центр площі ППШ) з'єднати з точкою b на осі x. Будь-яка точка ППШ буде одержана шляхом переміщення точки ai в точку bi, при чому cibi паралельна cb. Теоретичне креслення перебудовують як описано вище. Вертикальну відстань до центру площі ППШ yc від осі x можна розрахувати за формулою Ейлера

.

Рис.10.3. Перебудова побудовної при змінені положення центра величини: хс, ха - абсциси ЦВ проекту і прототипу.

10.5 Побудова суднової поверхні за єдиним аналітичним виразом

Ще в XVIII столітті робилися перші спроби виразити обводи корпусу аналітично. Так шведський кораблебудівник Ф.Г.Чапман запропонував в 1769 р. викреслювати ватерлінії за такою параболою

,

де уmax- найбільша ордината ватерлінії;

x - абсциса шпангоута;

LH(K) - довжина носового (кормового) загострення кінцевості;

- коефіцієнт повноти даної ватерлінії.

Головна перевага даного способу це простота зв'язку y з x і особливо з . Але серйозним недоліком є відсутність точок перегину ватерліній, що обмежувало застосування цієї формули.

В 1903 р. Д.Тейлор доповнив параболу Чапмана ще одною параболою, що дало можливість одержувати ватерлінії з заданою точкою перегину - xпер.

.

Величини а, т і п в цій формулі можуть бути одержані з трьох додаткових умов - заданої площі, заданого загострення в кінцевості і заданого положення точки перегину:

;

.

Пізніше замість чапмановської параболи почали застосовувати прогресіку. Так інженер А.А.Попов поклав в основу чапмановську параболу і одержав рівняння прогресіки

.

Ці і інші формули дають змогу будувати креслення суднової поверхні в вигляді параболічних ватерліній і шпангоутів. Недоліком цих поверхонь є відсутність в них точок перегину. Крім того, форма шпангоуту найбільшого перерізу відрізняється від тих, котрі звичайно застосовуються. Деякі формули, наприклад прогресіки, мають обмежений діапазон застосування, при виході за який не можливо одержати прийнятну форму для шпангоуту, або ватерлінії.

Існуючі сучасні методи проектування форми суднової поверхні за допомогою ЕОМ використовують інтерполяційний метод по двох кресленнях прототипів з наступним зміщенням шпангоутів для досягнення потрібного положення ЦВ, або методи перебудови теоретичного креслення судна-прототипу за допомогою ППШ та інші [1, 2].

Запитання для самоконтролю.

1. Який порядок розробки теоретичного креслення методом рисування?

2. При яких умовах можна розробити теоретичне креслення методом аффінного перетворення?

3. Що треба мати щоб використати для побудови теоретичного креслення інтерполяційний метод?

4. Як змістити центр величини за допомогою ППШ?

11. Методика проектування суден

Проектування суден це процес розробки описів на основі неповних даних завдання, за якими можливо побудувати судно. Описи - це розрахунки, креслення, інструкції, технології та ін.

В попередніх розділах розглядалися залежності між проектними характеристиками судна, які необхідні для вирішення головних питань його проектування. Це - питання навантаження судна, визначення його водотоннажності, головних розмірів, місткості, остійності, запасу плавучості та величини надводного борту, ходовості.

Вирішення сукупності цих питань з урахуванням взаємних впливів і дає можливість створити проект судна, який являє собою складну технічну систему.

11.1 Постановка задачі. Обмеження

Постановка задачі включає в себе розробку завдання на проектування судна, де вказується:

тип і призначення судна;

вантажопідйомність та рід вантажу, що перевозиться;

швидкість руху експлуатаційна, або на випробуваннях;

дальність плавання (або довжина кругового рейсу), район плавання;

іноді автономність;

тип СЕУ.

Треба визначити головні елементи судна з урахуванням вимог до якостей експлуатаційного, морехідного і виробничо-економічного характеру.

При визначенні головних елементів судна треба приймати до уваги обмеження технічного і експлуатаційного характеру. Вони бувають функціональні і тривіальні.

До функціональних відносяться обмеження на очікувані якості судна:

L - довжина судна може бути обмежена довжиною доків, причалів, шлюзів.

B - ширина судна - шириною шлюзів, каналів.

T - осадка може бути обмежена глибиною фарватеру, каналу, порту та ін.

До тривіальних (параметричних) обмежень відносяться обмеження граничних значень незалежних змінних.

11.2 Критерії ефективності

При проектуванні проект судна повинен відповідати трьом основним типам критеріїв ефективності: технічним, експлуатаційним та економічним.

Пріоритет оцінки проекту належить технічним критеріям - по остійності, плавучості, непотоплюваності, ходовості, міцності та ін.

Задоволення технічним критеріям умова необхідна, але недостатня для одержання оптимального або допустимого варіанта проекту судна.

Друга категорія критеріїв - це експлуатаційні критерії, які характеризують виконану судном роботу, але не мають самостійного значення і необхідні для економічних розрахунків: провозоспроможність за рік, кількість рейсів та ін.

Критерієм для вибору найкращого варіанту проекту може бути тільки економічний показник, тобто економічний критерій ефективності.

Економічну ефективність вантажних суден оцінюють за критеріями обґрунтованими в рекомендаціях "Типової методики визначення економічної ефективності капітальних витрат". Така оцінка передбачає зіставлення ефекту, поточних витрат та капітальних вкладень в побудову та експлуатацію судна.

Під ефектом розуміється річний прибуток від експлуатації судна - Pe.

Поточні витрати - S - це витрати на експлуатацію судна: заробітна плата екіпажу, витрати на придбання палива, на якірну стоянку, за користування причалами, вантажними кранами, каналами, послугами лоцмана, буксирів порту та ін.

Капітальні витрати K - вартість побудови судна.

Критерій загальної ефективності .

Величина обернена загальній ефективності - строк окупності капітальних вкладень.

Якщо критерій загальної ефективності помножити на 100, то це має бути рентабельність.

Критерієм порівняльної ефективності може бути величина зведених витрат - Sп.

Sп = S + EнK,

де Eн = 0,12 - нормативний коефіцієнт ефективності капітальних вкладень.

Таким чином, зведені витрати - це сума поточних витрат і частки капітальних вкладень.

Порівняння різних за розмірами суден по цьому критерію не переконливе оскільки вони можуть мати однакові зведені витрати, але витрати на перевезення 1 т вантажу різні. Тому для порівняння таких суден застосовують питомі зведені витрати, віднесені до 1т річної провозоспроможності судна.

,

де Q - річна провозоспроможність судна в т.

S - поточні витрати за рік.

Для суден, які працюють за кордоном економічну ефективність оцінюють в інвалютному прибутку. В цьому випадку зведені витрати відносяться не до 1 т перевезеного вантажу, а до одиниці чистого інвалютного прибутку.

;

Запитання для самоконтролю

1. Для чого прагнуть сумістити на одній вертикалі центр величини і центр маси судна?

2. З яких розділів навантаження мас складається водотоннажність порожнем?

3. За допомогою якої формули визначається момент ?

4. Які гранично допустимі величини посадки судна Тн, Тк, Т?

5. Які обмеження приймають до уваги при проектуванні судна?

6. Які показники можуть виступати як критерії ефективності?

11.3 Методи проектування суден

При проектуванні судна на ранніх етапах визначаються в першу чергу головні невідомі - їх 10 - водотоннажність D; головні розміри L, B, T, H; коефіцієнти повноти , , ; потужність СЕУ і вантажомісткість судна W. На подальших етапах кількість невідомих зростає.

Звичайно, для визначення невідомих складається система рівнянь по кількості цих невідомих і вони однозначно обчисляються. Це з точки зору математики.

Але для проектування судна цей метод непридатний оскільки:

– кількість невідомих перевищує кількість рівнянь;

– в розрахунках вживаються залежності визначені в графічному або табличному вигляді;

– в рівняннях фігурують величини, котрі можуть змінюватися в певних межах … h …

Щоб обійти ці труднощі в теорії проектування суден розроблені чисельні способи, які укладаються в рамки двох основних методів:

– метод послідовних наближень;

– метод варіацій.

Розглянемо їх більш детально.

При проектуванні судна слід ураховувати, що цілий ряд вимог до нього носить суперечний характер. Це примушує приймати компромісні рішення, наприклад:

збільшення остійності приводить до зменшення періоду качки ф;

збільшення міцності приводить до збільшення маси корпусу і вартості побудови;

збільшення довжини судна зменшує потужність головного двигуна, але погіршує керованість і збільшує вартість побудови.

В наслідок цього формули теорії проектування суден мають вірогідний характер та є наближеними. Але тільки ці формули і дозволяють перейти від вимог до якостей судна до його розмірів, коефіцієнтів повноти, потужності головного двигуна тощо. Ці формули дозволяють створити логікоматематичну модель(ЛЛМ) судна.

ЛММ судна - це сукупність формул і статистичних залежностей, яка дозволяє відобразити фізичну суть об'єкту проектування.

В зв'язку з наближеністю формул теорії проектування виникають неточності в вирішенні проектних задач.

Тому після першого рішення, одержавши головні невідомі ЛЛМ, слід піддати перевірці за точними формулами інших кораблебудівних дисциплін: теорії корабля - перевірити чи достатня остійність, гідромеханіки - чи достатня потужність СЕУ, за допомогою ЕОМ перевірити чи достатня вантажомісткість та ін. В разі такої перевірки може виникнути потреба внесення деяких поправок в ЛММ.

Уточнену ЛММ судна треба вдруге вирішити і знайшовши головні невідомі, знову піддати її перевірці за точними формулами.

Одночасно з розрахунками виконуються і графічні проробки, уточнюючи та деталізуючи прийняті проектні рішення.

Як правило, прийнята послідовність розрахункових та графічних операцій дозволяє одержати допустимі рішення по ЛММ.

Подібний метод проектування прийнято називати методом послідовних наближень, а за рубежем - методом проб і помилок.

Таким чином шукані елементи судна визначаються в декілька етапів або наближень. В кожному наступному наближенні уточнюються елементи проекту одержані в попередньому наближенні.

Розрахований проект судна є допустимим проектом, а нас, звичайно цікавить оптимальний варіант, який відповідає цілком визначеному сполученню головних елементів з множини можливих рішень, у якого найкращі економічні показники експлуатації.

Одержати оптимальний варіант можна тільки шляхом розробки і зіставлення десятків іноді тисяч варіантів проекту судна та вибором з них за економічними показниками найкращого. Цей спосіб одержав назву методу варіацій.

Головна відмінність методу варіацій від методу послідовних наближень полягає в тому, що значення деяких шуканих величин найчастіше задаються в відносному вигляді (B/T, H/T, L/B, ,…), а не визначаються в процесі виконування наближень. Решта величин обчислюється методом послідовних наближень одночасно з розрахунком економічних показників (табл.11.1).

Діапазон і крок змінних величин не повинні бути надто малими. Виходячи з точності та чутливості співвідношень і залежностей, які використані в ЛММ, встановлюють, що значення їх повинні відрізнятися одне від одного не менше чим 6 - 10 %, а діапазон граничних величин повинен перекривати очікувану область кожної з них.

Можливі різні підходи до глибини розробки проектів та методики варіантів, що розробляються.

Таблиця розрахунків варіантів судна з систематично змінним значенням , приведена на наступній сторінці.