Projekt - Drobnicowiec Uniwersalny - Krystian Zabielski
-
Upload
malychuligan -
Category
Documents
-
view
316 -
download
6
Transcript of Projekt - Drobnicowiec Uniwersalny - Krystian Zabielski
POLITECHNIKA GDA ŃSKA
Wydział Oceanotechniki i Okr ętownictwa
Podstawy Projektowania Okr ętów i Jachtów
Drobnicowiec uniwersalny
Prowadz ący: dr inŜ. Cezary środowski
Wykonał:
Krystian Zabielski
2
Spis tre ści: 1. ZałoŜenia Projektowe
1.1 Lista statków wzorcowych: 1.2 ZałoŜenia Armatorskie 1.3 Dane statku wzorcowego
2. Wstępne Projektowanie Parametryczne
2.1 Weryfikacja statku wzorcowego – bilans mas i wyporność 2.2 Wyznaczenie wyporności konstrukcyjnej statku 2.3 Wyznaczanie długości statku Lpp 2.4 Wyznaczenie Szerokości Statku 2.5 Wyznaczanie współczynnika pełnotliwości kadłuba CB. 2.6 Wyznaczenie odciętej środka wyporu 2.7 Wyznaczenie zanurzenia konstrukcyjnego 2.8 Wyznaczenie wysokości 2.9 Zestawienie Wymiarów Głównych Statku
3.Oszacowanie Zapasów
3.1 Zapasy paliwa cięŜkiego 3.2 Zapasy paliwa lekkiego 3.3 Zapasy oleju smarnego 3.4 Zapasy wody pitnej 3.5 Zapasy wody słodkiej uŜytkowej 3.6 Zapasy Ŝywności 3.7 CięŜar załogi i pasaŜerów 3.8 Zestawienie mas i objętości składowych 3.9 Objętość zbiorników – oszacowanie wstępne:
4. Podział Przestrzenny Kadłuba
4.1 Dobór odstępu wręgowego 4.2 Skrajnik dziobowy 4.3 Dno podwójne 4.4 Grodzie poprzeczne 4.5 Liczba i rozmieszczenie ładowni 4.8 Wielkość luków ładunkowych
5. Parametryczne Obliczenia Sprawdzające 5.1 Kryteria wysokości metacentrycznej 5.2 Krytyczne wysokości środka cięŜkości statku 5.3 Zestawienie wartości stanów załadowania 5.4 Opór całkowity statku 5.5 Opór całkowity statku dla zmienionych prędkości 5.6 Zestawienie wartości oporów i mocy holowania dla róŜnych prędkości
Praca składa si ę z dwóch głównych cz ęści. Pierwsza zawiera wst ępne warto ści parametryczne statku i jej pochodne. W cz ęści drugiej znajduj ą się obliczenia sprawdzaj ące.
3
CZĘŚĆ I
WSTĘPNE WARTOŚĆI PARAMETRYCZNE
4
Rozdział I
ZałoŜenia Projektowe
5
1.1 Lista statków wzorcowych: Numer Statku
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Nośność [t] (Deadweigth)
1673 3199 4633 5394 6194 7351 8519 9655 10530 12450
Pojemno ść ładowni – bele [m 3] (Holds Capacity)
2902 6143 7375 9385 8331 10730 13620 16850 18070 17820
Prędko ść kontraktowa [kn] (Contract Speed)
14,0 14,6 15,1 15,5 16,0 15,6 17,0 15,0 16,5 16,8
Długo ść między pionami [m] (Lenght B.P.)
79,20 95,20 104,70 112,00 115,00 122,47 135,00 141,10 141,60 143,12
Szeroko ść [m] (Breadth)
12,40 16,00 15,50 16,50 16,70 18,00 18,50 19,40 19,40 20,20
Wysoko ść boczna [m] (Draught (Scantling))
7,15 9,50 9,50 10,00 9,40 10,20 11,50 11,65 12,55 11,80
Współczynnik pełnotliwo ści podwodzia [-] (Block Coefficient CB)
0,648 0,676 0,686 0,692 0,688 0,679 0,671 0,671 0,681 0,680
Moc silnika głównego [kW] (Main Engine Power)
1650 2870 3386 3606 4876 4490 5741 4876 5741 5741
Masa konstrukcji kadłuba [t] (Mass of the Hull)
632 1417 1273 1449 1672 2141 2551 2606 2814 2917
Masa nadbudówki [t] (Mass of the Superstructure)
110 170 162 180 261 369 164 303 350 308
Masa wyposa Ŝenia [t] (Mass of the Outfit)
417 1018 769 870 888 1279 1257 1313 1347 1524
Masa siłowni [t] (Mass of the Machinery) 169 191 386 543 520 457 876 620 930 774
Objętość pomieszczenia siłowni [m 3] (Volume of the Engine Room)
565 1348 1560 2254 2077 2037 3120 2300 3795 3450
Objętość skrajników [m 3] (Volume of for and After Peaks)
166 175 238 287 236 395 418 480 512 501
Objętość dna podwójnego [m 3] (Volume of the Double Bottom)
645 1235 1031 1211 1298 1564 1821 2050 2719 2984
Całkowita obj ętość podpokładowa [m 3] (Total Underdeck Volume)
4680 9740 11900 14350 13020 16190 20900 24000 27600 27250
6
1.2 ZałoŜenia Armatorskie Statek nr: 95 trasa nr: 24 Typ funkcjonowania statku – Drobnicowiec uniwersalny Wartość parametrów Nośność Pn [t] 6350 Objętość ładowni na bele V [m3] 12000 Prędkość kontraktowa υ [kn] 16,50 Zasięg pływania Z [Mm] 6850 Załoga n [-] 24 Uzupełniające załoŜenia projektowe: Linia Ŝeglugowa: Gdynia – Havre [900Mm] 1.3 Dobór statku wzorcowego
Przed przystąpieniem do obliczeń naleŜy przeprowadzić dobór statku wzorcowego. Statek wzorcowy musi być identycznego typu funkcjonalnego i mieć podobne parametry. Dobór ten przeprowadza się na podstawie następujących wzorów:
−+−
=−ννν 0
N
0NN0
P
PPminpp)1
WaŜność : 70% 30%
Statek wzorcowy nr 4 statek nr 5
15055.06350
53946350 =− 02456,0
6350
61946350 =−
Oznaczenia z symbolem „0” są wartościami statku wzorcowego. Do dalszych obliczeń biorę statek wzorcowy nr 5 jako najbardziej zbliŜony do załoŜeń. Jego parametry podaje poniŜej.
7
1.4 Dane statku wzorcowego
Nazwa Parametru Symbol Wartość Jednostka Miary
Nośność Deadweight
Pn0 6194 [t]
Objętość ładowni dla beli Hold Capacity for the Bales
VŁb0 8331 [m3]
Prędkość Contract Speed
υ0 16,0 [kn]
Długość między pionami Lenght B.P.
Lpp0 115,00 [m]
Szerokość maksymalna Max. Breadth
B0 16,70 [m]
Zanurzenie konstrukcyjne Draught (Scantling)
T0 7,00 [m]
Wysokość boczna Depth
H0 9,40 [m]
Współczynnik pełnotliwości kadłuba Block Coefficient
CB0 0,692 [-]
Moc silnika głównego Main Engine Power
Ne0 4876 [kW]
Masa kadłuba Mass of the Hull
Mk0 1672 [t]
Masa nadbudówki Mass of the Superstructure
MN0 261 [t]
Masa wyposaŜenia Mass of the Outfit
MW0 888 [t]
Masa siłowni Mass of the Machinery
MM0 520 [t]
Objętość siłowni Volume of the Engine Room
Vm0 2077 [m3]
Objętość skrajników Mass of For and After Peaks
Vs0 236 [m3]
Objętość dna podwójnego Volume of the Double Bottom
Vdp0 1298 [m3]
Całkowita objętość podpokładowa Total Underdeck Volume
VC0 13020 [m3]
8
Rozdział II
Wstępne Projektowanie Parametryczne
9
2.1 Weryfikacja statku wzorcowego – bilans mas i wy porno ść NaleŜy ustalić czy wartości statku wzorcowego moŜna uznać za rzeczywiste. W tym celu naleŜy sprawdzić czy bilans mas i wyporności statku wzorcowego jest poprawny. Ewentualnie skorygować obie wartości. Wszystkie wartości w tej pracy zostaną opisane do czwartego miejsca znaczącego. 2.1.1 Bilans Mas: D0 = ∑Mi = MKN + MW + MM + PN D0 =6194+888+520+1672+261 D0 = 9535[t] 2.1.1.1 Korekcja no śności Pn: Wyporność wzorcowa:
9535[t]|LBTC 00` == δKD
Korekcja:
][4746.0953547455.953500 tDDPn KK =−=−=
Błąd względny – powinien być duŜo mniejszy od 1%:
0.0109%%100*0
0
=∑−
=D
MD iε
2.1.1.2 Wniosek z Bilansu Mas: Jak widać naleŜy nanieść korekcję na Wyporność Statku wzorcowego, wg. wzoru
000NKNK PPP −=
która teraz wynosi: ][6194 30 mPK =
2.1.2 Bilans Obj ętości: Dopuszczamy błąd do 5%: V0 = VC = ∑Vi = VM + VS + VDP + VT Podstawiając:
][927608,1*03,1*833108,1*03,1* 30 mVVT === VT
0= 9276+2077+236+1298 ][12878 30 mV =
gdzie: ][61940 tPN = - nośność statku wzorcowego
][8880 tMW = - masa wyposaŜenia statku
wzorcowego ][5200 tM M = - masa maszynowni (siłowni)
statku projektowanego ][193326116720 tM KN =+= - masa konstrukcji
kadłuba i masa nadbudówki
Gdzie: 0
TV - objętość ładowni
][2077 30 mVM = - objętość siłowni
][236 30 mVS = - objętość skrajników
][1298 30 mVDP = - objętość dna podwójnego
10
2.1.2.1 Korekcja Obj ętości Podpokładowej: Korekcja:
][6.1414.1287813020 3000 mVVV CK =−=−=
Błąd względny:
0.0109%%100*0
000 =
−=
K
KK
V
VVB
2.1.2.2 Wniosek z Bilansu Obj ętości: Jak widać naleŜy nanieść korekcję na Całkowitą Objętość Podpokładową wg. wzoru
000KCCK VVV −=
która teraz wynosi:
][m12878 30` =CKV
2.2 Wyznaczenie wyporno ści konstrukcyjnej statku 2.2.1 Określenie wyporno ści za pomoc ą współczynnika wykorzystania wyporno ści. Definicja współczynnika wykorzystania wyporności.
D
PND =η
Zakładamy, Ŝe dla statków podobnych zachodzi równość
][0
00 −==
D
PNDD ηη
][−Dη - współczynnik wykorzystania wyporności
][61940 tPN = - nośność statku wzorcowego po korekcji
][95350 tD = - wyporność statku wzorcowego po korekcji Podane definicje oraz relacje pomiędzy nimi zostaną wykorzystane, Ŝeby wyznaczyć wyporność projektowanego statku.
Współczynnik wykorzystania wyporności: 0
0
D
PND =η ][0.6496
9535
6194 −==
Wyporność projektowanego statku: 9775[t]0.6496
6350
η
PD
D
N ===
Gdzie: ][13020 30 mVK = - Całkowita objętość
podpokładowa
11
2.2.2 Metoda Normanda. Przyjmuje się, Ŝe masa projektowanego statku MS składa się z następujących grup masowych :
RMWKNS MMMMM +++=
Czyli przyrost wyporności statku projektowanego w stosunku do statku wzorcowego – wywołana zmiana nośności statku i zmianę prędkości – wyraŜa się w metodzie Normanda zaleŜnością
∆+
∆⋅=−=∆= N
m Pv
vMNDDDdD
0
00 3
gdzie: ~ 0vvv −=∆ -przyrost prędkości ][5.00,165.16 knv =−=∆
~ 0NNN PPP −=∆ -przyrost nośności
]155.5[61946350P t=−=∆
][−N - współczynnik Normanda
][0,160 knv = - prędkość statku wzorcowego
][61940 tPN = - nośność statku wzorcowego
][ 30 mV - objętość podwodnej części kadłuba
][95350 tD = - wyporność statku wzorcowego
][−KNC ; ][−WC ; ][−MC ; ][−RC
][0 tMS - masa statku
][193326116720 tM KN =+= -masa kadłuba wraz z nadbudówką
][8880 tMW = - masa wyposaŜenia
][5200 tM M = - masa maszynowni (siłowni)
][0 tMR - masa rezerwy
12
Współczynnik Normanda wyraŜa się wzorem:
][
32
1
1 −−−−−
=MRWKN CCCC
N
Podstawiając:
MRWKN CCCCN
3
21
1
−−−−=
][564,10525,0
3
202,00931,02027,01
1 −=⋅−−−−
=N
∆+
∆⋅=−=∆= N
m PV
VMNDDDdD
0
00 3
317.8155.516
5,05203564,1 =
+⋅⋅⋅=
Ostateczny wzór na wyporność statku projektowanego:
DDD ∆+= 0
Wyporność projektowanego statku wg. Normanda wynosi:
DDD ∆+= 0 [t] 9853317.89535 =+= 2.2.3 Uśredniona wyporno ść Do dalszych obliczeń przyjmujemy średnią z dwóch obliczonych wartości :
9814[t]2
9775 9853
2=+=+= WN DD
D
gdzie:
0.2027[-]0
0
==D
MC KN
KN
0.0931[-]0
0
==D
MC W
W
0.0545[-]0
0
==D
MC M
M
][025,0 −=RC
gdzie:
][317.8
][ 95350
tD
tD
=∆=
13
2.3 Wyznaczanie długo ści statku L pp
(Długo ść pomi ędzy pionami)
Wyznaczamy długość między pionami. Pion przechodzi przez punkt przecięcia się dziobnicy z wodnicą konstrukcyjną a pion rufowy przez oś steru. Długość całkowita statku jest większa od długości między pionami o długość nawisu dziobowego i rufowego.
Dla wygody przyjęto oznaczenie: L = Lpp
2.3.1 Wyznaczenie długości statku metodą Posdiunina:
( ) [m] 2
CL 3
12
∇⋅
+⋅=
νv
( )3
10
2
0
0
00
2v
v
LCC ∇
⋅
+
==
Podstawiając:
][m 9303025,1
9535
ρ
D 3===∇°
°
[-] 6.9209303
216
16
115CC 3
20 =
+
==
( )
][9.116L
[m] 116.9 930325.61
16.56.920L
pp
3
12
m=
=⋅
+==
gdzie:
v – prędkość kontraktowa [w]
][m ρ
D 3=∇ - Nabla (człon objętości)
C – stała (ze statku wzorcowego)
14
2.3.2 Wyznaczenie długości statku metodą Nogida:
Długość między pionami wyznaczamy za pomocą wzoru:
][3
1
3
1
mDvCL ⋅⋅=
3
103
10
00
)()( Dv
LCC
⋅==
Podstawiając
][117.398145.162.152
][2.15295350,16
0,115
33
33
mL
C
=⋅⋅=
−=⋅
=
gdzie:
][knv - prędkość statku projektowanego
][tD - wyporność statku projektowanego 2.3.3 Uśredniona Długość Do dalszych obliczeń przyjmujemy średnią z dwóch obliczonych wartości :
][117.12
117.3116.9mL pp =+=
gdzie: ][0.1150 mL = - długość pomiędzy pionami statku
wzorcowego ][0,160 knv = - prędkość statku wzorcowego
][95350 tD = - wyporność statku wzorcowego
15
2.4 Wyznaczenie Szeroko ści Statku Szerokość statku jest liczona w jego najszerszym miejscu. 2.4.1 Wyznaczenie szeroko ści statku metod ą Bujnickiego:
Szerokość statku określona jest wzorem: 75,05,0 PPB LB ⋅=
Podstawiając:
][17.80117.15,0 75,0 mBB =⋅= gdzie:
][mB - szerokość statku projektowanego
][mL - długość statku projektowanego 2.4.2 Wyznaczenie szeroko ści statku metod ą Hausena:
Szerokość statku określona jest wzorem: 8,411,0 +⋅= LBH
Podstawiając:
][17.688,4117.111,0 mBH =+⋅= gdzie:
][mB - szerokość statku projektowanego
][mL - długość statku projektowanego 2.3.3 Uśredniona Szeroko ść Do dalszych obliczeń przyjmujemy średnią z dwóch obliczonych wartości :
][17.742
17.6817.80
2m
BBB HB
sr =+=+
=
16
2.5 Wyznaczanie współczynnika pełnotliwo ści kadłuba C B.
Współczynnik pełnotliwości jest to procent powierzchni, jaką zajmuje bryła statku umieszczona w równoległościanie którego boki wynoszą maksymalną wysokość, długość i szerokość danego statku.
Przed wyznaczeniem współczynnika Cb, musimy ustalić względną wartość prędkości statku, tzw. liczbę Froude’a, która wynosi. Wszystkie długości wyraŜone są w stopach.
[ft]L
[w]F
'N
ν=
2.5.1 Wyznaczenie pełnotliwo ści statku metod ą Aleksandra:
Współczynnik CB wyraŜa się wzorem:
NA1B F2
1CC ⋅−=
°⋅+= NA1 F2
1C bC
( )][683.0C
][0.8420-0.82392
1 0.692C
B
B
−=
−+=
2.5.2 Wyznaczenie pełnotliwo ści statku metod ą Ayrego:
NA2B F*42.0CC −=
°+= NA2 F*41.0C bC
0.8421*0.42-0.8240*0.41 0.692CB += [-]
0.6844CB = [-]
2.5.3 Wyznaczenie pełnotliwo ści statku metod ą Nogida:
NA3B F*71.0CC −=
°+= NA3 F*71C bC
( )0.8421-0.82400.71 0.692CB += [-]
0.6792CB = [-]
115305.0
61FN =°
0.8239FN =° [-]
117.1305.0
5.16FN =
0.8421[-]FN =
gdzie:
Cb0=0.692 [-] – współczynnik
pełnotliwości statku wzorcowego
17
2.5.4 Uśredniony współczynnik pełnotliwo ści: Do dalszych obliczeń przyjmujemy średnią z trzech obliczonych wartości :
][0.68223
0.68440.67920.6830 −=++=bC
2.5.5 Wyznaczanie współczynnika pełnotliwo ści owr ęŜa.
*NM F0,061,024C ⋅−=
Podstawiając:
[-] 0.97450.84210,061,024CM =⋅−=
2.6 Wyznaczenie odci ętej środka wyporu
ppbY LCX
−=1000
125
1000
175
Podstawiając:
-0.6581117.11000
1250.6822*
1000
175 =−=YX
2.7 Wyznaczenie zanurzenia konstrukcyjnego
Zanurzenie konstrukcyjne jest to wartość, którą na wg. projektu powinien zanurzyć się statek pusty.
Zanurzenie wyznaczono z równania pływalności, które ma postać:
∑ ⋅⋅⋅⋅== Bi CTBLρDM
Przekształcając:
[m] CBLρ
DT
B⋅⋅⋅=
Podstawiając:
[m] 6.757 0.682217.74117.11,025
9814T =
⋅⋅⋅=
gdzie:
0.8421FN = [-]
gdzie:
][0.6822−=bC
][117.1mLpp =
Gdzie: ][117.1mL = - długość pomiędzy pionami statku proj.
][9814tD = - wyporność statku proj.
=3
025,1m
kgρ - gęstość wody morskiej
][17.74mB = - szerokość statku proj.
][0.6822−=βC - współczynnik pełnotliwości kadłuba
18
2.8 Wyznaczenie wysoko ści
Wysokość jest to wartość długości mierzona od stępki do najwyŜszego miejsca burty.
2.8.1 Oszacowanie wysoko ści Wysokość oszacowujemy ze względu na podobieństwo geometryczne do statku wzorcowego.
°°=°=
T
Hhh
Po przekształceniach:
ThH ⋅°=
Gdzie:
][09.40 mH = - wysokość statku wzorcowego
][70 mT = - zanurzenie statku wzorcowego
][6.757mT = - zanurzenie statku projektowanego
Podstawiając:
[-] 1.3437
4.9
T
Hhh ==
°°=°=
[m] 9.0736.7571.343ThH =⋅=⋅°=
19
2.8.2 Wyznaczenie wysoko ści z bilansu pojemno ści 2.8.2.1 Wstęp
Bilans pojemności ma postać: ( ) 0Vc,zV T Ł =− gdzie:
( )c,zV - pojemność dysponowana zaleŜna od parametrów statku VTŁ – pojemność ładowni zadana (załoŜenie projektowe)
1,081,03VV beleTŁ ⋅⋅=
Współczynniki 1,03 oraz 1,08 wyraŜają relacje pomiędzy pojemnością teoretyczną i pojemnością na ziarno oraz pomiędzy pojemnością na ziarno a pojemnością na bele (np. bele drobnicy, bawełny). Funkcję pojemności dysponowanej moŜna wyznaczyć na podstawie znajomości pojemności składowych zgodnie z zaleŜnością: rezsdpmcbele VVVVV1,081,03V −−−−=⋅⋅
Lewa strona równania jest wielkością znaną, pozostałe składniki moŜna wyrazić jako wielkości zaleŜne od Vc gdzie:
cV - całkowita objętość podpokładowa (teoretyczna)
mV - objętość maszynowni
dpV - objętość dna podwójnego
sV - objętość skrajników
rezV - objętość rezerwy
2.8.2.2 Pojemno ści składowe 2.8.2.2.1 Objętość siłowni:
e0,5
c1m NVaV ⋅⋅=
aC
33
2
e
DN
ν⋅=
( )0e
0,5c
m011
NV
Vaa
⋅==
0
e
33
2
ND ν⋅=aC
gdzie: 9814[t]D = D – wyporność
9535[t]D0 =
][5.16 w=ν v - prędkość
][0.160 w=ν V – objętość siłowni
]2077[m30 =mV
Podstawiając:
377.7[-]4876
169535 33
2
=⋅=aC
5451[kW]377.7
5.1698142N
33
2
e =⋅=
( )0.004[-]
487612878
2077a
2
11 =⋅
=
20.46VV 0,5cm ⋅=
20
2.8.2.2.2 Objętość dna podwójnego:
c0c
0dp
dp VV
VV ⋅=
ccdp V0.1008V13020
1298V ⋅=⋅=
2.8.2.2.3 Objętość skrajników:
C0C
0S
S VV
VV ⋅=
CCS V0.0183V13020
236V ⋅=⋅=
2.8.2.2.4 Objętość rezerwy:
crez V0,02V ⋅=
2.8.2.3 Obliczenie całkowitej obj ętości podpokładowej
rezsdpmcbele VVVVV1,081,03V −−−−=⋅⋅
20.46V-(0.869)V13348.8
20.46V-0.02)0.0180.101-(1V13348.8
VVVVV1,081,038331
0,5cc
0,5cc
rezsdpmc
⋅=
⋅++=
−−−−=⋅⋅
Otrzymaliśmy równanie kwadratowe. Podstawiamy pod wartość Vc parametr t2.
Gdzie: Vm
0 =2077 [m3] Vs
0 =236 [m3] Vdp
0 =1298 [m3] VC
0 =13020 [m3]
( )18761V
137V
V
137
c
2c
2c
==
==
t
t
( )
13746386-20.46)(
x
-113.246386--20.46)(
x
46386-133490.86094-418.7
4
13349c
20.46b
0.8609a
013348-20.46t-(0.8609)t
2
2
1
1
2
2
=+−=
∆+−=
=−=
∆−−=
=⋅⋅=∆⋅−=∆
−=−=
=
=
x
b
x
b
acb
21
2.8.2.4 Wyznaczenie wysoko ści bocznej statku wzgl ędem obj ętości podpokładowej Wyznaczamy teraz wysokość boczną statku H tak, aby objętość podpokładowa projektowanego statku równała się wyznaczonej objętości VC. Przy standardowym wzniosie i standardowej wypukłości pokładu objętość podpokładową przybliŜa relacja:
( ) ( )HδHBLHV Hc∗⋅⋅⋅=
gdzie :
)(δH H - funkcja pełnotliwości względem wysokości
( ) ( ) ( )
( )H12
10,028Hδδ
H∆δH∆δHδδ
HH
wypwzHH
⋅++=
++=
∗
∗
Przy standardowym wzniosie i standardowej wypukłości ( )HδH przyjmuje postać:
( ) ( )TδT
Hln0,1Hδ kH +
⋅=
Podstawiając:
( ) ( )
⋅+++
⋅⋅⋅⋅=H12
10,028Tδ
T
Hln0,1HBLHV kc
Następnie rozwiązujemy równanie objętości podpokładowej względem poszukiwanej wysokości bocznej statku.
0V(H)VC =−
Rozwiązujemy funkcje
( ) ( )
( )%100
V
HVVε
H12
10,028Tδ
T
Hln0,1HBLHV
c
cc
kc
⋅−
=
⋅+++
⋅⋅⋅⋅=
Do dalszych obliczeń przyjmujemy wysokość H = 11.69 [m] wyznaczoną z bilansu pojemności programem Solver.
Gdzie:
18761Vc =
22
2.9 Zestawienie Wymiarów Głównych Statku
Nośność Pn [t] 6350
Objętość ładowni na bele Vtb [m3 12000
Prędkość kontraktowa u [kn] 16.5
Zasięg pływania Z [Mn] 6850
Wyporność konstrukcyjna D [t] 9814
Długość między pionami Lpp [m] 117.1
Szerokość na owręŜu B [m] 17.74
Zanurzenie konstrukcyjne T [m] 6.757
Wysokość boczna H [m] 11.69
Współczynnik pełnotliwości kadłuba
CB [-] 0.6822
Współczynnik pełnotliwości owręŜa CM [-] 0.9745
Odcięta środka wyporu LCB [%]
-0.6581
Moc silnika Ne [kW] 5451 Całkowita objętość podpokładowa
VC0 [m3] 18761
Objętość pomieszczenia siłowni Vm0 [m3] 2803
Objętość skrajników Vs0 [m3] 343.8
Objętość dna podwójnego Vdp0 [m3] 1891
Objętość czegoś 2.739
H/T h [-] 1.342 L/B l [-] 6.6 B/T b [-] 2.626
23
Rozdział III
Oszacowanie Zapasów
24
Wielkość oszacowanych zapasów określono przy załoŜeniu uzupełniania zapasów w porcie docelowym. Uwzględniono 15% dodatek do przewidywanego czasu rejsu.
3.1 Zapasy paliwa ci ęŜkiego 3.1.1 Masa zapasów:
Masa potrzebnych zapasów wyraŜa się zaleŜnością:
][10 6 tgtNP eePC−⋅⋅⋅=
v
Rt ⋅= 15,1
Podstawiając
[ ]tP
P
ht
PC
PC
442.4
10170477.46850
][477.45.16
685015,1
6
=⋅⋅⋅=
=⋅=
−
3.1.2 Objętość zapasów:
Objętość zapotrzebowana przez zapasy wyraŜa się zaleŜnością:
pc
pcPC
PV
ρ=
Podstawiając:
[ ]3491.6
9,0
442.4
mV
V
PC
PC
=
=
gdzie:
][5451kWNe = –moc silnika
][ht –Autonomiczność godzinowa/czas rejsu
=KWh
gge 170 – jednostkowe zuŜycie paliwa
][6850MmR = - zasięg pływania
][5,16 wv = – prędkość kontraktowa równa
gdzie:
][442.4tPPC = - zapasy paliwa cięŜkiego
=3
9,0m
tPCρ - gęstość tą przyjmuje się równieŜ
dla paliwa lekkiego i oleju
25
3.2 Zapasy paliwa lekkiego
Przyjęto wartość stosowaną w praktyce projektowej jako 10% zapasów paliwa cięŜkiego:
%10⋅= pcpl PP
%10⋅= pcpl VV
Podstawiając:
[ ]
[ ]349.16
491.6%10
44.24
442.4%10
mV
V
tP
P
PL
PL
PL
PL
=
⋅=
=⋅=
3.3 Zapasy oleju smarnego
3.3.1 Masa zapasów:
Masa potrzebnych zapasów wyraŜa się zaleŜnością:
610−⋅⋅⋅= OLOL gtNeP
Podstawiając:
[ ]tP
P
OL
OL
20.82
108477.45451 6
=⋅⋅⋅= −
3.3.2 Objętość zapasów:
Objętość zapotrzebowana przez zapasy wyraŜa się zaleŜnością:
OL
OLOL
PV
ρ=
Podstawiając:
[ ]3m23.13
9.0
20.82
=
=
OL
OL
V
V
gdzie:
][442.4tPPC = - zapasy paliwa cięŜkiego
[ ]3491.6mVPC = - objętość zapotrzebowana
na zapasy paliwa cięŜkiego
gdzie:
][5451kWNe = –Moc silnika
][477.4ht = - czas rejsu
=Kwh
ggOL 8 -Jednostkowe zuŜycie oleju
gdzie:
[ ]tPOL 97,40= - zapasy oleju smarnego
=3
9,0m
tOLρ - gęstość oleju
26
3.4 Zapasy wody pitnej
3.4.1 Masa zapasów:
Zapasy wody pitnej określono na podstawie zaleŜności:
[ ]tztgP WPWP310−⋅⋅⋅=
24h
d
tt =
Podstawiając:
[ ]dh
th 19.8924
][477.4 ==
Zaokrąglając [ ]tPwp 4.810240210 3 =⋅⋅⋅= −
3.4.2 Objętość zapasów:
Wartość objętości wody jest równa wartości jej masy –> 1t~1m3
[ ]34.8mVwp =
3.5 Zapasy wody słodkiej u Ŝytkowej
3.5.1 Masa zapasów:
Zapasy wody słodkiej określono na podstawie zaleŜności:
[ ]tztgP wsws310−⋅⋅⋅=
Podstawiając:
[ ]tP
P
ws
ws
24
10242050 3
=⋅⋅⋅= −
3.5.2 Objętość zapasów:
Wartość objętości wody jest równa wartości jej masy –> 1t~1m3
[ ]324mVws =
gdzie:
⋅⋅= dobaosobakggwp 10 -jednostkowe zuŜycie wody pitnej
][477.4hth = - czas rejsu
24=z –przyjęta liczba osób na pokładzie
gdzie:
⋅= dobaosobakggws 50
[ ]dnit 02=
24=z –przyjęta liczba osób na pokładzie
27
3.6 Zapasy Ŝywno ści
3.6.1 Masa zapasów:
Masa potrzebnych zapasów wyraŜa się zaleŜnością:
[ ]tztgP PRws310−⋅⋅⋅=
Podstawiając:
[ ]tPpr 2.41024205 3 =⋅⋅⋅= −
3.7CięŜar załogi i pasa Ŝerów CięŜar ten wyznaczono zakładając cięŜar jednostkowy osoby wraz z bagaŜem jako
310−⋅⋅= zpP zz
Podstawiając:
[ ]tPz 3.61024150 3 =⋅⋅= −
gdzie:
⋅= dobaosobakggpr 5
[ ]dt 20=
24=z –przyjęta liczba osób na pokładzie
gdzie:
= osobękgpz 150
24=z –przyjęta liczba osób na pokładzie
28
3.8 Zestawienie mas i obj ętości składowych
3.9 Objętość zbiorników – oszacowanie wst ępne:
Rodzaj zapasów Symbol/miara objętość
Zbiorniki paliwa cięŜkiego [ ]3mVpc 492.2
Zbiorniki paliwa lekkiego [ ]3mVpl 49.22
Zbiorniki oleju smarnego [ ]3mVol 23.16
Zbiorniki wody pitnej [ ]3mVwp 4.8
Zbiorniki wody słodkiej uŜytkowej [ ]3mVws 24
Całkowita Objętość Zapasów [ ]3mVs 592.7
Rodzaj zapasów Symbol/miara masa
Zapasy paliwa cięŜkiego [ ]tPpc 443
Zapasy paliwa lekkiego [ ]tPpl 44.3
Zapasy oleju smarnego [ ]tPol 20.85
Zapasy wody pitnej [ ]tPwp 4.8
Zapasy wody słodkiej [ ]tPws 24
Zapasy Ŝywności [ ]tPpr 2.4
CięŜar załogi i pasaŜerów [ ]tPz 3.6
Całkowita Masa Zapasów [ ]tPs 542.3
Nośność [ ]tPN 6350
29
Rozdział IV
Podział Przestrzenny Kadłuba
30
Po określeniu głównych wartości statku, wyznaczone zostaną główne wewnętrzne wielkości statku. Wszystkie podane tutaj wartości zostają wyznaczane wg. przepisów klasyfikacyjnych PRS. Wielkości te zostaną zaokrąglone na potrzeby stoczni do centymetra. 4.1 Dobór odst ępu wr ęgowego
Odstęp wręgowy wyraŜa się podanym wzorem [ ]m 0,48L0,002a0 +⋅=
Podstawiając:
[ ]
[m] 71.0 0.714a
m 0,6830,48117.10,002a
0
0
≈=≈=+⋅=
4.2 Skrajnik Dziobowy
Minimalna wielkość skrajniku dziobowego wynosi 0.6 m i ta wielkość zostanie przyjęta. 4.3 Dno podwójne
4.3.1 Wysoko ść dna podwójnego
Wysokość dna podwójnego wyraŜa się wzorem. :
TBhdp ⋅+⋅+= 5020250 ][mm
Podstawiając:
95.00.9426[mm]
6.7575017.7420250
≈=
⋅+⋅+=
dp
dp
h
h
4.3.2 Objętość dna podwójnego
Objętość dna podwójnego wyznacza się ze wzoru wg. Schneeklutha i jest zaokrąglana w górę.
][14,0 3
2
mCT
hTChBLV B
dpBdpdp
−⋅
−−⋅⋅=
Podstawiając:
][1018
0.682216.757
0.956.7574,00.68220.9517.74117.1
3
2
mV
V
dp
dp
=
−⋅
−⋅−⋅⋅⋅=
4.3.3 Sprawdzenie
Wymogiem sprawdzającym objętość dna podwójnego jest, Ŝeby jego objętość była większa/równa objętości zapasów. Objętość Zapasów jest w przybliŜeniu równa 600 m3, więc warunek jest spełniony. Rezerwa zapasów wynosi:
[ ]3m 424.2593.41018 =−=− zdp VV
gdzie: ][117.1mL = - długość statku
gdzie: ][117.1mL = - długość statku
][17.74mB = - szerokość statku
][6.757mT = - zanurzenie statku
][0.6822 −=βC - współczynnik
pełnotliwości kadłuba
31
4.4 Grodzie poprzeczne WyróŜniamy gródź zderzeniową, skrajnika rufowego, maszynową oraz grodzie wolne. Ich długość musi być wielokrotnością odstępu wręgowego. Ich długość jest liczona od rufy statku. 4.4.1 Długo ść maszynowni Przy określaniu długości maszynowni zakłada się, Ŝe ta długość na statku wzorcowym jest równa 10% jego długości. Długość maszynowni z powodów konstrukcyjnych musi być wielokrotnością odstępu wręgowego.
( )
( ) 5,00
00
5,0
e
m
em
N
Lcc
NcL
==
⋅=
Podstawiając:
( )( )
12.16[m]
54510.1647
0.16474876
5.11
5.0
5.00
=
⋅=
===
∗
∗
m
m
L
L
cc
Porównując do odstępu wręgowego i zaokrąglając:
12.07[m]
7117.130.71
12.16
=⋅=
≈===∗
anLa
Ln
m
m
4.4.2 Gród ź skrajnika rufowego Wymogiem jest, Ŝeby długość grodzi skrajnika rufowego była nie mniejsza niŜ 6% długości statku
ppr LL ⋅≥ %6
Podstawiając:
7.026117.1%6%6 =⋅=⋅ ppL
Porównując do odstępu wręgowego zaokrąglając n-krotność odstępu w górę:
][1.771.010
109.8960.71
7.026%6 *
manLa
Ln
r
pp
=⋅=⋅=
≈==⋅
=
gdzie: ][11.50 mLm = - długość maszynowni
statku wzorcowego 4876[kW]No
e = - Moc silnika statku
wzorcowego 5451[kW]Ne = - Moc silnika statku
projektowanego
32
4.4.3 Gród ź zderzeniowa By uzyskać odległość od pionu zderzeniowego naleŜy policzyć, tą odległość od pionu rufowego uwzględniając długości wręgów, których długość jest zaokrąglona dla stoczni, a równa 0.71m. Kolejnym czynnikiem, który musimy wziąć pod uwagę są wymagania PRS głoszące, Ŝe odległość grodzi zderzeniowej od pionu dziobowego musi wynosić co najmniej 5% Lpp. Uwzględniając te wszystkie czynniki: 5%*Lpp = 5/100*117.1=5.855 n=95%*Lpp/Odstęp wręgowy=95/100*117.1/0.71=156.6 Zaokrąglając tą wartość w dół otrzymujemy 156m Czyli odległość od pionu rufowego wynosi k=156*0.71=110.76 Faktyczna odległość od pionu dziobowego wynosi L=Lpp-110.76=6.34m 4.4.4 Liczba grodzi Liczba grodzi poprzecznych wodoszczelnych na statkach niemających grodzi wzdłuŜnych nie powinna być mniejsza od liczby podanej w tabeli.
PołoŜenie maszynowni Długość statku [m] Na rufie W innym rejonie
Lf≤65 3 4 65<Lf≤85 4 4 85<Lf≤105 4 5
105<Lf≤125 5 6 125<Lf≤145 6 7
wg. PRS W związku z tym, Ŝe długość statku wynosi 117m, a siłownia zostaje ustawiona na rufie. Liczba grodzi poprzecznych jest ustalona na kg=5, w związku z czym ilość ładowni jest równa 3.
33
4.5 Liczba i rozmieszczenie ładowni
Przyjęto ilość ładowni wynikającą z wymaganej ilości grodzi poprzecznych. Dla pięciu grodzi z maszynownią znajdującą się na rufie, Ŝe projektowany statek posiada 4 ładownie.
4.6 Rozmieszczenie pokładów
Jako pokład główny przyjęto pokład górny, którego połoŜenie wynika z wysokości bocznej „H” i wysokości dna „hdp”. Zostało załoŜone, Ŝe wysokość pierwszego międzypokładu wynosi 3m.
Wysokość ładowni jest określana na podstawie wzoru:
][5.3 mhHH dpp −−=
podstawiając:
[ ]mH p 253.75,3942.069,11 =−−=
gdzie: ][69.11 mH =
H - wysokość statku projektowanego ][942.0 mhdp =
dph -wysokość dna podwójnego
34
4.7 Poło Ŝenia grodzi
Ustalone tutaj zostanie połoŜenie wszystkich grodzi na statku. By obliczenia były kompletne naleŜy policzyć odległość pomiędzy grodziami dzielącymi ładownie.
4.7.1 Odległo ść pomi ędzy grodziami ładowni
By uzyskać odległość pomiędzy grodziami w ładowniach naleŜy od długości pomiędzy pionami odjąć długość skrajników i obliczoną długość maszynowni i podzielić przez ilość grodzi. Otrzymaną ilość naleŜy podzielić przez długość wręgową, zaokrąglić do wartości naturalnej i znowu przez długość wręgową pomnoŜyć. W ten sposób otrzymamy długość ładowni ograniczonej grodziami postawionymi na wręgach. Odstęp wręgowy zaokrąglony dla potrzeb stoczni jest równy 0.71m. Zakładamy, Ŝe grodzie mają róŜne długości. W związku z tym do długości ładowni pierwszej dodamy jedną długość odstępu wręgowego, odejmując ją od długości ładowni ostatniej. Zgodnie z konwencją okrętową obowiązującą na całym świecie grodzie numerowane są od dziobu.
Uwzględniając te wszystkie czynniki:
( )
anLa
Ln
k
LLLLL
g
gp
g
msdsrppgp
⋅=
=
−−−−
=2
podstawiając:
( )
][29.8271.053.30
][24.3171.053.30
][53.3071.043
4356.4371.0
78.30
][78.3025
07.1234.61.71.117
mL
mL
mL
n
mL
gk
gd
g
gpocz
=−=
=+=
=⋅=
≈==
=−
−−−=
gdzie:
ppL - długość pomiędzy pionami
srL - dł. skrajnika dziobowego
sdL - dł. skrajnika rufowego
mL - dł. maszynowni
gk - ilość grodzi
a - odstęp wręgowy
35
4.7.2 Rozmieszczenie grodzi Rozmieszczenie wszystkich pięciu grodzi licząc w metrach od rufy statku. Pierwsza – skrajnik rufowy
][1.7 mSr = Druga – maszynownia
][17.191.707.12 mSLM rm =+=+=
Trzecia – ładownia pierwsza ][48.9982.2971.101 mLMŁ g =+=+=
Czwarta – ładownia druga ][79.5253.3029.8271.102 mLLMŁ ggk =++=++=
Piąta – ładownia trzecia; skrajnik dziobowy ][76.11031.2453.3029.8271.103 mLLLMŁ gdggk =+++=+++=
Sprawdzenie:
][031.2453.3029.8234.607.121.71.117 mS
LLLMLLLS
p
gdgkgdrppp
=−−−−−−=
−−−−−−=
36
4.8 Wielko ść luków ładunkowych
4.8.1 Szeroko ść Luków
Szerokość luków jest określana na podstawie wzoru
BbC ⋅= 7,0 ,
podstawiając:
12.41[m]73.177,0 =⋅=Cb
4.8.2 Długo ść luku
Długość luków jest ustalana na maksymalną moŜliwą po wzięciu poprawki na wytyczne PRS ich dotyczące oraz doświadczenie. Są one następujące
- Minimalna pokładówka pomiędzy lukami powinna wynosić ok. 4 [m]
- Mechanizmy składające pokrywy luków zajmują ok. 2 [m] na luk.
- Luk musi być postawiony na odstępie wręgowym Od odległości pomiędzy grodziami naleŜy odjąć ok. 4 m. Biorąc poprawkę na odstęp wręgowy otrzymujemy faktyczną długość którą z kaŜdego pokładu nad ładownią zostaje przeznaczona na pokład właściwy.
][26.471.06
][6633.571.0
4
0 makL
k
=⋅=⋅=
−≈==
By uzyskać rzeczywistą długość luku naleŜy uzyskaną wartość odjąć od odległości pomiędzy grodziami. NaleŜy przeprowadzić to obliczenie dla kaŜdego luku, w związku z róŜnicami długości ładowni.
][23.8226.429.82
][25.2426.431.24
][53.2426.456.300
mL
mL
mL
LLL
Lk
Ld
L
gL
=−==−=
=−=
−=
gdzie: ][73.17 mB =
B – szerokość pokładu w rejonie luku
37
CZĘŚĆ II
Rozdział V
PARAMETRYCZNE OBLICZENIA
SPRAWDZAJĄCE
38
Zostaną tutaj przeprowadzone obliczenia, których celem jest ustalenie czy obliczony powyŜej statek rzeczywiście ma szanse bezpiecznie pływać. Oszacowujemy stateczność. 5.1 Kryteria wysoko ści metacentrycznej 5.1.1 Kryterium pierwsze Pierwszym kryterium jest określenie początkowej wysokość metacentryczna. Jej odpowiednie określenie zapewnia, Ŝe statek się nie przewróci. Wg. wymagań PRS
][15.00 mh ≥
5.1.2 Kryterium drugie Drugim kryterium jest określenie okresu kołysań. Wynika ono z wysokości metacentrycznej. Jeśli statek jest za sztywny ma małe okresy kołysań, co jest niebezpieczne dla załogi i sprzętu. ZaleŜy ono od nośności, poniewaŜ większe statki z powodu swoich rozmiarów mają większe ramiona siły, czyli momenty wywołane tymi samymi kołysaniami są większe niŜ na małych statkach
8.54[s]
8)5000(10000
40
=
+−=
τ
τ nP
5.2 Krytyczne wysoko ści środka ci ęŜkości statku 5.2.1 Wyznaczenie sMD = dla ró Ŝnych stanów załadowania
][3464tM S = - masa statku pustego
][542.9 tPs == - masa zapasów
][5807tPpc = - masa ładunku
Stan I
1351829.543463%10 DPM SS ==+=⋅+ Stan II
240069.5423463%100 DPM SS ==+=⋅+
Stan III
393267.58029.543463%10%100 DPPM SPCS ==++=⋅+⋅+
Stan IV
4981458079.5423463%100%100 DPPM SPCS ==++=⋅+⋅+
39
5.2.2 Wyznaczenie zanurzenia T dla ró Ŝnych stanów zanurzenia Zanurzenie T wyliczamy z następującego wzoru, gdzie pod „D” podstawiamy odpowiednie wyporności.
⋅+⋅⋅⋅⋅=
kk T
TTBLD ln1,0δρ
Zanurzenie zostało wyliczone programem Solver.
⋅+⋅⋅⋅⋅⋅=6.756
ln1,00.6821025,117.73117.10DT
TT
5.2.3 Wyznaczenie pełnotliwo ści )T(δ dla ró Ŝnych stanów zanurzenia
k
k T
TT ln1,0)( ⋅+= δδ
Podstawiając: stan I:
][5935.0756.6
784.2ln1,06821,0)( −=⋅+=Tδ
stan II:
][6046.0756.6
111.3ln1,06821,0)( −=⋅+=Tδ
stan III:
][6777.0756.6
462.6ln1,06821,0)( −=⋅+=Tδ
stan IV:
][6821.0756.6
756.6ln1,06821,0)( −=⋅+=Tδ
Gdzie: ][6.756mTK = - zanurzenie konstrukcyjne
][117.1 mL == - długość pomiędzy pionami
][9814tD = - wyporność
=3
025,1m
kgρ - gęstość wody morskiej
][17.74mB = - szerokość
][0.6822−=βC - wsp. pełnotliwości kadłuba
Podstawiając: Stan I:
][3518tD =
][784.2 mTD = Stan II:
][4006tD =
][111.3 mTD =
Stan III:
][9326tD =
][462.6 mTD = Stan IV:
][9814tD =
][756.6 mTD =
Gdzie; ][6821,0 −=kδ
][756.6
][462.6
][111.3
][784.2
mT
mT
mT
mT
IV
III
II
I
====
40
5.2.4 Wyznaczenie współczynnika :)T(α dla policzonych stanów zanurzenia
( ) 1,0)( += TT δα Podstawiając: stan I:
][6935,01,05935,0)( −=+=Tα stan II:
][7046,01,06046,0)( −=+=Tα stan III:
][7777,01,06777,0)( −=+=Tα stan IV:
][7921,01,06921,0)( −=+=Tα 5.2.5 Wyznaczenie współczynnika :)T(ε dla policzonych stanów zanurzenia
)12)(1(2)(
3
++=
αααε T
Podstawiając: stan I:
( )][0412,0
)16935,02()16935,0(2
6935,0)(
3
−=+⋅⋅+⋅
=Tε
stan II:
( )][0425,0
)17046,02()17046,0(2
7046,0)(
3
−=+⋅⋅+⋅
=Tε
stan III:
( )][0517,0
)17777,02()17777,0(2
7777,0)(
3
−=+⋅⋅+⋅
=Tε
stan IV:
( )][0523,0
)17921,02()17921,0(2
7921,0)(
3
−=+⋅⋅+⋅
=Tε
Gdzie: ][5935.0)( −=ITδ
][6046,0)( −=IITδ
][6777,0)( −=IIITδ
][6921,0)( −=IVTδ
Gdzie: ][6935,0 −=Iα
][7046,0 −=IIα
][7777,0 −=IIIα
][7921,0 −=IVα
41
5.2.6 Wyznaczenie Bezwymiarowego Promienia Metacen trycznego )(Tζ dla policzonych stanów zanurzenia
)(
)()(
T
TT
δεξ =
Podstawiając: stan I:
0,0695[-]0,5935
0,0412)( ==Tξ
stan II:
0,0704[-]0,6046
0,0425)( ==Tξ
stan III:
0,0763[-]0,6777
0,0517)( ==Tξ
stan IV:
0,0767[-]0,6921
0,0523)( ==Tξ
5.2.7 Wyznaczenie Bezwymiarowego Poło Ŝenia Wysoko ści Środka Obj ętości
:Vζ dla policzonych stanów zanurzenia
)()(
)(
TT
TV δα
αζ+
=
Podstawiając: stan I:
][5388,00,59350,6935
0,6935 −=+
=Vξ
stan II:
][5381,00,60460,7046
0,7046 −=+
=Vξ
stan III:
][5343,00,67770,7777
0,7777 −=+
=Vξ
stan IV:
][5341,00,69210,7821
0,7821 −=+
=Vξ
Gdzie: ][0412,0)( −=ITε
][0425,0)( −=IITε
][0517,0)( −=IIITε
][0523,0)( −=IVTε
Gdzie: ][6935,0 −=Iα
][7046,0 −=IIα
][7777,0 −=IIIα
][7821,0 −=IVα
][0695,0)( −=ITξ
][0704,0)( −=IITξ
][0763,0)( −=IIITξ
][0767,0)( −=IVTξ
][5935.0)( −=ITδ
][6046,0)( −=IITδ
][6777,0)( −=IIITδ
][6921,0)( −=IVTδ
42
5.2.8 Wyznaczenie Bezwymiarowej Warto ści Środka Ci ęŜkości górnejGGξ dla
policzonych stanów zanurzenia
−⋅+⋅= min0
2
)()(1
hT
BTTT
H ddrddV
GórneGkrytyczne ξξξ
Podstawiając: stan I:
( )][787.015.0
784.2
79.180695,0785.25388.0
69.11
1 2
−=
−⋅+⋅=G
Gkrytyczneξ
stan II:
( )][7394.015.0
111.3
79.180704,0111.35481.0
69.11
1 2
−=
−⋅+⋅=G
Gkrytyczneξ
stan III:
( )][6.015.0
462.6
79.180763,0462.65343.0
69.11
1 2
−=
−⋅+⋅=G
Gkrytyczneξ
stan IV:
( )][601.015.0
756.6
79.180767,0756.65341.0
69.11
1 2
−=
−⋅+⋅=G
Gkrytyczneξ
5.2.9 Wyznaczenie Bezwymiarowej Warto ści Środka Ci ęŜkości dolnejGDξ dla
policzonych stanów zanurzenia
⋅−⋅+⋅=22
ln )()(1
zddrddV
eDoGkrytyczne
BC
T
BTTT
HZ
τξξ
stan I:
( )][5639.0
54.8
73.178.0
784.2
79.180695,0785.25388.0
69.11
122
−=
⋅−⋅+⋅=Dkrytyczneξ
stan II:
( )][5161.0
54.8
73.178.0
111.3
79.180704,0111.35481.0
69.11
122
−=
⋅−⋅+⋅=Gkrytyczneξ
stan III:
( )][3772.0
54.8
73.178.0
462.6
79.180763,0462.65343.0
69.11
122
−=
⋅−⋅+⋅=Dkrytyczneξ
stan IV:
( )][3780.0
54.8
73.178.0
756.6
79.180767,0756.65341.0
69.11
122
−=
⋅−⋅+⋅=Dkrytyczneξ
43
5.2.10 Wyznaczenie Wysoko ści Środka Ci ęŜkości Górnej :GGZ dla policzonych
stanów zanurzenia
−⋅+⋅= min0
2
)()( hT
BTTTZ
ddrddV
GórneGkrytyczne ξξ
Podstawiając: stan I:
( )][207.915.0
784.2
79.180695,0785.25388.0
2
mZGórneGkrytyczne =
−⋅+⋅=
stan II:
( )][649.815.0
111.3
79.180704,0111.35481.0
2
mZGórneGkrytyczne =
−⋅+⋅=
stan III:
( )][023.715.0
462.6
79.180763,0462.65343.0
2
mZGórneGkrytyczne =
−⋅+⋅=
stan IV:
( )][033.715.0
756.6
79.180767,0756.65341.0
2
mZGórneGkrytyczne =
−⋅+⋅=
5.2.11 Wyznaczenie Wysoko ści Środka Ci ęŜkości dolnejGDZ dla policzonych
stanów zanurzenia
⋅−⋅+⋅=22
ln )()(zd
drddVeDo
Gkrytyczne
BC
T
BTTTZ
τξξ
stan I:
( )][596.6
54.8
73.178.0
784.2
79.180695,0785.25388.0
22ln mZ eDo
Gkrytyczne =
⋅−⋅+⋅=
stan II:
( )][037.6
54.8
73.178.0
111.3
79.180704,0111.35481.0
22ln mZ eDo
Gkrytyczne =
⋅−⋅+⋅=
stan III:
( )][411.4
54.8
73.178.0
462.6
79.180763,0462.65343.0
22ln mZ eDo
Gkrytyczne =
⋅−⋅+⋅=
stan IV:
( )][421.4
54.8
73.178.0
756.6
79.180767,0756.65341.0
22ln mZ eDo
Gkrytyczne =
⋅−⋅+⋅=
44
5.2.12 Wyznaczenie zało Ŝonych wysoko ści środka ci ęŜkości :GZ
HTZG ⋅= )(δ Podstawiając: stan I:
]`[942,67,11594,0 mZG =⋅=
stan II:
][072,77,11605,0 mZG =⋅=
stan III:
][927,77,11678.0 mZG =⋅=
stan IV:
][979,77,11682,0 mZG =⋅=
5.2.13 Wyznaczenie Środka Wyporu :ZV dla policzonych stanów zanurzenia
DVV TTZ ⋅= )(ξ
Podstawiając: stan I:
][500,12,7845388,0 mZV =⋅=
stan II:
][674,13,1115381,0 mZV =⋅=
stan III:
][453.3462.65343,0 mZV =⋅=
stan IV:
][608.3756.65341,0 mZV =⋅=
45
5.2.14 Wyznaczenie Promienia Metacentrycznego 0r dla policzonych stanów zanurzenia
DDr T
BTTr
2
0 )()( ⋅= ξ
Podstawiając: stan I:
( )[m] 7,742
3,168
39,170,0695)(
2
0 =⋅=Tr
stan II:
( )7,124[m]
3.111
39,170,0704)(
2
0 =⋅=Tr
stan III:
( )][72.3
6.462
39,170,0763)(
2
0 mTr =⋅=
stan IV:
( )][574.3
6.756
39,170,0767)(
2
0 mTr =⋅=
46
5.2.15 Sprawdzenie 5.2.14.1 Sprawdzenie wysoko ści górnej Jeśli wszystkie obliczenia zostały wykonane poprawnie wynika powinien dać 0.15m
)()()()( 00 TZTrTZTh GGV
G −+=
Podstawiając: stan I:
][15.0207.9857.75.1)(0 mThG =−+=
stan II: ][15.07394.0124.7674.1)(0 mThG =−+=
stan III: ][15.06.072.3453.3)(0 mThG =−+=
stan IV: ][15.0601.0574.3608.3)(0 mThG =−+=
Czyli wszystkie obliczenia są zacnie wykonane. 5.2.14.2 Sprawdzenie wysoko ści dolnej
)()()()( 00 TZTrTZTh DGV
D −+=
Podstawiając: stan I:
][761.2596.6857.75.1)(0 mThD =−+=
stan II: ][761.2037.6124.7674.1)(0 mThD =−+=
stan III: ][761.2411.472.3453.3)(0 mThD =−+=
stan IV: ][761.2421.4574.3608.3)(0 mThD =−+=
47
5.2.14.3 Wnioski ze sprawdzenia Stan załadowania 3 i 4 nie spełnia wymogów klasyfikacyjnych dotyczących załadowania. Niezgodności naleŜy skorygować odpowiednim stanem załadowania, kładąc ładunek jak najniŜej ze szczególnym naciskiem na ładunek cięŜki.
0
2
4
6
8
10
2.784 3.112 6.463 6.757
Zanurzenie
Wys
okość Wysokość górna
Wysokość dolna
ZałoŜona
5.3 Zestawienie warto ści stanów załadowania
Stany Załadowania Symbol Stan I Stan II Stan III St an IV
Wyporność D [t] 3518 4006 9326 9814
Wyliczenie D [t] 3518 4006 9326 9814
Zanurzenie T [m] 2.784 3.112 6.463 6.757
RóŜnica Wyporności 0 0 0 0
Współczynnik Pełnotliwości )(−δ 0.594 0.605 0.678 0.682
Współczynnik Alfa )(−α 0.694 0.705 0.778 0.782
Współczynnik Epsylion )(−ε 0.041 0.043 0.052 0.052
Bezowym. Promień Metacentryczny )(−rξ 0.070 0.070 0.076 0.077
Bezowym. PołoŜenie wysok. śr. objęt )(−Vξ 0.539 0.538 0.534 0.534
Bezw. Wart. Środka CięŜkości górne )(−GGξ 0.787 0.739 0.600 0.601
Bezw. Wart. Środka CięŜkości dolne )(−DGξ 0.564 0.516 0.377 0.378
Wysokość Środka cięŜkości górna )(mZ GG 9.208 8.649 7.023 7.034
Wysokość Środka cięŜkości dolna )(mZ DG 6.596 6.037 4.412 4.422
Środek Wyporu )(mZV 1.500 1.675 3.453 3.609
Promień metacentryczny r0 7.858 7.124 3.720 3.575 Sprawdzenie górnego h0
G 0.15 0.15 0.15 0.15 Sprawdzenie dolnego h0
D 2.762 2.762 2.762 2.762
5.4 Opór całkowity statku Jest to sił siła oporu, jakiej poddany jest kadłub okrętu znajdującego się w ruchu. Wszystkie przyjęte prędkości wyraŜane są w metrach na sekundę -> prędkość podana w węzłach pomnoŜona jest o wartość 1852/3600.
Te same opory naleŜy zmierzyć dla prędkości podobnych do przyjętej prędkości kontraktowej. W tym celu policzymy dane opory dla wartości +/- 1[w]. Prędkość kontraktowa wynosi 16.5[w]. Obliczenia dla róŜnych prędkości dla klarowności pracy będą grupowane wzorami dla prędkości 15.5, 16.5 i 17.5 [w].
5.4.1 Opór całkowity statku wyrazi ć moŜna jako:
( ) ( )[ ]FFRT CkCCSVR ∆++⋅+⋅+⋅⋅⋅⋅= 115,0 2 ερ
Gdzie:
RT – opór całkowity
CR – opór resztowy
CF – opór lepkości
∆CF – poprawka współczynnika lepkości na chropowatość
ρ – gęstość wody
V – prędkość
S- powierzchnia zwilŜona
k – współczynnik kształtu uwzględniający przestrzenność przepływu
ε – wartość zwiększająca opór o 25%, zbliŜając opór do wartości rzeczywistej
5.4.2 Zanurzenie Opory są liczone dla współczynnika wykorzystania nośności λ=0.8. Oznacza to zmianę zanurzenia a w związku z tym współczynnika pełnotliwości. 5.4.2.1 Wyporno ść Daną wyporność liczymy z sumy masy statku pustego oraz 80% moŜliwej nośności Dp=Msp+0.8*Pn Podstawiając:
][854464508.03464 tWp =⋅+=
5.4.2.2 Zanurzenie Zanurzenie wylicza się z równości
⋅+⋅⋅⋅⋅=
kk T
TTBLD ln1,0δρ
Podstawiając:
⋅+⋅⋅⋅⋅⋅=6.756
ln1,00.6821025,117.73117.10DT
TT
Ostatecznie otrzymujemy jest wartością, którą będziemy uŜywali w dalszym liczeniu oporów statku T=5.988[m]
50
5.4.3 Opór resztowy Opór resztowy obejmuje opór falowy oraz opór wirowy. Opór falowy ma związek ze stratą energii spowodowaną przez fale generowane ruchem statku, natomiast opór wirowy powoduje straty spowodowane oderwaniem się warstwy przyściennej tworzącej wiry, szczególnie w rufowej części statku.
( ) ( ) ( ) 17,05,22,005,0100012,04103,3108,01010 33243 ⋅
−++⋅⋅+⋅+⋅−⋅−=⋅ ∇∇
dpNR T
BCCCFC
5.4.3.1 Liczba Frouda Opisuje stosunek sił bezwładności w opływie ustalonym do sił grawitacyjnych. Prędkość musi być przedstawiona w m/s
Lg
VFr ⋅
=
Podstawiając: Prędkość 15.5[w]:
][0.23531.11781.9
)4(514.05.15−=
⋅⋅
=rF
Prędkość 16.5[w]:
][2504.01.11781.9
)4(514.05.16 −=⋅
⋅=rF
Prędkość 17.5[w]:
][0.26561.11781.9
)4(514.05.17−=
⋅⋅
=rF
Dla okrętów o pełnotliwych kształtach jest to niekorzystna wartość liczby, zgodnie z wykresem oporu falowego w stosunku do wartości Fn. 5.4.3.2 Współczynnik Pełnotliwo ści Walcowej
M
Bp C
CC =
Podstawiając:
9744.0
6821.0=pC =0.7[-]
Gdzie: Fn – liczba Frouda Cp – wsp. pełnotliwości walcowej
∇C - względne wydłuŜenie kadłuba
V – prędkość g – przyśpieszenie ziemskie g = 9.81 [m^2/s] L – długość L = 117.1 [m]
Gdzie: CP – wsp. pełnotliwości walcowej CB – wsp. pełnotliwości kadłuba CM – wsp. pełnotliwości owręŜa
51
5.4.3.3 Wydłu Ŝenie wzgl ędne bryły
3LC
∇=∇
ρλ PnMs ⋅+=∇
Podstawiając:
8544025.1
63508.03464 =⋅+=∇
0051.01605752
8544 ==∇C
5.4.3.4 Warto ść oporu resztowego Prędkość 15.5[w]:
( ) ( ) ( ) 17,05,2988.5
73.172,005,00051.0100012,040051.0103,37.0108,02353.01010 33243 ⋅
−++⋅⋅+⋅+⋅⋅−⋅⋅−⋅=⋅ RC
CR=0.0014[-] Prędkość 16.5[w]:
( ) ( ) ( ) 17,05,2988.5
73.172,005,00051.0100012,040051.0103,37.0108,02504.01010 33243 ⋅
−++⋅⋅+⋅+⋅⋅−⋅⋅−⋅=⋅ RC
CR=0.0018 [-] Prędkość 17.5[w]:
( ) ( ) ( ) 17,05,2988.5
73.172,005,00051.0100012,040051.0103,37.0108,00.26561010 33243 ⋅
−++⋅⋅+⋅+⋅⋅−⋅⋅−⋅=⋅ RC
CR=0.0023[-]
5.4.4 Opór lepko ści Wartość CF jest oporem tarcia płaskiej płyty o takiej samej powierzchni zwilŜonej i takiej samej długości jak powierzchnia zwilŜona i długość kadłuba okrętu. Ze względu na róŜnice w opływie spowodowane przede wszystkim istnieniem gradientu ciśnienia opór tarcia ciała trójwymiarowego w szczególności kadłuba okrętu, jest inny niŜ opór tarcia ekwiwalentnej płaskiej płyty. Dlatego dodajemy współczynnik k, który uwzględnia przestrzenność opływu.
0FF CkC ⋅=
( )202)log(
075,0
−=
N
FR
C
T
B
B
Lk
⋅
⋅+=2
20017,0
δ
⋅+=
k
dk T
Tz ln1,0)( δδ
Gdzie: CF – opór tarcia δ - wsp. pełnotliwości zaleŜny od T Td – zanurzenie na próby Tk – zanurzenie konstrukcyjne
52
5.4.4.1 Liczba Reynoldsa Opisuje stosunek sił bezwładności w opływie ustalonym do sił lepkości. Prędkość musi być przedstawiona w m/s
νLV
Rn
⋅=
Podstawiając: Prędkość 15.5[w]:
62249876010
2
31.4117)4(514.05.15
6
=⋅
⋅⋅=
−nR
Prędkość 16.5[w]:
66265997110
2
31.117)4(514.05.16
6
=⋅
⋅⋅=
−nR
Prędkość 17.5[w]:
70282118110
2
31.4117)4(514.05.17
6
=⋅
⋅⋅=
−nR
5.4.4.2 Współczynnik lepko ści
( )202)log(
075,0
−=
N
FR
C
Podstawiając: Prędkość 15.5[w]:
( )][0016.0
2)622498760log(
075,020 −=
−=FC
Prędkość 16.5[w]:
( )][0016.0
2)662659971log(
075,020 −=
−=FC
Prędkość 17.5[w]:
( )][0016.0
2)702821181log(
075,020 −=
−=FC
Gdzie: υ – kinematyczny współczynnik lepkości υ – 3/2*10-6
53
5.4.4.2 Współczynnik kształtu
T
B
B
L
zk
⋅
⋅+=2
)(20017,0
δ
⋅+=
k
dk T
Tz ln1,0)( δδ
Podstawiając:
670.07565.6
988.5ln1,06821.0)( =
⋅+=zδ
0.1957
756.6
73.17
73.17
1.117
670.020017,0
2=
⋅
⋅+=k
5.4.4.3 Warto ść
0)1( FF CkC ⋅+=
Podstawiając:
0.00190016.01956.0 =⋅=FC [-] 5.4.5 Chropowato ść powierzchni kadłuba RozróŜniamy ogólna i miejscową chropowatość kadłuba. Ogólna pokrywa w przybliŜeniu równomiernie całą powierzchnię zwilŜoną kadłuba, miejscowa jest związana z lokalnymi wypukłościami lub wklęsłościami poszycia. Kolejnym problemem jest chropowatość wywołana porastaniem organizmami Ŝywymi, którą tutaj będziemy brali za jedyną znaczącą.
)006,0076,0(10 23 nnCF ⋅+⋅⋅=∆ − Podstawiając:
0.0006
)36006,06076,0(10 3
=∆⋅+⋅⋅=∆ −
F
F
C
C
5.4.6 Powierzchnia zwil Ŝona
( ) LBTTS ⋅⋅+⋅= )(7,1 δ
⋅+=
K
Dk T
TT ln1,0)( δδ
Podstawiając:
][670.0)(
756.6
5.988ln1,06821.0)(
−=
⋅+=
T
T
δ
δ
( )][2584
1.11773.17670.0756.67,1
mS
S
=⋅⋅+⋅=
Gdzie: n – ilość miesięcy od ostatniego czyszczenia kadłuba δk – pełnotliwość konstrukcyjna kadłuba δ(z) – pełnotliwość w zaleŜności od T TD – zanurzenie w zaleŜności od załadowania TD=6.756 [m] TK – zanurzenie konstrukcyjne TK=5.988 [m]
54
5.4.7 Obliczenie ostateczne Przy obliczaniu oporu całkowitego naleŜy uwzględnić zmianę jednostek prędkości - z węzłów na metry na sekundę.
( ) ( )[ ]FFRT CkCCSVR ∆++⋅+⋅+⋅⋅⋅⋅= 115,0 2 ερ Podstawiając: Prędkość 15.5[w]:
( ) ( )[ ]424.2[N]
0.00060.195710.00160.001425.012584))4(514.05.15(025.15.0 2
=++⋅+⋅+⋅⋅⋅⋅⋅=
T
T
R
R
Prędkość 16.5[w]:
( ) ( )[ ]526.3[N]
0.00060.195710.00160.001825.012584))4(514.05.16(025.15.0 2
=++⋅+⋅+⋅⋅⋅⋅⋅=
T
T
R
R
Prędkość 17.5[w]: ( ) ( )[ ]
659.6[N]
0.00060.195710.00160.00225.012584))4(514.05.17(025.15.0 2
=++⋅+⋅+⋅⋅⋅⋅⋅=
T
T
R
R
5.4.8 Moc holowania Moc holowania jest to ostateczna moc wpływająca na prędkość płynięcia statku, z uwzględnieniem wszystkich oporów i strat na wałach.
vRN th ⋅= Podstawiając: Prędkość 15.5[w]:
[kW] 3383
)4(514.05.152.424
=⋅⋅=
h
h
N
N
Prędkość 16.5[w]:
[kW] 4467
)4(514.05.163.526
=⋅⋅=
h
h
N
N
Prędkość 17.5[w]:
5938[kW]
)4(514.05.17659.6
=⋅⋅=
h
h
N
N
55
ZaleŜność oporu od prędkości
0.0
200.0
400.0
600.0
800.0
1000.0
1200.0
1400.0
1600.0
0.5
2.5
4.5
6.5
8.5
10.5
12.5
14.5
16.5
18.5
20.5
Prędko ść [w]
Opó
r [k
N]
Opór
ZaleŜność oporu od prędkości
0
100200
300
400
500600
700
15.5 15.7 15.9 16.1 16.3 16.5 16.7 16.9 17.1 17.3 17.5
P r ędk o ść [ w]
Opór
56
ZaleŜność mocy holowania od prędkości
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
0.5
2.5
4.5
6.5
8.5
10.5
12.5
14.5
16.5
18.5
20.5
Prędko ść [w]
Moc
[kW
]
Moc holowania
ZaleŜność mocy holowania od prędkości
0
10002000
30004000
50006000
7000
15.5 15.7 15.9 16.1 16.3 16.5 16.7 16.9 17.1 17.3 17.5
Prędkość [w]
Moc
[kW
]
Moc holowania
57
Moc i opór w zaleŜności od prędkości
0.0
2000.0
4000.0
6000.0
8000.0
10000.0
12000.0
14000.0
16000.0
0.5
2.5
4.5
6.5
8.5
10.5
12.5
14.5
16.5
18.5
20.5
Prędko ść [w]
Opó
r [k
N] i
Moc
[kW
]
Wartość Oporu
Moc holowania
Moc i opór w zaleŜności od prędkości
0
10002000
3000
4000
50006000
7000
15.5 15.7 15.9 16.1 16.3 16.5 16.7 16.9 17.1 17.3 17.5
Prędkość [w]
Opó
r [k
N] i
Moc
[kW
]
Wartość Oporu
Moc holowania
5.6 Zestawienie warto ści oporów i mocy holowania dla ró Ŝnych pr ędko ści Symbol Jednostka v-1 v v+1
Prędkość m/s 15.5 16.5 17.5 Człon 1 - pogoda Epsylion ε - 0.25 0.25 0.25 Wartość - 1.25 1.25 1.25 Człon 2 - opór resztowy Przyśpieszenie Ziemskie g m/s2 9.81 9.81 9.81 Liczba Frouda Fn - 0.2353 0.2504 0.2656 Współczynnik Pełnotliwości Walcowej - 0.7000 0.7000 0.7000 Współczynnik Wykorzystania Nośności - 0.8 0.8 0.8 WydłuŜenie względne bryły - 0.0052 0.0052 0.0052 Współczynnik Oporu Resztowego - 0.0014 0.0018 0.0023 Człon 3 - opór lepko ści Współczynnik Lepkości Kinetycznej m2/s 0.0000015 0.0000015 0.0000015 Liczba Reynoldsa Rn - 622498760 662659971 702821181 Współczynnik Lepkości Cf - 0.0016 0.0016 0.0016 Współczynnik k - 0.1957 0.1957 0.1957 Współczynnik Oporu Lepkości po popr. - 0.0019 0.0019 0.0019 Człon 4 - chropowato ść kadłuba Współczynnik zarośnięcia N - 6 6 6 Poprawka wsp. Op. Lepk. Na chropow. - 0.000672 0.000672 0.000672 Człon 5 - powierzchnia zanurzona Wartość S m2 2584 2584 2584 Wartość Oporu Rt kN 424.2 526.3 659.6 Moc holowania Nh kW 3383 4467 5938