МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«СЕВАСТОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Морской институт
Кафедра «Судовождение и безопасность судоходства»
26.05.05 Судовождение
Судовождение на морских путях
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине
«Теория и устройство судна»
на тему
«Оптимизация грузового плана судна по параметрам посадки и остойчивости»
Выполнил: обучающийся
группы С/с-19-2-о
Борисов К.И.
№ з/к 824156
Научный руководитель:
проф. Никитин Е.В.
Оценка:___________________
«____» ___________2023 г.
Севастополь
2023
СОДЕРЖАНИЕ
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ……………………………………………….….3
ВЕДЕНИЕ………………………………………………………..…………………...…..4
1. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПОСАДКИ И ОСТОЙЧИВОСТИ СУДНА ДЛЯ
РАЗМЕЩЕНИЯ ГРУЗОВ……………………………………………………………………….5
1.1 Выбор возможного варианта размещения грузов………………………………….5
1.2 Расчет весового водоизмещения и координат ЦТ судна после погрузки…….…..5
1.3 Расчет значения метацентрических высот……………………………………….....5
1.4 Расчет параметров посадки судна……………………………………………….…..6
1.5 Расчет и постройка диаграммы статической остойчивости судна……………..…6
1.6 Расчет критерий погоды судна………………………………………………………7
1.7 Расчет и постройка диаграммы динамической остойчивости судна…………..….8
1.8 Определим критерий погоды судна с помощью ДДО………………………..……9
1.9 Расчет площадей диаграммы статической остойчивости для углов крена 0-30º, 040º и 30-40º…………………………………………………………………………………….…9
1.10 Сравнение полученных результатов и установленных норм…………..………10
Заключение……………………………………………………………………….……..10
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК……………………………………………….....11
ПРИЛОЖЕНИЯ…………………………………………………………………...…….12
2
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
В таблице 1 и 2 находятся исходные данные для решения курсового проекта.
В таблице 1 представлены данные о судне.
В таблице 2 представлены веса дополнительных грузов, принимаемых на судно.
Таблица 1 – Данные о судне
Name of parameter
Length between perpendiculars (длина по КВЛ)
Breadth molded (ширина корпуса)
Displacement (водоизмещение)
Draft FP (осадка носом)
Draft AP (осадка кормой)
Mean draft (средняя осадка)
Angle of heel (угол крена)
Metacentric height (метацентрическая высота)
Corrected metacentric height (исправленная
метацентрическая высота)
Free Surface Correction (поправка к
метацентрической высоте на свободные
поверхности жидкостей)
z-coordinate of metacentre (отстояние
поперечного метацентра от киля)
z-coordinate of metacentre (longitudinal) –
отстояние продольного метацентра от киля
x-coordinate of centre of gravity (абсцисса ЦТ
судна)
y-coordinate of centre of gravity (ордината ЦТ
судна)
z-coordinate of centre of gravity (аппликата ЦТ
судна)
Water specific gravity (удельный вес
забортной воды)
Briese
Co
LBP
В
Disp
Draft FP
Draft AP
Draft MS
Heel
GM
GM’
IMO
Value
Unit
L
В
Δ
TKF
TKA
TKM
φ
GM
GMc
94
16.6
7514.5
5.871
6.850
6.361
0
0.701
0.622
m
m
t
m
m
m
grad
m
m
FSC
ΔKG
0.079
m
KMT
KM
7.411
m
KML
KML
126.601
m
LCG
XG
45.624
m
TCG
YG
0.00025
m
VCG
КG
6.71
m
WSG
ρ
1.025
t/m3
Таблица 2 – Веса дополнительных грузов, принимаемых на судно
Version
4
w1,t
80
w2,t
40
w3,t
120
Координаты мест погрузки (точек А,В,С)
A (x = 80 т; y = -6,5 т; z = 6,3 т)
B (x = 35 т; y = 7,0 т; z = 8,5 т)
C (x = 28 т; y = 2,5 т; z = 8,1 т)
3
ВЕДЕНИЕ
Мореходные качества судна— качества судна, которые определяют его способность
безопасно совершать плавание при любом состоянии моря и любой погоде, а также
сохраняя живучесть в случае повреждения. Мореходные качества являются предметом
изучения науки под названием «теория устройства судна». Одним из таких качеств является
остойчивость судна.
Остойчивость — это способность судна сопротивляться кренящему действию
внешних сил и возвращаться в прямое положение после прекращения этого действия.
Оценка и контроль остойчивости судна в условиях эксплуатации является
важнейшим элементом профессиональной подготовки командного состава судов.
Остойчивость судов ограниченного и неограниченного районов плавания считается
по критерию погоды К достаточной, если при наихудшем в отношении остойчивости
варианте нагрузки динамически приложенный кренящий момент от давления ветра.
Для судов, специально предназначенных для работы в тяжелых штормовых
условиях, значение критерия погоды К подлежит в каждом случае специальному
рассмотрению Регистром.
Суда, остойчивость которых по критерию погоды не удовлетворяет требованиям,
предъявленным к судам ограниченного района плавания, могут быть допущены к
эксплуатации как суда ограниченного района плавания с установлением для них
дополнительных ограничений по усмотрению Регистра с учетом особенностей района и
характера эксплуатации.
4
1. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПОСАДКИ И ОСТОЙЧИВОСТИ СУДНА ДЛЯ
РАЗМЕЩЕНИЯ ГРУЗОВ
1.1 Выбор возможного варианта размещения грузов
Грузовое многоцелевое судно изначально имеет на борту 222 контейнера и его
параметры посадки и остойчивости указаны в таблице 1.
На судно предполагается погрузить три отдельных дополнительных груза весом:
w1 = 80 т., w2 = 40 т., w3. = 120 т.
Координаты мест погрузки (точек А,В,С) следующие:
A (x = 80 т; y = -6,5 т; z = 6,3 т)
B (x = 35 т; y = 7,0 т; z = 8,5 т)
C (x = 28 т; y = 2,5 т; z = 8,1 т).
Каждый груз w1, w2, w3 может быть установлен только в одно из указанных мест.
Выбираем один из возможных вариантов размещения грузов:
w3 – A; w1 – С ; w2 – B.
Такой выбор основывается на следующих соображениях:

самый тяжелый груз w1 располагается в самое нижнее из возможных мест
погрузки (точку A), что должно обеспечить наилучшую остойчивость судна;

для обеспечения симметричности нагрузки относительно диаметральной
плоскости и, как следствие, посадки судна без значительного крена, второй по весу груз w3
располагается на противоположном борту (точке B).
1.2 Расчет весового водоизмещения и координат ЦТ судна после погрузки
Δ1 = Δ + w1 + w2 + w3 = 7514,5 + 80 + 40 + 120 = 7754,5 т.
XG1 =
YG1 =
KG1 =
∆ × XG + w2 XB + w1 XC+ w3 XA
1
∆ × YG + w1 YB + w2 YC+ w3 YA
1
=
∆ × KG + w3 ZB + w2 ZC+ w1 ZA
1
=
7514,5 ∗ 45,624 + 40 ∗ 35 + 80 ∗ 28 + 120 ∗ 80
7754,5
7514,5 ∗ 0,00025 + 40 ∗ 7 + 80 ∗ 2,5 + 120 ∗ (−6,5)
7754,5
=
7514,5 ∗ 6,71 + 40 ∗ 8,5 + 80 ∗ 8,1 + 120 ∗ 6,3
7754,5
XG1 = 45,92 м. YG1 = -0,04 м. KG1 = 6,73 м.
Используя гидростатические данные из приложения 1 по водоизмещению Δ1 =7754,5
методом интерполяции определяем следующие элементы погруженного объема судна:

среднюю осадку ТКМ1 = 6,575 м;

продольную координату центра величины ХВ1 = 46,712 м;

вертикальную координату ЦВ КВ1 = 3,537 м;

вес, изменяющий среднюю осадку судна на 1 см ТРС1 = 14,535 т/см;

продольную координату ЦТ действующей ВЛ XF1 = 42,002 м;

момент, дифферентующий судно на 1° Mθ1 = 16464 тм/град;

расстояние продольного метацентра от киля KML1 = 121,88 м;

расстояние поперечного метацентра от киля KM1 = 7,371 м.
1.3 Расчет значения метацентрических высот
GMcorl = KM1 – KG1 – FSC = 7,371-6,73-0,079=0,562 м.
GML1 = KML1 – KG1 = 121,88 – 6,73=115,15 м.
5
Расчет поперечной исправленной метацентрической высоты GMcorl произведен с
поправкой на свободные поверхности FSC, которая не изменилась после погрузки трех
дополнительных грузов
1.4 Расчет параметров посадки судна
– Угол крена судна:
w1 YB + w2 YC+ w3 YA
40 ∗ 7 + 80 ∗ 2,5 + 120 ∗ (−6,5)
φ1 =
∗ 57,3 =
∗ 57,3 = −3,94°
Δ1 ∗ GMcorl
7754,5 ∗ 0,562
– Угол дифферента:
∆ ∗(XG1 −XB1 )
7754,5∗(45,92 − 46,712)
Ɵ1 = 1
=
= −0,37°
16464
M  10
– Изменение осадки на НП:
δTKF = (L-XF1)*tgθ1 = (94-42,002)*tg(-0,37) = -0,33 м.
– Изменение осадки на КП:
δTKА = -XF1*tgθ1 = -42,002*tg(-0,37) = 0,27 м.
– Осадка судна на НП:
TKF1 = TKM1+ δTKF = 6,575-0,33=6,245 м.
– Осадка судна на КП:
TKA = TKM1+ δTKА=6,575+0,27=6,845 м
1.5 Расчет и постройка диаграммы статической остойчивости судна
Используя данные из приложение 2 по интерполяционным кривым, по известному
водоизмещению Δ1, определил плечи остойчивости формы LK для углов крена 5, 10, 20,
…60 градусов.
В таблице 3 представлены данные для графика статической остойчивости
Таблица 3 – Данные для графика статической остойчивости
Line
φ
degree
5
10
20
30
40
50
60
1
LK
m
0,6445
1,288
2,458
3,60175
4,635
5,345
5,774
2
KG1сor* sin
m
0,586
1,168
2,302
3,365
4,326
5,155
5,83
3
GZ
0,0585 0,12
0,156 0,23675 0,309
KM1 = 7,371 KG1сor = KG1 + FSC = 6,73+0,079=6,809 м.
GМ1сor= KM-KG1сor=7,411-6,809=0,502 м.
0,19
-0,056
m
По данным таблицы 3, построил диаграмму статической остойчивости судна.
На рисунке 1 представлена диаграмма статической остойчивости судна.
6
Рисунок 1 – Диаграмма статической остойчивости судна
1.6 Расчет критерий погоды судна
Вычислим плечо кренящего момента lw1 от бокового ветра по формуле:
𝑙
𝑝𝑣 ∗𝐴∗𝑧𝑣
504∗964∗9,88
𝑤1=
=
=0,063
1000∗𝑔∗Δ 1000∗9,81∗7754,5
где:
pv – удельное давление ветра (504 Па);
А – площадь парусности (964 м2);
zv – высота центра парусности судна от уровня, равного половине осадки судна (9.88
м).
На ДСО судна откладываем величину lw1 и определяем угол крена от постоянно
дующего ветра.
φ0 = 6°
Определим исходные коэффициенты и параметры для расчета амплитуды бортовой
качки судна φ1 от удара бокового шквального ветра lw2 :
𝐾𝐺 − 𝑇
6,71 − 6,575
𝑟 = 0,73 + 0,6 ∗
= 0,73 + 0,6 ∗
= 0,742
𝑇
6,575
где:
В – ширина корпуса судна на миделе (16,6 м);
Т – средняя осадка и длина судна, м.
с = 0,373 + 0,023(B/T) – 0,043(L/100) = 0,373 + 0,023(16,6/6,575) – 0,043(94/100) = 0,391
τr =
2cB
√GM
=
2∗0,391∗16,6
√0,502
= 18,32
где:
τr– период качки судна, сек.
Δ
7754,5
СВ = pLBT = 1,025∗94∗16,6∗6,575 = 0,74
7
где:
ρ– удельный вес забортной воды (1,025 т/м3).
B
16,6
=
= 2,525
T 6,575
Используя полученные значения и приложение 3, определяем коэффициенты
X1,X2,k,s:
X1 = 0,965 X2 = 1 k = 1 s =0,03704
Определим амплитуду бортовой качки от удара бокового шквального ветра по
формуле:
φr=109*k*X1*X2* √r*s = 109*1*0,965*1* √0,742*0,03704 = 17,44°
Вычислим величину плеча кренящего момента от шквального ветра по формуле:
lw2 = 1,5* lw1 = 1,5*0,063 = 0,0945
От найденного ранее значения φ0 на ДСО откладываем влево величину амплитуды
бортовой качки φ1 и, в точке пересечения с GZ – кривой, проводим вертикальную прямую.
Откладываем на ДСО плечо кренящего момента от шквального ветра lw2 до
пересечения с проведенной ранее вертикальной прямой и нисходящей ветвью GZ – кривой.
Находим угол φ2, определяющий правую границу площади B и откладываем его на
ДСО.
Сравниваем площади сегментов А и В, и приходим к заключению, что SB > SA
следовательно соответствие выбранного грузового плана судна установленным ИМО
нормам по критерию погоды.
Определим на ДСО угол заката φv, максимальное плечо восстанавливающего
момента GZmax и угол, при котором оно достигается φm.
φv = 55,6° GZmax = 0,309 м. φm = 39,9°
1.7 Расчет и постройка диаграммы динамической остойчивости судна
Рассчитываем плечи динамического кренящего момента:
GZdyn(0°) = 0 м.
δφ
GZdyn (10°) =
∗ (GZ0 + GZ10 ) = 0,0873 ∗ 0,12 = 0,0105 м.
2
δφ
GZdyn (20°) =
∗ (GZ0 + 2GZ10 + GZ20 ) = 0,0345 м.
2
δφ
GZdyn (30°) =
∗ (GZ0 + 2GZ10 + 2GZ20 + GZ30 ) = 0,0688 м.
2
δφ
GZdyn (40°) =
∗ (GZ0 + 2GZ10 + 2GZ20 + 2GZ30 + GZ40 ) = 0,11 м.
2
δφ
GZdyn (50°) =
∗ (GZ0 + 2GZ10 + 2GZ20 + 2GZ30 + 2GZ40 + GZ50 ) = 0,16 м.
2
δφ
GZdyn (60°) =
∗ (GZ0 + 2GZ10 + 2GZ20 + 2GZ30 + 2GZ40 + 2GZ50 + GZ60 ) = 0,171 м.
2
Используя полученные данные, построил диаграмму динамической остойчивости
судна.
На рисунке 2 представлена диаграмма динамической остойчивости судна.
8
Рисунок 2 – Диаграмма динамической остойчивости судна
1.8 Определим критерий погоды судна с помощью ДДО
Через точку, соответствующую углу крена φ1-φ0 = -3,94°-6°= -9,94° проводим
вертикаль до пересечения с кривой GZdyn(φ) и получаем точку A1:
Из точки A1 откладываем влево отрезок длиной 2*(φ1-φ0) = -19,88° и получаем точку
А.
Из точки А вдоль φ оси откладываем отрезок длиной 1rad и получаем точку В1, а
затем вдоль оси GZdyn(φ) – отрезок длиной lw2 = 0,0945
Таким образом, получаем точку В;
Через точки А и В проводим наклонную прямую, соответствующую динамическому
плечу кренящего момента lw2 от бокового шквального ветра;
Прямая АВ пересекает кривую GZdyn(φ) в точке D, опуская перпендикуляр из
которой, определяем динамический угол крена судна φd= 39,8º от шквального ветра lw2.
Этот угол значительно меньше, чем φ2=50º. Следовательно, динамическая
остойчивость судна соответствует критерию Погоды. В том числе это означает, что SB > SA
1.9 Расчет площадей диаграммы статической остойчивости для углов крена 030º, 0-40º и 30-40º
Проверяем соответствие построенной ДСО судна критериям ИМО, для чего:
Определяем площади под GZ-кривой в диапазонах углов крена 0-30º, 0-40º и 30-40º.
Это можно сделать, используя построенную ДДО судна, где искомые площади изображены
в виде соответствующих отрезков. Они соответственно равны:
S0-30º=0,0688*rad
S0-40º=0,11*rad
S30-40º=0,0412*rad
На рисунке 3 представлена проверка критериев ИМО
9
Рисунок 3 – Проверка критериев ИМО
1.10 Сравнение полученных результатов и установленных норм
Полученные результаты по фактическим значениям критериев остойчивости и их
установленные нормы свёл в таблицу.
В таблице 4 представлены результаты контроля точности приборов
Таблица 4 – Результаты контроля точности приборов
Name of Criterion
Weather criteria
Term
area B
area A
φ0-30º
φ0-40º
φ30-40º
GZφ≥30º
Units
Hell angle for GZmax φm
Corrected
GМ1сor
metacentric height
Area under the
GZ-curve
Righting lever at
angle φ ≥ 30 º
m*rad
m*rad
m*rad
m
Actual number
area B > 1
area A
0,0688
0,11
0,0412
0,23675
IMO equirment
area B ≥ 1
area A
≥0,055
≥0,09
≥0,3
≥0,2
degree
m
5
0,502
≥5
≥ 0,15
-
Заключение. Выбранный нами грузовой план (вариант размещения
дополнительных грузов) вполне оптимален по критериям остойчивости судна, но не по
параметрам посадки.
10
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.
Никитин Е.В. Остойчивость судна: теория, оценка и контроль в условиях
эксплуатации. - На русском и английском языках. Севастополь, Академия ВМС
им.П.С.Нахимова. 2009—236с.
2.
Мельник В.Н. Эксплуатационные расчеты мореходных характеристик судна.
М.: Транспорт, 1990. – 142 с.
3.
Nikitin Y.V. Fundamentals of Ship Theory. Volume 1. Stability of Ship.
Севастополь, СВМИ им. П.С.Нахимова. 2004—130с.
4.
Gillmer T.C., Johnson B. Introduction to Naval Architecture. Annapolis: Naval
Institute Press. – Maryland, USA, 1982. – 324 p.
5.
Rawson K.J., Tupper E.C. Basic Ship Theory. 2 volumes. –London & New York:
Longman, 1976. – 623 p.
6.
Muckle W. Naval Architecture for Marine Engineers. –London: NewnesButterworths, 1975. – 407 p.
7.
Дробленков В.Ф., Ермолаев А.И. и др. Справочник по теории корабля. – М.:
Воениздат, 1984. – 590 с.
8.
Новиков Л.А., Житницкий М.И. Теория, устройство и живучесть корабля. –
Л.: ВВМУ им. Фрунзе, 1987. – 496 с.
9.
Бобин В.И. Терминологический справочник судоводителя по ведению дел и
документации на английском языке. – М.: Транспорт, 1999.– 272 с.
10.
Derrett D.R. Ship Stability for Masters and Mates. Fifth edition. ButterworthHeinemann. 1999.—447pp.
11.
Справочник капитана дальнего плавания /Л.Р.Аксютин, Ю.И.Белов,
В.М.Бондарь и др. Под. ред. Г.Г.Ермолаева. М.: Транспорт, 1988. – 248 с.
12.
Справочник по теории корабля. Т 1-3. Под ред. Войткунского И.Я. Л.:
Судостроение, 1985.
13.
Amendments to the Code on Intact Stability for all ships by IMO Instruments
(Resolution MSC.75 (69) amending Resolution A.749 (18). 1999.
14.
Российский Морской Регистр Судоходства: Правила классификации и
постройки морских судов / Том 1 // НД №2-02001-052. – СПб., 2008. –500 c.
11
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
ГИДРОСТАТИЧЕСКИЕ ТАБЛИЦЫ
(КРИВЫЕ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ЧЕРТЕЖА)
(HYDROSTSTATIC DATA)
TF
Δ
XB
KB
meters
tons
meters
meters
6.550
6.600
7711.01
7783.69
46.734
46.690
3.522
3.551
TPC
tons
cm
14.52
14.55
XF
meters
42.015
41.995
Mθ1
t*m
deg
16436
16526
KML
KM
meters
meters
122.12
121.64
7.366
7.376
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
ИНТЕРПОЛЯЦИОННЫЕ КРИВЫЕ (ПАНТОКАРЕНЫ)
(CROSS CURVES OF STABILITY)
Δ
TKM
tons
meters
5°
10°
20°
30°
40°
50°
60°
7638
6.50
0.643
1.285
2.462
3.604
4.641
5.363
5.790
7784
6.6
0.645
1.289
2.457
3.601
4.623
5.339
5.769
LK at specific heel angles, meters
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Values of factor X1
Values of factor X2
B/T
X1
CB
X2
≤ 2,4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
3.0
3.1
1.0
0.98
0.96
0.95
0.93
0.91
0.90
0.88
≤ 0.45
0.50
0.55
0.60
0.65
≥ 0.70
0.75
0.82
0.89
0.95
0.97
1.0
Values of factor
k
AK*100
k
LB
0
1.0
1.0
0.98
1.5
0.95
2.0
0.88
2.5
0.70
3.0
0.74
3.5
0.72
≥ 4.0
0.70
Values of factor
s
τr
s
≤6
7
8
12
14
16
18
≥ 20
0.100
0.098
0.093
0.065
0.053
0.044
0.038
0.035
12