Влияние формы корпуса судна на его движение при нерегулярном морском волнении.
Карпов Петр Павлович,
ассистент кафедры Конструкции судов.
Научный руководитель – кандидат технических наук, доцент
Суров Олег Эдуардович,
Дальневосточный Государственный Технический Университет.
В работе исследовано влияние формы корпуса на
прочность (волновой изгибающий момент) и кинематические параметры продольной
качки для судов с различными коэффициентами общей полноты - Cb, положений центра величины -
xc и центра тяжести площади
ватерлинии - xf.
Для этих целей использовались программа расчета
продольной качки "MOTION", а также подпрограмма, позволяющая автоматически
формировать различные формы корпуса судна при изменении параметров xc, xf и xg
[1, 2]. Математические модели корпусов судов формировались при помощи
аналитических зависимостей. Передача полученных ординат судовой поверхности в
программный пакет MOTION происходит автоматически.
Двадцать различных по форме
корпусов судов были получены при двух коэффициентах общей полноты Cb=0.838 и 0.738. Получено,
чем больше параметр (xf - xc)/L, тем больше полнота кормовой оконечности
судна и чем меньше параметр (xf - xc)/L, тем больше полнота носовой
оконечности. Данный параметр характеризует наличие бульбовой наделки или сигарообразной
кормы [3]. Главные размерения и водоизмещение этих вариантов судов
оставались неизменными. Для сетки корпусов судов были выполнены систематические
расчёты продольной качки и волновых изгибающих моментов при различных
параметрах xc, xf. В расчётах скорости судов были приняты соответствующие
числу Фруда Fr= = 0.2, где V – скорость м/с; g = 9.81 м/с – ускорение свободного падения; L – длина судна, м. Высота волны трёхпроцентной обеспеченности - h3% принималась равной осадке
судна. Расчёты выполнялись в нелинейной постановке задачи при движении судна в
разрез генеральному направлению нерегулярных волн. Нерегулярное волнение
сформировано на основе аналитических зависимостей, рекомендованных Вторым
Международным конгрессом прочности судов.
В работе установлено и показано влияние вышеприведённых характеристик формы
корпуса на параметры продольной качки (вертикальной (ВК) и килевой (КК)) и
волновых изгибающих моментов (ВИМ).
Обработка полученных результатов реакций судна на
нерегулярное морское волнение - перемещения
КК и ВК, а также ВИМ в миделевом сечении проводилась при помощи статистических
функций - по стандартным отклонениям по генеральной совокупности.
Некоторые результаты
расчетов приведены в табл. 1 - 2 и на рис. 1. По вертикальной
оси каждого графика показаны стандарты соответствующей реакции судна на нерегулярное
морское волнение по горизонтальной оси значение (xf - xc)/L для носовой или кормовой
оконечности.
Рис. 1.
Результаты расчетов стандартов
реакций судна на морском волнении.
Таблица 1.
Cb=0.838 |
Носовая часть |
|||||||
(xf - xc)/L |
-0.00118 |
-0.00059 |
-0.00005 |
0.00108 |
0.00132 |
0.00156 |
0.00212 |
0.00317 |
КК, рад |
0.0277 |
0.0254 |
0.0267 |
0.0274 |
0.0277 |
0.0269 |
0.0272 |
0.0288 |
ВК, м |
0.7824 |
0.7424 |
0.7666 |
0.7954 |
0.8047 |
0.7631 |
0.7816 |
0.8340 |
ВИМ, т*м |
3431 |
3154 |
3191 |
3290 |
3361 |
3218 |
3181 |
3132 |
Cb=0.838 |
Кормовая часть |
|||||||
(xf - xc)/L |
0.04111 |
0.04267 |
0.04312 |
0.04423 |
0.04591 |
0.04653 |
0.04758 |
0.04883 |
КК, рад |
0.0270 |
0.0278 |
0.0266 |
0.0249 |
0.0272 |
0.0257 |
0.0287 |
0.0260 |
ВК, м |
0.7941 |
0.8208 |
0.7800 |
0.7260 |
0.7628 |
0.7499 |
0.8643 |
0.7543 |
ВИМ, т*м |
3219 |
3234 |
3275 |
3014 |
3270 |
3221 |
3413 |
3264 |
Таблица 2
Cb=0.738 |
Носовая часть |
|||||||
(xf - xc)/L |
0.00700 |
0.00900 |
0.01000 |
0.01100 |
0.01300 |
0.01550 |
0.01800 |
0.01800 |
КК, рад |
0.0301 |
0.0322 |
0.0326 |
0.0316 |
0.0345 |
0.0363 |
0.0302 |
0.0314 |
ВК, м |
0.8579 |
0.9136 |
0.8808 |
0.8879 |
0.9913 |
1.0764 |
0.8987 |
0.9709 |
ВИМ, т*м |
2956 |
2959 |
2661 |
2739 |
2979 |
3031 |
3012 |
3132 |
Cb=0.738 |
Кормовая часть |
|||||||
(xf - xc)/L |
0.03500 |
0.03600 |
0.03700 |
0.03750 |
0.03900 |
0.04050 |
0.04200 |
0.04600 |
КК, рад |
0.0326 |
0.0320 |
0.0328 |
0.0332 |
0.0319 |
0.0354 |
0.0316 |
0.0312 |
ВК, м |
0.9344 |
0.9218 |
0.9444 |
0.9387 |
0.9040 |
1.0173 |
0.8903 |
0.9446 |
ВИМ, т*м |
3048 |
3057 |
2796 |
2788 |
2945 |
2976 |
2991 |
3089 |
По результатам выполненных численных исследований сделаны выводы:
1. Для судов с полными
обводами амплитуды продольной качки меньше, чем для судна с умеренной полнотой.
Для волновых изгибающих моментов зависимости противоположные.
2. В носовой части корпуса
при уменьшении параметра (xf - xc)/L
уменьшаются амплитуды продольной качки, но при этом волновой изгибающий момент
несколько увеличивается. При увеличении параметра (xf - xc)/L
зависимости противоположные.
3. В кормовой части корпуса
при уменьшении параметра (xf - xc)/L
увеличиваются амплитуды продольной качки, но при этом волновой изгибающий
момент несколько уменьшается. При увеличении параметра (xf - xc)/L
зависимости противоположные.
4. Изменение параметра xc
для носовой и кормовой оконечности корпуса одинаково влияет на качественную
картину изменения амплитуд продольной качки и волновых изгибающих моментов.
5. Изменение параметра xf
для носовой и кормовой оконечности корпуса одинаково влияет на качественную
картину изменения амплитуд продольной качки, но противоположно для волновых
изгибающих моментов.
Полученные
результаты могут быть использованы при проектировании формы корпусов судов с
точки зрения продольной качки и прочности.
Литература.
1. Surov O.E., Karpov P.P. " Behaviour of the vessel on irregular
waves in view of various forms of the hull " The 21st Asian-Pacific Technical Exchange and Advisory
Meeting on Marine Structures.
2. Карпов П.П.
Аналитическое описание судовых обводов. Исследования по вопросам повышения
эффективности судостроения и судоремонта. Выпуск 46; ДВГТУ, Владивосток 2006. –
с. 160 – 164.
3. Ногид Л.М.
Проектирование морских судов, Судостроение 1976.
Поступила
в редакцию 23 декабря