Как найти объемное водоизмещение судна

Объем воды V ,
вытесняемой подводной частью судна,
называется объемным водоизмещением.

V= 2∆L∆T∑∑, м3 ;
(2.1)

Где ∆L- расстояние
между шпангоутами – теоретическая
шпация;

∆T – расстояние
между погруженными ватерлиниями.

м
(2.2)

м (2.3)

V=2∙0,8∙0,46∙34150=25134,4
м3

Исходные данные:

L= 32 м;

T= 3,2 м;

B= 9,0 м;

Р= 1,9 т.

3 Определение коэффициентов полноты корпуса судна

Объемное
водоизмещение, площади КВЛ и О судна
могут быть определены без специальных
расчетов, если известны коэффициенты
полноты корпуса судна безразмерные
коэффициенты, позволяющие судить о
форме обводов

корпуса судна.

Коэффициент полноты
площади конструктивной ватерлинии КВЛ
S к

площади описанного
прямоугольника со сторонами, равными
длине судна L и его ширине В , подсчитывается
по формуле

(3.1)

Где L- длина судна(L=
32 м); В- ширина судна (В=9 м)

Коэффициент полноты
площади мидель-шпангоута β , равный
отношению погруженной площади
мидель-шпангоута ω0 к площади описанного
прямоугольника со сторонами, равными
ширине судна В и его осадке Т, подсчитывается
но формуле

(3.2)

Где Т- осадка судна
(Т=3,2 м)

Коэффициент полноты
водоизмещения δ, равный отношению объема
V

подводной части
судна к V’ параллелепипеда, построенного
на главных размерах – длине L, ширине
B, осадке Т, подсчитывается по формуле

(3.3)

Коэффициент
продольной полноты ϕ, равный отношению
объемного водоизмещения V к объему
цилиндра с основанием, равным погруженной
площади мидель-шпангоута ωO, и высотой,
равной длине судна L, определяется по
формуле

(3.4)

Коэффициент
вертикальной полноты ψ, равный отношению
объемного

водоизмещения V к
объему цилиндра с основанием, равным
площади КВЛ S и высотой, равной осадке
Т, вычисляется по формуле:

(3.5)

По этим коэффициентам
судят о мореходных и эксплуатационных
качествах

судов (остойчивость,
грузовместимость, грузоподъемность,
сопротивление воды движущегося судна)
изложенных [1,2].

4 Определение
координат центра тяжести площади
конструктивной

ватерлинии

Для расчетов
остойчивости необходимо знать положение
координаты

(абсциссу и ординату)
центра тяжести площади КВЛ.

Ввиду симметричности
площади КВЛ относительно оси Х ордината
центра тяжести Уf = 0.

Абсциссу центра
тяжести площади КВЛ и абсциссы Xf
определяют как

частное от деления
статического момента Му этой площади
относительно оси Y на площадь КВЛ, по
формуле

(4.1)

Вычисление
статического момента площади КВЛ и
абсциссы Xf центра

тяжести ее выполняют
по данным теоретического чертежа
(проекция ≪корпус≫,ординаты
Уi для КВЛ) или при вычислении объемного
водоизмещения в расчетной табл.1 (значения
ординат Уi для КВЛ, для примера табл.1
это от У40 до

У420).

Расчеты удобно
свести в форму табл.2.

Таблица 2

Вычисление абсциссы
центра тяжести площади КВЛ

Номер шпангоута	Коэффициенты при ординатах Ki	Ординаты КВЛ Yi, м	Произведение Ki Yi, м
0	20	46	920
1	19	61	1159
2	18	98	1764
3	17	90	1530
4	16	116	1856
5	15	131	1965
6	14	142	1988
7	13	146	1898
8	12	149	1788
9	11	150	1650
10	10	150	1500
11	9	150	1350
12	8	150	1200
13	7	150	1050
14	6	150	900
15	5	150	750
16	4	150	600
17	3	150	450
18	2	150	300
19	1	150	150
20	0	150	0
21	-1	150	-150
22	-2	150	-300
23	-3	150	-450
24	-4	150	-600
25	-5	150	-750
26	-6	150	-900
27	-7	150	-1050
28	-8	150	-1200
29	-9	150	-1350
30	-10	150	-1500
31	-11	150	-1650
32	-12	150	-1800
33	-13	150	-1950
34	-14	90	-1260
35	-15	90	-1350
36	-16	90	-1440
37	-17	90	-1530
38	-18	90	-1620
39	-19	90	-1720
40	-20	90	-1800
Сумма		∑Yi	408
Поправка		П= 1/20(Y1+Y40)	6,8
Исправленная сумма		Sиспр=∑Yi-1/20(Y1+Y40)	401,2
S		Xв=Sиспр/SКВL	0,046

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

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

V=δLBT,

то водоизмещение (массу) судна можно представить в виде

D=ρδLBT

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

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

при любой осадке

.

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

Кривые элементов теоретического чертежа (гидростатические кривые) представляют собой графическую зависимость более десяти геометрических величин подводной части судна(D, V, S, X_C, Z_C, X_f, r, R, Z_m, Z_M, I_x и тд.)
в функции от осадки Т (рис.4).

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

Рис.4.Кривые элементов теоретического чертежа

Эти же величины в судовой документации могут быть представлены в виде таблице гидростатических данных, структура которой показана в таблице

Таблица 38.3.1. Гидростатические данные

Осадка	Водоизмещение	Объемное водоизмещение	Абсцисса ЦВ	Аппликата ЦВ	Площадь ватерлинии	Абсцисса ЦТ ватерлинии
T, м	D, т	V, м3	Xc, м	Zc, м	S, м2	Xf , м
0,50	235	229	1,23	0,250	685,5	1,05
1,00	478	466	1.37	0.506	713,9	1,16
1,50	×××	×××	×××	×××	×××	×××
2,00	×××	×××	×××	×××	×××	×××
2,50	×××	×××	×××	×××	×××	×××
3,00	2197	2144	1,00	1,540	885,6	0,80

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

На некоторых грузовых шкалах приводится для D и DW несколько шкал при различной плотности воды от ρ = 1,000 т/м³ до ρ = 1,025 т/м³.

Рис.5. Грузовая шкала

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

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

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

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

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

Рис.6. Строевая по шпангоутам

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

Площадь строевой в масштабе равна объемному водоизмещению судна V.

Рис.7. Строевая по ватерлиниям

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

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

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

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

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

Рис.8. Масштаб Бонжана

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

Существуют и другие формы диаграммы осадок носом и кормой

Рис.9. Диаграмма осадок носом и кормой

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

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

Расчет водоизмещения судна по грузовой шкале ведется в такой последовательности:
1. По маркам углубления Т_н и Т_к рассчитываются средняя осадка Т_ср и дифферент ΔT.

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

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

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

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

Дополнительная поправка на изгиб корпуса приближенно определяется выражением:

ΔD_изг = 0,74*qf ,

где f – стрелка прогиба корпуса в сантиметрах:

f = (Т_м – Т_ср)*100,

Т_м – средняя осадка по отсчетам правого и левого борта по миделевым маркам углубления,

Т_м = (Т_{м пр}+ Т_{м лев})/2

На некоторых грузовых шкалах дается шкала водоизмещения только для стандартной плотности

ρ = 1,025 т/м3.

В этом случае вводится еще поправка на фактическую плотность забортной воды ρ_ф :

ΔD_плотн.=D*(ρ_ф– ρ)/ ρ

Окончательное значение водоизмещения найдется как сумма:

D = D_шк + ΔD_диф + ΔD_изг + ΔD_пл,

где D_шк – водоизмещение, определенное по грузовой шкале.

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

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

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

Рис.10. Грузовой план сухогрузного судна

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

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

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

Рис.11.Грузовой размер

Для обеспечения безопасности плавания каждое судно должно обладать запасом плавучести.

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

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

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

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

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

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

С развитием технологий в мире появились корабли, которые поражают своими размерами. Транспортировка различных грузов до десятков тысяч тон, пассажирские перевозки, совершающие рейсы в тысячи миль и даже плавучие заводы.  Одной из главных характеристик, которая учитывается при конструировании, является водоизмещение судов. Это показатель, который отражает, при погружении, количество вытесненной жидкости. Расчет производится в численном измерении и будет равен массе всего судна.

Влияние на грузоподъемность и ходовые качества

Водоизмещение судна — это важный параметр, который оказывает влияние на его грузоподъемность и ходовые качества. Оптимальное водоизмещение судна позволяет достичь наилучшей проходимости и маневренности на воде, а также максимальной грузоподъемности.

Как известно, водоизмещение является весом воды, которую судно смещает своим корпусом при погружении в воду. Чем больше воды смещает корпус судна, тем больше груза может быть перевезено на судне. Также водоизмещение влияет на устойчивость судна и его возможность удерживать курс на открытой воде.

Примером судна, у которого водоизмещение является ключевым фактором, может служить «Титаник». Этот легендарный лайнер, построенный в 1911 году, имел водоизмещение более 52 000 тонн. Благодаря этому огромному весу корпуса, судно было способно перевозить более 3 500 пассажиров и членов экипажа, а также имело высокую устойчивость на воде.

С другой стороны, если водоизмещение судна недостаточно, это может привести к проблемам с управляемостью и маневренностью на воде. Например, малогабаритные суда обычно имеют более низкое водоизмещение, что делает их более маневренными, но ограничивает их грузоподъемность.

Таким образом, оптимальное водоизмещение судна является важным параметром для его грузоподъемности и ходовых качеств. Оно должно быть оптимизировано в соответствии с требованиями конкретного судна и его условиями эксплуатации. В таблице ниже приведены примеры судов с разными водоизмещениями и их характеристики:

Судно	Водоизмещение (тонн)	Грузоподъемность (тонн)	Устойчивость
«Титаник»	52 310	15 000	Высокая
Катер	500	1,5	Низкая
Контейнеровоз	170 000	70 000	Средняя

Виды водоизмещений

Водоизмещение является важным параметром для определения грузоподъемности и устойчивости судна на воде. Существует несколько видов водоизмещения, которые могут быть использованы в различных условиях и при разных типах судов.

1. Полное водоизмещение — это тип водоизмещения, при котором весь корпус судна находится под водой. Это достигается за счет установки груза в трюмы и на палубу судна. Полное водоизмещение является наиболее распространенным типом и используется на большинстве судов.
2. Частичное водоизмещение — это тип водоизмещения, при котором только часть корпуса находится под водой. Частичное водоизмещение используется на небольших судах или на судах, которые не могут допустить полное погружение в воду из-за ограниченного водоизмещения или негативного влияния на устойчивость.
3. Изменяемое водоизмещение — это тип водоизмещения, который может меняться в зависимости от условий плавания судна. Например, во время плавания на мелководье водоизмещение может быть уменьшено, чтобы судно не село на мель. Этот тип водоизмещения используется на большинстве современных судов.
4. Малое водоизмещение — это тип водоизмещения, при котором вес судна существенно меньше, чем его водоизмещение. Это достигается за счет использования легких материалов, таких как алюминий или композиты. Суда с малым водоизмещением обычно имеют более высокую скорость и маневренность.
5. Плавучее водоизмещение — это тип водоизмещения, при котором водоизмещение судна изменяется в зависимости от загрузки судна. Этот тип водоизмещения используется на некоторых небольших судах, таких как катера.

В таблице ниже приведены примеры судов с разными видами водоизмещения и их характеристики:

Судно	Тип водоизмещения	Характеристики
Танкер	Полное	Большая грузоподъемность и устойчивость
Катер	Частичное	Более высокая маневренность
Контейнеровоз	Изменяемое	Подходит для плавания в различных условиях
Яхта	Малое	Высокая скорость
Катер-рыболовецкий	Плавучее	Удобно для перевозки разного веса груза

Типы водоизмещений

Важно понимать, что данная характеристика не бывает постоянной и зависит от размеров судов, их грузоподъёмности (тоннажа) и даже пути следования. Так водоизмещение парохода, который отправился из точки А и прибыл в точку Б будет разным, поскольку уменьшится количество топлива на борту, а соответственно и масса всей субмарины. Оно бывает:

• подводным и надводным (для судов, плавающих под водой);
• объёмным и массовым (по частям судна);
• стандартным, нормальным, полным и др. (от нагрузки).

Ватерлиния – это полоса на борту плавательного агрегата, которая показывает его нормальную осадку на воде. Если ее не видно, можно сделать вывод, что лодка сильно перегружена. Отсюда и различие: объёмное – вес подводной части судна, ниже этой линии, и массовое – вес всего корабля, который готов к отправке. До спуска на воду водоизмещение называют порожним – без какой-либо нагрузки.

Стандартным водоизмещением называется объём вытесняемой воды, равной весу — полностью укомплектованного корабля с учетом экипажа, но без топлива, смазочных материалов и питьевой жидкости. Нормальным называют водоизмещение с половинным запас горючего, смазочных материалов и питьевой воды. Название полного говорит само за себя – показатель с учетом всех видов запасов, а наибольшее – с максимальным количеством ресурсов.

Подводное водоизмещение — водоизмещение подводных судов при полном погружении: надводное — при частичном погружении (после всплытия).

Дедвейт судна

Deadweight (от англ.  грузоподъёмность) – разность между полным и порожним водоизмещением. Следуя между странами и континентами, в случае аварийной ситуации, помощь придет далеко не сразу, в отличии от автомобильного или железнодорожного сообщения, а потому необходимо свести к минимуму возможность возникновения непредвиденных проблем, среди которых недостаток топлива, питьевой воды или перегруз судна.

Дедвейт – это весь перевозимый судном груз – от массы экипажа и пассажиров с личными вещами (чемоданы) до контейнеров с товарами. Этот термин употребляют в промышленном судоходстве и подразделяют на две категории: чистый дедвейт (максимальный тоннаж на судне) и валовый (помимо перевозимого груза включает вес экипажа, топлива и запасов провизии).

Термины

Тоннаж — это закрытая/внутренняя вместимость (объем) корабля, измеренная в тоннах, т.е. внутренний объем корабля, выраженный в тоннах. (Одна тонна равна 2,83 кубических метра).

Валовой тоннаж — это внутренний объем судна ниже тоннажной палубы плюс тоннаж между палубами, который включает объем любых замкнутых пространств на тоннажной палубе или над ней.

Чистый или регистровый тоннаж — это доходность торгового судна, т. е. валовая вместимость за вычетом объемов нерентабельных помещений, таких как машинное отделение, мостик, мастерские, кладовые, жилые помещения и т. д.

Дедвейт тоннаж — это общий вес груза, припасов, топлива, пресной воды и экипажа, который может перевозить судно при загрузке до отметки, и измеряется в тоннах веса. (Одна тонна равна 1000 килограммам).

Закон Архимеда гласит, что плавающий объект вытеснит тот же объем жидкости, в которой он плавает, что и объект, выступающий ниже уровня жидкости. Другими словами, плавающий объект будет вытеснять ту же массу или вес жидкости, в которой он плавает, что и масса или вес самого объекта.

Смещение — это фактический вес судна, измеренный в тоннах, т. е. количество воды, которое оно вытесняет при плавании.

Плавучий объем — это объем всей водонепроницаемой части корпуса.

Тоннажная (обмерная) марка — это марка определяющая наибольшую осадку судна в морской и пресной воде.

Грузовая марка —  это знак предельной осадки, которая показывает наибольшую допустимую осадку судна в тех или иных условиях плавания.

Что влияет на водоизмещение

Водоизмещение судна зависит от нескольких факторов, которые влияют на его грузоподъемность, устойчивость и маневренность. Рассмотрим основные факторы, которые влияют на водоизмещение судна.

1. Размеры судна: чем больше размеры судна, тем больше его водоизмещение. Крупные суда, такие как танкеры или контейнеровозы, имеют большое водоизмещение и способны перевозить большие грузы.
2. Форма корпуса: форма корпуса также влияет на водоизмещение судна. Корпус судна может быть различных форм, от прямоугольного до стройного и грациозного. Оптимальная форма корпуса позволяет судну двигаться быстрее и более эффективно.
3. Вес груза и топлива: вес груза и топлива являются важными факторами, влияющими на водоизмещение судна. Чем больше груза и топлива на борту, тем больше водоизмещение.
4. Материалы: материалы, используемые для постройки судна, могут оказывать влияние на его водоизмещение. Суда, построенные из легких материалов, например, алюминия или композитов, имеют меньшее водоизмещение.
5. Грузовой распорядок: грузовой распорядок также может влиять на водоизмещение судна. Неправильный распорядок груза может повлиять на устойчивость судна на воде.

Примеры судов с различными факторами водоизмещения приведены в таблице ниже:

Судно	Факторы водоизмещения
Танкер	Большой размер, высокое водоизмещение
Катер	Малый размер, малое водоизмещение
Контейнеровоз	Большой размер, оптимальная форма корпуса
Яхта	Легкие материалы, малое водоизмещение
Катер-рыболовецкий	Грузовой распорядок, плавучее водоизмещение

Расчет и инструменты

Водоизмещение судна является важной характеристикой, которая указывает на вес воды, вытесненной судном во время плавания. Измерение водоизмещения необходимо для определения грузоподъемности, маневренности и устойчивости судна. Рассмотрим, как измеряется водоизмещение судна и какие инструменты используются для расчета.

Основные методы измерения водоизмещения судна:

1. Архимедов принцип: этот метод основан на принципе Архимеда, который утверждает, что любое тело, погруженное в жидкость, вытесняет объем жидкости, равный своему объему. Поэтому водоизмещение судна можно измерить, погрузив его в воду и измерив объем воды, который он вытеснил.
2. Весовой метод: этот метод основан на измерении веса судна в двух состояниях: на суше и в воде. Разница в весе определяет водоизмещение судна.

Инструменты для расчета водоизмещения судна:

1. Гидростатическая таблица: это таблица, которая содержит данные о водоизмещении судна в зависимости от его размеров и формы корпуса.
2. Компьютерные программы: современные компьютерные программы позволяют расчитывать водоизмещение судна с большой точностью.
3. Специализированные весы: некоторые порты и верфи оснащены специальными весами, которые позволяют измерять вес судна в двух состояниях и расчитывать водоизмещение.

Примеры судов с разными методами измерения водоизмещения и инструментами для расчета приведены в таблице ниже:

Судно	Метод измерения	Инструменты
Танкер	Весовой	Гидростатическая таблица, компьютерные программы
Катер	Архимедов принцип	Специализированные весы
Контейнеровоз	Весовой	Гидростатическая таблица, компьютерные программы
Яхта	Архимедов принцип	Специализированные весы
Катер-рыболовецкий	Весовой	Гидростатическая таблица, компьютерные программы

Частые вопросы

При конструировании судов большой вместимости для перевозки грузов необходимо учитывать три важных характеристики: водоизмещение, дедвейт и тоннаж. Правильно соотношение этих понятий в численном измерении позволит максимизировать пользу от перевозок и увеличить грузоподъёмность корабля.