Как найти водоизмещение судна формула

2.1 Определение водоизмещения в первом приближении

Расчет водоизмещения
производится с помощью уравнения масс
следующего вида:

,
где

D
– искомое водоизмещение судна.

–
измеритель массы корпуса оборудованного;

–
измеритель массы запаса водоизмещения;

–
скорость хода судна в полном грузу на
тихой, глубокой воде;

–
адмиралтейский коэффициент;

–
измеритель массы механизмов (энергетической
установки);

–
коэффициент, учитывающий дополнительное
топливо, масло, питательную воду;

–
коэффициент морского запаса;

–
удельный расход топлива;

–
автономность; час.

–
грузоподъемность;

–
масса экипажа;

DW
– дедвейт;

–
масса переменных жидких грузов.

Измеритель
массы корпуса оборудованного рассчитывается
по прототипу: проект 17310.

,

.

Плотность
морской воды –
;

Длина
расчетная, L
– 93.5 м;

Ширина,
B
– 13.4 м;

Осадка,
T
– 4.6 м;

т.

Масса
корпуса оборудованного прототипа равна:
т.

.

Измеритель
массы запаса водоизмещения на данной
стадии проектирования принимается
равным в пределах от 0.01 до 0.025. Примем
.

Подсчитаем
коэффициент А
из уравнения масс:

Коэффициент
В:

Адмиралтейский
коэффициент Ca
рассчитывается по прототипу формулой:

Скорость
прототипа
= 11 узлов. Данные по скорости прототипа
приведены при осадкеТ
= 4.6 м.

Мощность
главного двигателя составляет Ne
= 1740 кВт.

Измеритель
массы механизмов равен (масса механизмов
прототипа равна
т)

Коэффициенты
дополнительного топлива и морского
запаса принимаются равными:

Удельный расход
топлива равен:

Автономность
судна в часах t
равна:

Коэффициент
уравнения масс B
равен:

Масса экипажа и
запасов равна:

,
где

–
масса экипажа;

–
масса провизии;

–
масса пресной воды;

–
масса пищевых и твердых отходов.

Масса
экипажа:
т.

–
число членов экипажа,

Масса
запасов провизии:
т.

А
– автономность
(сутки), А =15

Масса
пресной воды:
т.

Масса
пищевых и твердых отходов:
т.

т.

Масса сточно-фановых
и подсланевых вод равна:

т.

Коэффициент
уравнения масс С
равен:

т.

Уравнение масс
проектируемого судна представлено в
виде:

Решение уравнения
находим итерационным способом по
формуле:

D
= 4350 т.

В качестве контроля
найденного водоизмещения, водоизмещение
проверяем по коэффициентам утилизации.

т.

Разница
в определении водоизмещения двумя
способами составляет 5%.

Для
дальнейших расчетов принимается
водоизмещение D
= 4350
т.

2.2 Определение главных размерений в первом приближении

Главные размерения
в первом приближении рассчитываются с
помощью уравнения плавучести

,
где

–
плотность морской воды;

–
коэффициент полноты водоизмещения;

L,
B,
T
– длина, ширина и осадка судна по КВЛ

Для
решения этого уравнения необходимо
задать дополнительные параметры:
,
которые в первом приближении принимаем
такими же как и у прототипа.

Тогда
осадка судна определится по формуле:

м.

Ширина
судна равна:
м

Длина
судна равна:
м

Высота
борта проектируемого судна вычисляется
по формуле:

м

Соотношение
главных размерений судна по возможности
для I
ограничен-ного района плавания не должны
выходить за пределы:

;

Проконтролируем
коэффициент полноты водоизмещения по
скоростному режиму судна.

Коэффициент
полноты водоизмещения для сухогрузных
судов должен укладываться в диапазон

Так
как коэффициент полноты водоизмещения
укладывается в рекомендуемый диапазон,
то для дальнейшего проектирования
принимаем δ=0.835

Для
дальнейших расчетов ширина судна
принимается равной:
B
= 12.8 м.

С
учетом округления длина проектируемого
судна принимается равной :

м.

Фактическая
высота надводного борта судна
м.

Минимально
возможная высота надводного борта равна
м.

Высота
борта удовлетворяет правилам о грузовой
марке, в отношении высоты надводного
борта.

Соседние файлы в предмете Основы кораблестроения

• #

  18.07.2014184.67 Кб207Мидель-шпангоут (танкер).dwg
• #

  18.07.2014263.33 Кб206Мидель-шпангоут.dwg

• #
• #
• #

  18.07.201427.22 Кб67Паспортная диаграмма.xlsx

• #
• #
• #
• #

  18.07.201429.51 Кб106Расчет площади ватерлиний(таблица) и элементов ТЧ(таблица).xlsx

• #

  18.07.201459.9 Кб99Расчет сопротивления движения судна.xls

• #

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.

Рис.Водоизмещения (Displacement tonnage) – это общий вес объема воды, которую вытесняет судно, когда он сидит в воде

При решении практических задач необходимо уметь определять массовые характеристики судна, массу судна и координаты его центра тяжести, моменты инерции массы судна относительно главных координатных плоскостей.

Массовые характеристики судна складываются из массовых характеристик его отдельных составляющих, учет которых принято вести в виде таблицы весовой нагрузки судна, в которую заносят характеристики всех частей корпуса, механизмов, устройств, систем и прочих грузов.

В указанной таблице все составляющие разбиваются в определенном порядке на разделы, группы, подгруппы и статьи, а их характеристики определяют:
– непосредственным расчетом по чертежам,
– с использованием справочных материалов,
– по результатам непосредственного взвешивания.

Количество статей нагрузки определяется как сложностью проекта судна, так и степенью его проработанности, и может доходить до нескольких десятков тысяч.

В профессиональных системах автоматизированного проектирования судов определение массовых характеристик и разработка документации происходит автоматически в диалоговом режиме.

Для расчетов массовых характеристик необходимо знать следующие величины:
1. Массы отдельных статей нагрузки m_i и их веса p_i =gm_i;
2. Координаты их центров тяжести х_i и y_i ,z_i;
3. Статические моменты масс относительно главных координатных плоскостей m_i х_i , m_iy_i , m_i z_i;
4. Собственные моменты инерции масс относительно плоскостей, параллельных главным координатным осям и проходящим через центр тяжести статьи нагрузки j_ixzi; j_yzi; j_xyi ;
5. Характеристика района распределения указанной нагрузки по длине, ширине и высоте.

По имеющимся данным определяются:
• Массовое водоизмещение            D = Σm_i;
• Весовое водоизмещение              P = gD = gΣm_i ;
• Абсцисса центра тяжести          x_g=(Σm_ix_i)/D;
• Ордината центра тяжести        у_g=(Σm_iy_i)/D;
• Аппликата центра тяжести       z_g=(Σm_iz_i)/D;
А также:
• Момент инерции массы относительно ДП                       J_xz = Σ(m_iy_i²+ j_xzi);
• Момент инерции массы относительно ОП                      J_yz= Σ(m_iz_i²+ j_yzi);
• Момент инерции массы относительно миделя              J_xy= Σ(m_ix_i²+ j_xyi);

Последние три величины необходимы при проведении расчетов динамики (управляемости и качки) и вибрации судна.

Следует отметить, что у правильно спроектированного судна центр тяжести при всех нормальных эксплуатационных условиях должен располагаться на ДП, т.е. у_g = 0.

При вычислении координат Ц.Т. судна используется теорема о статическом моменте равнодействующей силы:

Если данные силы приводятся к одной равнодействующей, то момент равнодействующей относительно какой-либо оси (плоскости) равен сумме моментов составляющих сил относительно той же оси (плоскости).

Применительно к судну на основании этой теоремы можно написать уравнения статических моментов относительно основных координатных плоскостей:

1. Относительно плоскости ДП (XОZ):
D⋅Y_G=P₁⋅Y₁+P₂⋅Y₂+… +P_n⋅Y_n

2. Относительно плоскости мидель-шпангоута (УOZ):
D⋅X_G=P₁⋅X₁+P₂⋅X₂+ … +P_n⋅X_n

3. Относительно плоскости ОП (ХОY):
D⋅Z_G=P₁⋅Z₁+P₂⋅Z₂+Р₃⋅Z₃+ … +P_n⋅Z_n

Учитывая, что масса судна
D = P₁ + P₂ + P₃ + … + P_n,
из приведенных уравнений получим расчетные формулы для определения координат Ц.Т. судна:
1) X_G = (P₁X₁ + P₂Xsub>2+…..+ P_nX_n)/(P₁+P₂+…..+P_n) = ΣM_x/D;

2) Y_G = P₁Y1 + P₂Y2+…..+ P_n Yn)/(P₁+P₂+…..+P_n) = ΣM_y/D;

3) Z_G = P₁Z₁ + P₂Z₂+…..+ P_n Z_n P₁+P₂+…..+P_n) = ΣM_z/D;

где X_G, Y_G, Z_G — координаты центра тяжести судна;

P₁, P₂, …,Pn — массы элементов самого судна и перевозимых на нем грузов и запасов;

X₁, X₂, … ,X_n — абсциссы Ц.Т. элементов самого судна и перевозимых грузов;

Y₁, Y₂, … ,Y_n — ординаты Ц.Т. элементов самого судна и перевозимых грузов;

Z₁, Z₂, … ,Z_n — аппликаты Ц.Т. элементов самого судна и перевозимых грузов;

ΣМ_х — суммарный момент всех сил на судне относительно мидель-шпангоута;
ΣМ_у — суммарный момент всех сил относительно диаметральной плоскости;
ΣM_z — суммарный момент относительно основной плоскости;

D = ΣPi — полное водоизмещение судна.

При использовании этих формул координаты Ц.Т. элементов самого судна и перевозимых на нем грузов берутся с положительным или отрицательным знаком, в зависимости от положения этих точек по отношению к выбранным координатным плоскостям.

Поскольку подводный объем судна симметричен относительно ДП (YС = 0), ордината центра тяжести Y_G также должна быть равна нулю.

В противном случае условия равновесия судна не будут удовлетворены, и судно будет плавать с креном.

Для вычисления координат центра тяжести судна, с помощью приведенных выше уравнений необходимо просуммировать массы всех элементов судна и находящихся на нем грузов, входящих в состав водоизмещения судна.

Вычисление координат Ц.Т. судна принято производить с помощью таблицы нагрузки масс, в которую кроме массы каждого элемента (статьи) нагрузки P_i вносят координаты его центра тяжести X_i и Z_i и статические моменты относительно координатных плоскостей P_i • X_i и P_i • Z_i.

			Нагрузки масс судна
№ п/п	Статья нагрузки	Масса Pi (т)	Плечи отн. мид. Хi, (м)	Плечи отн. ОП Zi, (м)	Моменты мид. Pi• Xi	Моменты отн. ОП Pi• Zi
1	Водоизмещение порожнего судна (Do)
2	Запасы и экипаж
	Снабжение
	Провизия
	Топливо
	Масло
	Котельная вода
	Пресная вода
	Всего: запасы и экипаж
3	Грузы
3.1.	Трюм № 1
3.2.	Трюм № 2
3.3.	Твиндек № 1
3.4.	Палубный груз
	Всего: груза
	Водоизмещение судна с полным грузом	Σ Pi			Σ Mx	Σ Mz