Методические указания

РАЗДЕЛ I ТЕОРИЯ СУДНА

ТЕМА 1 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ГИДРОМЕХАНИКИ

Основные положения гидромеханики. Ламинарный и тур­булентный потоки, уравнение Бернулли, уравнение неразрыв­ности, основы теории подобия, элементы теории крыла.

Экспериментальное определение сопротивления воды дви­жению судна. Критерии подобия, пересчет результатов модель­ных испытаний на натуру, опытовые бассейны.

Методические указания

Цель изучения темы состоит в том, чтобы ознакомить курсантов (студентов) с основными свойствами жидкостей, основами гидростатики, гидромеханики и теории крыла, а также теорией подобия.

Литература: [1], § 2.1÷ 2.5

Вопросы для самопроверки

1. Что изучает гидромеханика?

2. В чем отличия газообразной среды от капельной жидкости?

3. Во сколько раз больше плотность морской воды по сравнению с воздухом?

4. Что изучает гидростатика?

5. Что такое избыточное (манометрическое давление)?

6. Сформулируйте закон Архимеда.

7. Что изучает гидродинамика?

8. В чем отличия ламинарного движения жидкости от турбулентного?

9. В чем отличие реальной жидкости от идеальной жидкости?

10. Каков смысл критериев Фруда и Рейнольдса?

11. На каком этапе проектирования судна используют положения теории подобия?

12. Во сколько раз больше водоизмещение судна по сравнению с подобной ей моделью, если коэффициент геометрического подобия равен 50?

13. Назовите основные геометрические характеристики крыла.

14. Как направлена подъемная сила на крыле?

15. Почему экранопланы летают только на малой высоте?

ТЕМА 2 ГЕОМЕТРИЯ КОРПУСА И ПРИБЛИЖЕННЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ

Теоретический чертеж. Главные размерения судна. Посад­ка судна: крен, дифферент, осадка носом и кормой. Коэффи­циенты полноты теоретического чертежа, соотношения главных размерений.

Литература: [1], § 3.1÷ 3.5

Методические указания

Целью изучения темы является ознакомление обучающихся с методами изображения судовой поверхности. Необходимо по­ручить четкое представление о плоскостях проекций и способе изображения сечений поверхности корпуса судна. Большое зна­чение для дальнейшего изучения курса имеют главные разме­рения судна; в частности необходимо четко представлять разницу между длиной судна по ватерлинии и длиной между перпендикулярами. Кроме того, здесь важно уяснить физический смысл коэффициентов полноты, так как с этими понятиями обучающийся будет сталкиваться при изучении всего курса. Материал темы носит описательный характер и не представ­ляет трудностей для усвоения, базой служит курс черчения.

Вопросы для самопроверки

1. Что называется дифферентом судна и как он связан с углом дифферента?

2. Почему коэффициент общей полноты у добывающих су­дов меньше, чем у плавучих баз?

ТЕМА 3 ПЛАВУЧЕСТЬ СУДНА

Условия равновесия плавающего судна. Вычисление водо­измещения и координат центра тяжести и центра величины судна. Определение водоизмещения и осадки судна в судовых условиях. Кривые элементов теоретического чертежа (гидростатические кривые), грузовая шкала, диаграммы осадок но­сом и кормой.

Изменение осадки при приеме и расходовании грузов. Чис­ло тонн па 1 см осадки. Изменение осадки при переходе в воду с иной плотностью.

Нормирование и контроль плавучести морских промысло­вых судов.

Литература: [1], § 4.1 ÷ 4.5

Методические указания

Целый изучения темы является ознакомление с судовой до­кументацией для расчета плавучести судна и методами ее использования. Для лучшего усвоения материала следует повто­рить основные положения гидростатики, определение центра тяжести тел и правила приближенного вычисления интегралов.

При изучении материала нужно хорошо усвоить, что кри­вые элементов теоретического чертежа строятся для судна, си­дящего на ровный киль. Если дифферент судна значителен (более 1÷ 1, 5°), то для определения характеристик плавучести судна следует пользоваться диаграммами осадок носом и кормой.

Очень важную роль играют здесь вводимые понятия малого и большого грузов. Эти понятия являются относительными, причем прием большого груза следует рассматривать не как прием крупного тяжеловеса, а как прием нескольких грузов общим весом более 10÷ 12% от водоизмещения.

Безопасность плавания теснейшим образом связана с нор­мированием и контролем плавучести судов. Поэтому большое значение имеет понимание роли грузовых марок.

Вопросы для самопроверки

1. Почему при посадке судна с большим дифферентом для определения характеристик плавучести судна нельзя пользо­ваться кривыми элементов теоретического чертежа?

2. Как влияет увеличение осадки судна на величину числа тонн на 1 см осадки?

3. Почему при приеме малого груза для определения осадки пользуются числом тонн на 1 см осадки, а не грузовым разме­ром или грузовой шкалой?

4. Чем объяснить, что летом осадка судна допускается боль­ше, чем зимой.

ТЕМА 4 НАЧАЛЬНАЯ ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДНА

Основные понятия. Метацентрическая формула начальной остойчивости. Условия остойчивости судна. Теорема Эйлера. Определение метацентрических радиусов. Остойчивость формы и нагрузки. Влияние перемещения грузов на посадку и остойчивость судна. Изменение остойчивости при приеме и перемещении грузов (" малый", " большой"). Влияние на остойчивость подве­шенного и жидкого груза.

Методические указания

Целью изучения темы является получение обучающимися общих сведений об остойчивости судов и методике ее контроля в процессе эксплуатации судов. Помимо этого, курсанты (сту­денты) должны научиться рассчитывать посадку судна при перемещении или приеме грузов на судно.

Знакомясь с темой, необходимо повторить определение ста­тических моментов и моментов инерции плоских фигур, дифференцирование функций, определение центра тяжести системы тел, когда одно из них перемещается в каком-либо направле­нии, и вращение тела вокруг оси.

Курсанту (студенту) большое внимание следует обратить на критерии остойчивости: метацентрические высоты и плечо статической остойчивости; твердо усвоить, что метацентрические формулы справедливы только для бесконечно малых углов на­клонения, когда кривую центров величины можно заменить дугой окружности.

Перед выводом формул для определения метацентрических радиусов следует изучить теорему Эйлера, которая объясняет, почему ось наклонения при дифференте не совпадает с ми­делем.

Литература: [1], § 5.1÷ 5.11

Вопросы для самопроверки

1. Сформулируйте основное свойство кривой центров вели­чины.

2. Где при выводе формулы метацентрического радиуса ис­пользуется теорема Эйлера?

3. Какое допущение принимается при выводе формулы пле­ча статической остойчивости для бесконечно малых углов наклонения?

4. Когда следует учитывать влияние дифферента на попе­речную остойчивость судов?

5. Как от диаграммы статической остойчивости перейти к кривой восстанавливающего момента?

6. Бывают ли суда, у которых остойчивость при приеме Малого груза на днище падала бы?

7. Почему при приеме большого груза нельзя для расчета
посадки и остойчивости судна пользоваться формулами, вы­ веденными для приема малого груза?

ТЕМА 5 ОСТОЙЧИВОСТЬ НА БОЛЬШИХ УГЛАХ НАКЛОНЕНИЯ

Плечо статической остойчивости при больших углах крена. Диаграмма статической остой­чивости и ее свойства. Построение ДСО. Динамическая остойчивость, ДДО. Влияние посадки и условий плавания на остойчивость судна. Практические приложения теории плавучести и остойчивости: определение массы груза обеспечивающий заданный угол крена и дифферента, расчеты по обеспечению всплытия судна сидящего на мели. Нормирование и контроль остойчивости морских промысловых судов. Определение метацентрической высоты и положения центра тяжести судна опытным путем.

Литература: [1], § 6.1÷ 6.4; 7.1÷ 7.3; 8.1÷ 8.2

Методические указания

Остойчивость судов при больших наклонениях характеризу­ется диаграммами статической и динамической остойчивости. При изучении этого вопроса следует обратить внимание, что диаграмма статической остойчивости простым изменением мас­штаба превращается в кривую восстанавливающего момента, а диаграмма динамической остойчивости является интегральной кривой по отношению к диаграмме статической остойчивости.

Далее необходимо рассмотреть ряд практических задач, связанных с расчетом малых и больших наклонений судна, а также влияние на остойчивость дифферента, жидких и подве­шенных грузов и условий плавания. Следующий вопрос программы связан с нормированием и контролем остойчивости промысловых судов. При его изучении нужно ознакомиться с Правилами Регистра СССР, судовой документацией и приборами, которые используются для конт­роля остойчивости судов в процессе их эксплуатации.

Вопросы для самопроверки

1. Каково влияние на остойчивость судна при больших на­клонениях жидких грузов в узких и широких цистернах?

2. Какой шквал - с подветра или наветра - представляет большую опасность для судна?

3. Почему плавание судна на попутном волнении более опасно, чем на встречном?

4. Каким образом можно определить количество балласта, необходимого для обеспечения остойчивости судна?

ТЕМА 6 НЕПОТОПЛЯЕМОСТЬ СУДНА

Понятие о непотопляемости судна. Влияние на остойчи­вость и плавучесть затопления отсеков 1, 2 и 3-й категорий. Нормирование непотопляемости промысловых судов. Информа­ция по непотопляемости.

Литература: [1], § 9.1 ÷ 9.6

Методические указания

Целью изучения темы является получение обучающимися сведений о методах обеспечения непотопляемости и влиянии затопленных отсеков на плавучесть и остойчивость промысло­вых судов. Здесь необходимо уяснить, каким образом влияет на плавучесть и остойчивость судна затопление отдельных су­довых помещений, и каким образом можно повысить запас плавучести и остойчивости аварийного судна. Следует подроб­но ознакомиться с теми сведениями, которые приводятся в ин­формации по непотопляемости и как они могут быть исполь­зованы при борьбе за живучесть аварийного судна.

Вопросы для самопроверки

1. Какова роль двойного дна в обеспечении непотопляемо­сти судна?

2. Почему наибольшая потеря начальной остойчивости на­блюдается в первоначальный момент затопления?

3. Почему затопление отсеков двойного дна приводит к по­вышению остойчивости судна?

4. Каким образом нормируется аварийный запас плавуче­сти промысловых судов?

5. Какие требования предъявляются к аварийной остойчи­вости промысловых судов?

6. Как определяется число отсеков, записываемых в знак деления судна на отсеки?

ТЕМА 7 СОПРОТИВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЮ СУДНА

Составляющие сопротивления: сопротивление трения, фор­мы, волновое, выступающих частей, воздушное. Буксировочная мощность, мощность на гребном валу, мощность на валу дви­гателя (эффективная). Пропульсивный коэффициент судна.

Сопротивление трения. Определение сопротивления трения эквивалентной судну технически гладкой пластины, учет кри­визны и шероховатости корпуса судна. Сопротивление формы. Определенно сопротивления формы. Волновое сопротивление, связь коэффициента волнового сопротивления с числом Фруда. Интерференция носовых и кормовых поперечных волн.

Воздушное сопротивление и сопротивление выступающих частей.

Приближенные способы расчета сопротивления промысло­вых судов. Режимы быстроходности судов. Влияние на сопро­тивление условий эксплуатации: посадки судна, ветра, воли, обрастания и т. п. Ходкость судов с орудиями лова.

Литература: [1], § 10.1 ÷ 10.8

Методические указания

Цель изучения темы состоит в том, чтобы ознакомить кур-рантов (студентов) с основными составляющими сопротивления и выявить влияние различных факторов на их величину.

При изучении составляющих буксировочного сопротивления обучающийся должен обратить внимание на одинаковую структуру формул для их подсчета, так как формулы построены на реновации общего закона механического подобия. Рассматри­вая сопротивление трения, формы и волновое, следует проана­лизировать их зависимость от скорости судна. Нетрудно убе­диться, что вязкостные составляющие буксировочного сопротив­ления изменяются примерно пропорционально квадрату скорости хода, а волновое сопротивление зависит от скорости в более высоких степенях.

При рассмотрении составляющих сопротивления необходимо уяснить физическую сущность явлений, в особенности это касается сопротивления формы и волнового.

Изучение экспериментального определения сопротивления имеет большое значение для понимания современных методов его расчета.

Необходимо ясно представлять, почему нельзя при испыта­ниях обеспечить полное динамическое подобие между моделью и судном.

Главное внимание при рассмотрении приближенных спосо­бов расчета сопротивления следует уделить графикам, построенным по результатам систематических испытаний моделей со­временных промысловых судов.

Изучая режимы быстроходности судов, нужно уяснить, как меняются отдельные составляющие буксировочного сопротив­ления с изменением числа Фруда. С чисто практической точки зрения важен вывод о том, что у большинства промысловых судов основная часть полного сопротивления приходится на со­противление трения.

Вопросы для самопроверки

1. Как влияет скорость судна на коэффициенты сопротивле­ния трения, формы и волнового?

2. Почему при испытании моделей не удается обеспечить полное динамическое подобие?

3. Объясните порядок пересчета сопротивления модели на судно.

4. Подсчитайте изменение скорости судна, если мощность его двигателя в результате модернизации увеличилась на 8%.

5. Почему в сильный шторм судно теряет скорость даже при попутном ветре?

ТЕМА 8 КАЧКА СУДНА

Общие сведения. Качка судна на тихой воде. Силы, дейст­вующие па судно. Дифференциальные уравнения качки. Пе­риоды качки и влияние на них сопротивления,

Сведения о морском волнении. Бортовая качка па регуляр­ном волнении, влияние на амплитуду качки отношения часто ты полны к частоте свободных колебании судна. Качка судна, обладающего ходом. Успокоители качки.

Литература: [4], § 12.112.6

Методические указания

Цель изучения качки состоит в том, чтобы получить пред­ставление о поведении судна на волнении и влиянии, различ­ных факторов на амплитуду качки.

Знакомясь с темой, следует повторить однородные и неод­нородные линейные дифференциальные уравнения второго по­рядка и гармонические колебания твердого тела.

Изучая качку на тихой воде, необходимо научиться опреде­лять периоды свободных колебаний судна, так как от их значе­нии зависит поведение судна на волнении. При составлении дифференциальных уравнении нужно, четко представлять при-пятые допущения и не путать момент инерции массы судна с встречавшимся ранее моментом инерции площади ватерлинии. Следует, помнить, что в судовых условиях период бортовой качки судна на тихой воде проще всего получить опытным путем.

Знакомясь с. морским волнением, надо обратить внимание на способы записи уравнения профиля волны и угла волново­го склона в функции от времени.

Рассматривая бортовую качку на волнении, обучающийся должен получить ясное представление о кажущейся силе веса, всегда нормальной к поверхности волны; уметь проводить анализ полученных зависимостей и выводов о режимах качки; понимать связь между остойчивостью судна и его качкой и иметь представление о влиянии хода судна па качку.

Вопросы для самопроверки

1. Как скажется на величине периода свободных колеба­ний судна допущение об отсутствии сопротивления?

2. Почему при описании бортовой качки судна на волнении принимается во внимание только частное решение дифферен­циального уравнения?

3. Каков характер бортовой качки сейнера с неводом на палубе и неводом, убранным в трюм?

4. Почему постановка бортовых управляемых рулей на транспортных судах оказывается нецелесообразной?

5. Какие особенности имеет качка судна, обладающего ходом?

ТЕМА 9 СУДОВЫЕ ДВИЖИТЕЛИ

Общие сведения о судовых движителях. Образование лопа­стей винтов. Винты постоянного и радиально-переменного ша­га. Шаговые треугольники и шаговые углы. Нагнетающая и засасывающая поверхности лопасти, лопастный сечения, меди­альное сечение. Задание формы лопасти. Диаметр винта, ша­говое отношение, дисковое отношение, число лопастей.

Литература: [1], § 11.1 ÷ 11.2, [4] § 14.1 ÷ 14.2

Методические указания

Знакомясь с общими сведениями о судовых движителях, следует уяснить принцип действия гидравлических движите­лей, так как они находят наибольшее распространение на судах.

Изучая геометрию винтов, необходимо помнить, что все гео­метрические характеристики винта даются для его нагнетаю­щей поверхности. Нужно твердо усвоить основные геометри­ческие параметры винта: шаг, шаговый угол, дисковое отноше­ние — и уметь их определить на практике.

Вопросы для самопроверки

1. В чем состоит принцип действия гребных винтов?

2. Что называется дисковым отношением?

3. Какое преимущество имеют авиационные лопастные се­чения по сравнению с сегментными?

РАЗДЕЛ II ПРОЧНОСТЬ КОРПУСА СУДНА

ТЕМА 10 МЕСТНАЯ И ОБЩАЯ ПРОЧНОСТЬ СУДНА

Общие сведения. Местная и общая прочность корпуса. Определение изгибающих моментов и перерезывающих сил.

Методические указания

Целью изучения темы является ознакомление обучающихся с вопросами прочности корпуса судна, а также корпусными кон­струкциями промысловых судов.

Для лучшего усвоения материала необходимо повторить пло­ский изгиб балок, обратив внимание на дифференциальные зависимости между внешней нагрузкой, перерезывающими си­лами и изгибающими моментами, а также на вычисление нор­мальных и касательных усилии.

Вопросы для самопроверки

1. Чем отличается эквивалентный брус от простой балки?

2. Почему при вычислении нормальных напряжений от об­щего продольного изгиба корпуса применяется метод последо­вательных приближений?

3. Провести сравнительный анализ поперечной и продольной системы набора.

4. На каких судах выгодно использовать комбинированную систему набора?

ТЕМА 11 Определение прочностных характеристик корпуса при общем продольном изгибе Контроль прочности судна в процессе эксплуатации

Об­щий продольный изгиб. Контроль прочности судна и процессе его эксплуатации. Система набора: поперечная, продольная и комбинированная; их преимущества и недостатки. Конструк­ции днищевых, бортовых и палубных перекрытии. Наружная обшивка корпуса, настилы палуб, платформ и второго дна. Конструкция переборок. Оконечности судна. Штевни. Ледовые подкрепления корпуса. Дейдвудное устройство. Фундаменты.

Литература: [4], § 18.1÷ 18.5

Методические указания

Студент должен знать, что при изучении общей прочности корпус судна рассматривается как балка со всеми присущими ей свойствами, и в то же время уяснить особенно­сти работы корпуса по сравнению с обычной балкой. Главная особенность состоит в том, что в составе корпуса судна имеются так называемые «гибкие» связи, которые перестают воспри­нимать нагрузку сверх той, при которой они потеряли устойчи­вость. Это приводят к тому, что в общем случае связь между нормальными напряжениями и изгибающими моментами нели­нейная.

Главное внимание при изучении систем набора следует уде­лить уяснению характера работы балок главного направления и перекрестных связен и сравнительному анализу работы си­стем набора на судах различных размеров и назначения.

Необходимо изучить систему контроля прочности судна при эксплуатации.

Вопросы для самопроверки

1. Какую роль в корпусных конструкциях выполняют балки главного направления и перекрестные связи?

2. Какую роль играет наружная обшивка в обеспечении общей и местной прочности?

3. Чем отличаются надстройки от рубок?

4. Почему палубный стрингер имеет большую толщину по
сравнению с другими листами настила?