Благовещенский С.Н., Холодилин А.Н. Справочник по статике и динамике корабля. Статика корабля. Том 1

Подождите немного. Документ загружается.

справочник

по статике

динамике

корабля

статика

корабля

6Т4.1

Б68

УДК 629.12.001,11 J 532(031)

Рецензент

канд.

техн.

наук

Л. Н.

СТРЕЛЯЕВ

Научный

редактор

канд.

техн.

наук

А. В.

ГЕРАСИМОВ

Благовещенский

С. Н.,

Холодилин

А. Н.

Б68 Справочник по статике и динамике корабля. В

двух

томах.

Изд. 2-е, перераб. и доп. Том 1. Статика корабля. Л.,

«Судо-

строение», 1976.

336 с.

Справочник

содержит основные сведения по вопросам статики корабля, а также по

расчетам спуска корабля на

воду.

Второе издание книги существенно переработано н допол-

нено.

Несовершенные или устаревшие расчетные методы заменены более современными.

Приведены

сведения об использовании счетных машин. В расчетах статики корабля изложены

основные

принципы программирования и методы составления исходной информации для

ЭВМ.

Приведены новые приближенные формулы расчетов остойчивости и плавучести, совре-

менные

методы

учета

влияния жидких грузов на остойчивость, нормативные требования,

предъявляемые к остойчивости и непотопляемости, результаты последних исследований дина-

мической

остойчивости корабля.

Справочник

предназначен для инженеров-судостроителей, научных работников, аспи-

рантов и студентов кораблестроительных вузов.

31805—С40

8—75

6Т4.1

048 (01)—76

Издательство

«Судостроение»,

1976 г.

от авторов

Справочная

книга по статике и качке корабля является практическим пособием

для инженеров и техников-кораблестроителей, а также может быть полезна студен-

там и аспирантам кораблестроительных

втузов

при выполнении ими расчетов по этим

разделам теории корабля.

В настоящее время в проектно-конструкторских бюро широко применяются

электронные цифровые вычислительные машины (ЭЦВМ) для выполнения проектных

расчетов, однако наряду с ними постоянно находят и

будут

находить применение

«ручные»

расчетные методы. Программы расчетов на ЭЦВМ применимы лишь

данному конкретному типу машин, которые у разных проектных организаций

могут

быть различны,

требуют

знакомства со специальным математическим языком, а

кроме того, электронно-вычислительная техника быстро прогрессирует и разви-

вается, и действующие сейчас программы

могут

в связи с совершенствованием кон-

струкции машин через непродолжительное время оказаться непригодными. Поэтому

авторы отказались от включения в «Справочник» программ для ЭЦВМ и ограничи-

лись общими сведениями и указаниями о способах составления исходной информации.

Основное содержание книги составляют описания ручных расчетных методов,

которые находят применение на различных этапах проектирования надводных водо-

измещающих судов. Все приводимые расчетные методы

могут

быть использованы

также и для

судов

с «новыми принципами движения» — глиссеров,

судов

на подвод-

ных крыльях, на воздушных подушках и т. п., но только при плавании их без

хода

или

в водоизмещающем режиме. В книге приведены также отдельные нормативные

материалы по вопросам остойчивости и непотопляемости, отечественные и междуна-

родные.

Изложение

книги рассчитано на читателя, знакомого с основами теории^ ко-

рабля, и не может служить для первоначального ознакомления с этой наукой. Соот-

ветственно назначению книги текстовой материал ее сжат и сообщаемые расчетные

методы, вычислительные схемы и расчетные формулы приводятся в виде окончатель-»

ных результатов без подробных математических выводов. Тем не менее

всюду,

где это

возможно, в тексте сообщаются принципиальные положения и исходные допущения,

принятые

в основу рекомендуемых методов или отдельных формул, с целью облег-

чить читателю сознательное их применение. В тексте приводятся также краткие пояс-

нения

физического смысла сообщаемых методов расчета, вычислительных

схем

и рас-

четных формул и указываются пределы их применения, что поможет пользующе-

муся книгой критически оценить степень достоверности получаемых с ее помощью

результатов. Особенно это относится ко всякого рода условным расчетным методам,

применение

которых при современном уровне развития теории корабля во многих

случаях

оказывается необходимым.

Основными

источниками при написании книги послужили результаты исследо-

ваний,

прежде всего советских

ученых,

но также и иностранных. По некоторым

вопросам

статики и качки корабля авторы включили и материалы собственных иссле-

дований.

Раздел «Статика корабля» написан С. Н. Благовещенским, раздел «Динамика

корабля» — А. Н. Холодилиным, но к изложению некоторых вопросов авторами

привлекались

другие

специалисты. Так, в разделе «Статика корабля» § 21 напи-

сан

Л. Н. Стреляевым, а глава 6 «Спуск на

воду»

написана совместно с В. В. Семе-

новым-Тян-Шанским.

В разделе «Динамика корабля» § 22 написан А. Н. Бала-

киным,

§ 21 —совместно с А. Н. Балакиным, § 11 —Б. Е. Раппопортом.

Авторы приносят глубокую благодарность А. В. Герасимову, принявшему на

себя

труд

по научному редактированию книги, и ее рецензенту Л. Н. Стреляеву,

которые сделали ряд полезных замечаний, способствующих повышению качества

книги.

Особенную благодарность авторы выражают дочери С. Н. Благовещенского

инж.

М. С. Макаровой, выполнившей практически весь

труд

по оформлению

рукописи

и последующей корректуре раздела «Статика корабля», без помощи кото-

рой

не могла бы быть написана эта книга.

§ 1.

применяемые

буквенные обозначения и

меры

Приводимый

перечень применяемых обозначений должен служить для справок

том случае, если в отдельных местах текста книги пояснения обозначений

окажутся недостаточными. Размерности величин указаны как в новой

Между-

народной системе единиц (системе СИ), так и в старых единицах (система МКГСС).

Для величин, применяющихся в

задачах

статики и качки корабля и имеющих в этих

системах различные численные значения, приводится таблица пересчета.

— площадь, м

;

Ау — площадь парусности, м

;

а — возвышение центра тя-

жести судна над цен-

тром величины, м;

В — ширина судна, м;

^шах — ширина судна наиболь-

шая,

м;

С — центр величины судна;

с—скорость

бега

волн, м/с;

D — вес судна, кН, тс;

/ — центр тяжести площади

ватерлинии;

F — высота надводного борта

судна, м;

— центр тяжести судна;

Н — высота борта судна, м;

Н, h — продольная и поперечная

метацентрическая высота,

соответственно, м;

fta, — высота волны, м;

^3%

~ высота волн 3%-ной

обеспеченности, м;

^1/3 ~ высота значительных

_ волн, м;

Л — средняя высота волн, м;

— момент инерции площади

ватерлинии относительно

центральной продоль-

ной

оси f

, м

;

If у — момент инерции пло-

щади ватерлинии отно-

сительно центральной

поперечной оси f

, м

;

ху

— центробежный момент

инерции

площади ватер-

линии,

м*;

'*> iy — моменты инерции сво-

бодных поверхностей

жидких грузов, м

;

— момент инерции массы

судна относительно цен-

тральной продольной оси,

кг>м

= Н-м-с

тс-м-с

;

— момент инерции массы

судна относительно цен-

тральной горизонталь-

но-поперечной

оси,

кг-м

=•

Н-м-с

тс-м-с

;

— момент инерции массы

судна относительно цен-

тральной вертикально-

поперечной оси, кг-м

Н-м-с

, тс-м-с

;

— волновое число, k =

— длина судна

между

пер-

пендикулярами, м;

— длина судна по грузо-

вой или конструктивной

ватерлинии, м;

шах — длина судна наиболь-

шая,

м;

/— плечо статической остой-

чивости, м;

Р, р

R—а

—

плечо динамической

остойчивости, м;

масса, кг = Н-м"

'С

тс-м-

-с

;

момент (восстанавли-

вающий момент),

кН-м,

тс-м;^

p — кренящий момент,

кН-м,

тс-м;

аИ

— дифферентующий

момент, кН-м, тс-м;

масса, или момент;

коэффициент

пропор-

циональности силы или

момента сопротивления,

линейно

зависящего от

скорости качки;

вес, кН, тс; •

давление (ветра),

кН/м

кгс/м

;

продольный метацентри-

ческий

радиус судна, м;

радиус циркуляции, м;

продольная метацентри-

ческая высота, м;

поперечный метацентри-

ческий

радиус судна, м;

радиус орбитального

движения волновых ча-

стиц,

м;

г—а — поперечная метацентри-

ческая высота, м;

S — площадь ватерлинии, м

;

s — потерянная площадь ва-

терлинии (в расчетах не-

потопляемости), м

;

— осадка судна по кривой

водоизмещения, м;

^мид — осадка судна у миделе-

вого шпангоута, м;

— осадка судна по носовому

перпендикуляру, м;

— осадка судна по кормо-

вому перпендикуляру, м;

— период бортовой качки

судна на тихой воде, с;

Тф

— период килевой качки

судна на тихой воде, с;

Tj — период вертикальной

качки

судна на тихой

воде, с;

/ — время;

— объемное водоизмещение

корабля,

;

v — объем

груза

или поме-

щения

на судне, м

;

v — скорость движения судна,

м/с;

— работа восстанавливаю-

щего момента (динами-

ческая остойчивость)

кН-м,

тс-м;

w — коэффициент пропор-

циональности демпфи-

рующего момента при

квадратичной зависи-

мости его от скорости

качки;

X, х — обозначение абсциссы;

g — абсцисса центра тяже-

сти судна, м;

— абсцисса центра вели-

чины

судна, м;

f — абсцисса центра тяжести

площади ватерлинии, м;

у — обозначение ординаты

(ординаты поверхности

судна), м;

Z,.z

— обозначение аппликаты;

Zg — аппликата центра тя-

жести судна, м;

— аппликата центра вели-

чины

судна, м;

— аппликата поперечного

метацентра, м;

а — коэффициент полноты

площади ватерлинии;

a (t) — мгновенный

угол

вол-

нового склона;

— амплитуда

угла

волно-

вого склона;

— эффективная амплитуда

угла

волнового склона;

р*

— коэффициент полноты

площади мидель-шпан-

гоута;

у — вес единицы объема

жидкости (воды),

кН/м

тс/м

;

Д, б — знак приращения;

б — коэффициент общей пол-

ноты;

е — курсовой

угол

судна по

отношению к скорости

бега

волн;

£ — обозначение аппликаты

системе координат

Ы;

— обозначение ординаты

системе координат

Э —

угол

крена;

в/

—

угол

крена, соответ-

ствующий заливанию

судна через отверстия,

считающиеся открытыми

(угол

заливания);

0/4 —

угол

крена, соответ-

ствующий погружению

кромки

палубы- судна

воду;

вшах —

угол

крена, соответ-

ствующий положению

максимального плеча

статической остойчи-

вости;

—

угол

заката диаграммы

статической остойчи-

" вости;

—

угол

статического крена;

6^ —

угол

динамического

крена;

(/) — мгновенный

угол

абсо-

лютного наклонения суд-

на

при бортовой качке,

равный

углу

отклоне-

ния

диаметральной

плоскости от вертикаль-

ного положения;

— амплитуда бортовой

качки

судна в абсолют-

ных координатах;

угол

отно-

сительного наклонения.

судна по отношению

нормали к волне (угол,

составляемый диаме-

тральной плоскостью

судна 'и нормалью

волне);

Ьщ — амплитуда бортовой

качки

судна на волне-

нии

в относительных

координатах;

% — длина волны, м;

j — обозначение присоеди-

< ненных масс;

/ — обозначение

коэффи-

циентов демпфирования;

| — обозначение абсциссы

системе координат |rj£;

— массовая плотность,

кг/м

Н-с'/м*,

TC-CVM

;

— знак суммирования;

истинная

частота волн,

с"

;

— кажущаяся частота

волн,

с"

;

х — истинный период волн, с;

— кажущийся период •

волн,

с;

— коэффициент продоль-

ной

полноты судна;

—

угол

рыскания судна;

— статическая характери-

стика успокоителя качки;

Ф^

— динамическая характе-

ристика успокоителя

качки;

% — коэффициент вертикаль-

ной

полноты судна;

i|) —

угол

дифферента судна;

i|> (0 — мгновенный

угол

киле-

вой качки судна;

•фт — амплитуда килевой качки

судна;

со — обозначение угловой ско-

рости, с"

;

щ — частота (круговая) бор-

товой качки судна на

тихой воде, с"

;

со^,

— частота (круговая) киле-

вой качки судна на тихой

воде, с"

;

cog — частота (круговая) вер-

тикальной качки судна

на

тихой

<»мид — площадь

;

воде, с

миделевого

;

шпангоута, м

площадь шпангоутов, и

Перевод единиц системы МКГСС

единицы

СИ

Величина

Сила

Момент силы

Работа

Масса

Момент инерции

Удельный

(объемный)

вес

Массовая плотность

МКГСС

Наименование

единиц

килограмм-сила

тонна-сила

тонна-сила-метр

—

Обозначение

единиц

кгс

тс

тс-

ТС' М

кгс-

- м"

кгс-

м- с

ТС- М~

ТС- С

' М"

СИ

Наименование

единиц

НЬЮТОН

килоньютон'

килоньютон-

метр

килоньютон-

метр

килограмм

—

Обозначение

единиц

кН

кН-м

кг=Н-с

м"

кг-м

=кН-м> с

кН-м-

кг-

м~

=Н-с

м->

Пересчет

КГС=9,81

1 тс=9,81 кН

1 тс- м=9,81 кН> и

1 тс- м=9,81 кН' и

•

ТС- С

- М"

=9,81 кН-с

-м-

]

ТС' М- С*=

=9,81 кН-м-с*

1 тс-м-»=9,81кНм-

1 тс- с

- м"*=

=9,81 кН-с^м"

глава

ПЛАВУЧЕСТЬ

РАСЧЕТ

ЭЛЕМЕНТОВ

ТЕОРЕТИЧЕСКОГО

ЧЕРТЕЖА

§ 2.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ

ЧЕРТЕЖ,

ОСНОВНЫЕ

РАЗМЕРЕНИЯ,

ВИДЫ ПОСАДКИ И КОЭФФИЦИЕНТЫ

Геометрическая форма наружной поверхности судового корпуса изображается

виде теоретического чертежа (рис. 1.1). Поверхность

всех

судов

(кроме деревянных)

на

теоретическом чертеже принято изображать без наружной обшивки.

За

плоскости проекций теоретического чертежа принимают следующие:

диаметральную, или вертикально-продольную, проходящую вдоль всего судна

посредине его ширины и являющуюся плоскостью его симметрии. Проекция судна

на

эту плоскость — бок;

плоскость грузовой или конструктивной ватерлинии (ГВЛ или КВЛ соответ-

ственно),

совпадающую с поверхностью спокойной воды при плавании судна по

проектную осадку. Проекция судна на эту плоскость —

полуширота;

плоскость мидель-шпангоута (плоскость миделя), или вертикально-поперечную,

перпендикулярную первым

двум

и проходящую посредине расчетной длины судна.

Проекция

судна на этой плоскости —

корпус.

Сечения

судна плоскостями, параллельными плоскостям проекций, образуют

три системы главных сечений: шпангоуты, ватерлинии и батоксы.

Шпангоутами

называются кривые, возникающие от пересечения поверхности

корпуса плоскостями, параллельными плоскости миделя. Шпангоут, совпадающий

с плоскостью миделя, называется мидель-шпангоутом, или миделем, и обозначается

на

чертежах условным знаком уц. Миделем называют также шпангоут, проходящий

самой широкой части судна. Однако в статике корабля термин

мидель

применяется

сечению, расположенному в середине расчетной длины, за исключением особо ого-

вариваемых случаев.

Ватерлиниями

называются кривые, образуемые пересечением поверхности

судна плоскостями параллельными плоскости грузовой или конструктивной ватер-

линии.

Батоксами

называются кривые, получающиеся от пересечения поверхности суд-

на

плоскостями, параллельными диаметральной плоскости.

Плоскость,

проходящая через точку пересечения мидель-шпангоута с верхней

кромкой

горизонтального, или брускового, киля и параллельная грузовой ватерли-

нии,

называется

основной

плоскостью,

от которой измеряются все вертикальные рас-

стояния.

Термином

основная

плоскость

называют также плоскость, проходящую через

средний прямолинейный участок линии киля. Для большинства

судов

грузовая

ватерлиния принимается параллельной линии киля, и

тогда

обозначения совпадают.

Линия

пересечения основной плоскости с диаметральной называется

основной

ли-

нией.

Главными геометрическими размерениями судна являются его

длина,

ширина,

высота

борта

теоретическое

углубление,

или

осадка:

— длина

между

перпендикулярами, проходящими через точки пересечения

грузовой ватерлинии у военных кораблей с линиями штевней, а у гражданских

судов

— с передней кромкой форштевня и с осью руля;

ей

батоне

I 3-й

батоне

l19 1в 17 Тб 15

1 15

щ ji утл w щ и i

12 11 10

в 7 6 5 Ь 3 2 . *

П Д

ШУЩи

Попу

бо

полубак??

W 17 16 15 U 13 П 11 W 9 в 7 6 5 * 3 2/110

Верхняя

палцбо

Рве.

1.1.