Определение нагрузки в первом приближении путем решения уравнения масс

Стр 1 из 5Следующая ⇒

Оглавление

1. Выбор прототипа 3

2. Определение нагрузки в первом приближении путем решения уравнения масс 4

2.1. Определение независимых масс. 5

2.2. Определение масс, зависимых от водоизмещения. 7

2.3. Определение масс, зависимых от водоизмещения в степени две трети. 10

2.4. Составление и решение уравнения нагрузки в первом приближении. 16

3. Уточнение нагрузки во втором приближении путем выбора параметров энергетической установки 17

3.1. Уточнение массы аккумуляторной установки. 17

3.2. Уточнение массы дизельной установки. 18

3.3. Уточнение массы гребной установки. 19

3.4. Составление и решение уравнения нагрузки во втором приближении. 20

4. Определение слагаемых постоянного плавучего объема из условий размещения 21

4.1. Объем прочного корпуса. 21

4.2. Водоизмещающие объемы за пределами прочного корпуса. 26

4.3. Определение постоянного плавучего объема и нормального водоизмещения. 28

5. Согласование весового и объемного водоизмещения 29

5.1. Уточнение некоторых масс и уточненная величина весового водоизмещения. 29

5.2. Согласование весов и объемов. 30

Выбор прототипа

Для определения нагрузки в первом приближении необходимо задаться величинами измерителей масс. Эти измерители могут быть получены пересчетом с ПЛ-прототипа.

Выбор прототипа во многом определит облик проектируемой ПЛ. Через измерители проектируемая ПЛ наследует от ПЛ-прототипа ее архитектуру, конструктивные решения по корпусу, системам, энергетической установке и т.п. Применение измерителей с ПЛ, имеющей заметные конструктивные отличия от проектируемой, скорее всего приведет к неверной оценке составляющих нагрузки и водоизмещения в целом. Ошибка в определении водоизмещения и статей нагрузки, в свою очередь, может привести на дальнейших стадиях проектирования к невозможности создания проекта. В связи с этим необходимо обоснованно подходить к выбору прототипа для проектируемой ПЛ.

Для выполнения проектирования, из числа представленных в таблице 1
ПЛ-прототипов, выбрана ДЭПЛ проекта 613:

Параметр

Проект 613

Проектируемая ДЭПЛ (Вариант 17)

Водоизмещение, т

1300

Архитектура

двухкорпусная

Число ТА

Общий боезапас

Автономность, сут

Экипаж, чел

Предельная глубина погружения, м

300

200

Предел текучести материала ПК, кг/см2

6000

Наибольшая скорость подводного хода, уз

14.5

Наибольшая скорость надводного хода, уз

Масса прочного корпуса, т

182

Масса легких корпусных конструкций, т

300

Масса систем и устройств, т

130

Тип ГЭУ

прямой привод

электро-движение

Число и мощность дизелей

(дизель-генераторов), кВт

2х1500

Число и мощность ГЭД, кВт

2х1000

Дальность плавания под РДП, миль

(скоростью, уз)

4500 (8)

3000 (8)

Тип ТА

пневматика

Дальности плавания полным подводным ходом, миль

Скорость подводного экономхода, миль

Дальность плавания подводным экономходом, миль

250

Масса РЭВ, т

Проект 613 наиболее приближен к ТЗ проектируемой ДЭПЛ по основным параметрам: архитектурный тип, автономность, наибольшая скорость надводного и подводного хода.

Определение независимых масс

Масса торпедного вооружения

В целом масса торпедного вооружения может быть определена по формуле:

Где:

Обозначение

Значение

Величина

P_ТА

масса одного торпедного аппарата в полном сборе

6…7 т (6.5) (пневматические ТА)

P_КЗ

масса воды кольцевого зазора, приходящейся на один аппарат и необходимой для заполнения зазора между стенками ТА и торпедой

0.5…0.6 т (0.55)

(пневматические ТА)

P_ВРЩ

масса волнорезного щита одного торпедного аппарата с приводом.

0.3…0.6 т (0.45)

P_ТОРП

масса одной единицы боезапаса. Из всех типов боезапаса ПЛ наибольшую массу имеют торпеды

2…2.5 т (2.25)

количество торпедных аппаратов

количество запасных торпед, находящихся на стеллажах. Определяется как разность общего боезапаса и числа торпедных аппаратов

коэффициент, учитывающий массу приборов управления торпедной стрельбой и массу вспомогательного оборудования, обеспечивающего функционирование ТА

1.2…1.3 (1.25)

коэффициент, учитывающий массу стеллажей для хранения запасных торпед, их насыщения и оборудования, систем поперечной и вертикальной перегрузки торпед, устройства быстрого заряжания и торпедопогрузочного устройства

1.4…1.5 (1.45)

Обозначение

Значение

Величина

масса одного члена экипажа с багажом

100 кг

суточный расход провизии

(с учетом массы тары, упаковки и пр.)

на одного человека

3.5 кг на чел./сут

минимальный нормативный расход пресной воды на одного человека в сутки. Получение пресной воды сверх этой нормы осуществляется от опреснительной установки

6 л на чел./сут

численность экипажа

автономность, сутки

Масса систем и устройств

где:

безразмерный измеритель массы систем и устройств.

Измеритель pсу может быть, как пересчитан с прототипа:

где:

масса систем и устройств ПЛ-прототипа;

водоизмещение ПЛ-прототипа, так и принят по статистике в пределах 0, 08...0, 09.

Масса твердого балласта

На данной стадии проектирования выразим массу твердого балласта как:

т.е. на долю балласта отводится от 2 до 4 процентов водоизмещения.

Запас водоизмещения

Как известно, запас водоизмещения делится на две составляющие – запас на проектирование и постройку и запас на модернизацию.

Запас на проектирование и постройку обычно принимается в пределах от 0, 5 до 5 процентов от водоизмещения.

Величина запаса на модернизацию не задана Заказчиком в ТЗ, она может быть принята в пределах от 0, 5 до 2 процентов от водоизмещения.

Масса дизельной установки

Для расчёта измерителей данного слагаемого использовался прототип пр. 636, т.к. подобранный изначально не соответствовал типом ГЭУ.

Масса дизельной установки, очевидно, зависит от ее мощности:

где:

измеритель массы дизельной установки, т/кВт;

измеритель массы собственно дизельных двигателей, т/кВт.

По статистике: =0.013…0.016 т/кВт;

коэффициент, учитывающий массу механизмов, устройств, систем и оборудования, обеспечивающих функционирование дизельных двигателей.

По статистике: ;

суммарная мощность дизельной установки, обеспечивающая в заданных режимах необходимую скорость хода, зарядку АБ и питание общекорабельных потребителей:

где:

мощность, необходимая на ход с заданной скоростью в заданном режиме;

мощность, необходимая на зарядку АБ;

мощность, необходимая для питания общекорабельных потребителей;

потери мощности в процессе передачи к потребителям (КПД установки).

На начальных стадиях проектирования мощность, затрачиваемая на ход, может быть определена по формуле адмиралтейских коэффициентов:

где:

и скорость хода в узлах и безразмерный адмиралтейский коэффициент, соответственно для рассматриваемого режима.

Необходимо оценить мощность для двух режимов – надводного хода и хода под РДП.

Для режима надводного хода адмиралтейский коэффициент рекомендуется принимать по статистике в диапазоне 100…120 для ПЛ с осесимметричными обводами.

;

Для режима РДП адмиралтейский коэффициент рекомендуется принимать по статистике в диапазоне 180...210 для ПЛ с осесимметричными обводами.

В дальнейшем расчете используем большую из двух найденных мощностей .

Мощность, необходимая на зарядку АБ, может быть определена как:

где:

сила зарядного тока, А. Сила тока зарядки первой ступени обычно находится в пределах 2400…3600 А.

напряжение, подаваемое при зарядке на один аккумулятор, В. Для свинцово-кислотных аккумуляторов это напряжение составляет 2.4 В;

число элементов (аккумуляторов) в группе. Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи формируются из четного числа групп (2 или 4) не менее чем по 112 элементов в каждой. Обычно группы АБ заряжаются поочередно (одновременно только одна группа АБ).

При этом найденная мощность на зарядку будет постоянной и не будет зависеть от водоизмещения, но все равно будет учтена в массе ДУ. Следовательно, может быть найдена масса двигателей, обеспечивающих эту мощность и не зависящая от водоизмещения.

Мощность, необходимая для питания общекорабельных потребителей ( ), по статистике составляет от 9 до 14 процентов мощности дизельной установки:

Потери мощности в процессе передачи к потребителям ( ) составляют обычно около 3% общей мощности:

Определяем суммарную мощность дизельной установки:

Находим массу дизельной установки:

Масса гребной установки

Масса гребной установки зависит от ее мощности:

где:

измеритель массы гребной установки, т/кВт;

измеритель массы собственно главного гребного электродвигателя, т/кВт. По статистике: ;

коэффициент, учитывающий массу механизмов, устройств, систем и оборудования, обеспечивающих функционирование гребных электродвигателей.

По статистике: ;

суммарная мощность гребной установки, обеспечивающая заданную в ТЗ скорость полного подводного хода.

где:

и скорость полного подводного хода и адмиралтейский коэффициент для этой скорости соответственно. Коэффициент может быть пересчитан с прототипа.

Находим мощность, затрачиваемую на полный подводный ход:

Определяем массу гребной установки:

Масса топлива и масла

Находим необходимую массу запасов топлива и масла:

где:

коэффициент, учитывающий наличие не удаляемых остатков топлива и масла в цистернах («мертвый запас»). По статистике, ;

коэффициент, учитывающий массу запасов масла.

По статистике, запас масла составляет от 4 до 8 процентов запаса топлива, т.е. ;

средний удельный расход топлива дизельного двигателя, кг на кВт в час.

По статистике, кг на кВт в час;

время движения в рассматриваемом режиме, часов.

где:

дальность плавания в рассматриваемом режиме, миль;

скорость хода в рассматриваемом режиме, уз.;

мощность, необходимая для достижения заданной для данного режима скорости хода с обеспечением питания всех необходимых потребителей. В современной практике принято задавать в ТЗ требования по дальности и скорости хода под РДП. Достаточно учесть мощность на ход, питание общекорабельных потребителей и потери.

«1» - не учитываем, т.к. зарядка АБ при ходе под РДП не производится.

Масса топлива и масла:

«1» – переводим «кг на кВт в час» в «кВт в час».

Параметр

Величины

Для полного подводного хода

Для экономхода

v, уз

R, миль

150

Т, час

, коэффициент питания потребителей и потерь

0, 04..0, 06 (0, 05)

0, 8…1, 0 (0, 9)

, КПД

0, 89..0, 91 (0, 9)

0, 85..0, 89 (0, 87)

С, адмиралтейский коэффициент

363, 13

(посчитано ранее)

по статистике, С=230…250

(240)

N, мощность на ход, кВт

Э, емкость, кВт. час

, энергосъем,
кВт. час/т

Для времени

23 (масса эл. 0, 65 т)

Для времени

45 (масса эл. 0, 65 т)

, масса АБ, т.

Большая из величин массы аккумуляторной батареи должна быть использована для определения массы аккумуляторной установки.

Статья нагрузки

Масса, т

% от D

Собственно прочный корпус

90.25

12.51

Равнопрочные конструкции

25.23

3.50

Легкие корпусные конструкции

166.38

23.07

Системы и устройства

72.10

10.00

Общекорабельное электрооборудование

36.05

5.00

Дифферентовочная и остаточная вода

5.41

0.75

Твердый балласт

21.63

3.00

Запас водоизмещения

28.84

4.00

Дизельная установка

38.53

5.34

Гребная установка

21.21

2.94

Валопровод с движителем

4.35

0.60

Топливо и масло

26.15

3.63

Аккумуляторная установка

69.53

9.64

Торпедное вооружение

91.00

12.62

Радиоэлектронное вооружение

15.00

2.08

Экипаж, запасы провизии и воды

9.63

1.33

Водоизмещение:

721.28

100

Величина

Масса элемента 0, 90 т

Масса элемента 0, 65 т

Масса элемента 0, 51 т

Число элементов

в батарее расчетное

округлить до целого

Число

групп

округлить до целого четного

при необходимости, можно увеличить число элементов в группе до 124 единиц

Число элементов

в батарее выбранное

Масса батареи, т

Из полученных масс батареи выбираем минимальную массу и вычисляем массу аккумуляторной установки в целом:

Статья нагрузки

Масса2, т

% от D2

Масса1, т

% от D1

Собственно прочный корпус

98.30

12.51

90.25

12.51

Равнопрочные конструкции

27.49

3.50

25.23

3.50

Легкие корпусные конструкции

181.23

23.07

166.38

23.07

Системы и устройства

78.53

10.00

72.10

10.00

Общекорабельное электрооборудование

39.27

5.00

36.05

5.00

Дифферентовочная и остаточная вода

5.89

0.75

5.41

0.75

Твердый балласт

23.56

3.00

21.63

3.00

Запас водоизмещения

31.41

4.00

28.84

4.00

Дизельная установка

43.70

5.56

38.53

5.34

Гребная установка

36.40

4.63

21.21

2.94

Валопровод с движителем

4.61

0.59

4.35

0.60

Топливо и масло

27.69

3.52

26.15

3.63

Аккумуляторная установка

71.97

9.16

69.53

9.64

Торпедное вооружение

91.00

11.58

91.00

12.62

Радиоэлектронное вооружение

15.00

1.91

15.00

2.08

Экипаж, запасы провизии и воды

9.63

1.23

9.63

1.33

Водоизмещение:

785.67

100

721.28

100

Объем прочного корпуса

Объем прочного корпуса является самой крупной составляющей ППО, для однокорпусных ПЛ его доля может составлять до 90% ППО. Очевидно, что прочный корпус должен обеспечить размещение всех боевых и технических средств, запасов, экипажа и прочих объектов, не могущих быть подверженными воздействию забортного давления и/или не могущих находиться в воде.

Условно выделим в составе прочного корпуса следующие функциональные объемы:

1. Объем, занятый комплексом торпедного вооружения,

2. Объем, занятый дизельной установкой,

3. Объем, занятый гребной установкой,

4. Объем, занятый аккумуляторными ямами,

5. Объем, занятый экипажем, провизией и водой,

6. Объем, занятый постами управления,

7. Объем, занятый системами и устройствами,

8. Объем, занятый общекорабельным электрооборудованием,

9. Объем, занятый радиоэлектронным вооружением,

10. Объем, занятый внутренними топливными цистернами,

11. Объем, занятый внутренними цистернами общекорабельного назначения,

Определив эти объемы мы сможем найти объем прочного корпуса:

Статья нагрузки

Масса3,

% от D2_УТ2

Масса2, т

% от D2

Масса1, т

% от D1

Собственно прочный корпус

298.10

27.64

98.30

12.51

90.25

12.51

Равнопрочные конструкции

120.61

11.18

27.49

3.50

25.23

3.50

Легкие корпусные конструкции

181.23

16.80

181.23

23.07

166.38

23.07

Системы и устройства

78.53

7.28

78.53

10.00

72.10

10.00

Общекорабельное ЭО

39.27

3.64

39.27

5.00

36.05

5.00

Дифферентовочная и остаточная вода

5.89

0.55

5.89

0.75

5.41

0.75

Твердый балласт

23.56

2.18

23.56

3.00

21.63

3.00

Запас водоизмещения

31.41

2.91

31.41

4.00

28.84

4.00

Дизельная установка

43.70

4.05

43.70

5.56

38.53

5.34

Гребная установка

36.40

3.37

36.40

4.63

21.21

2.94

Валопровод с движителем

4.61

0.43

4.61

0.59

4.35

0.60

Топливо и масло

27.69

2.57

27.69

3.52

26.15

3.63

Аккумуляторная установка

71.97

6.67

71.97

9.16

69.53

9.64

Торпедное вооружение

91.00

8.44

91.00

11.58

91.00

12.62

Радиоэлектронное вооружение

15.00

1.39

15.00

1.91

15.00

2.08

Экипаж, запасы провизии и воды

9.63

0.89

9.63

1.23

9.63

1.33

Водоизмещение:

1078.59

100

785.67

100

721.28

100

Оглавление

1. Выбор прототипа 3

2. Определение нагрузки в первом приближении путем решения уравнения масс 4

2.1. Определение независимых масс. 5

2.2. Определение масс, зависимых от водоизмещения. 7

2.3. Определение масс, зависимых от водоизмещения в степени две трети. 10

2.4. Составление и решение уравнения нагрузки в первом приближении. 16

3. Уточнение нагрузки во втором приближении путем выбора параметров энергетической установки 17

3.1. Уточнение массы аккумуляторной установки. 17

3.2. Уточнение массы дизельной установки. 18

3.3. Уточнение массы гребной установки. 19

3.4. Составление и решение уравнения нагрузки во втором приближении. 20

4. Определение слагаемых постоянного плавучего объема из условий размещения 21

4.1. Объем прочного корпуса. 21

4.2. Водоизмещающие объемы за пределами прочного корпуса. 26

4.3. Определение постоянного плавучего объема и нормального водоизмещения. 28

5. Согласование весового и объемного водоизмещения 29

5.1. Уточнение некоторых масс и уточненная величина весового водоизмещения. 29

5.2. Согласование весов и объемов. 30

Выбор прототипа

Для выполнения проектирования, из числа представленных в таблице 1
ПЛ-прототипов, выбрана ДЭПЛ проекта 613:

Параметр

Проект 613

Проектируемая ДЭПЛ (Вариант 17)

Водоизмещение, т

1300

Архитектура

двухкорпусная

Число ТА

Общий боезапас

Автономность, сут

Экипаж, чел

Предельная глубина погружения, м

300

200

Предел текучести материала ПК, кг/см2

6000

Наибольшая скорость подводного хода, уз

14.5

Наибольшая скорость надводного хода, уз

Масса прочного корпуса, т

182

Масса легких корпусных конструкций, т

300

Масса систем и устройств, т

130

Тип ГЭУ

прямой привод

электро-движение

Число и мощность дизелей

(дизель-генераторов), кВт

2х1500

Число и мощность ГЭД, кВт

2х1000

Дальность плавания под РДП, миль

(скоростью, уз)

4500 (8)

3000 (8)

Тип ТА

пневматика

Дальности плавания полным подводным ходом, миль

Скорость подводного экономхода, миль

Дальность плавания подводным экономходом, миль

250

Масса РЭВ, т

Определение нагрузки в первом приближении путем решения уравнения масс

В первом приближении водоизмещение проектируемой ПЛ разбивается на три группы статей:

1) Независимые массы, заданные в ТЗ или напрямую определяемые из него, .

2) Массы, зависимые от водоизмещения, .

3) Массы, зависимые от водоизмещения в степени две трети, .

Необходимо определить все эти массы. Независимые массы могут быть определены из ТЗ непосредственно в тоннах. Зависимые массы определяются при помощи измерителей, получаемых с прототипа, и выражаются в долях водоизмещения и водоизмещения в степени две трети. Сумма всех этих масс и есть искомое водоизмещение.

Таким образом, можно получить уравнение вида:

Решение этого уравнения относительно D1 позволит получить величину водоизмещения.

12 3 4 5 Следующая ⇒