Metoda określania prędkości eksploatacyjnej w projektowaniu wstępnym statków transportowych. Część II: Matematyczny model prędkości eksploatacyjnej przydatny w projektowaniu wstępnym statków transportowych Calculation method of service speed in preliminar

Pełen tekst

(1)PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ z. 112. Transport. 2016. 1 (# 3

(2) <

(3) * - ,

(4)

(5) ! H

(6) . $*16 63*5/ 4 365 EKSPLOATACYJNEJ W PROJEKTOWANIU )14]$ 1 13x) 1 4616)]{ .5 $ 1*$ 1].4] $6*/ 365 EKSPLOATACYJNEJ PRZYDATNY ) 6*316) 4_ )1PNYM STATKÓW TRANSPORTOWYCH G'

(7) O

(8) . Streszczenie:

(9) ?

(10) ' $| ?

(11)

(12)

(13) ' F

(14)

(15)

(16)

(17)

(18) '

(19)

(20) ? $

(21) ! ' F ? zacowana

(22)

(23)

(24)

(25) charakterystyk oporowo- '

(26) $ ' F

(27) ' ? ' $

(28)

(29) ' '

(30)

(31) '

(32) $ # ' ! ' F

(33) ! ? . 1. MATEMA1].4] $6*/ 66_ 936)1*&6 STATKU TRANSPORTOWEGO W RZECZYWISTYCH WARUNKACH POGODOWYCH *

(34)

(35) F ' F ? F

(36)

(37)

(38)

(39) ? F

(40)

(41)

(42) ' ? F

(43)

(44) ' na statku. @

(45)

(46)

(47)

(48) ? O.

(49) 392. ),

(50) !/ Ä . R 'R. (1). RxA RxW RxR. (2). RC. gdzie: R. opór statku na wodzie spokojnej,. 'R. RxA dodatkowy opór od wiatru, (rys. 1), RxW dodatkowy opór od falowania, (rys. 1), RxR $

(51) # $ - rys. 1)

(52)

(53) #

(54) ? &$ xo. MzA Mz. E. MzW x. JA. MzR. VA V. JC. VC. RxA RxW. \ G RxR 00. RyR. Rx. Ry. RyA RyW. HS, T1. P. y. yo. G$$,

(55) # ORx, Ry, Mz; wiatr: RxA, RyA, MzA; falowanie: RxW, RyW, MzW¼ ORxR, RyR, MzR); ' FV! ~ @ ¼VC, JC; wiatru: VA, JA; falowania: HS, T1, P¼

(56) .

(57) ? FO

(58) ! !

(59) ? !'

(60)

(61) # @& '

(62) ' # ~) - rys. $ * F ?

(63) F ' # ) co spowoduje powstanie dodatkowego oporu ?

(64) - rys. 1. Z rysunku ! ?

(65) ?

(66)

(67)

(68)

(69) !

(70) F

(71)

(72) ! $ (1) i #&! F

(73)

(74) dla statków transportowych przedstawiona jest w [7], [8] -

(75)

(76)

(77) . ' F

(78) ?

(79) ! ? modelowych oraz prób zdawczo-

(80)

(81) $* '

(82)

(83) F.

(84) - '

(85)

(86) ' $$$!@' F%%. 393. '

(87)

(88) ! '

(89) ! ? F

(90) ! ?

(91) !

(92)

(93)

(94) $, tych wzorów aproksymacyjnych przedstawiono w [8]. /

(95)

(96)

(97)

(98)

(99)

(100)

(101)

(102) '

(103) O – O (3,7509 1,5 10 7 L3WL 2,4 10 4 B 2 ln( B ) 6,39 10 4 T 3 13,6864(ln(C B )) 2 . Rx. 1,73 10 5 ln())V 2 (0,00085E 2 0,07715E 1), Ry. U w LTV 2 (8,09 10 5 E 2 1,3 10 3 E ),. Mz. 8,55 10 4 U wTL2V 2 E ,. (3). – O RxA RyA M zA.

(104). 1 2 2 3 , U A 233,71 ln() 1879,3

(105) VRA 0,4770 0,01528 E RA 3,202 10 4 E RA 1,060 10 6 E RA 2 1 2 , U A 895,4 ln() 7472,4

(106) VRA2 0,01529 0,01529 E RA 8,710 105 E RA 2 1 2 3 4 , U A 895,4 ln() 7472,4

(107) L VRA2 0,0071 E RA 0,0001 E RA 7 10 7 E RA 1 10 9 E RA 2.

(108). (4).

(109). – oddzia O. R xW , R yW , M zW. f ( x1 xk ). § § ·· ¨ ¨ ¸¸ 11 ¨ 2 ¸¸ ¨ 1¸ ¸ D ¦ ¨ ci ¨ 9 · § i 1¨ 2¨ ¦ ai ,k x k bi ¸ ¸¸ ¨ ¸ ¨ ¸¸ ¨ ¨ ¹ ¹¹ © ©1 e ©k 1. (5). gdzie xk =[L, B, T, CB, CWP, Fw, V, EW, HS], natomiast a, b, c, D parametrami sztucznych sieci neuronowych opracowanych w [8], – O RxR R yR M zR. gdzie: c. 0,0194 L T 2,1874

(110) c (a b V ) 2 (sin G R ) 2 , 1 1,14 0,6 C B

(111) 0,0194 L T 2,1874

(112) c (a b V ) 2 sin 2G R , 2 1 L 1,14 0,6 C B

(113) 0,0194 L T 2,1874

(114) c (a b V ) 2 sin 2G R , 4. 6,13O · §1 ¸ ; a 4,252 ; b 0,262 ; O 1,695 . ¨ Uw O 2,25 ¹ ©2. (6).

(115) 394. ),

(116) !/ Ä . Rx [kN] 450. V [m/s]. 400 350. 5. 300. 6. aproksymacja wg (3). 7. 250. 5. 200. 6. 150. obliczenia wg [8]. 7. 100 50 0 0. 0,5. 1. 1,5. 2. 2,5. 3. E [0]. Ry [kN] 300 250. V [m/s]. 200. 6. 5 aproksymacja wg (3). 7 5. 150. 6 100. obliczenia wg [8]. 7. 50 0 0. 0,5. 1. 1,5. 2. 2,5. 3. E [0]. Mz [kNm] 25000. V [m/s]. 20000. 5 6. 15000. aproksymacja wg (3). 7 5. 10000. 6. obliczenia wg [8]. 7 5000 0 0. 0,5. 1. 1,5. 2. 2,5. 3. E [0]. G$$, ' ?

(117) '

(118) V - masowiec M1.

(119) - '

(120)

(121) ' $$$!@' F%%. 395. RxA [kN] 200. VA [m/s]. 150. 5 10. 100. 15 50. aproksymacja wg (4). 20 5. 0 0. 30. 60. 90. 120. 150. 10. 180. obliczenia wg [8]. 15. -50. 20 -100. ERA [0]. -150. RyA [kN] 400. VA [m/s]. 350. 5 300. 10. 250. 15. aproksymacja wg (4). 20 200. 5 10. 150. obliczenia wg [8]. 15. 100. 20. 50 0 0. 30. 60. 90. 120. 150. 180. 150. 180. ERA [0]. MzA [kNm] 0. 0 -2000. 30. 60. 90. 120. VA [m/s] 5 10. -4000. aproksymacja wg (4). 15 -6000. 20 5. -8000. 10. obliczenia wg [8]. 15. -10000. 20 -12000 -14000. ERA [0]. G$$, ?

(122) '

(123) Á*- masowiec M1.

(124) 396. ),

(125) !/ Ä .

(126)

(127) techniczno-eksploatacyjnych zbudowanych statków (baza *&$

(128) przeprowadzone testy statystyczne opracowanych funkcji aproksymacyjnych, natomiast

(129) # B)

(130) ,

(131) ,

(132)

(133) $ H $ 2y

(134) testów merytorycznych opracowanych funkcji aproksymacyjnych.. 2. $ 1*$ 1].4] $6*/ 4 _ 1 13_ 9])q*&6 ) .*.])1]{ ) _43 { POGODOWYCH

(135)

(136) ! '

(137)

(138)

(139)

(140)

(141)

(142) ' ' matematyczny ' $ ) ' F

(143)

(144)

(145)

(146) ' # T, moment obrotowy Q i F K&!

(147) ' #

(148)

(149) ! pracy silnika) oraz ws

(150) . '

(151)

(152) #

(153) . ssania t!

(154) . ?

(155) wT!

(156) .

(157)

(158) KR&$F

(159)

(160) [7], [8], ' ' ! ?

(161) '

(162) F ' $)

(163) ! ?

(164)

(165) F

(166)

(167)

(168) ?

(169) statku - sposób poszukiwania tych funkcji aproksymacyjnych przedstawiono w [8]. /

(170)

(171)

(172)

(173)

(174) '

(175) '

(176) O – ' O. T ,Q. f ( x1 xk ). § § ·· ¨ ¨ ¸¸ 11 ¨ 2 ¸¸ ¨ 1¸ ¸ D ¦ ¨ ci ¨ 7 · § i 1¨ 2¨ ¦ ai ,k x k bi ¸ ¸¸ ¨ ¸ ¨ ¸¸ ¨ ¨ ¹ ¹¹ © ©1 e ©k 1. (7). gdzie xk =[L, B, T, CB,, V, np], natomiast a, b, c, D parametrami sztucznych sieci neuronowych opracowanych w [8], – ' O. Nn. (2 106 FW2 0,2 FW 219,44) V. (8). 9,7516 T 0, 6757. (9). nns.

(177) - '

(178)

(179) ' $$$!@' F%%. 397. –

(180) .

(181) ' O t wT. 0,067036 0,059741 C P 0,585806 . B L. T 7,6 10 7 B B 0,99660 0,094350 CP 0,000012 T B 0,021510 . L. 1,11851 0,00369 B 2,0656 C P 0,364233 . KR. (10). )

(182) !

(183)

(184)

(185) ' statku wykonano testy statystyczne dla statków z bazy A, a testy merytoryczne dla statków z bazy B.. ; 6/.*4 5*4* 1 1]1].4* 365 *3/6 1 ]4* 1 13_ WG METODY PRZYDATNEJ DO PROJEKTOWANIA )14*&6 ;; {)/6) 365 *3/6 1 ]4 1 13_

(186)

(187) ! !

(188) s ! !

(189)

(190)

(191) $ ) !

(192) !

(193)

(194)

(195) $ ,

(196) ! '– F '

(197)

(198) ! F

(199) $? !?F !

(200) ' F

(201) ana z 2-

(202) $ G

(203) '-

(204)

(205) O R xC. R x R xA R xW R xR ,. R yC. R y R yA R yW R yR ,. M zC. M z M zA M zW M zR ,. gdzie: RxC, RyC, MzC

(206) ' ÝÝ

(207) '

(208) V w rzeczywistych, chwilowych warunkach pogodowych, Rx, Ry, Mz

(209)

(210) '

(211) ! dane rów. (3),. (11).

(212) 398. ),

(213) !/ Ä . RxA, RyA, MzA ! $ (4), RxW, RyW, MzW ! dane rów. (5), RxR, RyR, MzR ! $ (3). #& ' '

(214) V i dla

(215) ! 'O statku E!

(216) GR, dodatkowy opór od wiatru, p! biernego 'R

(217) RC. H' '

(218) ' F ? ' F V ?

(219)

(220)

(221) ! ? ' '

(222) ! O – c ' ? ! – ' ' ! –

(223) ' ' ? ! ? F

(224)

(225) $ Posz

(226) ' F

(227)

(228)

(229)

(230) -

(231)

(232)

(233) O RC V

(234) 0, 1 t N V , PG

(235) KGK SK RT Q V , PG

(236) 2Sn p. T V , PG

(237) . (12) 0,. gdzie: T, Q

(238)

(239) ' postaci (7), N

(240) ' !

(241) #& masowców, np ' F ' !

(242) #&

(243) ! t

(244) .

(245) masowców, rów. (10), KRT Ý FÝ

(246) !

(247) masowców, rów. (10). #& '

(248) ' F

(249) ? F ' w zadanych warunkach pogodowych. ?

(250) '

(251)

(252) !

(253)

(254) ? F ' F V$ |? ?! szukiwana jest ? '

(255) ' F

(256)

(257)

(258)

(259) pracy silnika [3]..

(260) - '

(261)

(262) ' $$$!@' F%%. 399. ;; )]43 6/.*^ 365 *3/6 1 ]4* /. .]39 6)]{ 1 13x) )] 4]{ /4 <*&/_&6)]{ C #& #&

(263)

(264) '

(265)

(266)

(267) ! ? – obliczenia '

(268) V i zadanych kursów \$?

(269)

(270) '

(271) ' F

(272) $ *

(273)

(274)

(275) '

(276)

(277)

(278)

(279) #

(280)

(281)

(282)

(283) '

(284)

(285) ? & $

(286)

(287) $ 4. H ?

(288) !

(289)

(290) '

(291)

(292) VE dla masowców otrzymane z 2-

(293) ?

(294) !

(295)

(296) ' ' '

(297)

(298) trycznych a obliczeniami wykonanymi wg algorytmów przedstawionych w [2] y [4]. Tablica 1 ' (0

(299) GVE "# +

(300)

(301) # 70+# 7 #

(302) VE z wzorów aproksymacyjnych w stosunku do wzorcowych [2] y [4] "

(303) #% 2#|

(304) "

(305) #% (( masowiec [7]. M1 M2 M3. 2a USA Wsch. – Europa Zach.. 1 (( [4] 2b 9a Europa Zach. – Zatoka Perska – USA Wsch. Afryka – Europa Zach. V [m/s] GVE[%] V [m/s] GVE[%]. VE [m/s] GVE[%] E wzor. apr. wzor. apr. 7,22 7,24 0,3 7,05 7,07 7,38 7,35 0,3 7,23 7,13 8,57 8,54 0,4 8,41 8,33. E. 0,3 1,4 1,0. wzor. 7,22 7,40 8,58. apr. 7,24 7,27 8,50. 0,3 1,8 0,9. 9b Europa Zach. – Afryka – Zatoka Perska V [m/s] GVE[%] E. wzor. 7,20 7,38 8,56. apr. 7,23 7,23 8,46. 0,4 2,0 1,2.

(306) 400. ),

(307) !/ Ä . 5

(308)

(309) # 7 #

(310) 70+ 7 ( +

(311)

(312) # warunki pogodowe dla roku) Statek: M1, trasa nr 2a Obliczenia z wykorzystaniem aproksymacji Obliczenia wg algorytmu [2] y [4]

(313)

(314) . 0,9. 0,9. 0,8. 0,8. 0,7. 0,7. 0,6. 0,6. 0,5. 0,5. 0,4. 0,4. 0,3. 0,3. 0,2. 0,2. 0,1. 0,1 0. 0. 4,25 4,53 4,81 5,09 5,37 5,65 5,93 6,21 6,49 6,77 7,05 7,33. 4,25 4,53 4,81 5,09 5,37 5,65 5,93 6,21 6,49 6,77 7,05 7,33. ' F

(315) [m/s] ' F . VZE. 7,33. 7,33. 7,22. ' F

(316) VZE [m/s] ' F V. VE. VZE [%]. PVE. 82,4. VZE [%]. 83,0. 7,24. E. PVE. Histogram dodatkowego oporu 0,35. 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0. 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05. Opór na wodzie spokojnej dla R '

(317) VK [kN] $H 'R Przyrost oporu [%]. 431,8 38,95 9,02. Opór na wodzie spokojnej dla '

(318) VK [kN] opór dodatk. [kN] Przyrost oporu [%]. 241,5. 222,1. 202,8. 183,5. 164,2. 144,9. 125,6. 86,9. 106,2. 67,6. 48,3. 9,7. 29,0. 257,0. 236,5. 215,9. 195,4. 174,8. 154,2. 133,7. 92,5. 113,1. 72,0. 51,4. 30,8. 10,3. 0. R. 405,8. 'R. 39,97 9,85. Rys. 4. ´ '

(319)

(320)

(321) "wzorcowych" (wg algorytmu [2] y &

(322)

(323) dla statku M1 na trasie 2a.

(324) - '

(325)

(326) ' $$$!@' F%%. 401. ; )463 36^6)*

(327) ?

(328) F '

(329) O '

(330)

(331) '

(332)

(333) jest '!¥!¥ ?

(334) ? ¼ F

(335) '

(336)

(337)

(338)

(339) metrycznych jest wysoka,

(340) '

(341)

(342) VE z wykorzystaniem opracowanej

(343) '

(344) (obliczenia "wzorcowe" [2] y [4]), tzn. ?

(345)

(346)

(347)

(348) Ý Ý' F

(349) ' ? Ý ", to tak samo

(350)

(351)

(352)

(353)

(354) !

(355)

(356) ? ! ? !

(357)

(358) ' ! ! na to stosunek pr'

(359) # & '

(360)

(361) ?

(362)

(363)

(364)

(365) pogodowych.

(366)

(367)

(368) '

(369)

(370) ku dla kontenerowców, zbiornikowców i statków LNG.

(371) ? F

(372)

(373) ? ' !

(374)

(375)

(376) $ - ? F ? ? !$. Bibliografia 1. Abramowski )$O6

(377)

(378) "

(379)

(380) -ekonomicznych we ' ?

(381) $

(382) C

(383)

(384) pomorskiego Uniwersytetu Technologicznego w Szczecinie. Szczecin 2011. 2. ,

(385) )$ Ä /$O @

(386) - 0 -Term Service Speed of Transport Ship, Part I: Resistance of Ship Sailing on Regular Shipping Route in Real Weather Conditions. Polish Maritime Research. No. 4(50). Vol. 13. October 2006, s. 23 y 31. 3. ,

(387) )$Ä /$O@

(388) - 0 -Term Service Speed of Transport Ship, Part II: Service Speed of Ship Sailing on Regular Shipping Route in Real Weather Conditions. Polish Maritime Research. No. 1/2007. s. 28 y 32. 4. ,

(389) )$Ä /$O@

(390) - 0 -Term Service Speed of Transport Ship, Part III: Influence of Shipping Route and Ship Parameters on its Service Speed. Polish Maritime Research. No. 2/2007, s. 27 y 32. 5. Szelangiewicz )$ :$ Äazny K.: Forecasting operating speed of the ship in the selected weather conditions. EXPLO-SHIP 2014. Zeszyty Naukowe nr 38(110). Akademia Morska w Szczecinie. Szczecin 2014. s. 89 y 98. 6. Szelangiewicz )$ :$Ä K.: The influence of wing, wave and loading condition on total resistance and speed of the vessel. Polish Maritime Research. No. 3(83). Vol. $($$y67. 7. Ä /$O H

(391) '

(392)

(393) transportowego. Rozpraw$

(394) ,

(395)

(396) $,

(397)

(398) ..

(399) 402. ),

(400) !/ Ä . 8. Ä /$O-

(401) '

(402)

(403) - '

(404)

(405)

(406)

(407)

(408) '

(409)

(410)

(411) ?gowych. Wydawnictwo Uczelniane Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego w Szczecinie. Szczecin 2015.. CALCULATION METHOD OF SERVICE SPEED IN PRELIMINARY DESIGN OF CARGO VESSELS PART II: MATHEMATICAL MODEL SERVICE SPEED USEFUL IN PRELIMINARY DESIGN OF CARGO VESSELS Summary: During the design of the vessels the most important decisions are made at the stage of preliminary design. One of the most important design parameters assumed by the shipowner is its service speed in real weather conditions occurring in the shipping line. In design practice, this speed in a very approximate estimate is only at the stage of technical design after the basin model test. It is recommended that the speed and power of the drive were already known at the stage of preliminary design. The article presents a concept model service speed useful in the design of the preliminary cargo vessels. Keywords: preliminary design of cargo vessel, service speed, weather conditions.

(412)