Определение нагрузки в первом приближении

Выбор прототипа

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

При выборе прототипа необходимо ориентироваться в первую очередь на требования ТЗ – прототип должен быть по возможности ближе к проектируемой лодке по основным параметрам. При этом очевидно, что полного совпадения данных ТЗ с параметрами ПЛ-прототипов добиться невозможно – такое совпадение сделало бы новое проектирование бессмысленным.

В качестве прототипа выбрана ДЭПЛ проекта 636. Проект соответствует вновь проектируемой ПЛ в части архитектуры, типа ГЭУ и схож по тактико-техническим параметрам: наибольшая скорость подводного хода, скорость и дальность плавания под РДП, предельная глубина погружения.

В таблице 1 представлено сравнение параметров проектируемой ПЛ и ПЛ-прототипа.

Таблица 1. Параметры проекта и прототипа

Параметр	Проектируемая ДЭПЛ	Проект 636
Архитектура	двухкорпусная	двухкорпусная
Число ТА	4	6
Тип ТА	пневматика	-
Общий боезапас	8	12
Автономность, сут	30	30
Экипаж, чел	30	52
Предельная глубина погружения, м	250	300
Предел текучести материала ПК, кг/см2	6000	6000
Тип ГЭУ	электродвижение	электродвижение
Наибольшая скорость подводного хода, уз	18	19
Дальности плавания полным подводным ходом, миль	17	-
Скорость подводного экономического хода, миль	3,5	-
Дальность плавания подводным экономическим ходом, миль	350	-
Наибольшая скорость надводного хода, уз	8	11
Скорость хода под РДП, уз	6	7
Дальность плавания под РДП, миль	6000	7500
Масса РЭВ, т	25	-
Водоизмещение, т	-	2350
Масса прочного корпуса, т	-	321
Масса легких корпусных конструкций, т	-	580
Масса систем и устройств, т	-	278
Число и мощность ГЭД, кВт	-	4050
Число и мощность дизель-генераторов, кВт	-	2х1500

 

 

Определение нагрузки в первом приближении

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

- Независимые массы, заданные в ТЗ или напрямую определяемые из него, P_НЕЗ.

- Массы, зависимые от водоизмещения, P_i = f (D).

- Массы, зависимые от водоизмещения в степени две трети, P_i = f (D ^2/3 ).

Таким образом, водоизмещение в первом приближении сводится к формуле:

 

Определение независимых масс

Масса торпедного вооружения

На проектируемой ПЛ применен комплекс торпедного вооружения с пневматической стрельбой.

Масса торпедного вооружения определена по формуле:

где:

Обозначение	Значение	Величина
PТА	масса одного торпедного аппарата в полном сборе	6,5 т
PКЗ	масса воды кольцевого зазора, приходящейся на один аппарат и необходимой для заполнения зазора между стенками ТА и торпедой	0,55 т
PВРЩ	масса волнорезного щита одного торпедного аппарата с приводом.	0,45 т
PТОРП	масса одной единицы боезапаса. Из всех типов боезапаса ПЛ наибольшую массу имеют торпеды	2,25 т
	количество торпедных аппаратов	4
	количество запасных торпед, находящихся на стеллажах	4
k1	коэффициент, учитывающий массу приборов управления торпедной стрельбой и массу вспомогательного оборудования, обеспечивающего функционирование ТА	1,25
k2	коэффициент, учитывающий массу стеллажей для хранения запасных торпед, их насыщения и оборудования, систем поперечной и вертикальной перегрузки торпед, устройства быстрого заряжания и торпедопогрузочного устройства	1,45

 

Масса систем и устройств

Масса систем и устройств определена как

где

 – безразмерный измеритель массы систем и устройств ПЛ-прототипа,

 масса систем и устройств ПЛ-прототипа,

 водоизмещение ПЛ-прототипа.

 

Масса твердого балласта

Масса твердого балласта определена по статистике как

 

Запас водоизмещения

Запас водоизмещения делится на две составляющие – запас на проектирование и постройку и запас на модернизацию.

На ранней стадии запас на проектирование и постройку обычно принимается в пределах от 0,5 до 5 процентов от водоизмещения, величина запаса на модернизацию, если не задана Заказчиком в ТЗ, может быть принята в пределах от 0,5 до 2 процентов от водоизмещения.

Отсюда масса запаса водоизмещения

 

Масса дизельной установки

Масса дизельной установки определена по формуле

где

 – измеритель массы дизельной установки, т/кВт,

 – измеритель массы собственно дизельных двигателей, т/кВт, по статистике

 – коэффициент, учитывающий массу механизмов, устройств, систем и оборудования, обеспечивающих функционирование дизельных двигателей, по статистике

 – суммарная мощность дизельной установки.

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  – скорость хода в узлах для рассматриваемого режима хода,

 – безразмерный адмиралтейский коэффициент, для рассматриваемого режима хода.

В работе рассмотрены два режима – надводный ход и ход под РДП.

Для ПЛ с осесимметричными обводами для режима надводного хода принят адмиралтейский коэффициент

Для ПЛ с осесимметричными обводами для режима хода под РДП принят адмиралтейский коэффициент

Мощности, затрачиваемые на надводный ход и ход под РДП соответственно:

В дальнейших расчетах использована мощность .

Мощность, необходимая для зарядки аккумуляторной батареи 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).

Найденная мощность будет постоянной и независимой от водоизмещения. Следовательно, может быть найдена масса двигателей, обеспечивающих эту мощность.

Потери мощности в процессе передачи электроэнергии к потребителям составляют обычно около 3% общей мощности

С учетом потерь мощности в процессе передачи электроэнергии, масса двигателей, обеспечивающих мощность на зарядку АБ

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

Суммарная мощность дизельной установки, необходимая для обеспечения мощностями всех потребителей

 

Масса дизельной установки

 

Масса гребной установки

Масса гребной установки определена по формуле

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.

На начальной стадии проектирования мощность, затрачиваемая на ход, определена по формуле адмиралтейских коэффициентов:

где

 – адмиралтейский коэффициент для скорости полного подводного хода ПЛ-прототипа,

 – скорость полного подводного хода ПЛ-прототипа,

 – мощность гребного электродвигателя ПЛ-прототипа,

 – мощность гребного электродвигателя проектируемой ПЛ,

 – скорость полного подводного хода проектируемой ПЛ по ТЗ.

Масса гребной установки

 

Масса топлива и масла

Масса топлива и масла определена по формуле

где  – коэффициент, учитывающий наличие не удаляемых остатков топлива и масла в цистернах, по статистике

 – коэффициент, учитывающий массу запасов масла, по статистике запас масла составляем 4-8 % запаса топлива, таким образом

 – средний удельный расход топлива дизельного двигателя, по статистике

 – время движения в рассматриваемом режиме, часов.

 – мощность, необходимая для достижения заданной в расчетном режиме скорости хода.

Расчетным режимом при определении массы топлива и масла является режим хода под РДП. В таком случае время движения в рассматриваемом режиме

где  – дальность плавания под РДП, миль

 – скорость хода под РДП, уз

Мощность, необходимая, для достижения заданной в расчетном режиме скорости хода (здесь не учтена мощность на заряд АБ, так как постоянная зарядка АБ при ходе под РДП не производится)

Масса топлива и масла

 

Объем прочного корпуса

В объем прочного корпуса условно входят следующие функциональные объемы:

- Объем, занятый комплексом торпедного вооружения,

- Объем, занятый дизельной установкой,

- Объем, занятый гребной установкой,

- Объем, занятый аккумуляторными ямами,

- Объем, занятый экипажем, провизией и водой,

- Объем, занятый постами управления,

- Объем, занятый системами и устройствами,

- Объем, занятый общекорабельным электрооборудованием,

- Объем, занятый радиоэлектронным вооружением,

- Объем, занятый внутренними топливными цистернами,

- Объем, занятый внутренними цистернами общекорабельного назначения,

 

Таким образом объем прочного корпуса

 

Выбор прототипа

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

При выборе прототипа необходимо ориентироваться в первую очередь на требования ТЗ – прототип должен быть по возможности ближе к проектируемой лодке по основным параметрам. При этом очевидно, что полного совпадения данных ТЗ с параметрами ПЛ-прототипов добиться невозможно – такое совпадение сделало бы новое проектирование бессмысленным.

В качестве прототипа выбрана ДЭПЛ проекта 636. Проект соответствует вновь проектируемой ПЛ в части архитектуры, типа ГЭУ и схож по тактико-техническим параметрам: наибольшая скорость подводного хода, скорость и дальность плавания под РДП, предельная глубина погружения.

В таблице 1 представлено сравнение параметров проектируемой ПЛ и ПЛ-прототипа.

Таблица 1. Параметры проекта и прототипа

Параметр	Проектируемая ДЭПЛ	Проект 636
Архитектура	двухкорпусная	двухкорпусная
Число ТА	4	6
Тип ТА	пневматика	-
Общий боезапас	8	12
Автономность, сут	30	30
Экипаж, чел	30	52
Предельная глубина погружения, м	250	300
Предел текучести материала ПК, кг/см2	6000	6000
Тип ГЭУ	электродвижение	электродвижение
Наибольшая скорость подводного хода, уз	18	19
Дальности плавания полным подводным ходом, миль	17	-
Скорость подводного экономического хода, миль	3,5	-
Дальность плавания подводным экономическим ходом, миль	350	-
Наибольшая скорость надводного хода, уз	8	11
Скорость хода под РДП, уз	6	7
Дальность плавания под РДП, миль	6000	7500
Масса РЭВ, т	25	-
Водоизмещение, т	-	2350
Масса прочного корпуса, т	-	321
Масса легких корпусных конструкций, т	-	580
Масса систем и устройств, т	-	278
Число и мощность ГЭД, кВт	-	4050
Число и мощность дизель-генераторов, кВт	-	2х1500

 

 

Определение нагрузки в первом приближении

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

- Независимые массы, заданные в ТЗ или напрямую определяемые из него, P_НЕЗ.

- Массы, зависимые от водоизмещения, P_i = f (D).

- Массы, зависимые от водоизмещения в степени две трети, P_i = f (D ^2/3 ).

Таким образом, водоизмещение в первом приближении сводится к формуле: