Графический метод центровки мелких судов

При проектировании мелких моторных судов (и в первую очередь — спортивных судов со стационарными двигателями) приходится производить расчет центровки в нескольких вариантах. Обычно применяемый табличный метод расчета отличается большой трудоемкостью, особенно, если конструктор не имеет навыка. Большой эффект можно получить, применив графический способ определения положения центра тяжести по длине судна с помощью веревочного многоугольника. Способ этот широко распространен в технике и позволяет значительно уменьшить затраты времени. Кроме того, он очень нагляден — непосредственно на графике можно видеть, как изменяется положение центра тяжести при изменении какой-либо составляющей нагрузки судна.

Многоугольник построить просто; для этого не требуется каких-либо специальных знаний. Получаемая точность вполне достаточна для практических целей и зависит от тщательности построения и точности таблицы нагрузки. За основу построения принимается предварительный компоновочный чертеж судна с размещенными на нем линиями действия сил веса составляющих (статей) нагрузки; для спортивного судна это будут следующие силы, приложенные в центрах тяжести каждой составляющей: вес двигателя, вес корпуса, вес гонщика, вес валопровода, вес аккумулятора, вес топлива.

У многих любителей-конструкторов вызывает затруднения определение положения центра тяжести корпуса судна. Можно воспользоваться следующим простым способом, дающим достаточно точный результат.

Вырезают из плотной бумаги или картона «бок» и «полушироту» теоретического чертежа. Подвесив первую проекцию, например, «бок», на нитке, закрепленной в произвольной точке У, отмечают положение вертикали от этой точки вниз (штрих-пунктир); затем эту же проекцию снова подвешивают, но уже за другую произвольную точку 1", и отмечают положение новой вертикали. Центр тяжести проекции «бок» определится как точка пересечения полученных вертикалей. Таким же образом находят положение центра тяжести полушироты.

Искомое положение центра тяжести корпуса по длине проектируемого судна определится, как середина расстояния между положениями центров тяжести обеих проекций. Вес корпуса принимают по прототипу.


Зная все составляющие нагрузки судна (в состоянии полной готовности к гонке) и имея теоретический чертеж, составляют в первом приближении компоновочный чертеж будущего судна. Целесообразно выполнять компоновочный чертеж в масштабе 1 : 10. Через центры тяжести каждой составляющей полной нагрузки проводим вертикальные линии действия сил тяжести 1-1 — VI-VI.

После этого в принятом масштабе сил (обычно для рассматриваемых судов удобно применять масштаб в 1 мм 1 или 2 кг) строим диаграмму весов (составляющих полной нагрузки судна).

Для этого на прямой а-а откладываем (в порядке размещения на судне) отрезки: АВ — вес бака с горючим; ВС — вес гонщика, CD — вес корпуса; DE — вес двигателя; EF — вес валопровода и рулевого устройства; FG — вес аккумулятора. Полюс О можно расположить на произвольном расстоянии от диаграммы весов; нужно лишь учитывать, что полюсное расстояние должно быть таким, чтобы углы пересечения лучей с вертикалью (диаграммой) не были слишком острыми (для обеспечения точности построения).

Построение веревочного многоугольника можно начинать с любой стороны, произвольно выбирая положение начальной точки 1 на концевой вертикали I-I. Проводим из точки 1 прямую, параллельную лучу ОА, и прямую, параллельную лучу ОБ, до пересечения в точке 2 с вертикалью II-II. Из точки 2 проводим прямую, параллельную лучу ОС, до пересечения в точке 3 с вертикалью III-III, и т. д. Пересечение прямых, параллельных крайним лучам ОА и ОС (ОС проходит через точку 6 на крайней вертикали VI-VI, т. е. на линии действия силы веса аккумулятора), определит положение точки 7, через которую проходит линия действия равнодействущей всех составляющих полной нагрузки проектируемого судна, т. е. искомое положение ЦТ (центра тяжести) судна по длине.


Построив описанный многоугольник, можно очень просто делать перераспределение нагрузки по длине судна, т. е. проверять, что получится при перемещении отдельных статей нагрузки вдоль судна. Действительно, сдвинем гонщика вперед (построение для этого случая выполнено пунктиром); линия действия силы его веса II'—II' сдвинется к носу. Дальнейшее построение пойдет параллельно имеющемуся; точка 2 перейдет в точку 2', вместо точки 3 будет точка Ъ' и т. д. В результате вместо точки 7 получим новую точку 7', через которую пройдет новая линия действия равнодействующей составляющих полной нагрузки судна. Меняя подобным способом положение по длине катера отдельных статей нагрузки, можно добиться наивыгоднейшего расположения центра тяжести проектируемого судна в состоянии полной готовности к гонке.

Это положение ЦТ судна должно соответствовать требуемому, полученному из гидродинамического расчета. Обычно, определяя наиболее выгодное положение ЦТ судна, исходят из желаемого распределения нагрузки между глиссирующими поверхностями. Если известны D_H и D_K — нагрузки на носовую и кормовую глиссирующие поверхности, используют следующую формулу:


х_с — расстояние от ЦТ судна до транца, м;
D — полная нагрузка судна (D=D_H + D_K), кг;
D_H — нагрузка на носовую (или носовые для трехточечных судов «прямой» трехточечной схемы) глиссирующую поверхность, кг;
D_K — нагрузка на кормовую (кормовые для «обратной» трехточечной схемы) глиссирующую поверхность, кг;
L_P — расстояние между кромками носовой и транцевой глиссирующих поверхностей, м;
l_K — отстояние (в нос) точки приложения равнодействующей подъемных (гидродинамических) сил от кромки кормовой глиссирующей поверхности, м;
l_H — то же носовой глиссирующей поверхности, м,

Для предварительных «прикидочных» расчетов можно принимать:


где В_H и В_K — ширина соответствующей глиссирующей поверхности, м.