ΜΕΛΕΤΗ ΜΙΚΡΟΥ ΠΟΛΥΕΣΤΕΡΙΚΟΥ ΤΑΧΥΠΛΟΟΥ ΣΚΑΦΟΥΣ

Transcript

1 ΤΕΙ ΑΘΗΝΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΝΑΥΠΗΓΙΚΗΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕΛΕΤΗ ΜΙΚΡΟΥ ΠΟΛΥΕΣΤΕΡΙΚΟΥ ΤΑΧΥΠΛΟΟΥ ΣΚΑΦΟΥΣ ΣΠΟΥ ΑΣΤΕΣ : ΤΣΟΥΚΑΛΑΣ Α. ΠΟΛΥΧΡΟΝΙ ΗΣ Α. ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ : Γ. ΓΡΗΓΟΡΟΠΟΥΛΟΣ ΑΘΗΝΑ ΕΚΕΜΒΡΙΟΣ 2004

2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η εργασία αυτή αφορά σχεδίαση ενός πολυεστερικού ταχύπλοου σκάφους αναψυχής ολικού µήκους 8,5 µέτρων µε ταχύτητα 25 κόµβων. Η µελέτη αυτή αναφέρεται στην εξοπλισµό, τη γενική διάταξη και διαρρύθµιση των χώρων από άποψη λειτουργικότητας. Ακόµα εκπονήθηκαν υδροστατικοί υπολογισµοί του σκάφους καθώς και έλεγχος της αντοχής µε κανονισµούς του Ελληνικού Νηογνώµονα. Για την πληρέστερη παρουσίαση της εργασίας κατασκευάσθηκαν ένα σχέδιο γενικής διάταξης, ένα κατασκευαστικό και ένα σχέδιο µέσης τοµής. ΠΡΟ ΙΑΓΡΑΦΕΣ Οι προδιαγραφές σύµφωνα µε τις οποίες εκπονήθηκε η µελέτη είναι οι παρακάτω: Μήκος : L = 8,5 m Ταχύτητα : V = 25kn ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ υο έσω-έξω λέµβιες Κλειστή καµπίνα Τουαλέτα ( WC ) εξαµενή καυσίµου:300 Lt εξαµενή νερού:100lt ΜΕΛΕΤΗ Σύµφωνα µε τις προδιαγραφές επιλέχθηκε ο τύπος του σκάφους να είναι ολισθάκατος, ο οποίος χαρακτηρίζεται από: Οξείες ακµές και πρύµνη καθρέφτη για να προκληθεί αποκόλληση της ροής στην πρύµνη και κατά µήκος των πλευρών. Ευθείες διαµήκεις τοµές και αποφυγή κυρτών νοµέων ιδιαίτερα στην περιοχή της πρύµνης για να αποφευχθεί η ανάπτυξη αρνητικών δυναµικών πιέσεων στον πυθµένα. Ανύψωση πυθµένα που αυξάνεται γρήγορα στην περιοχή της πρώρας, για να µειωθούν τα κρουστικά φορτία σε κυµατισµούς και να προσδώσουν επαρκή εγκάρσια επιφάνεια για τους ελιγµούς

3 Λεπτές γραµµές στην είσοδο για τα µείωση της αντίστασης στις µικρές ταχύτητες. ΕΠΙΛΟΓΗ ΝΑΥΠΗΓΙΚΩΝ ΓΡΑΜΜΩΝ Η σειρά των γραµµών της γάστρας που χρησιµοποιήθηκαν προέρχονται από το Εθνικόν Μετσόβειον Πολυτεχνείον. Χαρακτηριστικά των γραµµών αυτών, είναι: Οι δύο ακµές(double chine) Γωνία ανύψωσης πυθµένα ( β 0 )είναι 20 µοίρες στο µέσο του σκάφους. Πρύµνη καθρέπτη. Στη συνέχεια έγινε γραµµική παραµόρφωση των δοθέντων γραµµών µε L/B = 3.25, µε σκοπό να επιτύχουµε το µήκος των προδιαγραφών (L=8,5m µε αποδεκτό πλάτος για λόγους ευστάθειας). Έτσι προέκυψαν οι βασικές διαστάσεις. L = 8,5 m B = 2.6 m Lwl = m Κάνοντας έρευνα εκτοπίσµατος σε όµοια σκάφη : ΕΡΓΟΣΤΑΣΙΟ/ΤΥΠΟΣ ΣΚΑΦΟΥΣ L(m) B(m) d(m) Weight(kg) Deadrise FORMULA 280SS 8,53 2,79 0, SEAMASTER 275 8,2 2,7 0, JEANNEAU 805 7,8 2,98 0, και υδροστατικούς υπολογισµούς για τη γάστρα µας καταλήξαµε ότι το εκτόπισµα και το βύθισµα θα είναι περίπου : = 2700 kg d = 0.40 m Για εγκυρότερα αποτελέσµατα στους υδροστατικούς υπολογισµούς χρησιµοποιήθηκαν 21 θεωρητικοί νοµείς. Σύµφωνα µε τα offsets των γραµµών, έγινε υδροστατικός υπολογισµός µε το πρόγραµµα HYDRO 2 του Ε.Μ.Π. ( παράρτηµα 1).

4 Παράρτηµα 1 Υ ΡΟΣΤΑΤΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ HYDRO 2 LENGTH B.P = M BEAM...= M DRAFT...= 0.40 M DEPTH... = M

5 Κατόπιν έγινε το σχέδιο γενικής διάταξης για να καταλήξουµε: στην µορφή του καταστρώµατος, όπου βασικός παράγοντας είναι το ύψος της καµπίνας. τη θέση των δεξαµενών καυσίµων και νερού τη χωροταξία της καµπίνας, της τουαλέτας και των καθισµάτων. Όλα τα παραπάνω µελετήθηκαν έτσι ώστε το σκάφος να διατηρεί τη λειτουργικότητα του. ΕΛΕΓΧΟΣ ΑΝΤΟΧΗΣ Για τον έλεγχο της αντοχής του σκάφους χρησιµοποιήθηκαν οι κανονισµοί του Ελληνικού νηογνώµονα H.R.S. SMALL CRAFTS RULES Το υλικό κατασκευής µε βάση τις προδιαγραφές είναι το ενισχυµένο πλαστικό ( FRP). Το FRP συνθέτεται από στρώσεις υαλοπιλήµατος (ΜΑΤ), υαλουφάσµατος (ROVING), πολυεστερικές ρητίνες και επίχρισµα (GEL COAT). Οι κανονισµοί, σύµφωνα µε τη πίεση που ασκείται σε κάθε τµήµα του σκάφους προδιαγράφουν το ελάχιστο απαιτούµενο πάχος του τελικού πλαστικού υλικού (laminate),το οποίο αποτελείται από ένα σύνολο στρώσεων (ply) των προαναφερθέντων τύπων. Οι τύποι πλαστικού που προαναφέραµε (ΜΑΤ-ROVING), ποικίλουν ανάλογα µε τη ποσότητα, το µήκος, τη διάµετρο και τη λεπτοµερή διάταξη των ενισχυτικών ινών. Έτσι ποικίλει αντίστοιχα και η πυκνότητα και το ειδικό τους βάρος, τα οποία είναι βασικές παράµετροι που προσδιορίζουν ποσοτικά τις ιδιότητες του υλικού. Το πάχος της κάθε στρώσης πλαστικού καθώς και οι µηχανικές της ιδιότητες προκύπτουν από εµπειρικούς τύπους, στη προκειµένη περίπτωση οι τύποι προέρχονται από τον LLOYD S REGISTER. Σύµφωνα µε αυτόν, βασική παράµετρος για τον προσδιορισµό των ανωτέρω είναι η περιεκτικότητα του laminate σε γυαλί (Glass content)

6 Ο τύπος που δίνει το Gc είναι ο εξής : Gc = 2, Τ W + 1,36 W = ειδικό βάρος των στρώσεων Τ = συνολικό πάχος των στρώσεων που προκύπτει από το άθροισµα των επιµέρους στρώσεων ( Σti ) ti = Wi 2, gc mm wi = πυκνότητα της κάθε στρώσης (gr/m 2 ). gc = περιεκτικότητα της κάθε στρώσης σε γυαλί. matt gc= 33 % rovin gc= 50 % Έτσι υπολογίζουµε το Gc το οποίο θέτουµε στους παρακάτω τύπους προκειµένου να υπολογίσουµε τις βασικές µηχανικές ιδιότητες του laminate: σ u = 127 * Gc Gc N/mm 2 Ε u = ( 37Gc ) * 10 3 N/mm 2 T u = 80Gc + 38 N/mm 2 Για τους υπολογισµούς σύµφωνα µε το πίνακα 4.3.(1) που βρίσκεται στο Part 3, Chapter 4 χρησιµοποιήσαµε : σ = 0,333σu E = 0.333Eu T = 0.333Tu

7 Σύµφωνα µε τους κανονισµούς του νηογνώµονα βασικό στοιχείο στον υπολογισµό του πάχους είναι η πίεση υπολογισµού που ασκείται σε κάθε τµήµα του σκάφους. Τα τµήµατα στα οποία χωρίζεται το σκάφος για τους υπολογισµούς είναι: 1. Πυθµένας (bottom):εκτείνεται από τη τρόπιδα µέχρι την ανώτερη ακµή (chine) 2. Πλευρά (side) εκτείνεται από την ανώτερη ακµή µέχρι το κατάστρωµα. 3. Κατάστρωµα (deck) 4. Φρακτές (bulkheads) Ο πυθµένας και οι φρακτές θεωρούνται πακτωµένα µέρη και ο τύπος υπολογισµού του πάχους τους είναι ο 3,4,11 ενώ το κατάστρωµα και τα πλευρά δίνονται από το τύπο 3,4,9 που βρίσκονται στο part 3 chapter 4 του νηογνώµονα. Τέλος βασικό στοιχείο για τον υπολογισµό του πάχους είναι και η ισαπόσταση των ενισχυτικών. Η ενίσχυση που επιλέχθηκε είναι κατά το διάµηκες και κατά το εγκάρσιο. Αποτελείται από κοµµάτια αφρού τραπεζοειδούς διατοµής επικαλυµµένα µε στρώσεις πολυεστέρα: αφρός Στρώσεις πολυεστέρα

8 ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΙΚΕΣ Ο ΗΓΙΕΣ ΕΝΙΣΧΥΤΙΚΩΝ 1. Οι στρώσεις επικάλυψης του αφρού θα πρέπει να είναι παράλληλες µε τη διεύθυνση του ενισχυτικού. 2. Ο αφρός θα πρέπει να έχει τουλάχιστον τις παρακάτω µηχανικές ιδιότητες: Πυκνότητα 96 kg/m 3 Εφελκυστική τάση 0,85 N/mm 2 Θλιπτική τάση 0,60 N/mm 2 ιατµητική τάση 0,50 N/mm 2 Τα ενισχυτικά ανάλογα µε το τµήµα τους σκάφους στο οποίο θα τοποθετηθούν θα πρέπει να έχουν την απαιτούµενη ροπή αντίστασης, εµβαδόν διατοµής και ροπή αδράνειας ( I, As, και SM, οι τύποι βρίσκονται στο. part 3 chapter 4 section 3.5. Ακόµα στα σχέδια υπάρχουν λεπτοµέρειες οι αναφέρονται σε κάθε σηµείο του σκάφους το οποίο έχει κάποια ιδιαίτερα χαρακτηριστικά όπως το εσωτερικό µέρος των ακµών το οποίο έχει αφρό και επιπλέον στρώσεις πλαστικού έτσι στους υπολογισµούς της αντοχής οι ακµές έχουν ληφθεί σαν ενισχυτικά Το σηµείο της τρόπιδας στο οποίο απαιτείται 50% µεγαλύτερο πάχος για πλάτος ίσο µε τα Β/10 του σκάφους. Στην περίπτωση µας το πάχος θα είναι 15mm για ένα πλάτος 27cm περίπου. Τέλος για την ενίσχυση του καταστρώµατος επιλέχθηκε η κατασκευή του να γίνει µε το σύστηµα σάντουιτς, δηλαδή ανάµεσα από τις στρώσεις να υπάρχουν φύλα ξύλου (plywood). Στη συνέχεια ακολουθούν αναλυτικοί υπολογισµοί της γεωµετρίας και των στρώσεων των ενισχυτικών, καθώς επίσης και υπολογισµοί για τις στρώσεις σε κάθε τµήµα του σκάφους.

9 ΜΕΛΕΤΗ ΑΝΤΟΧΗΣ H.R.S SMALL CRAFT RULES DESIGN LOADS & HULL CONSTRACTION FOR SMALL PLANING F.R.P. CRAFTS

10 ΝΑΥΤΙΛΙΑΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ ΠΥΡΟΣΒΕΣΤΙΚΑ ΜΕΣΑ Ο απαραίτητος ναυτιλιακός εξοπλισµός και ο εξοπλισµός πυρόσβεσης του σκάφους σύµφωνα µε το Part 7, Chapter έγινε ι σύµφωνα µε τους κανονισµούς της αρχής της σηµαίας. Γενικός Κανονισµός Λιµένα (Γ.Κ.Λ ) Ερασιτεχνικά σκάφη : Τα σκάφη της κατηγορίας αυτής φέρουν: Σωσίβιες ζώνες. Ένα κυκλικό σωσίβιο µε σχοινί µήκους τουλάχιστον δεκαπέντε (15) µέτρων. Το εφόδιο αυτό δεν είναι υποχρεωτικό για σκάφη που δεν αποµακρύνονται από την ακτή πέραν των τριών (3) ν.µ. Τρία (3) βεγγαλικά χεριού και ένα καπνογόνο. Ένα ραδιόφωνο τρανζίστορ µε δυνατότητα λειτουργίας καθ όλη τη διάρκεια παραµονής της λέµβου στη θάλασσα µακριά από το αγκυροβόλιο του ή VHF. Φώτα ναυσιπλοΐας, εφόσον κινούνται µετά τη δύση του ηλίου, όπως τα επαγγελµατικά σκάφη µεταφοράς επιβατών. Ένα ανοξείδωτο πτυσσόµενο µαχαιρίδιο(σουγιά). Ένα ηλεκτρικό φακό στεγανού τύπου µε µπαταρίες, συνοδευόµενο και από µια σειρά εφεδρικών µπαταριών. Ένα σχοινί ρυµούλκησης µήκους τουλάχιστον είκοσι (20) µέτρων. Μία άγκυρα µε ανάλογο µήκος σχοινιού ή αλυσίδας. Μία πλωτή άγκυρα που θα βοηθήσει το σκάφος να µην παρασυρθεί σε περίπτωση µηχανικής βλάβης ή επιδείνωσης του καιρού. Φαρµακείο µε το απαραίτητο φαρµακευτικό και επιδεσµικό υλικό για την παροχή Ά Βοηθειών σε περίπτωση µικροτραυµατισµών. Ένα φορητό πυροσβεστήρα αφρού, σκόνης ή διοξειδίου του άνθρακα (CO2). Ένα κάδο µε σχοινί που να µπορεί να χρησιµοποιηθεί για κατάσβεση πυρκαγιάς ή χειροκίνητη ή ηλεκτρονική αντλία πυρκαγιάς..

11 Ακόµα ο εξοπλισµός του σκάφους µε την απαιτούµενη άγκυρα και µήκος αλυσίδας έγινε σύµφωνα µε του υπολογισµό του δείκτη εξαρτησµού του νηογνώµονα : ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΕΙΚΤΗ ΕΞΑΡΤΙΣΜΟΥ PART 3, CHAPTER 8,SECTION d E N = ^2/3+2*(C + B*a) + 0,1 * A EN = 2,8808 C = -1,257 = 4,341 B = 2,6 A = 8,2 a = 0,97 ΑΠΌ ΠΙΝΑΚΑ 8.3.(1b) έχουµε : 1 Άγκυρα βάρους 11 kg µε 55 m αλυσίδα. Τέλος, έγινε µελέτη αντίστασης µε τη σύντοµη µέθοδο του SAVITSKY και προέκυψε η ιπποδύναµη των µηχανών πρόωσης που θα πρέπει να έχει το σκάφος :

12 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ ΜΕ ΤΗ ΣΥΝΤΟΜΗ ΜΕΘΟ Ο SAVITSKY W = 2680 KP Fb = 4, CLB = 0, CL0 = 0,51 LP = 2,88 LP/B = 1, λ = 2,2 σχήµα CL0/τ^1.1 = 0,185 Τ = 0, CLd = 0, Vm = 12, λf = 2,2 λf = λ+ λ ( λ = 0 για τα<4) v = 1,054E-06 m2/sec Re = CF = 0, CF = 0,0004 SF = 19, DF = 384,33829 D = 1919,3556 Kp EHP = 329,48937 Hp Σύµφωνα µε την ανωτέρω µελέτη η αντίσταση του σκάφους είναι 1920 Kp και για να επιτύχει την απαιτούµενη ταχύτητα θα πρέπει να είναι εφοδιασµένο µε δύο κινητήρες ισχύος 330 hp έκαστη. Θα πρέπει να σηµειωθεί ότι το εκτόπισµα στο υπολογισµό της αντίστασης επαληθεύτηκε σύµφωνα µε τους ακόλουθους υπολογισµούς :

13 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΒΑΡΟΥΣ ΓΑΣΤΡΑΣ - ΚΑΤΑΣΤΡΩΜΑΤΟΣ W (Πυθµένα) = S * w1 = 106,14 Kg S = επιφάνεια m2 = 17,4 m2 w1 = βάρος ανά m2, στρώσεων = 6,1 kg/m2 W (Πλευρών) = S * w2 = 69,35 Kg S = επιφάνεια m2 = 14,6 m2 w2 = βάρος ανά m2, στρώσεων = 4750 kg/m2 W (Φρακτών) = S * w3 = 24,9 Kg S = επιφάνεια m2 = 6 m2 w3 = βάρος ανά m2, στρώσεων = 4150 kg/m2 W(καταστρώµατος) = S * w4 = 76,3 Kg S = επιφάνεια m2 = 14 m2 w4 = βάρος ανά m2, στρώσεων = 5450 kg/m2 W = 276,69 kg ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΒΑΡΟΥΣ ΕΝΙΣΧΥΤΙΚΩΝ W πυθµένα = S * w = 38,17 Kg S = ολική επιφανεια ενισχυτικών m2 = 17,35 w = ειδικό βάρος στρώσεων επικάλυψης ενισχυτικών = 2,2 kg/m2 W πλευρών = S * w = 9,635 Kg S = ολική επιφανεια ενισχυτικών m2 = 4,7 w = ειδικό βάρος στρώσεων επικάλυψης ενισχυτικών = 2,05 kg/m2 W = 38,17 kg

14 ΣΥΝΟΛΙΚΟ ΒΑΡΟΣ ΓΑΣΤΡΑΣ - ΚΑΤΑΣΤΡΩΜΑΤΟΣ= 314,86 kg ΠΙΝΑΚΑΣ ΕΚΤΙΜΗΣΗΣ ΒΑΡΟΥΣ ΣΚΑΦΟΥΣ ΒΑΡΟΣ kg ΠΟΛΥΕΣΤΕΡΑΣ = 315 ΜΗΧΑΝΕΣ = 880 (2 x 440 kg ) ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ ΜΗΧΑΝΩΝ = 50 ΕΞΑΜΕΝΗ ΝΕΡΟΥ = 108 ΕΞΑΜΕΝΗ ΚΑΥΣΙΜΩΝ = 280 ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ = 50 ΕΞΑΡΤΙΣΜΟΣ = 60 ΕΠΙΒΑΤΕΣ = 450 (6 x 75 kg) ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ ΚΑΜΠΙΝΑΣ = 120 ΝΑΥΤΙΛΙΑΚΟΣ ΣΞΟΠΛΙΣΜΟΣ = 80 ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ ΚΑΤΑΣΤΡΩΜΑΤΟΣ = 150 ΣΥΝΟΛΙΚΟ ΒΑΡΟΣ = 2543 Πλέον µε βάση έναν πρώτο υπολογισµό των κυρίων βαρών του σκάφους και προέκυψε περίπου 2550 kg. Η απόκλιση από το εκτόπισµα του υπολογισµού αντίστασης είναι της τάξης του 4 % και είναι αποδεκτή στα πλαίσια της προµελέτης.

15