Отмеченные особенности алгебраических и дифференциальных уравнений масс могут быть записаны следующим образом.
Алгебраические уравнения:
(D, L, B, T, H, …) = f(Pг, υs, r, A, …)
Дифференциальные уравнения:
D = D0 + dD; L = L0 + dL; В = В0 + dВ; …
(dD, dL, dB, dT, dH, …) = f(dPг, d υs, dr, dA, …)
где D, L, B, T, H, … – искомые элементы проектируемого судна; D0; L0; В0; Т0; Н0; … – аналогичные величины судна-прототипа; dD, dL, dB, dT, dH, … приращения этих величин; dPг, dυs, dr, dA, … – различия между технико-эксплуатационными характеристиками обоих судов.
Из сказанного следует, что уравнения масс, выраженные в алгебраической форме, более общие и универсальные по сравнению с дифференциальными.
Уравнения масс, выраженное в функции главных размещений
Если в общем уравнении масс выразить все переменные массы в функции главных размерений и коэффициентов теоретического чертежа, то это уравнение приводится к виду:
γδLBT = Σ fi(δ, L, B, T, H) + Σ fj(N) + P.
В отдельный член Σ fj(N) в этом уравнении выделены массы, зависящие от мощности главного двигателя N и длительности его работы в течению рейса, т. е. Рм и Рт. Поскольку мощность главного двигателя зависит от сопротивления движению судна, а оно, в свою очередь, от параметров корпуса, становится очевидной однородность всех переменных масс в последнем уравнении.
В рассматриваемом уравнении фигурирует несколько неизвестных – главные размерения и коэффициент полноты, поэтому для их однозначного определения необходимо задаться дополнительными зависимостями, чтобы выразить все неизвестные через какую-либо одну величину. В качестве таких зависимостей используют соотношения главных размерений, принимаемые на основе
статистики,
соотношения главных размерений прототипа,
ограничения главных размерений, налагаемые условиями постройки и эксплуатации судна,
,
другие уравнения теории проектирования судов,
,
Чаще всего все неизвестные величины выражают через длину проектируемого судна, руководствуясь следующими соображениями:
поскольку длина является наибольшим из всех главных размерений, остальные размерения получают делением L, что приводит к уменьшению погрешности результатов расчета. Известно, что при умножении приближенного числа х на точный сомножитель k абсолютная погрешность произведения Dх окажется в k раз больше абсолютной погрешности приближенного сомножителя Dх, т. е. при Х = kх, DХ = kDх. Переходя к главным размерениям и приняв, например, k = L/В, можем написать: L = kВ, откуда DL = kDВ и D В = DL/k. Если в первом случае абсолютная погрешность возрастает в k раз, то во втором в k раз уменьшается. Очевидно, что аналогичные соотношения применительны и к другим главным размерениям.
знание L необходимо для определения чисел Рейнольдса Re и Фруда Fr, фигурирующих в расчетах сопротивления воды движению судна, а следовательно, и мощности главного двигателя.
В этом случае уравнение масс запишется так:
f(L) = Σ fi(L) + Σ fj(N) + P.
При решении этого уравнения возможны два пути определения члена Σfj(N) – аналитически или с помощью графиков.
В первом случае используют приближенные формулы типа адмиралтейской: N = D υs3/C . Тогда уравнение приводится к виду
Σ f(L) + P = 0
не вызывающему затруднений при определении L.
Во втором случае расчет оказывается значительно более громоздким, но и более точным. Последовательность вычислений при этом обычно такова.
Задаются рядом значений длины судна L, перекрывающих область ожидаемых значений этой величины. Затем, применительно к выбранным L вычисляют Re и Fr, определяют все компоненты полного сопротивления движению судна R, используя при этом подходящие графики результатов серийных испытаний моделей судов, переходят от сопротивления к мощности главного двигателя N, определяют Σfj(N) = Рм + Рт, а также остальные компоненты нагрузки проектируемого судна fi(L). Полученные результаты наносят на график, позволяющий найти корень уравнения (рис. 5).