Центр величини та центр тяжкості судна. Діаграма статичної стійкості судна

стійкість судна при малих кутах нахилення (θ менше 120)називається початковою, у разі відновлюючий момент лінійно залежить від кута крену.

Розглянемо рівнооб'ємні способи судна в поперечній площині.

При цьому вважаємо, що:

кут нахилення θ є невеликим (до 12 °);

ділянка кривої СС1 траєкторії ЦВ є дугою кола, що лежить у площині способу;

лінія дії сили плавучості у похилому положенні судна проходить через початковий метацентр m.

При таких припущеннях повний момент пари сил (сил ваги та плавучості) діє у площині нахилення на плечі GK, яке називається плечем статичної стійкості, а сам момент - відновлюючим моментомта позначається Мв.

Мв = Рh θ.

Ця формула носить назву метацентричної формули поперечної стійкості.

При поперечних способах судна на кут, що перевищує 12°, користуватися вищенаведеним виразом неможливо, тому що центр тяжкості площі похилої ватерлінії зміщується з діаметральної площини, а центр величини переміщається не по дузі кола, а по кривій змінної кривизни, тобто метацентричний радіус змінює свою величину.

Для вирішення питань стійкості на великих кутах крену використовують діаграму статичної стійкості (ДСО), Що являє собою графік, що виражає залежність плечей статичної стійкості від кута крену.

Діаграма статичної стійкості будується за допомогою пантокарень – графіки залежності плеч стійкості форми lф від об'ємного водотоннажності судна та кута крену. Пантокарени конкретного судна будуються в конструкторському бюро для кутів крену від 0 до 900 для водотоннажності від порожнього судна до водотоннажності судна в повному вантажі (перебувають на судні – таблиці кривих елементів теоретичного креслення).

Рис – а – пантокарени; б - графіки визначення плечей статичної стійкості l

Для побудови ДЗГ необхідно:

на осі абсцис пантокарен відкласти точку, що відповідає об'ємному водотоннажності судна на момент закінчення навантаження;

з отриманої точки відновити перпендикуляр і зняти з кривих значення lф для кутів крену 10, 200 і т. д.;

обчислити плечі статичної стійкості за такою формулою:

l = lф - a * sinθ = lф - (Zg - Zc) * sinθ,

де a = Zg - Zc (при цьому аплікату ЦТ судна Zg знаходять з розрахунку навантаження, що відповідає даному водотоннажності - заповнюють спеціальну таблицю, а аплікату ЦВ Zc - з таблиць кривих елементів теоретичного креслення);

побудувати криву lф та синусоїду a*sinθ, різниці ординат яких є плечима статичної стійкості l.

Для побудови діаграми статичної стійкості на осі абсцис відкладають кути крену θ в градусах, а по осі ординат - плечі статичної стійкості в метрах. Діаграму будують для певної водотоннажності.

На рис. показані певні стани судна при різних способах:

положення I (θ = 00) відповідає положенню статичної рівноваги (l = 0);

положення II (θ = 200) – з'явилося плече статичної стійкості (1 = 0,2 м);

положення III (θ = 370) - плече статичної стійкості досягло максимуму (I = 0,35 м);

положення IV (θ = 600) - плече статичної стійкості зменшується (I = 0,22 м);

положення V (θ = 830) - плече статичної стійкості дорівнює нулю. Судно перебуває у становищі статичного нестійкого рівноваги, оскільки навіть невелике збільшення крену призведе до перекидання судна;

положення VI (θ = 1000) - плече статичної стійкості стає негативним і судно перекидається.

Починаючи з положень, великих, ніж становище III,судно буде неспроможне самостійно повернутися до положення рівноваги без докладання зовнішнього зусилля.

Таким чином, судно стійке в межах кута крену від нуля до 83°. Точка перетину кривої з віссю абсцис, що відповідає куту перекидання судна (θ = 830) називається точкою заходу діаграми,а даний кут - кутом заходу діаграми.

Максимальний кренящий момент Мкр max ,який може витримати судно не перекидаючись, відповідає максимальному плечу статичної стійкості.

Користуючись діаграмою статичної стійкості, можна визначити кут крену по відомому моменту, що кренить, М1, що виник під дією вітру, хвилювання, зміщення вантажу і т.д. Для його визначення проводять горизонтальну лінію, що виходить з точки М1, до перетину з кривої діаграми, і отриманої точки опускають перпендикуляр на вісь абсцис (θ = 260). Так само вирішується і зворотне завдання.

За діаграмою статичної стійкості можна визначити величину початкової метацентричної висоти, Для знаходження якої необхідно:

з точки на осі абсцис, що відповідає куту крену 57.3 ° (один радіан), відновити перпендикуляр;

з початку координат провести дотичну початкову ділянку кривої;

виміряти відрізок перпендикуляра, укладений між віссю абсцис та дотичною, який у масштабі плечей стійкості дорівнює метацентричній висоті судна.

Експлуатаційні якості судна

Найбільш характерними для маломірного судна експлуатаційними якостями є: пасажиромісткість,вантажопідйомність, водотоннажність і швидкість.

Пасажировмісність - показник, що дорівнює кількості обладнаних місць для розміщення людей на судні. Пасажиромісткість залежить від вантажопідйомності:

п = G/100, чол. (З багажем), або п =G/75 , чол. (Без багажу)

При цьому округлення отриманого результату провадиться до меншого цілого числа. На маломірному судні наявність обладнаних сидячих місцьмає відповідати встановленої для цього судна пасажиромісткості.

Пасажирів місткість орієнтовно можна розрахувати за формулою:

N=Lнб Bнб/K, Чол.,

де До -емпіричний коефіцієнт, що приймається рівним: для моторних та гребних човнів - 1,60; для катерів – 2,15.

Вантажопідйомність- Корисне навантаження судна, що включає в себе масу людей і багажу відповідно до пасажиромісткості. Розрізняють дедвейт та чисту вантажопідйомність.

Дедвейт -це різниця між водотоннажністю в повному вантажі і порожнім.

Чиста вантажопідйомність -це маса лише корисного вантажу, який може прийняти судно.

Для великих суден одиницею зміни вантажопідйомності є тонна, для малих - кг. Вантажопідйомність можна розрахувати за формулами, а можна визначити і досвідченим шляхом. Для цього на судно при водотоннажності порожньому, але з постачанням та запасом пального, послідовно поміщають вантаж до досягнення судном ватерлінії, що відповідає мінімальній висоті надводного борту. Маса вміщеного вантажу відповідає вантажопідйомності судна.

Водотоннажність . Розрізняють два види водотоннажності - масове (вагове) та об'ємне.

Масова (вагова) водотоннажність - це маса судна, що знаходиться на плаву, рівна масі витісненої судном води. Одиницею виміру служить тонна.

Об'ємна водотоннажність V - це обсяг підводної частини судна м3. Розрахунок проводиться через основні виміри:

V = SL ВТ,

де S - коефіцієнт повноти водотоннажності, рівний для маломірних суден 0,35 - 0,6, причому менше значення коефіцієнта властиве для невеликих суден з гострими обводами. Для водовипромінюючих катерів S = 0,4 - 0,55, глісуючих S = 0,45 - 0,6, моторних човнів 5 - 0,35 - 0,5, для вітрильних суденцей коефіцієнт коливається від 0,15 до 0,4.

Швидкість.

Швидкість – це відстань, що проходить судном за одиницю часу. На морських суднах швидкість вимірюється у вузлах (миля на годину), але в судах внутрішнього плавання - за кілометри на годину (км/ч). Судноводію маломірного судна рекомендується знати три швидкості: найбільшу (максимальну), яку судно розвиває за максимальної потужності двигуна; найменшу (мінімальну), за якої судно слухається керма; середню - найбільш економну за порівняно великих переходах. Швидкість залежить від потужності двигуна, розмірів та форми корпусу, завантаження судна та різних зовнішніх факторів: хвилювання, вітру, течії тощо.

Морехідні якості судна

Здатність судна триматися на плаву, взаємодіяти з водою, не перевертатися і не йти на дно при затопленні характеризується його морехідними якостями. До них відносяться: плавучість, стійкість і непотоплюваність.

Плавучість.Плавучість - це здатність судна триматися лежить на поверхні води, маючи задану осадку. Чим більше вантажу поміщати на судно, тим глибше воно занурюватиметься у воду, але не втратить плавучості до тих пір, поки вода не почне надходити всередину корпусу.

У разі течі в корпусі або пробоїни, а також попадання води під час штормової погоди всередину судна збільшується його маса. Тому судно повинне мати запас плавучості.

Запас плавучості -це непроникний для води об'єм корпусу судна, що знаходиться між вантажною ватерлінією та верхньою кромкою борту. За відсутності запасу плавучості судно затоне при попаданні всередину корпусу навіть невеликої кількості води.

Необхідний для безпечного плавання судна запас плавучості забезпечується наданням судну достатньої висоти надводного борту, а також наявності водонепроникних закрить і переборок між відсіками та блоками плавучості — конструктивними елементами всередині корпусу маломірного судна у вигляді суцільного блоку з матеріалу (наприклад, пінопласту). . За відсутності таких перебірок та блоків плавучості будь-яка пробоїна підводної частини корпусу призводить до повної втрати запасу плавучості та загибелі судна.

Запас плавучості залежить від висоти надводного борту - що вище надводний борт, то більше вписувалося запас плавучості. Цей запас нормується мінімальною висотою надводного борту, залежно від величини якої для конкретного маломірного судна встановлюються район безпечного плавання та припустиме віддалення від берега. Однак зловживати висотою надводного борту не можна, оскільки це відбивається на іншій не менш важливій якості - стійкості

Стійкість.Остійність - це здатність судна протистояти силам, що викликає його нахил, а після припинення дії цих сил (вітер, хвиля, переміщення пасажирів та ін) повертатися в початкове положення рівноваги. Одне і те судно може мати хорошу стійкість при розміщенні в ньому вантажу близько до днища і може частково або повністю втратити стійкість, якщо вантаж або людей розмістити трохи вище

Розрізняють два види стійкості: поперечну та поздовжню. Поперечна стійкість проявляється за крену судна, тобто. при способах його на борт. Під час плавання на судно діють дві сили: тяжкості та підтримки. Рівнодіюча D (рис. 1, а) сили тяжіння судна, спрямована вниз, буде умовно прикладена в точці G, званої центром тяжіння (ЦТ), а рівнодіюча А сил підтримки, спрямована вгору, буде умовно прикладена в центрі тяжіння З зануреною у воду частини судна, що називається центром величини (ЦВ). Коли судно не має диферента та крену, ЦТ та ЦВ будуть розташовані в діаметральній площині судна (ДП).

Рис 1 Розташування одно чинних силтяжкості та підтримання щодо один одного при різних положеннях судна

Значення ho характеризує стійкість судна при малих способах. Положення точки М у умовах майже залежить від кута крену ф.

Сила D і рівна їй сила підтримки А утворюють пару з плечем /, що створює відновлюючий момент MB=Dl. Цей момент прагне повернути судно у початкове становище. Зауважимо, що ЦТ при цьому знаходиться нижче за точку М.

Тепер уявімо, що на палубу цього ж судна покладено додатковий вантаж (рис. 1, в). В результаті ЦТ розташується значно вище, і при крені точка М виявиться нижче за нього. Пара сил, що при цьому утворюється, буде створювати вже не відновлюючий, а перекидальний момент Мопр. Отже, судно буде нестійким і перекинеться.

На поперечну стійкість судна великий вплив робить ширина корпусу: чим ширше корпус, тим стійкіше судно, і, навпаки, чим корпус вже і вище, тим стійкість буде гірше.

Для маломірних швидкісних суден (особливо під час руху великої швидкості під час хвилювання) які завжди вирішеною проблемою є збереження поздовжньої стійкості.

У кільових маломірних суден початкова метацентрична висота дорівнює, як правило, 0,3 - 0,6 м. переміщення вантажів, пасажирів та інших причин. Чим більша метацентрична висота, тим більше відновлюючий момент і стійкіше судно, проте при великій стійкості судно має різку хитавицю. Покращує стійкість низьке розташування двигуна, паливного бака, сидінь та відповідне розміщення вантажів та людей.

При шквальному вітрі, сильному ударі хвилі об борт і в деяких інших випадках крен судна збільшується швидко і виникає динамічний момент. У цьому випадку крен судна буде збільшуватися і після досягнення рівності моменту, що хрещує і відновлює. Це відбувається через дію сили інерції. Зазвичай такий крен вдвічі більше крену від статичної дії такого ж моменту, що хрещує. Тому плавання за штормової погоди, особливо маломірних суден, дуже небезпечне.

Поздовжня стійкістьдіє при нахиленнях судна на ніс чи корму, тобто. при кільовій хитавиці. Цю стійкість судноводію слід враховувати під час руху на високих швидкостях під час хвилювання, т.к. "закопавшись" носом у воду катер або мотолодка може не відновити свого початкового положення і затонути, а іноді й перевернутися.

Чинники, що впливають на стійкість судна:

а) На стійкість судна найбільш відчутно впливає його ширина: чим більше вона по відношенню до його довжини, висоті борту та осідання, тим вище стійкість.

б) стійкість невеликого судна підвищується, якщо змінити форму зануреної частини корпусу при великих кутах крену. На цьому твердженні, наприклад, заснована дія бортових булів та пінопластового привального бруса, які при зануренні у воду створюють додатковий - момент, що відновлює.

в) стійкість погіршується за наявності на судні паливних баків із дзеркалом поверхні від борту до борту, тому ці баки повинні мати внутрішні перегородки

г) На стійкість найбільше впливає розміщення на судні пасажирів і вантажів, їх слід розташовувати якомога нижче. Не можна допускати на судні малих розмірів під час його руху сидіння людей на борту та їхнє довільне переміщення. Вантажі повинні бути надійно закріплені, щоб виключити їх несподіване зміщення з місць укладання. погодних умовнеобхідно відвести судно в укриття та перечекати негоду. Якщо цього зробити неможливо через значну відстань до берега, то в штормових умовах потрібно намагатися тримати судно "носом на вітер", викинувши плавучий якір і працюючи двигуном на малому ходу.

Непотоплюваність.Непотоплюваність - це здатність судна після затоплення частини судна зберігати плавучість.

Непотоплюваність забезпечується конструктивно - розподілом корпусу на водонепроникні відсіки, обладнанням судна блоками плавучості та водовідливними засобами.

Незатоплювані обсяги корпусу найчастіше є блоками з пінопласту. Необхідна його кількість та розташування розраховуються для забезпечення аварійного запасу плавучості та підтримки аварійного судна у положенні "на рівному кілі".

Безумовно, що в умовах сильного хвилювання далеко не кожен моторний човен, що отримав пробоїну, і катер забезпечать виконання цих вимог.

Маневрені якості маломірного судна

До основних маневрених якостей судна відносяться: керованість, циркуляція, ходкість та інерція

Керованість.Керованість - це здатність судна утримувати на ходу заданий напрямокруху при незмінному положенні керма (стійкість на курсі) і змінювати на ходу напрямок свого руху під дією керма (поворотливість).

Стійкістю на курсіназивається властивість судна зберігати прямолінійний напрямок руху. Якщо ж судно при прямому положенні керма відхиляється від курсу, таке явище прийнято називати ризиковістю судна.

Якщо ж судно при прямому положенні керма відхиляється від курсу, таке явище прийнято називати ризиковістю судна.

Причини, що викликають ризик, можуть бути постійними та тимчасовими. До постійних відносяться причини, пов'язані з конструктивними особливостями судна: тупі носові обводи корпусу, невідповідність довжини судна його ширині, недостатня площа пера руля, вплив обертання гребного гвинта

Тимчасова ризиковість може бути викликана неправильним завантаженням судна, вітром, мілководдям, нерівною течією і т.п.

Поняття "стійкість на курсі" та "поворотливість" є суперечливими, проте ці якості притаманні практично всім судам і характеризують їхню керованість.

На керованість впливає багато факторів та причин, головними з яких є дія керма, робота гвинта та їх взаємодія.

Поворотливість- властивість судна змінювати напрямок руху під дією керма. Ця якість насамперед залежить від правильного співвідношення довжини та ширини корпусу, форми його обводів, а також від площі пера керма.

Особливості керованості судна під час переходу з переднього ходу на задній

При проведенні швартових операцій або необхідності терміново зупинити судно (небезпека зіткнення, запобігання посадці на мілину, надання допомоги людині за бортом та ін.) доводиться переходити з переднього ходу на задній. У цих випадках судноводій повинен враховувати, що в перші секунди при зміні роботи гвинта правого обертання з переднього ходу на задній корма стрімко покотиться вліво, при гвинті лівого обертання - вправо.

Причини, що впливають на керованість

Крім керма і гвинта, що обертається, на стійкість і поворотливість судна впливають і інші причини, а також цілий ряд конструктивних особливостейсудна: відносини головних розмірів, форми обводів корпусу, параметрів керма та гвинта. Керованість залежить від умов плавання: характеру завантаження судна, гідрометеорологічних чинників.

ЦиркуляціяЯкщо під час руху судна перекласти кермо в будь-яку сторону, то судно почне повертатися та опише на воді криву лінію. Ця крива, що описується центром тяжкості судна при обороті, називається лінією циркуляції (рис. 2), а відстань між діаметральною площиною судна на прямому курсі та його діаметральною площиною після повороту на зворотний курс (180) – тактичним діаметром циркуляції. Чим менший тактичний діаметр циркуляції, тим кращою вважається поворотливість судна. Ця крива близька до кола, а її діаметр є мірою поворотливості судна

Вимірюється діаметр циркуляції зазвичай, у метрах. Для маломірних моторних суден розмір тактичного діаметра циркуляції найчастіше дорівнює 2—3 довжинам судна. Кожному водієві необхідно знати діаметр циркуляції судна, яким йому доводиться керувати, тому що від цього залежить правильне і безпечне маневрування. Швидкість судна на циркуляції зменшується до 30%. Ніколи не слід забувати, що при русі кривою на судно діє відцентрова сила (рис. 3), спрямована від центру кривизни у зовнішню сторону і прикладена до центру тяжкості судна.

Рис 2 Циркуляція

/ - Лінія циркуляції, 2 - тактичний діаметр циркуляції, 3 - діаметр циркуляції, що встановилася

Дрейфу судна, що виникає від відцентрової сили, перешкоджає сила опору води - бічний опір, точка застосування якої розташована нижче центру тяжіння. В результаті виникає пара сил, що створює крен на борт, протилежний напрямку повороту. Крен збільшується із підвищенням центру тяжкості судна над центром бічного опору та зі зменшенням метацентричної висоти.

Збільшення швидкості при повороті і зменшення діаметра циркуляції значно збільшують крен, що може призвести до перекидання судна. Тому ніколи не робіть різких поворотів під час руху судна на великій швидкості.

На відміну від звичайних судин судин з глісуючими обводами на циркуляції отримують крен у внутрішню сторону (рис. 4). Відбувається це від додаткової підйомної сили, що виникає на корпусі при бічному зміщенні у зв'язку з обводами, що глісують. Одночасно з цим відбувається ковзання під дією відцентрової сили у зовнішню сторону, через що у глісуючих суден у порівнянні з водовипромінюючими судами циркуляція дещо більша.

Крім діаметра циркуляції слід і її час, тобто. час, протягом якого судно робить поворот на 360°.

Названі елементи циркуляції залежать від водотоннажності судна та характеру розміщення вантажу за його довжиною, а також від швидкості ходу. На малій швидкості діаметр циркуляції менший.

Хідкість.Хідкість - це здатність судна рухатися з певною швидкістю при заданій потужності двигуна, долаючи при цьому сили опору руху.

Рух судна можливий лише за наявності певної сили, яка здатна подолати опір води – упор. При незмінній швидкості величина упору дорівнює величині опору води. Швидкість ходу судна та упор пов'язані наступною залежністю:

R. V = ho-N.де: V - швидкість судна; К – опір води; N – потужність двигуна; ho -ККД = 0,5.

Це рівняння показує, що зі збільшенням швидкості зростає та опір води. Однак ця залежність має різний фізичний сенс і характер для водозміщуючих суден та глісуючих.

Так наприклад, при швидкості водовипромінюючого судна до величини, що дорівнює V = 2 ÖL, км/год (L - довжина судна, м), опір води До складається з опору тертя води про обшивку корпусу і опору форми, що створюється завихрення води. Коли швидкість цього судна перевищує зазначену величину, починають утворюватися хвилі і до двох опор додається третє - хвильове. Хвильовий опір різко зростає зі збільшенням швидкості.

Для гліссирующих суден характер опору води такий самий як і для водовипромінюючих і величини швидкості V = 8 ÖL км/год. Однак при подальшому збільшенні швидкості судно отримує значний диферент на корму і його ніс піднімається. Цей режим руху носить назву перехідної (від водовипромінюючого до глісуючого). Характерною ознакою початку гліссування є мимовільне збільшення швидкості судна. Це викликано тим, що після підйому носової частини загальний опір води судну знижується, воно хіба що " підспливає " і збільшує швидкість при постійної потужності.

При глиссировании виникає ще одне вид опору води - бризкове, а хвильове опір і опір форми різко знижуються та його величини практично зводяться нанівець.

Таким чином на ходкість судна впливають чотири види опору:

опір тертя- Залежить від площі змоченої поверхні судна, від якості її обробки та ступеня обростання (водорістю, молюсками тощо);

опір форми- залежить від обтічної корпусу судна, яка в свою чергу тим краще, чим гостріший кормовий край і чим більше довжинасудна порівняно із шириною;

хвильовий опір- Залежить від форми носового краю і довжини судна, чим довше судно, тим менше хвилеутворення;

бризковий опір- Залежить від відношення ширини корпусу до його довжини.

Висновок: 1. Найменший опір води відчувають водовипромінюючі судна з вузьким корпусом, круглясними обводами та загостреними носовими та кормовими краями.

2. У глісуючих суден, за відсутності хвилювання, широкий плоскодонний корпус із транцевою кормою забезпечує найменший опір води при найбільшій гідродинамічній підйомній силі.

Більш морехідні глісуючі судна з кілеватим або півкільуватим корпусом. Підвищення швидкості цих суден досягається поздовжніми реданами та вилиць бризковідбійниками.

Інерція.Дуже важливою маневреною якістю судна є його інерція. Її зазвичай прийнято оцінювати довжинами гальмівного шляху, вибігу та шляхи розгону, а також їх тривалістю. Відстань, що проходить судно за проміжок часу від моменту перемикання двигуна з повного ходу вперед на задній хід до моменту остаточної зупинки судна, називається гальмівним шляхом. Ця відстань зазвичай виражається у метрах, рідше – у довжинах судна. Відстань, що проходить судном за проміжок часу від моменту зупинки двигуна, що працює на передній хід до повної зупинки судна під дією сили опору води, називається вибігом. Відстань, яка проходить судно з моменту включення двигуна на передній хід до моменту придбання повної швидкості за заданого режиму роботи двигуна, називається шляхом розгону. Точне знання водієм зазначених вище якостей свого судна у великій мірі забезпечує безпеку маневрування у вузьках та на рейдах із обмеженими умовами плавання. Пам'ятайте! Моторні судна не мають гальм, тому для погашення інерції їм часто потрібно значно більше відстані та часу, ніж, скажімо, автомобілю

Постійністю називається здатність судна, відхиленого від положення рівноваги, повертатися до нього після припинення дії сил, що викликали відхилення.

Нахилення судна можуть походити від дії хвиль, що набігають, через несиметричне затоплення відсіків при пробоїні, від переміщення вантажів, тиску вітру, через прийом або витрачання вантажів.

Нахилення судна у поперечній площині називають креном,а в поздовжній - диферентом.Кути, що утворюються при цьому, позначають відповідно θ і ψ

Стійкість, яку судно має при поздовжніх способах, називають поздовжній.Вона, як правило, досить велика, і небезпека перекидання судна через ніс або корму ніколи не виникає.

Стійкість судна при поперечних способах називається поперечної.Вона є найважливішою характеристикою судна, що визначає його морехідні якості.

Розрізняють початкову поперечну стійкість при малих кутах крену (до 10 - 15 °) і стійкість при великих способах, так як відновлюючий момент при малих і великих кутах крену визначається різними способами.

Початкова стійкість. Якщо судно під дією зовнішнього моменту хрещення М КР(наприклад, тиску вітру) отримає крен на кут θ (кут між вихідною WL 0та чинною WL 1ватерлініями), то, внаслідок зміни форми підводної частини судна, центр величини Зпереміститься в крапку З 1(Рис. 5). Сила підтримки yVбуде додана в точці C 1і спрямована перпендикулярно до діючої ватерлінії WL 1 .Крапка Мзнаходиться на перетині діаметральної площини з лінією дії сил підтримки та називається поперечним метацентром. Сила ваги судна Рзалишається в центрі важкості G.Разом із силою yVвона утворює пару сил, яка перешкоджає нахиленню судна кренним моментом М КР. Момент цієї пари сил називається відновлюючим моментомМ Ст.Величина його залежить від плеча l=GKміж силами ваги та підтримання нахиленого судна: M В = Pl = Ph sin θ, де h- підвищення точки Мнад ЦТ судна G,зване поперечною метацентричною висотою судна.

Рис. 5. Дія сил при крені судна.

З формули видно, що величина моменту, що відновлює, тим більше, чим більше h.Отже, метацентрична висота може бути мірою стійкості даного судна.

Величина hданого судна за певної осідання залежить від положення центру тяжкості судна. Якщо вантажі розташувати те щоб центр тяжкості судна зайняв вищу становище, то метацентрична висота зменшиться, разом із нею - плече статичної стійкості і відновлюючий момент, т. е. стійкість судна знизиться. При зниженні положення центру важкості метацентрична висота збільшиться, стійкість судна підвищиться.

Оскільки для малих кутів їхні синуси приблизно рівні величині кутів, виміряних у радіанах, можна записати М = Рhθ.

Метацентричну висоту можна визначити з виразу h = r + z c - z g ,де z c- Підвищення ЦВ над ОЛ; r- поперечний метацентричний радіус, тобто підвищення метацентру над ЦВ; z g- підвищення ЦТ судна над основною.

На побудованому судні початкову метацентричну висоту визначають дослідним шляхом. кренованням,тобто поперечним способом судна шляхом переміщення вантажу певної ваги, званого крен-баластом.

Стійкість на великих кутах крену. У міру збільшення крену судна відновлюючий момент спочатку зростає, потім зменшується, стає рівним нулю і далі не тільки не перешкоджає способу, а навпаки, сприяє йому (рис. 6).

Рис. 6. Діаграма статичної стійкості.

Так як водотоннажність для даного стану навантаження постійно, то відновлюючий момент змінюється тільки внаслідок зміни плеча поперечної стійкості l ст. За розрахунками поперечної стійкості на великих кутах крену будують діаграму статичної стійкості, являє собою графік, що виражає залежність l ствід кута крену. Діаграму статичної стійкості будують для найхарактерніших і найнебезпечніших випадків навантаження судна.

Користуючись діаграмою, можна визначити кут крену по відомому моменту, що хрячить, або, навпаки, по відомому куту крену знайти момент, що хрячить. За діаграмою статичної стійкості можна визначити початкову метацентричну висоту. Для цього від початку координат відкладають радіан, що дорівнює 57,3°, і відновлюють перпендикуляр до перетину з дотичної до кривої плечей стійкості на початку координат. Відрізок між горизонтальною віссю і точкою перетину в масштабі діаграми і дорівнюватиме початковій метацентричній висоті.

При повільному (статичному) дії кренящего моменту стан рівноваги при крені настає, якщо дотримується умова рівності моментів, тобто. М КР = М В(Рис. 7).

Рис. 7. Визначення кута крену від дії статично (а) та динамічно (б) прикладеної сили.

При динамічній дії моменту, що кренить (порив вітру, ривок буксирного троса на борт) судно, нахиляючись, набуває кутової швидкості. Воно за інерцією пройде положення статичної рівноваги і продовжуватиме кренитися доти, поки робота моменту, що хрещує, не стане рівною роботі відновлюючого.

Величину, кута крену при динамічній дії моменту, що кренить, можна визначити за діаграмою статичної стійкості. Горизонтальну лінію моменту, що хрещує, продовжують вправо до тих пір, поки площа ОДСЄ(робота моменту, що кренить) не стане рівною площі фігури ОБІДВІ(Робота відновлюючого моменту). При цьому площа ОАСІє загальною, тому можна обмежитися порівнянням площ О ТАКі ABC.

Якщо площа, обмежена кривою відновлювальних моментів, виявиться недостатньою, то судно перекинеться.

Остійність морських суден має відповідати вимогам Реєстру, відповідно до яких необхідне виконання умови (так званого критерію погоди): К = M опр хв / М дн max ≥ 1» де M опр мін- мінімальний перекидальний момент (мінімальний динамічно прикладений хрещення момент з урахуванням хитавиці), під дією якого судно ще не втратить стійкість; М дн max- динамічно прикладений кренящий момент від тиску вітру при найгіршому щодо стійкості варіанті завантаження.

Відповідно до вимог Реєстру максимальне плече діаграми статичної стійкості l maxмає бути не менше 0,25 м для суден довжиною 85 м і не менше 0,20 м для суден більше 105 м при вугіллі крену θ більше 30 °. Кут заходу діаграми (кут, при якому крива плечей стійкості перетинає горизонтальну вісь) для всіх суден повинен бути не менше 60 °.

Вплив рідких вантажів на стійкість.Якщо цистерна заповнена недоверху, т. е. у ній є вільна поверхня рідини, то при нахилі рідина переллється у бік крену і центр тяжкості судна зміститься у той самий бік. Це призведе до зменшення плеча стійкості, а отже, до зменшення моменту, що відновлює. При цьому чим ширша цистерна, в якій є вільна поверхня рідини, тим значнішим буде зменшення поперечної стійкості. Для зменшення впливу вільної поверхні доцільно зменшувати ширину цистерн та прагнути до того, щоб під час експлуатації була мінімальна кількість цистерн із вільною поверхнею рідини.

Вплив сипких вантажів на стійкість.При перевезенні сипких вантажів (зерна) спостерігається дещо інша картина. На початку способу вантаж не переміщається. Тільки коли кут крену перевищить кут природного укосу, вантаж починає пересипатися. При цьому вантаж, що пересипався, не повернеться в попереднє положення, а, залишившись біля борту, створить залишковий крен, що при повторних кренних моментах (наприклад, шквалах) може призвести до втрати стійкості та перекидання судна.

Для запобігання пересипанню зерна в трюмах встановлюють підвісні поздовжні напівперебирання. шифтинг-бордсиабо укладають поверх насипаного в трюмі зерна мішки із зерном (міщення вантажу).

Вплив підвішеного вантажу на стійкість.Якщо вантаж знаходиться в трюмі, то при підйомі його, наприклад краном, відбувається ніби миттєве перенесення вантажу в точку підвісу. В результаті ЦТ судна зміститься вертикально вгору, що призведе до зменшення плеча моменту, що відновлює, при отриманні судном крену, тобто до зменшення стійкості. При цьому зменшення стійкості буде тим більше, чим більша маса вантажу та висота його підвісу.

Судна його поздовжня стійкість значно вища за поперечну, тому для безпеки плавання найважливіше забезпечити належну поперечну стійкість.

Залежно від величини способу розрізняють стійкість на малих кутах способу ( початкову стійкість) і стійкість на великих кутах способу.

Залежно від характеру діючих сил розрізняють статичну та динамічну стійкість.

Статична стійкість- Розглядається при дії статичних сил, тобто прикладена сила не змінюється за величиною. Динамічна стійкість- розглядається при дії змінних (тобто динамічних) сил, наприклад вітру, хвилювання моря, зрушення вантажу і т.п.

Початкова поперечна стійкість

Початкова поперечна стійкість. Система сил, що діють на судно

При крені стійкість сприймається як початкова при кутах до 10-15°. У цих межах відновлює зусилля пропорційно куту крену і може бути визначено за допомогою простих лінійних залежностей.

У цьому робиться припущення, що відхилення від становища рівноваги викликаються зовнішніми силами, які змінюють ні вага судна, ні становище його центру тяжкості (ЦТ). Тоді занурений обсяг не змінюється за величиною, але змінюється формою. Рівнооб'ємним способам відповідають рівнооб'ємні ватерлінії , що відсікають рівні за величиною занурені обсяги корпусу. Лінія перетину площин ватерліній називається віссю способу, яка при рівнооб'ємних способах проходить через центр тяжкості площі ватерлінії. При поперечних способах вона лежить у діаметральній площині.

Вільні поверхні

Усі розглянуті вище випадки припускають, що центр тяжкості судна нерухомий, тобто немає вантажів, що переміщуються при нахиленні. Але коли такі вантажі є, їх вплив на стійкість значно більший за інші.

Типовим випадком є рідкі вантажі (паливо, масло, баластна та котельна вода) в цистернах, заповнених частково, тобто мають вільні поверхні. Такі вантажі здатні переливатись при нахиленнях. Якщо рідкий вантаж заповнює цистерну повністю, він еквівалентний твердому закріпленому вантажу.

Вплив вільної поверхні на стійкість

Якщо рідина заповнює цистерну в повному обсязі, тобто. має вільну поверхню, що завжди займає горизонтальне положення, то при нахиленні судна на кут θ рідина переливається у бік способу. Вільна поверхня прийме такий самий кут щодо КВЛ.

Рівні рідкого вантажу відсікають рівні за величиною обсяги цистерн, тобто. вони подібні до рівнооб'ємних ватерліній. Тому момент, що викликається переливанням рідкого вантажу при крені δm θ, можна уявити аналогічно моменту стійкості форми mф, тільки δm θпротилежно mф за знаком:

δm θ = - γ ж i x θ,

де i x- момент інерції площі вільної поверхні рідкого вантажу щодо поздовжньої осі, що проходить через центр тяжкості цієї площі, γ ж- питома вага рідкого вантажу

Тоді відновлюючий момент за наявності рідкого вантажу з вільною поверхнею:

m θ1 = m θ + δm θ = Phθ − γ ж i x θ = P(h − γ ж i x /γV)θ = Ph 1 θ,

де h- поперечна метацентрична висота без переливання, h 1 = h − γ ж i x /γV- фактична поперечна метацентрична висота.

Вплив вантажу, що переливається, дає поправку до поперечної метацентричної висоти. δ h = - γ ж i x /γV

Щільності води та рідкого вантажу відносно стабільні, тобто основний вплив на виправлення надає форма вільної поверхні, точніше її момент інерції. А значить, на поперечну стійкість в основному впливає ширина, а на поздовжню довжину вільної поверхні.

Фізичний сенс негативного значення поправки у цьому, що наявність вільних поверхонь завжди зменшуєстійкість. Тому вживаються організаційні та конструктивні заходи для їх зменшення:

Коли до судна прикладається кренящий момент m кр, Постійний за величиною, воно отримує позитивне прискорення, з яким починає кренитися. У міру способу зростає відновлюючий момент, але спочатку, до кута θ cт, за якого m кр = m θ, він буде менше хрещеного. Після досягнення кута статичної рівноваги θ cткінетична енергія обертального руху буде максимальною. Тому судно не залишиться в положенні рівноваги, а за рахунок кінетичної енергії буде кренитися далі, але уповільнено, оскільки момент, що відновлює, більше хрещує. Накопичена раніше кінетична енергія погашається надмірною роботою моменту, що відновлює. Як тільки величина цієї роботи буде достатньою для повного погашення кінетичної енергії, кутова швидкість стане рівною нулю і судно перестане кренитися.

Найбільший кут способу, який отримує судно від динамічного моменту, називається динамічним кутом крену. θ дін. На відміну від нього кут крену, з яким судно плаватиме під дією того самого моменту (за умовою m кр = m θ), називається статичним кутом крену θ ст.

Якщо звернутися до діаграми статичної стійкості, робота виражається площею під кривою моменту, що відновлює. m в. Відповідно, динамічний кут крену θ дінможна визначити з рівності площ OABі BCD, що відповідають надлишковій роботі відновлювального моменту. Аналітично та сама робота обчислюється як:

на інтервалі від 0 до θ дін.

Досягши динамічного кута крену θ дін, судно не входить у рівновагу, а під дією надлишкового відновлювального моменту починає прискорено спрямовуватися. За відсутності опору води судно увійшло б у незагасаючі коливання біля положення рівноваги при крені θ ст Морський словник - Рефрижераторне судно Ivory Tirupati початкова стійкість негативна Стійкість здатність плавучого засобу протистояти зовнішнім силам, що викликають його крен або диферент і повертатися в стан рівноваги по закінченні того, що ... Вікіпедія

Судно, корпус якого під час руху піднімається над водою під дією підйомної сили, створюваної зануреними у воду крилами. Патент на С. на п. к. видано в Росії в 1891, проте застосовуватися ці судна стали з 2-ї половини 20 ст. Велика Радянська Енциклопедія

Машина підвищеної прохідності здатна рухатися як по суші, так і по воді. Автомобіль амфібія має збільшений обсяг герметизованого кузова, який іноді для кращої плавучості доповнюється навісними поплавцями. Пересування по воді. Енциклопедія техніки

- (Малайськ.) Тип вітрильного судна, поперечна стійкість до рого забезпечується аутригером поплавком, прикріп. до осн. корпусу поперечними балками. Судно подібно до вітрильного катамарану. У давнину П. служили засобом повідомлення на вах Тихого ... ... Великий енциклопедичний політехнічний словник

амфібія Енциклопедія «Авіація»

амфібія- (Від грец. amphíbios - провідний подвійний спосіб життя) - гідролітак, обладнаний сухопутним шасі і здатний базуватися як на водній поверхні, так і на сухопутних аеродромах. Найбільш поширені А. човни. Зліт з води, … Енциклопедія «Авіація»

§ 12. Морехідні якості судів. Частина 1

Морехідними якостями повинні мати як цивільні судна, так і військові кораблі.

Вивченням цих якостей із застосуванням математичного аналізу займається спеціальна наукова дисципліна. теорія судна.

Якщо математичне вирішення питання неможливе, то вдаються до досвіду, щоб знайти необхідну залежність та перевірити висновки теорії на практиці. Тільки після всебічного вивчення та перевірки на досвіді всіх морських якостей судна приступають до його створення.

Морехідні якості у предметі «Теорія судна» вивчаються у двох розділах: статики та динаміці судна. Статика вивчає закони рівноваги плаваючого судна та пов'язані з цим якості: плавучість, стійкість і непотоплюваність. Динаміка вивчає судно в русі і розглядає такі його якості, як керованість, гойдання та ходкість.

Познайомимося з мореплавними властивостями судна.

Плавучістю суднаназивається його здатність триматися на воді за певним осадом, несучи призначені вантажі відповідно до призначення судна.

На плаваюче судно завжди діють дві сили: а) з одного боку, сили ваги, Рівні сумі ваги самого судна та всіх вантажів на ньому (обчислені в тоннах); рівнодіюча сил ваги прикладена в центрі тяжкості судна(ЦТ) у точці G і завжди спрямована по вертикалі вниз; б) з іншого боку, сили підтримання, мул і сили плавучості(Виражені в тоннах), тобто тиск води на занурену частину корпусу, що визначається твором об'єму зануреної частини корпусу на об'ємну вагу води, в якій судно плаває. Якщо ці сили висловити рівнодіючу, прикладену в центрі тяжкості підводного обсягу судна в точці С, званої центром величини(ЦВ), то ця рівнодіюча за всіх положень плаваючого судна завжди буде спрямована по вертикалі вгору (рис. 10).

Об'ємною водотоннажністюназивається об'єм зануреної частини корпусу, виражений у кубічних метрах. Об'ємна водотоннажність служить мірою плавучості, а вага витісняється ним води називається ваговою водотоннажністю D) і виражається у тоннах.

За законом Архімеда вага плаваючого тіла дорівнює вазі обсягу рідини, витісненої цим тілом,

Де у - об'ємна вага забортної води, Т/м 3 , що приймається в розрахунках рівним 1,000 для прісної водита 1,025 – для морської води.

Рис. 10. Сили, що діють на плаваюче судно, та точки застосування рівнодіючих цих сил.

Так як вага плаваючого судна Р завжди дорівнює його ваговому водотоннажності D, а їх рівнодіючі спрямовані протилежно один одному по одній вертикалі, і якщо позначити координати точки G і С по довжині судна відповідно xg і х c по ширині у g і у c і по висоті zg і zc , умови рівноваги плаваючого судна можна сформулювати наступними рівняннями:

Р = D; x g = x c.

Внаслідок симетрії судна щодо ДП очевидно, що точки G та С повинні лежати у цій площині, тоді

Yg = yc = 0.

Зазвичай центр тяжкості надводних суден G лежить вище від центру величини С, у такому разі

Іноді обсяг підводної частини корпусу зручніше висловити через основні розмірення судна і коефіцієнт загальної повноти, тобто.

Тоді вагова водотоннажність може бути представлена у вигляді

Якщо позначити через Vn повний об'єм корпусу до верхньої палуби, за умови водонепроникності закриття всіх бортових отворів, то отримаємо

Різниця V n - V, що представляє певний обсяг водонепроникного корпусу вище вантажної ватерлінії, зветься запасу плавучості. При аварійному попаданні води всередину корпусу судна збільшиться його осад, але судно залишиться на плаву, завдяки запасу плавучості. Таким чином, запас плавучості буде тим більшим, ніж більше висотанадводного непроникного борту. Отже, запас плавучості є важливою характеристикою судна, що забезпечує непотоплюваність. Він виявляється у відсотках від нормальної водотоннажності і має такі мінімальні значення: для річкових суден 10-15%, для танкерів 10-25%, для суховантажних суден 30-50%, для криголамів 80-90%, а для пасажирських суден 80-100 %.

Рис. 11. Стройова по шпангоутах

Вага судна Р (вагове навантаження) І координати центру тяжкості визначаються розрахунком, що враховує вагу кожної деталі корпусу, механізмів, предметів устаткування, постачання, запасів, вантажів, людей, їхнього багажу і всього, що знаходиться на судні. Для спрощення обчислень передбачається об'єднання окремих найменувань за спеціальністю у статті, підгрупи, групи та розділи навантаження. Для кожного з них підраховується вага та статичний момент.

Враховуючи, що момент рівнодіючої сили дорівнює сумі моментів складових сил відносно тієї ж площини, після підсумовування по всьому судну ваг і статичних моментів, визначають координати центру тяжкості судна G. висоті від основної лінії zc визначають за теоретичним кресленням методом трапеції в табличній формі.

З цією ж метою користуються допоміжними кривими, так званими стройовими, викресленими також за даними теоретичного креслення.

Розрізняють дві криві: стройову по шпангоутах та стройову за ватерлініями.

Стройова по шпангоутах(Рис. 11) характеризує розподіл обсягу підводної частини корпусу по довжині судна. Вона будується в такий спосіб. Користуючись методом наближених обчислень, визначають за теоретичним кресленням площі зануреної частини кожного шпангоуту (w). По осі абсцис відкладають у вибраному масштабі довжину судна і її наносять положення шпангоутів теоретичного креслення. На ординатах, відновлених із цих точок, відкладають у певному масштабі відповідні площі обчислених шпангоутів.

Кінці ординат з'єднують плавною кривою, яка є стройової по шпангоутах.

Рис. 12. Стройова за ватерлініями.

Стройова по ватерлінії(Рис. 12) характеризує розподіл обсягу підводної частини корпусу по висоті судна. Для її побудови за теоретичним кресленням підраховують площі всіх ватерліній (5). Ці площі в обраному масштабі відкладають за відповідними горизонталями, розташованими по осадах судна, відповідно до положення цієї ватерлінії. Отримані точки з'єднують плавною кривою, яка і є стройової по ватерлінії.

Рис. 13. Крива вантажного розміру.

Ці криві є такими характеристиками:

1) площі кожної з стройових виражають у відповідному масштабі об'ємну водотоннажність судна;

2) абсцис центру тяжкості площі стройової по шпангоутах, виміряна в масштабі довжини судна, дорівнює абсцис центру величини судна х c ;

3) ордината центру тяжкості площі стройової за ватерлініями, виміряна в масштабі осад, дорівнює ординаті центру величини судна z c . Вантажний розмірявляє собою криву (рис. 13), що характеризує об'ємну водотоннажність судна V залежно від його осідання Т. За цією кривою можна визначити водотоннажність судна залежно від його осідання або вирішити зворотне завдання.

Ця крива будується у системі прямокутних координат виходячи з попередньо обчислених об'ємних водотоннажності по кожну ватерлінію теоретичного креслення. На осі ординат у вибраному масштабі відкладають опади судна по кожну з ватерліній і через них проводять горизонталі, на яких також у певному масштабі відкладають значення водотоннажності, отримане для відповідних ватерліній. Кінці отриманих відрізків з'єднують плавною кривою, яка називається вантажним розміром.

Користуючись вантажним розміром, можна визначити зміну середньої опади від прийому або витрачання вантажу або за заданою водотоннажністю визначити осад судна і т.п.

стійкістюназивається здатність судна протистояти силам, що викликали його нахил, і після припинення дії цих сил повертатися в початкове положення.

Нахилення судна можливі з різних причин: від дії хвиль, що набігають, через несиметричне затоплення відсіків при пробоїні, від переміщення вантажів, тиску вітру, через прийом або витрачання вантажів та ін.

Нахилення судна у поперечній площині називають креном, а в поздовжній площині - д іферентом; кути, що утворюються при цьому, позначають відповідно O та y,

Розрізняють початкову стійкість, Т. е. стійкість при малих кутах крену, при яких кромка верхньої палуби починає входити у воду (але не більше 15 ° для високобортних надводних суден), і стійкість при великих способах .

Уявімо, що під дією зовнішніх сил судно отримало крен на кут 9 (рис. 14). Внаслідок цього обсяг підводної частини судна зберіг свою величину, але змінив форму; з правого борту у воду увійшов додатковий об'єм, а з лівого борту рівновеликий об'єм вийшов з води. Центр величини перемістився з первісного положення С у бік крену судна, центр тяжкості нового обсягу - точку С 1 . При похилому положенні судна сила тяжкості Р, прикладена в точці G, і сила підтримки D, прикладена в точці С, залишаючись перпендикулярними до нової ватерлінії 1 Л 1 утворюють пару сил з плечем GK, що є перпендикуляром, опущеним з точки G на напрям сил підтримки .

Якщо продовжити напрям сили підтримки з точки С 1 до перетину з її початковим напрямом з точки С, то на малих кутах крену, що відповідають умовам початкової стійкості, ці два напрями перетнуться в точці М, що називається поперечним метацентром .

Відстань між метацентром та центром величини МС називається поперечним мета центричним радіусом, що позначається р, а відстань між точкою М та центром тяжкості судна G - поперечною метацентричною висотою h 0. З даних рис. 14 можна скласти тотожність

H 0 = p + z c - z g.

У прямокутному трикутнику GMR кут у вершини М дорівнюватиме куту 0. За його гіпотенузою і протилежним кутом можна визначити катет GK, що є плече м пари, що відновлює судно GK=h 0 sin 8, а відновлюючий момент дорівнюватиме Мвост = DGK. Підставляючи значення плеча, отримаємо вираз

Мвост = Dh 0 * sin 0,

Рис. 14. Сили, що діють при крені судна.

Взаємне положення точок М і G дозволяє встановити наступну ознаку, що характеризує поперечну стійкість: якщо метацентр розташований вище центру тяжіння, то відновлювальний момент позитивний і прагне повернути судно у вихідне положення, тобто при нахиленні судно буде стійким, навпаки, якщо точка М знаходиться нижче точки G, то при негативному значенні h 0 момент негативний і прагнутиме збільшувати крен, тобто в цьому випадку судно нестійке. Можливий випадок, коли точки М і G збігаються, сили Р і D діють по одній вертикальній прямій, пари сил не виникає, і момент, що відновлює, дорівнює нулю: тоді судно треба вважати нестійким, так як воно не прагне повернутися в початкове положення рівноваги (рис. 15).

Метацентричну висоту для характерних випадків навантаження обчислюють у процесі проектування судна, і вона є мірою стійкості. Значення поперечної метацентричної висоти для основних типів суден лежить у межах 0,5-1,2 м і лише у криголамів досягає 4,0 м.

Для збільшення поперечної стійкості судна необхідно знижувати його центр тяжкості. Це надзвичайно важливий фактор завжди треба пам'ятати, особливо при експлуатації судна, і вести суворий облік за витрачанням палива та води, що зберігаються у міждонних цистернах.

Поздовжня метацентрична висота H 0розраховується аналогічно поперечної, але так як її величина, що виражається в десятках або навіть у сотнях метрів, завжди дуже велика - від однієї до півтори довжини судна, то після перевірочного розрахунку поздовжню стійкість судна практично не розраховують, її величина цікава тільки у разі визначення опади судна носом або кормою при поздовжніх переміщеннях вантажів або затоплення відсіків по довжині судна.

Рис. 15. Поперечна стійкість судна залежно від розташування вантажів: а - позитивна стійкість; б - положення рівноваги - судно нестійке; в – негативна стійкість.

Питанням стійкості судна надається виключно важливе значення, і тому зазвичай, крім усіх теоретичних обчислень, після спорудження судна перевіряють справжнє становище його центру тяжіння шляхом досвідченого кренування, тобто поперечного способу судна шляхом переміщення вантажу певної ваги, званого кренбаластом .

Всі отримані раніше висновки, як згадувалося, практично справедливі при початкової стійкості, т. е. при крені на малі кути.

При розрахунках поперечної стійкості на великих кутах крену (поздовжні нахилу на практиці не бувають великими) визначають змінні положення центру величини, метацентру, поперечного метацентричного радіусу та плеча відновлювального моменту GK для різних кутів крену судна. Такий розрахунок роблять починаючи від прямого положення через 5-10° до того кута крену, коли відновлююче плече перетворюється на нуль і судно набуває негативної стійкості.

За даними цього розрахунку для наочного уявлення про стійкість судна на великих кутах крену будують діаграму статичної стійкості(її також називають діаграмою Ріда), що показує залежність плеча статичної стійкості (GK) або відновлювального моменту Мвост від кута крену 8 (рис. 16). На цій діаграмі по осі абсцис відкладають кути крену, а по осі ординат - значення відновлювальних моментів або плечі пари, що відновлює, так як при рівнооб'ємних способах, при яких водотоннажність судна D залишається постійним, відновлювальні моменти пропорційні плечам стійкості.

Рис. 16. Діаграма статичної стійкості.

Діаграму статичної стійкості будують для кожного характерного випадку навантаження судна, і вона в такий спосіб характеризує стійкість судна:

1) на всіх кутах, при яких крива розташована над віссю абсцис, що відновлюють плечі та моменти мають позитивне значення, і судно має позитивну стійкість. За тих кутів крену, коли крива розташована під віссю абсцис, судно буде нестійким;

2) максимум діаграми визначає граничний кут крену 0 мах і граничний кренящий момент при статичному способі судна;

3) кут 8, при якому низхідна гілка кривої перетинає вісь абсцис, називається кутом заходу діаграми. При цьому вугіллі крену відновлююче плече стає рівним нулю;

4) якщо на осі абсцис відкласти кут, рівний 1 радіану (57,3°), і з цієї точки відставити перпендикуляр до перетину з дотичної, проведеної до кривої з початку координат, цей перпендикуляр в масштабі діаграми буде дорівнює початковій метацентричній висоті h 0 .

Великий вплив на стійкість надають рухливі, тобто незакріплені, а також рідкі та сипкі вантажі, що мають вільну (відкриту) поверхню. При нахиленні судна ці вантажі починають переміщуватися в бік крену і, як наслідок, центр тяжіння всього судна вже не буде перебувати в нерухомій точці G, а почне теж переміщатися в ту ж сторону, викликаючи зменшення плеча поперечної стійкості, що рівнозначно зменшенню метацентричної висоти з усіма що випливають із цього наслідками. Для запобігання таким випадкам усі вантажі на суднах повинні бути закріплені, а рідкі або сипкі повинні бути занурені в ємності, що виключають будь-яке переливання або пересипання вантажів.

При повільному дії сил, що створюють момент, що кренить, судно, нахиляючись, зупиниться тоді, коли кренний і відновлює моменти зрівняються. При раптовій дії зовнішніх сил, таких, як порив вітру, натяг буксира на борт, качка, бортовий залп з гармат і т. п., судно, нахиляючись, набуває кутової швидкості і навіть з припиненням дії цих сил продовжуватиме кренитися за інерцією на додатковий. кут доти, доки не витрачена вся його кінетична енергія (жива сила) обертального руху судна та його кутова швидкість не перетвориться на нуль. Такий спосіб судна під дією раптово прикладених сил називається динамічним способом. Якщо при статичному моменті хрещення судно плаває, маючи лише деякий крен 0 СТ, то у разі динамічної дії того ж кренящего моменту воно може перекинутися.

При аналізі динамічної стійкості для кожної водотоннажності судна будують діаграми динамічної стійкості, ординати яких представляють у певному масштабі площі, утворені кривою моментів статичної стійкості для відповідних кутів крену, тобто виражають роботу пари, що відновлює, при нахиленні судна на кут 0, виражений в радіанах. При обертальному русі, як відомо, робота дорівнює добутку моменту на кут повороту, виражений у радіанах,

Т1 = М kp 0.

По цій діаграмі всі питання, пов'язані з визначенням динамічної стійкості, можна вирішити так (рис. 17).

Кут крену при динамічно прикладеному моменті, що кренить, можна знайти, нанісши на діаграму в тому ж масштабі графік роботи кренної пари; абсцис точки перетину цих двох графіків дає шуканий кут 0 ДИН.

Якщо окремому випадку кріпить момент має постійне значення, т. е. М кр = const, то робота виражатиметься

Т2 = М kp 0.

А графік матиме вигляд прямої, яка проходить через початок координат.

Для того щоб побудувати цю пряму на діаграмі динамічної стійкості, необхідно відкласти по осі абсцис кут, рівний радіану, і провести з точки ординату. Відклавши на ній у масштабі ординат величину М кр у вигляді відрізка Nn (рис. 17), треба провести пряму ON, яка є шуканим графіком роботи пари, що кренить.

Рис. 17. Визначення кута крену та граничного динамічного способу за діаграмою динамічної стійкості.

На цій же діаграмі показаний кут динамічного способу 0 ДИН, який визначається як абсцис точки перетину обох графіків.

Зі збільшенням моменту М кр січна ON може зайняти граничне положення, звернувшись до зовнішньої дотичної ВІД, проведену з початку координат до діаграми динамічної стійкості. Таким чином, абсцисса точки дотику буде вискодинма граничним кутом динамічних нахилів 0 Ордината цієї дотичної, що відповідає радіану, виражає граничний кренящий момент при динамічних нахиленнях М крмах.

При плаванні судно часто піддається динамічному впливу зовнішніх сил. Тому вміння визначити динамічний хрещення момент при вирішенні питання про стійкість судна має велике практичне значення.

Вивчення причин загибелі судів призводить до висновку, що в основному судна гинуть через втрату стійкості. Для обмеження втрати стійкості відповідно до різних умов плавання, Регістром Союзу РСР розроблено Норми стійкості суден транспортного та промислового флоту. У цих нормах основним показником є здатність судна зберігати позитивну стійкість при спільній дії на нього бортової хитавиці та вітру. Судно відповідає основним вимогам Норм стійкості, якщо при найгіршому варіантізавантаження його М КР залишається менше M ОПР.

При цьому мінімальний перекидальний момент судна визначається за діаграмами статичної або динамічної стійкості з урахуванням впливу вільної поверхні рідких вантажів, бортової хитавиці та елементів розрахунку парусності судна для різних випадків навантаження судна.

Нормами передбачається ціла низка вимог до стійкості, наприклад: M КР

метацентрична висота повинна мати позитивне значення, кут заходу діаграми статичної стійкості повинен бути не менше 60 °, а з урахуванням зледеніння - не менше 55 ° і т. п. Обов'язкове дотримання цих вимог при всіх випадках навантаження дає право вважати судно стійким.

Непотоплюваність суднаназивається його здатність зберігати плавучість і стійкість після затоплення частини внутрішніх приміщень водою, що надійшла з-за борту.

Непотоплюваність судна забезпечується запасом плавучості та збереженням позитивної стійкості при частково затоплених приміщеннях.

Якщо судно отримало пробоїну в зовнішньому корпусі, кількість води Q, що вливається через неї, характеризується виразом

де S – площа пробоїни, м²;

G - 9,81 м/сек²

Н - відстань центру пробоїни від ватерлінії, м.кв.

Навіть при незначній пробоїні кількість води, що надходить всередину корпусу, буде така велика, що впоратися з нею відливні насоси не в змозі. Тому водовідливні засоби ставлять на судні виходячи з розрахунку лише видалення води, що надходить вже після закладення пробоїни або через нещільність у з'єднаннях.

Щоб запобігти поширенню судна води, що вливається в пробоїну, передбачають конструктивні заходи: корпус ділять на окремі відсіки водонепроникними переборками та палубами. При такому розподілі у разі отримання пробоїни затопиться один або кілька обмежених відсіків, через що збільшиться осад судна і відповідно зменшиться висота надводного борту та запас плавучості судна.

Уперед
Зміст
назад