Производителност на съда

Най-характерните експлоатационни качества на малък плавателен съд са: пътнически капацитет,товароносимост, обем и скорост.

Капацитетът на пътниците е показател, равен на броя оборудвани места за настаняване на хора на кораба. Капацитетът на пътниците зависи от товароносимостта:

П = G/100, хората (с багаж), или П =G/75 хората (без багаж)

В този случай резултатът се закръгля до по-малко цяло число. На малък кораб наличието на оборудвани места трябва да съответства на пътническия капацитет, установен за кораба.

Капацитетът на пътниците може да се изчисли приблизително по формулата:

N=Lnb Bnb/K, хора,

Където ДА СЕ -емпиричен коефициент се приема равен на: за моторни и гребни лодки - 1,60; за лодки - 2.15.

Товароносимост— полезния товар на кораба, включително масата на хората и багажа според капацитета на пътниците. Прави се разлика между дедуейт и нетен тонаж.

Дедвейт -това е разликата между обема при пълен товар и празен.

Нетна товароносимост -Това е масата само на полезния товар, който корабът може да поеме.

За големи кораби единицата за промяна на товароподемността е тон, за малки кораби - kg. Товароносимостта C може да се изчисли с помощта на формули или може да се определи експериментално. За целта, когато корабът е празен, но с запаси и резерв от гориво, товарът се поставя последователно, докато корабът достигне водолинията, съответстваща на минималната височина на надводния борд. Теглото на поставения товар съответства на товароносимостта на плавателния съд.

Изместване . Има два вида изместване - масово (тегловно) и обемно.

Масово (тегло) изместване - това е масата на плаващия кораб, равна на масата на водата, изместена от кораба. Мерната единица е тон.

Обемно изместване V - това е обемът на подводната част на съда в m3. Изчислението се извършва чрез основните измервания:

V = SL VT,

където S е коефициентът на пълно изместване, равен на 0,35 - 0,6 за малки съдове, а по-ниска стойност на коефициента е характерна за малки съдове с остри контури. За водоизместващи лодки S = ​​0,4 - 0,55, рендосващи лодки S = ​​0,45 - 0,6, моторни лодки 5 - 0,35 - 0,5, за ветроходни кораби този коефициент варира от 0,15 до 0,4.

Скорост.

Скоростта е разстоянието, изминато от кораб за единица време. На морските плавателни съдове скоростта се измерва във възли (мили в час), а на вътрешните плавателни съдове - в километри в час (km/h). На навигатора на малък кораб се препоръчва да знае три скорости: най-високата (максималната), която корабът развива при максимална мощност на двигателя; най-малката (минимум), при която корабът се подчинява на руля; среден - най-икономичен за относително големи преходи. Скоростта зависи от мощността на двигателя, размера и формата на корпуса, натоварването на плавателния съд и различни външни фактори: вълни, вятър, течения и др.

Мореспособност на плавателния съд

Способността на кораба да остане на повърхността, да взаимодейства с водата и да не се преобръща или потъва, когато е наводнен, се характеризира с неговата мореходност. Те включват: плаваемост, стабилност и непотопяемост.

Плаваемост.Плаваемостта е способността на кораба да се носи по повърхността на водата, имайки дадено газене. Колкото повече тежест поставяте върху лодката, толкова по-дълбоко тя ще потъне във водата, но няма да загуби плаваемост, докато водата не започне да тече в корпуса.

При теч в корпуса или пробойна, както и при навлизане на вода в плавателния съд при бурно време, теглото му се увеличава. Следователно корабът трябва да има запас от плаваемост.

Резерв на плаваемост -Това е водонепроницаемият обем на корпуса на кораба, разположен между товарната водолиния и горния ръб на борда. Ако няма запас от плаваемост, корабът ще потъне, ако дори малко количество вода попадне в корпуса.

Резервът от плаваемост, необходим за безопасно плаване на кораба, се осигурява чрез осигуряване на достатъчна височина на надводния борд на кораба, както и наличието на водоустойчиви затваряния и прегради между отделенията и блоковете за плаваемост - структурни елементи вътре в корпуса на малък кораб под формата от твърд блок от материал (например полистирол) с плътност по-малка от единица. При липса на такива прегради и плавателни блокове всяка дупка в подводната част на корпуса води до пълна загуба на резерв на плаваемост и смърт на кораба.

Резервът на плаваемост зависи от височината на надводния борд - колкото по-висок е надводният борд, толкова по-голям е резервът на плаваемост. Този резерв е стандартизиран от минималната височина на надводния борд, в зависимост от стойността на която се установява зоната за безопасно плаване и допустимото разстояние от брега за конкретен малък кораб. Въпреки това е невъзможно да се злоупотребява с височината на надводния борд, тъй като това засяга друго също толкова важно качество - стабилността

Стабилност.Устойчивостта е способността на кораба да устои на силите, които го карат да се накланя, и след прекратяване на тези сили (вятър, вълнение, движение на пътници и др.) да се върне в първоначалното си равновесно положение. Същият съд може да има добра устойчивост, ако товарът е разположен близо до дъното и може частично или напълно да загуби стабилност, ако товарът или хората са поставени малко по-високо

Има два вида устойчивост: напречна и надлъжна. Напречната стабилност се проявява, когато корабът се търкаля, т.е. когато го накланяте на борда. По време на навигация върху кораба действат две сили: гравитация и опора. Резултантната D (фиг. 1, а) на гравитационната сила на съда, насочена надолу, ще бъде условно приложена в точка G, наречена център на тежестта (CG), а резултантната A на опорните сили, насочена нагоре, ще бъде условно приложен в центъра на тежестта C на частта, потопена във вода съд, наречен център на величината (CV). Когато корабът няма диферент и крен, CG и CV ще бъдат разположени в централната равнина на кораба (DP).

Фиг. 1 Местоположение на резултантните сили на гравитацията и опората една спрямо друга при различни позиции на съда

Стойността ho характеризира устойчивостта на плавателния съд при малки наклони. Позицията на точка M при тези условия е почти независима от ъгъла на завъртане f.

Силата D и равната опорна сила A образуват двойка сили с рамото /, което създава възстановителен момент MB=Dl. Този момент има тенденция да върне кораба в първоначалното му положение. Обърнете внимание, че CG е под точка M.

Сега си представете, че на палубата на същия кораб е поставен допълнителен товар (фиг. 1, в). В резултат на това CG ще бъде разположен значително по-високо и по време на хвърляне точка M ще бъде под него. Получената двойка сили вече няма да създава възстановяващ момент, а преобръщащ момент Mopr. Следователно корабът ще бъде нестабилен и ще се преобърне.

Страничната стабилност на плавателния съд е силно повлияна от ширината на корпуса: колкото по-широк е корпусът, толкова по-стабилен е корабът и, обратно, колкото по-тесен и по-висок е корпусът, толкова по-лоша е стабилността.

За малки високоскоростни плавателни съдове (особено когато се движат с висока скорост по време на вълни), поддържането на надлъжна стабилност не винаги е решен проблем.

За малките килови кораби първоначалната метацентрична височина е, като правило, 0,3 - 0,6 m в зависимост от натоварването на кораба, движението на товара, пътниците и други причини. Колкото по-голяма е метацентричната височина, толкова по-голям е моментът на изправяне и по-стабилен е съдът, но при висока стабилност съдът има рязко накланяне. Стабилността се подобрява от ниското разположение на двигателя, резервоара за гориво, седалките и подходящото разположение на товара и хората.

При силни ветрове, силна вълна, удряща борда, а в някои други случаи, кренът на кораба се увеличава бързо и възниква динамичен момент на крен. В този случай кренът на кораба ще се увеличи дори след като моментите на наклон и изправяне са равни. Това се случва поради действието на инерционната сила. Обикновено такова преобръщане е два пъти по-голямо от преобръщането от статичното действие на същия наклоняващ момент. Поради това плаването в бурно време, особено за малки плавателни съдове, е много опасно.

Надлъжна стабилностдейства, когато корабът е наклонен към носа или кърмата, т.е. по време на накланяне. Навигаторът трябва да вземе предвид тази стабилност, когато се движи с високи скорости по време на вълни, т.к След като зарови носа си във водата, лодка или моторна лодка може да не възстанови първоначалната си позиция и да потъне, а понякога дори да се преобърне.

Фактори, влияещи върху стабилността на кораба:

а) Стабилността на плавателния съд се влияе най-съществено от неговата ширина: колкото по-голяма е тя спрямо дължината, бордовата височина и газенето, толкова по-голяма е стабилността.

б) Устойчивостта на малък кораб се увеличава, ако формата на потопената част на корпуса се променя при големи ъгли на наклон. Това твърдение например е в основата на действието на страничните булеси и калниците от пяна, които при потапяне във вода създават допълнителен изправящ момент.

c) Стабилността се влошава, ако корабът има резервоари за гориво с повърхностно огледало от едната към другата страна, така че тези резервоари трябва да имат вътрешни прегради

d) Стабилността се влияе най-силно от разположението на пътниците и товара на кораба възможно най-ниско. На малък кораб не трябва да се позволява на хората да седят на борда или да се движат произволно, докато се движи. Товарите трябва да бъдат надеждно закрепени, за да се предотврати неочакваното им преместване от местата им за съхранение д) При силни ветрове и вълни ефектът от момента на накланяне е много опасен за плавателния съд, поради което при влошаване на метеорологичните условия е необходимо корабът да се отведе до подслон и изчакайте лошото време. Ако това е невъзможно поради значителното разстояние до брега, тогава в бурни условия трябва да се опитате да задържите кораба „с главата на вятъра“, като изхвърлите морската котва и пуснете двигателя на ниска скорост.

Непотопяем.Непотопяемостта е способността на кораба да остане плаващ, след като част от кораба е била наводнена.

Непотопяемостта се осигурява структурно - чрез разделяне на корпуса на водоустойчиви отделения, оборудване на плавателния съд с блокове за плаваемост и дренажни средства.

Ненаводнените обеми на корпуса най-често се изработват от блокове от пяна. Неговото необходимо количество и местоположение са изчислени така, че да осигурят авариен резерв на плаваемост и да поддържат аварийния кораб в положение „равен кил“.

Разбира се, в условията на силно море не всяка моторна лодка или катер, които са получили дупка, ще гарантира изпълнението на тези изисквания.

Маневреност на малък кораб

Основните маневрени качества на кораба включват: управляемост, циркулация, задвижване и инерция

Управляемост.Управляемостта е способността на кораба да поддържа дадена посока на движение, докато се движи с постоянно положение на руля (стабилност на курса) и да променя посоката на движение, докато се движи под въздействието на руля (пъргавина).

Стабилност на курсае свойството на плавателния съд да поддържа права посока на движение. Ако корабът с рул в изправено положение се отклони от курса, тогава това явление обикновено се нарича отклонение на кораба.

Ако корабът с рул в изправено положение се отклони от курса, тогава това явление обикновено се нарича отклонение на кораба.

Причините за гръбнака могат да бъдат постоянни или временни. Постоянните причини включват тези, свързани с конструктивните характеристики на кораба: тъпи контури на носа на корпуса, несъответствие между дължината на кораба и неговата ширина, недостатъчна площ на перото на кормилото, влияние на въртенето на витлото

Временното отклонение може да бъде причинено от неправилно натоварване на плавателния съд, вятър, плитка вода, неравномерно течение и др.

Понятията „стабилност на курса“ и „пъргавина“ са противоречиви, но тези качества са присъщи на почти всички кораби и характеризират тяхната управляемост.

Управляемостта се влияе от много фактори и причини, като основните са действието на волана, работата на витлото и тяхното взаимодействие.

Ловкост- свойството на кораба да променя посоката на движение под въздействието на руля. Това качество зависи преди всичко от правилното съотношение на дължината и ширината на корпуса, формата на неговите контури, както и площта на перото на кормилото.

Характеристики на управляемостта на кораба при движение от напред към заден ход

При извършване на операции по акостиране или необходимост от спешно спиране на плавателния съд (риск от сблъсък, предотвратяване на засядане, оказване на помощ на човек зад борда и т.н.), е необходимо да се превключи от преден на заден ход. В тези случаи навигаторът трябва да вземе предвид, че в първите секунди, когато промените работата на витлото с дясно въртене от напред на назад, кърмата ще се търкаля бързо наляво, а с витло с ляво въртене - надясно.

Причини, влияещи върху управляемостта

В допълнение към кормилото и въртящото се витло, устойчивостта и пъргавината на кораба се влияят от други фактори, както и редица конструктивни характеристики на кораба: съотношението на основните размери, формата на контурите на корпуса, параметри на руля и витлото. Управляемостта също зависи от условията на плаване: естеството на натоварването на кораба, хидрометеорологичните фактори.

ТиражАко преместите руля на която и да е страна, докато корабът се движи, корабът ще започне да се върти и ще описва извита линия върху водата. Тази крива, описана от центъра на тежестта на кораба по време на завой, се нарича циркулационна линия (фиг. 2), а разстоянието между равнината на централната линия на кораба по предния курс и равнината на централната му линия след завъртане по обратния курс ( 180) е тактическият диаметър на циркулацията. Колкото по-малък е тактическият циркулационен диаметър, толкова по-добра е гъвкавостта на кораба. Тази крива е близка до окръжност и нейният диаметър служи като мярка за маневреността на плавателния съд

Диаметърът на циркулацията обикновено се измерва в метри. За малките моторни кораби размерът на тактическия циркулационен диаметър в повечето случаи е равен на 2-3 дължини на кораба. Всеки шофьор трябва да знае диаметъра на циркулацията на плавателния съд, който трябва да управлява, тъй като правилното и безопасно маневриране до голяма степен зависи от това. Скоростта на плавателния съд по време на циркулация е намалена до 30%. Никога не трябва да забравяме, че при движение по крива върху кораба действа центробежна сила (фиг. 3), насочена от центъра на кривината към външната страна и приложена към центъра на тежестта на кораба.

Фиг. 2 Циркулация /—циркулационна линия, 2—тактически циркулационен диаметър, 3—постоянен циркулационен диаметър

Дрейфът на съда, произтичащ от центробежната сила, се предотвратява от силата на водно съпротивление - странично съпротивление, чиято точка на приложение е разположена под центъра на тежестта. В резултат на това възниква двойка сили, която създава ролка на борда, противоположна на посоката на въртене. Наклонът се увеличава, когато центърът на тежестта на плавателния съд се увеличава над центъра на странично съпротивление и когато метацентричната височина намалява.

Увеличаването на скоростта на завъртане и намаляването на диаметъра на циркулацията значително увеличават ролката, което може да доведе до преобръщане на съда. Затова никога не правете резки завои, когато лодката се движи с висока скорост.

За разлика от конвенционалните водоизместващи съдове, съдовете с рендосващи контури върху циркулацията се обръщат навътре (фиг. 4). Това се дължи на допълнителната сила на повдигане, която възниква върху корпуса по време на странично изместване поради рендосване на контурите. В същото време плъзгането се извършва под въздействието на центробежна сила навън, поради което корабите за рендосване имат малко по-голяма циркулация в сравнение с корабите с водоизместимост.

В допълнение към диаметъра на циркулацията трябва да знаете и нейното време, т.е. времето, необходимо на кораба да направи завой на 360°.

Наименуваните циркулационни елементи зависят от водоизместимостта на кораба и характера на разположението на товара по дължината му, както и от скоростта. При ниска скорост диаметърът на циркулацията е по-малък.

Мобилност.Задвижването е способността на кораба да се движи с определена скорост с дадена мощност на двигателя, като същевременно преодолява силите на съпротивление при движение.

Движението на плавателния съд е възможно само ако има определена сила, която може да преодолее съпротивлението на водата - тягата. При постоянна скорост степента на спиране е равна на степента на водоустойчивост. Скоростта на кораба и тягата са свързани със следната връзка:

Р. V=ho-N.Където: V - скорост на кораба; K - водоустойчивост; N - мощност на двигателя;хо -Ефективност=0,5.

Това уравнение показва, че с увеличаването на скоростта водоустойчивостта също се увеличава. Тази зависимост обаче има различен физически смисъл и характер за водоизместителните и рендосващите съдове.

Например, при скорост на водоизместващ кораб до стойност, равна на V = 2 ÖL, km/h (L е дължината на съда, m), съпротивлението на вода K се състои от съпротивлението на триене на водата върху корпуса кожата и устойчивостта на формата, която се създава от турбуленцията на водата. Когато скоростта на този плавателен съд надвиши определената стойност, започват да се образуват вълни и към двете съпротивления се добавя трето съпротивление – вълново съпротивление. Съпротивлението на вълната се увеличава рязко с увеличаване на скоростта.

За корабите за рендосване естеството на водоустойчивостта е същото като за водоизместващите съдове и стойността на скоростта е V = 8 ÖL km/h. Въпреки това, с по-нататъшно увеличаване на скоростта, корабът получава значителен диферент към кърмата и носът му се издига. Този начин на движение се нарича преходен (от изместване към рендосване). Характерен признак за началото на планирането е спонтанното увеличаване на скоростта на кораба. Това явление се дължи на факта, че след като носът се издигне, общото съпротивление на водата към съда намалява, изглежда, че „изплува“ и увеличава скоростта, като същевременно поддържа постоянна мощност.

При рендосване възниква друг вид водоустойчивост - устойчивост на пръски, а съпротивлението на вълната и устойчивостта на формата рязко намаляват и техните стойности практически се свеждат до нула.

По този начин четири вида съпротивление влияят на задвижването на плавателния съд:

устойчивост на триене- зависи от площта на намокрената повърхност на съда, от качеството на обработката му и степента на замърсяване (водорасли, мекотели и др.);

устойчивост на формата- зависи от рационализацията на корпуса на кораба, което от своя страна е по-добро, колкото по-остър е кърмовият край и колкото по-голяма е дължината на кораба спрямо ширината;

характерен импеданс- зависи от формата на лъка и дължината на съда, колкото по-дълъг е съдът, толкова по-малко вълнообразуване;

устойчивост на пръски- зависи от съотношението на ширината на тялото към неговата дължина.

Заключение: 1. Водоизместващите кораби с тесен корпус, кръгли трюмни линии и заострени краища на носа и кърмата изпитват най-малко водоустойчивост.

2. За плавателни съдове за рендосване, при липса на вълни, широк корпус с плоско дъно и кърма на транца осигурява най-малко съпротивление на вода с най-голямо хидродинамично повдигане.

По-пригодни за мореплаване глисиращи кораби с килен или полукилен корпус. Увеличаването на скоростта на тези кораби се постига чрез надлъжни стъпала и противопръскови предпазители.

Инерция.Много важно маневрено качество на кораба е неговата инерция. Обикновено се оценява по дължините на спирачния път, движението по инерция и ускорението, както и тяхната продължителност. Разстоянието, изминато от плавателния съд през периода от момента, в който двигателят превключи от пълен напред на заден ход до момента, в който корабът най-накрая спре, се нарича спирачен път. Това разстояние обикновено се изразява в метри, по-рядко в дължини на кораби. Разстоянието, изминато от кораба през периода от момента на спиране на двигателя при движение напред до пълното му спиране под въздействието на съпротивлението на водата, се нарича движение по инерция. Разстоянието, което корабът изминава от момента на включване на двигателя на движение напред до достигане на пълна скорост при даден режим на работа на двигателя, се нарича път на ускорение. Точното познаване на водача на горепосочените качества на неговия кораб значително гарантира безопасността на маневрирането в тесни зони и рейдове с тесни навигационни условия. Помня! Моторизираните лодки нямат спирачки, така че често изискват значително повече разстояние и време, за да поемат инерцията, отколкото, да речем, автомобил.

Чрез относителното положение на товара на кораба навигаторът винаги може да намери най-благоприятната стойност на метацентричната височина, при която корабът ще бъде достатъчно стабилен и по-малко подложен на накланяне.

Моментът на кренене е произведението на теглото на товара, движещ се през плавателния съд, и рамото, равно на разстоянието на движение. Ако човек тежи 75 килограма,седейки на бряг ще се движи напречно на кораба с 0,5 м,тогава моментът на наклон ще бъде равен на 75 * 0,5 = 37,5 кг/м.

Фигура 91.Диаграма на статична стабилност

За да се промени моментът, който накланя кораба с 10°, е необходимо да се натовари корабът до пълна водоизместимост напълно симетрично спрямо централната равнина.

Натоварването на съда трябва да се проверява чрез газене, измерено от двете страни. Инклинометърът е монтиран строго перпендикулярно на централната равнина, така че да показва 0 °.

След това трябва да преместите товари (например хора) на предварително маркирани разстояния, докато наклономерът покаже 10°. Тестовият експеримент трябва да се проведе, както следва: наклонете кораба от едната страна и след това от другата страна.

Познавайки моментите на закрепване на кораба, наклонен под различни (до възможно най-големите) ъгли, е възможно да се изгради статична диаграма на стабилност (фиг. 91), която ще оцени устойчивостта на кораба.

Стабилността може да се увеличи чрез увеличаване на ширината на кораба, понижаване на центъра на тежестта и инсталиране на кърмови буйове.

Ако центърът на тежестта на съда е разположен под центъра на величината, тогава съдът се счита за много стабилен, тъй като поддържащата сила по време на търкаляне не се променя по величина и посока, но точката на нейното приложение се измества към наклона на съдът (фиг. 92, а).

Следователно при крен се образува двойка сили с положителен възстановяващ момент, стремящи се да върнат кораба в нормалното му вертикално положение на прав кил. Лесно е да се провери, че h>0, като метацентричната височина е равна на 0. Това е типично за яхти с тежък кил и не е типично за по-големи кораби с конвенционална структура на корпуса.

Ако центърът на тежестта е разположен над центъра на величината, тогава са възможни три случая на стабилност, които навигаторът трябва да знае добре.

Първият случай на стабилност.

Метацентрична височина h>0. Ако центърът на тежестта е разположен над центъра на величината, тогава, когато съдът е в наклонено положение, линията на действие на поддържащата сила пресича централната равнина над центъра на тежестта (фиг. 92, b).

Ориз. 92.Случаят на стабилен кораб

В този случай се образува и двойка сили с положителен възстановителен момент. Това е характерно за повечето лодки с конвенционална форма. Стабилността в този случай зависи от корпуса и положението на центъра на тежестта във височина.

При наклон наклонената страна навлиза във водата и създава допълнителна плаваемост, стремейки се да нивелира кораба. Въпреки това, когато кораб се търкаля с течен и насипен товар, който може да се движи към ролката, центърът на тежестта също ще се измести към ролката. Ако центърът на тежестта по време на преобръщане се премести отвъд отвеса, свързващ центъра на величината с метацентъра, тогава корабът ще се преобърне.

Вторият случай на нестабилен съд в безразлично равновесие.

Метацентрична височина h = 0. Ако центърът на тежестта лежи над центъра на величината, тогава по време на търкаляне линията на действие на поддържащата сила преминава през центъра на тежестта MG = 0 (фиг. 93).

В този случай центърът на величината винаги е разположен на същия вертикал като центъра на тежестта, така че няма възстановяваща се двойка сили. Без въздействието на външни сили корабът не може да се върне в изправено положение.

В този случай е особено опасно и напълно неприемливо да се транспортират течни и насипни товари на кораб: при най-малкото люлеене корабът ще се преобърне. Това е типично за лодки с кръгла рамка.

Третият случай на нестабилен съд в нестабилно равновесие.

Метацентрична височина h<0. Центр тяжести расположен выше центра величины, а в наклонном положении судна линия действия силы поддержания пересекает след диаметральной плоскости ниже центра тяжести (рис. 94).

Изпратете добрата си работа в базата от знания е лесно. Използвайте формата по-долу

Студенти, докторанти, млади учени, които използват базата от знания в обучението и работата си, ще ви бъдат много благодарни.

Публикувано на http://www.allbest.ru/

Първоначална стабилност на съда

1. Обща концепция за устойчивост

Устойчивостта е способността на кораба да устои на сили, които го отклоняват от равновесното му положение, и да се върне в първоначалното си равновесно положение след прекратяване на действието на тези сили.

Равновесните условия на плавателния съд не са достатъчни, за да може той постоянно да плава в дадено положение спрямо повърхността на водата. Също така е необходимо балансът на съда да е стабилен. Свойството, което в механиката се нарича устойчивост на равновесие, в теорията на кораба обикновено се нарича устойчивост. По този начин плаваемостта осигурява условията за равновесно положение на кораба при дадено кацане, а стабилността осигурява запазването на това положение.

Устойчивостта на плавателния съд се променя с увеличаване на ъгъла на наклон и при определена стойност се губи напълно. Следователно изглежда целесъобразно да се изследва устойчивостта на съда при малки (теоретично безкрайно малки) отклонения от равновесното положение с I = 0, W = 0 и след това да се определят характеристиките на неговата стабилност, техните допустими граници при големи наклони.

Обичайно е да се прави разлика между стабилността на плавателния съд при малки ъгли на наклон (първоначална стабилност) и стабилността при големи ъгли на наклон.

При разглеждане на малки наклони е възможно да се направят редица предположения, които позволяват да се изследва първоначалната стабилност на съда в рамките на линейната теория и да се получат прости математически зависимости на неговите характеристики. Стабилността на плавателния съд при големи ъгли на наклон се изследва с помощта на усъвършенствана нелинейна теория. Естествено, свойството за стабилност на плавателния съд е еднакво и приетото разделение има чисто методологичен характер.

При изследване на устойчивостта на плавателния съд се отчитат неговите наклони в две взаимно перпендикулярни равнини - напречна и надлъжна. При накланяне на кораба в напречната равнина, определена от ъглите на крен, се изследва страничната му устойчивост; при наклон в надлъжната равнина, определена от ъглите на подстригване, се изследва нейната надлъжна устойчивост.

Ако корабът се накланя без значителни ъглови ускорения (изпомпване на течен товар, бавен поток на вода в отделението), тогава стабилността се нарича статична.

В някои случаи силите, накланящи кораба, действат внезапно, причинявайки значителни ъглови ускорения (шквал на вятъра, вълна и др.). В такива случаи се взема предвид динамичната стабилност.

Стабилността е много важно свойство на мореходността на кораба; заедно с плаваемостта, тя осигурява плаване на плавателния съд в дадено положение спрямо повърхността на водата, необходимо за осигуряване на движение и маневриране. Намаляването на стабилността на плавателния съд може да причини аварийно накланяне и диферент, а пълната загуба на стабилност може да доведе до преобръщане.

За предотвратяване на опасно намаляване на устойчивостта на кораба, всички членове на екипажа са длъжни:

Винаги имайте ясна представа за стабилността на плавателния съд;

Познайте причините, които намаляват стабилността;

Да знае и да може да прилага всички средства и мерки за поддържане и възстановяване на стабилността.

2. Равни обемни наклони на съда. Теорема на Ойлер

Устойчивостта на плавателния съд се изследва при така наречените равнообемни наклони, при които стойността на подводния обем остава непроменена и се променя само формата на подводната част на съда.

Нека въведем основните определения, свързани с наклона на плавателния съд:

Оста на наклона е линията на пресичане на равнините на две водолинии;

Равнината на наклона е равнина, перпендикулярна на оста на наклона, минаваща през CV, съответстваща на началното равновесно положение на съда.;

Ъгъл на наклон - ъгълът на завъртане на плавателния съд около оста на наклона (ъгълът между равнините на ватерлинията), измерен в равнината на наклона;

Равнообемните водолинии са водолинии, които отрязват клиновидни обеми с еднакъв размер, когато корабът се накланя, единият от които влиза във водата, когато корабът се накланя, а другият излиза от водата.

Ориз. 1. Разглеждане на теоремата на Ойлер

При дадена известна начална водолиния, теоремата на Ойлер се използва за конструиране на водна линия с равен обем на нея. Според тази теорема, при безкрайно малък наклон на съда, равнините на водните линии с равен обем се пресичат по права линия, минаваща през техния общ геометричен център (център на тежестта), или оста на безкрайно малък наклон с равен обем минава през геометричния център на зоната на оригиналната водолиния.

Теоремата на Ойлер може да се приложи и за крайни малки наклони, като колкото по-малка е грешката, толкова по-малък е ъгълът на наклона.

Приема се, че при наклони I 1012 0 и Ш 23 0 е осигурена достатъчна за практика точност. В рамките на тези ъгли се разглежда първоначалната стабилност на съда.

Както е известно, когато плавателен съд плава без крен и с диферент близо до нула, ординатата на геометричния център на зоната на водолинията y f = 0, а абсцисът x f 0. Следователно в този случай можем да приемем, че оста на напречния малък равнообемен наклон лежи в DP, а оста на надлъжния малък еквиобемен наклон е перпендикулярна на DP и е изместена спрямо квадрата. мидел - рамка на разстояние x f (фиг. 1).

Стойността x f е функция на газенето на кораба d. Зависимостта x f (d) е представена върху кривите на елементите на теоретичния чертеж.

Когато корабът е наклонен в произволна равнина, оста на равни обемни наклони ще минава и през геометричния център (центъра на тежестта) на зоната на водолинията.

3. Метацентрове и метацентрични радиуси

Да приемем, че корабът от първоначалното си положение без крен или диферент прави напречни или надлъжни равни по обем наклони. В този случай равнината на надлъжните наклони ще бъде вертикална равнина, която съвпада с DP, а равнината на напречните наклони ще бъде вертикална равнина, която съвпада с равнината на рамката, минаваща през CV.

Странични наклони

В изправено положение на съда CV е в DP (точка C) и линията на действие на силата на плаваемост gV също лежи в DP (фиг. 2). Когато съдът е наклонен напречно под ъгъл I, формата на потопения обем се променя, CV се движи по посока на наклона от точка C към точка C I, а линията на действие на силата на плаваемост ще бъде наклонена към DP при ъгъл I.

Точката на пресичане на линиите на действие на силата на плаваемост при безкрайно малък напречен равнообемен наклон на съда се нарича напречен метацентър (точка m на фиг. 2). Радиусът на кривината на траекторията на CV r (повдигането на напречния метацентър над CV) се нарича напречен метацентричен радиус.

В общия случай CV траекторията е сложна пространствена крива и всеки ъгъл на наклон съответства на собственото си положение на метацентъра (фиг. 3). Въпреки това, за малки еквиобемни наклони, с известно приближение, може да се приеме, че траекторията

CV лежи в равнината на наклона и представлява дъга от окръжност с център в точка m. По този начин можем да приемем, че по време на малък напречен равнообемен наклон на съда от права позиция, напречният метацентър лежи в DP и не променя позицията си (r = const).

Ориз. 2. Движение на централното колело при малки наклони

Ориз. 3. Преместване на централната точка при големи наклони

Ориз. 4. Да се ​​изведе изразът за напречния метацентричен радиус

Изразът за напречния метацентричен радиус r се получава от условието, че оста на малкия напречен равнообемен наклон на съда лежи в DP и че с такъв наклон клиновидният обем v се прехвърля като че ли от страната, която напуска водата, до страната, която влиза във водата (фиг. 4).

Според добре известната теорема на механиката, когато тяло, принадлежащо към система от тела, се движи, центърът на тежестта на цялата система ще се движи в същата посока, успоредна на движението на тялото, и тези движения са обратно пропорционални на гравитационните сили на тялото и съответно системата. Тази теорема може да се разшири до обемите на еднородни тела. Да обозначим:

С С И - движение на централната точка (геометричен център на обем V),

b - изместване на геометричния център на клиновидния обем v. След това, в съответствие с теоремата

от където: S S I =

За елемента на дължината на съда dx, ако приемем, че клиновидният обем има формата на триъгълник в равнината на рамката, получаваме:

или под нисък ъгъл

Ако до, тогава:

dv b = y 3 и dx.

Интегрирайки, получаваме:

v b = И y 3 dx, или:

където J x = ydx е инерционният момент на площта на водолинията спрямо надлъжната централна ос.

Тогава изразът за преместване на автобиографията ще изглежда така:

Както се вижда от фиг. 5, под малък ъгъл I

S S I r I

Сравнявайки изразите, намираме, че напречният метацентричен радиус е:

r =

Приложение на напречния метацентър:

z m = z c + r = z c +

Надлъжни наклони

Ориз. 6. Да се ​​изведе изразът за надлъжния метацентричен радиус

По аналогия с напречните наклони точката на пресичане на линиите на действие на силата на плаваемост при безкрайно малък надлъжен равнообемен наклон на съда се нарича надлъжен метацентър (точка М на фиг. 6). Елевацията на надлъжния метацентър над CV се нарича надлъжен метацентричен радиус. Големината на надлъжния радиус се определя от израза:

R = ,

където J yf е инерционният момент на площта на водолинията спрямо напречната централна ос.

Приложение на надлъжния метацентър:

z m = z c + R = z c +

Тъй като площта на водолинията е удължена в надлъжна посока, J yf е много по-голямо от J x и съответно R е много по-голямо от r. Стойността на R е 1 2 дължини на кораба.

Метацентричните радиуси и приложенията на метацентрите са, както ще стане ясно от последващото разглеждане, важни характеристики на стабилността на съда. Техните стойности се определят при изчисляване на елементите на потопения обем и за кораб, плаващ без крен и диферент, се представят от кривите J x (d), J yf (d), r(d), R(d ) в чертежа на извитите елементи на теоретичния чертеж.

4. Състояние на начална устойчивост на съда

Метацентрични височини

Нека намерим условие, при което кораб, плаващ в състояние на равновесие без крен или диферент, ще има първоначална стабилност. Приемаме, че товарите не се изместват, когато корабът се накланя и центърът на тежестта на кораба остава в точката, съответстваща на първоначалната позиция.

Когато корабът се накланя, силата на гравитацията P и силата на плаваемостта rV образуват двойка, чийто момент действа върху кораба по определен начин. Естеството на този ефект зависи от относителната позиция на CG и метацентъра.

Ориз. 6. Първи случай на устойчивост на кораба

Възможни са три характерни случая на състоянието на съда, за които влиянието върху него на момента на силите P и rV е качествено различно. Нека ги разгледаме на примера на напречните наклони.

1-ви случай (фиг. 6) - метацентърът е разположен над CG, т.е. z m > z g . В този случай е възможно различно местоположение на центъра на величината спрямо центъра на тежестта.

I. В първоначалното положение центърът на величината (точка C 0) се намира под центъра на тежестта (точка G) (фиг. 6, а), но когато е наклонен, центърът на величината се измества към наклона толкова много, че метацентърът (точка m) се намира над центъра на тежестта на съда. Моментът на силите P и rV се стреми да върне съда в първоначалното му равновесно положение и следователно той е стабилен. Подобно разположение на точките m, G и C 0 се среща на повечето кораби.

II. В първоначалното положение центърът на величината (точка C 0) се намира над центъра на тежестта (точка G) (фиг. 6, b). Когато корабът се накланя, произтичащият момент на силите P и rV изправя кораба и следователно той е стабилен. В този случай, независимо от размера на изместването на центъра на величината по време на накланяне, двойката сили винаги се стреми да изправи кораба. Това се обяснява с факта, че точка G се намира под точка C 0. Такова ниско положение на центъра на тежестта, осигуряващо безусловна стабилност на корабите, е трудно осъществимо конструктивно. Това разположение на центъра на тежестта може да се намери по-специално при ветроходни яхти.

Ориз. 7. Втори и трети случай на устойчивост на кораба

2-ри случай (фиг. 7, а) - метацентърът се намира под CG, т.е. z m< z g . В этом случае при наклонении судна момент сил Р и гV стремится еще больше отклонить судно от исходного положения равновесия, которое, следовательно, является неустойчивым. В этом случае наклонения судно имеет отрицательный восстанавливающий момент, т.е. оно не остойчиво.

3-ти случай (фиг. 7, b) - метацентърът съвпада с CG, т.е. z m = z g . В този случай, когато корабът се накланя, силите P и rV продължават да действат по същия вертикал, моментът им е равен на нула - корабът ще бъде в състояние на равновесие в новото положение. В механиката това е случаят на безразлично равновесие.

От гледна точка на теорията на кораба, в съответствие с определението за устойчивост на кораба, корабът в 1-ви случай е стабилен, а във 2-ри и 3-ти случай не е стабилен.

И така, условието за първоначалната стабилност на съда е местоположението на метацентъра над CG. Корабът има странична устойчивост, ако

и надлъжна стабилност, ако

От тук става ясен физическият смисъл на метацентъра. Тази точка е границата, до която центърът на тежестта може да бъде повдигнат, без да се лиши съдът от положителна първоначална устойчивост.

Разстоянието между метацентъра и центъра на тежестта на кораба при W = I = 0 се нарича начална метацентрична височина или просто метацентрична височина. Напречните и надлъжните равнини на наклона на съда съответстват съответно на напречните h и надлъжните H метацентрични височини. Това е очевидно

h = z m - z g и H = z m - z g, или

h = z c + r - z g и H = z c + R - z g,

h = r - b и H = R - b,

където b = z g - z c е надморската височина на CG над CV.

Както можете да видите, h и H се различават само по метацентрични радиуси, тъй като b е същото количество.

Следователно H е значително по-голямо от h.

b = (1%) R, следователно на практика се счита, че H = R.

5. Метацентриченформули за стабилност и тяхното практическо приложение

Както беше обсъдено, когато корабът е наклонен, действа двойка сили, чийто момент характеризира степента на устойчивост.

За малки еквиобемни наклони на съда в напречната равнина (фиг. 8) (CV се движи в равнината на наклона), напречният възстановяващ момент може да бъде представен с израза

m И = P = rV,

където рамото на момента = l And се нарича рамо на странична стабилност.

От правоъгълния триъгълник mGK намираме това

l = h sinИ, тогава:

m И = P h sinИ = gV h sinИ

Или като вземем предвид малките стойности на I и вземем sinII 0 /57.3, получаваме метацентричната формула за странична стабилност:

m И = gV h ˆ 0 /57,3

Разглеждайки по аналогия наклона на съда в надлъжната равнина (фиг. 8), не е трудно да се получи метацентрична формула за надлъжна стабилност:

M Ш = P l Ш = gV Н sin Ш = gV Н Ш 0 /57,3,

където M Ш е надлъжният възстановяващ момент, а l Ш е надлъжното рамо на стабилност.

Ориз. 8. Страничен наклон на съда

На практика се използва коефициентът на устойчивост, който е произведение на преместване и метацентрична височина.

Коефициент на странична устойчивост

K I = gV h = P h

Коефициент на надлъжна устойчивост

K Ш = gV Н = Р Н

Като се вземат предвид коефициентите на стабилност, метацентричните формули ще приемат формата

m I = K I I 0 /57.3,

M W = K W W 0 /57,3

Формулите за метацентрична стабилност, които дават проста зависимост на момента на изправяне от силата на гравитацията и ъгъла на наклона на съда, позволяват да се решат редица практически проблеми, възникващи в условията на кораба.

Ориз. 9. Надлъжен наклон на кораба

По-специално, като се използват тези формули, е възможно да се определи ъгълът на наклон или ъгълът на диферент, който корабът ще получи от влиянието на даден момент на крен или диферент, с известна маса и метацентрична височина. Наклонът на съда под въздействието на m cr (M diff) води до появата на възстановяващ момент m I (M W) с противоположен знак, увеличаващ се по величина с увеличаване на ъгъла на въртене (диферент). Ъгълът на накланяне (отклоняване) ще се увеличава, докато изправящият момент стане равен по големина на момента на накланяне (отклоняващ момент), т.е. до изпълнение на условието:

m I = m cr и M Ш = M разл.

След това корабът ще плава с ъгли на накланяне (диферент):

И 0 = 57,3 m cr / gV h,

W 0 = 57,3 M diff /gV N

Ако приемем, че I = 1 0 и W = 1 0 в тези формули, намираме стойностите на момента на наклон на кораба с един градус и момента на подстригване на кораба с един градус:

m 1 0 = gV h = 0,0175 gV h,

M 1 0 = gV H = 0,0175 gV H

В някои случаи се използва и стойността на момента на подрязване на съда на сантиметър m D При малка стойност на ъгъла Ш, когато tg Ш Ш, Ш = (dн - dк)/L = Df/L.

Като се вземе предвид този израз, метацентричната формула за надлъжния възстановяващ момент ще бъде написана като:

M W = M diff = gV N D f / L.

Приемайки във формулата D f = 1 cm = 0,01 m, получаваме:

m D = 0,01 gV N/L.

С известни стойности на m 1 0, M 1 0 и m D, ъгълът на крен, ъгълът на диферент и диферент от влиянието на даден момент на крен или диферент върху плавателния съд може да се определи чрез прости зависимости:

И 0 = m cr. /m 10; W 0 = M diff / M 1 0 ; D f = M диференциал / 100 m D

В горните разсъждения се приема, че корабът в първоначалната си позиция (преди влиянието на m cr или M diff) е плавал прав и на равен кил. Ако в първоначалното положение на съда ролката и диферентът се различават от нула, тогава намерените стойности на I 0, Ш 0 и D f трябва да се считат за допълнителни (dI 0, dSh 0, dD f).

Използвайки формули за метацентрична стабилност, можете също да определите какъв необходим момент на наклон или диферент трябва да се приложи към кораба, за да се създаде даден ъгъл на крен или ъгъл на диферент (за целите на ремонт на дупка в страничната обшивка, боядисване или проверка на витла) . За кораб, плаващ в първоначалното си положение без крен или диферент:

m cr = gV h I 0 /57,3 = m 1 0 I 0;

M diff = gV N W 0 /57,3 = M 1 0 W 0

или M diff = 100 D f m D

Практически е допустимо да се използват метацентрични формули за стабилност при малки ъгли на наклон (I< 10 0 12 0 и Ш < 5 0) но при условии, что при этих углах не входит в воду верхняя палуба или не выходит из воды скула судна. Они справедливы также при условии, что восстанавливающие моменты m И и М Ш противоположны по знаку моментам m кр и М диф, т.е., что судно обладает положительной начальной остойчивостью.

6 . Стабилност на формата и устойчивост на натоварване

Разглеждането на този въпрос позволява да се установи естеството на стабилността и да се изяснят физическите причини за възникването на момент на изправяне при накланяне на кораба. В съответствие с метацентричните формули на стабилност (ъглите I и W са изразени в радиани):

m I = gV h I = gV (r - b) I = gV r I - gV b I;

M Ш = gV Н Ш = gV (R - b) Ш = gV R Ш - gV b Ш

По този начин възстановяващите моменти m И, М Ш и рамената на статична стабилност l И, l Ш представляват алгебричната сума на техните компоненти:

m I = m f + m n; M Sh = M f + M n;

l I = l f I + l n I; l Ш = l f Ш + l n Ш,

къде са моментите

m f = gV r I;

M f = gV R Ш,

Прието е моментите на стабилност на формата да се наричат ​​моменти

m n = - gV b I;

M n = - gV b Ш,

моменти на стабилност на натоварването и раменете

l f I = m f / gV;

l f Ш = M f / gV,

напречни и надлъжни рамене на стабилност на формата, рамене

l n I = - m n / gV;

l n Ш = - M n / gV,

напречни и надлъжни рамена за устойчивост на натоварване.

b = z g - z c,

където J x и J yf са инерционният момент на зоната на водолинията спрямо напречната и надлъжната централна ос, съответно, тогава моментите на формата и натоварването могат да бъдат представени като:

m f = g J x I,

M f = g J yf Ш;

m n = - gV (z g - z c) И,

M n = - gV(z g - z c) Ш

По своята физическа природа моментът на стабилност на формата винаги действа в посока, обратна на наклона на съда, и следователно винаги осигурява стабилност. Изчислява се чрез инерционния момент на площта на водолинията спрямо оста на наклона. Именно стабилността на формата предопределя значително по-голяма надлъжна стабилност в сравнение с напречната стабилност, тъй като J yf » J x .

Моментът на устойчивост на товара поради положението на CG над CV b = (z g - z c) > 0, винаги намалява устойчивостта на съда и по същество се осигурява само от устойчивостта на формата.

Може да се приеме, че при липса на водолиния, например в подводница в потопено положение, няма момент на форма (J x = 0). В потопено положение подводницата, поради баластирането на специални резервоари, има CG позиция под CV, в резултат на което нейната стабилност се осигурява от стабилността на товара.

7 . Определяне на началните мерки за стабилностсъд

Кацане на плавателния съд прав и на равен кил

В случаите, когато корабът плава с малки ъгли на крен и диферент, мерките за първоначална стабилност могат да бъдат определени с помощта на метацентрични диаграми.

За дадена маса на съда определянето на мерките за първоначална стабилност се свежда до определяне на приложението на метацентровете (или метацентричните радиуси и приложенията на CV) и приложението на CG.

Ориз. 10. Метацентрична диаграма

Приложените CV z c и метацентричните радиуси r, R са характеристики на потопения обем на съда и зависят от газенето. Тези зависимости са представени на метацентрична диаграма, включена в извитите елементи на теоретичния чертеж. С помощта на метацентричната диаграма (Фиг. 10) можете не само да определите z c и r, но с известно CG приложение да намерите напречната метацентрична височина на съда.

На фиг. Фигура 10 показва последователността на изчисляване на напречната метацентрична височина на кораба при получаване на товара. Познавайки масата на приетия товар m и приложението на неговия център на тежестта z, можем да определим новото приложение на центъра на тежестта на кораба z g 1 по формулата:

z g 1 = z g + (z- z g),

където z g е центърът на тежестта на кораба преди получаването на товара.

Кацане на кораба с трим

Когато корабът плава с диферент, по-пълните участъци от корпуса навлизат във водата, което води до увеличаване на площта на водолинията (стабилност на формата) и съответно на напречната метацентрична височина. При риболовните кораби контурите на кърмата са по-пълни от тези на носа, така че трябва да се очаква увеличаване на страничната стабилност на кораба, когато е подреден към кърмата, и намаляване на страничната стабилност на кораба, когато е подреден към носа.

Ориз. 11. Диаграма на Фирсов-Гундобин

За изчисляване на напречната метацентрична височина на съда, като се вземат предвид подстригването, се използват диаграми на Firsov-Gundobin, първоначална стабилност KTIRPiKh и интерполационни криви.

Диаграмата на Фирсов-Гундобин (фиг. 11) се различава от диаграмата на Фирсов по това, че съдържа криви z m и z c, чиито стойности се определят от известните проекти на носа и кърмата на кораба.

Първоначалната диаграма на стабилност KTIRPiKh (фиг. 12) ви позволява да определите приложението на метацентъра на кораба z m от известната маса D и абсцисата на неговия център на тежестта x g.

Използвайки диаграмата на интерполационните криви (фиг. 13), при известни газения на носа и кърмата на кораба, е възможно да се намери напречният метацентричен радиус r и приложението на центъра на размера на кораба z c.

Диаграмите, показани на фиг. 11-13, ви позволяват да намерите z m за всяко кацане на кораба, включително на равен кил. Следователно те позволяват да се анализира ефектът от диферента върху първоначалната странична стабилност на плавателния съд.

Ориз. 12. Диаграма на началната устойчивост на траулера тип Карелия

метацентър на кораб за стабилност

Ориз. 13. Диаграма за определяне на z c и r

8 . Въздействие на движението на товара върху кацането истабилност на кораба

За да се определи кацането и стабилността на кораба по време на произволно движение на товара, е необходимо да се разгледат отделно вертикално, напречно хоризонтално и надлъжно хоризонтално движение.

Трябва да запомните, че първо трябва да извършите изчисления, свързани с промените в стабилността (вертикално движение, повдигане на товар)

Вертикалнадвижение на товара

От точка 1 до точка 2 не се създава момент, способен да наклони кораба, и следователно неговото кацане не се променя (освен ако стабилността на кораба остава положителна). Такова движение води само до промяна във височината на положението на центъра на тежестта на съда. Може да се заключи, че това движение води до промяна в стабилността на натоварването, като същевременно поддържа непроменена стабилност на формата. Изместването на центъра на тежестта се определя от добре известната теорема на теоретичната механика:

dz g = (z 2 - z 1),

където m е масата на транспортирания товар,

D е масата на съда,

z 1 и z 2 - CG натоварването се прилага преди и след движение.

Увеличението на метацентричните височини ще бъде:

dh = dN = - dz g = - (z 2 - z 1)

Корабът след преместване на товара ще има напречна метацентрична височина:

Вертикалното движение на товара не води до съществена промяна в надлъжната метацентрична височина, поради малкостта на dN спрямо стойността на H.

Ориз. 14. Вертикално движение на товара

Ориз. 15. Напречно хоризонтално движение на товара

Окачени товари

Те се появяват на кораба в резултат на повдигане на товара от трюма върху палубата, получаване на улова, изваждане на мрежи с помощта на товарни стрели и др. Окачен товар (фиг. 16) има същия ефект върху стабилността на съда като вертикално преместен, само че промяната в стабилността настъпва мигновено в момента, в който той се отдели от опората. При повдигане на товара, когато напрежението във висулката стане равно на теглото на товара, центърът на тежестта на товара се премества от точка 1 към точката на окачване (точка 2) и по-нататъшното повдигане няма да повлияе на стабилността на съда . Промяната в метацентричната височина може да се оцени с помощта на формулата

където l = (z 2 - z 1) е началната дължина на окачването на товара.

На малки кораби, в условия на намалена устойчивост, повдигането на товари с корабни стрели може да представлява значителна опасност.

Напречно хоризонтално движение на товара

Напречното хоризонтално движение на товарна маса m (фиг. 17) води до промяна на ролката на кораба в резултат на получения момент m cr с рамо (y 2 - y 1) cosI.

m cr = m (y 2 - y 1) cosI = m l y cosI,

където y 1 и y 2 са ординатите на CG позицията на товара преди и след движение.

Като се вземе предвид равенството на момента на накланяне m cr и момента на изправяне m И, използвайки формулата за метацентрична стабилност, получаваме:

Дh sinИ = m l y cosИ, откъдето

tgИ = m l y /Дh.

Като се има предвид, че ъглите на завъртане са малки, можем да приемем, че tgИ = И = И 0 /57,3, а формулата приема вида

И 0 = 57,3 m l y /Dh.

Ако преди преместването на товара корабът имаше списък, тогава в тази формула ъгълът трябва да се разглежда като увеличение dI 0

Ориз. 17.

Надлъжно хоризонтално движение на товара

Надлъжното хоризонтално движение на товара (фиг. 18) води до промяна на тримера на съда и напречната метацентрична височина. По аналогия с предишния случай с M Ш = M diff получаваме:

tg Ш = m l x /DN, или

W 0 = 57,3 m l x / DN.

На практика надлъжните наклони често се оценяват по количеството на подстригване

D f = Ш 0 L /57,3, тогава

D f = m l x L /DN,

където L е дължината на съда.

Използване на момента, диференциращ съда с 1 см (включен в скалата за натоварване и KETCH)

m D = 0,01 gV N/L (kN m/cm);

m D = 0,01 DN/ L = 0,01 DR/L (t m/cm),

тъй като Н R получаваме

D f = m l x / m D (cm).

Промяна в слягането по време на надлъжно движение на товара:

dd n = (0,5L - x f) Df/ L,

dd k = - (0,5L + x f) Df/ L.

Тогава новият проект на кораба ще бъде:

d n = d + dd n = d + (0,5L - x f) Df/ L,

d k = d + dd k = d - (0,5L + x f) Df/ L;

където x f е абсцисата на оста на надлъжния наклон.

Ефектът от диферента върху метацентричната височина на кораба е разгледан подробно в 7.2.

9 . Ефектът от приемането на малък товар върху кацането и стабилността на плавателния съд

Промяната на позицията на кораба при приемане на товара беше обсъдена в 4.4. Нека определим промяната в напречната метацентрична височина dh при приемане на малък товар с маса m (фиг. 19), чийто център на тежестта е разположен на същия вертикал с CG на зоната на водолинията в точката с приложение z .

В резултат на увеличаването на газенето, обемното изместване на кораба ще се увеличи с dV = m / s и ще се появи допълнителна сила на плаваемост g dV, приложена в CG на слоя между водолиниите WL и W 1 L 1 .

Ориз. 19. Приемане на малки товари на кораба

Като се има предвид, че плавателният съд е с прав борд, приложимият CG на допълнителния обем на плаваемост ще бъде равен на d + dd /2, където увеличението на газенето ще се определи с помощта на добре познатите формули dd = m/ cS или dd = m / q cm.

Когато корабът е наклонен под ъгъл I, силата на теглото на товара p и равната сила на плаваемост g dV образуват двойка сили с рамо (d + dd /2 -z) sinI. Моментът на тази двойка dm I = p (d + dd /2 - z) sin And увеличава първоначалния момент на изправяне на съда m I = gV h sin And, следователно моментът на изправяне след приемане на товара става равен

m And 1 = m And + dm And, или

(gV + g dV)(h + dh) sin I = gV h sin I + g dV(d + dd /2 - z) sin And,

преминавайки към масови стойности, получаваме

(D + m)(h + dh) sin I = D h sin I + m (d + dd /2 - z) sin I.

От уравнението намираме нарастването на метацентричната височина dh:

За общия случай на приемане или премахване на малък товар, формулата ще приеме формата:

където + (-) се замества при приемане (отстраняване) на товара.

От формулата става ясно, че

dh< 0 при z >(d dd /2 - h) и

dh > 0 при z< (d дd /2 - h), а

dh = 0 при z = (d dd /2 - h).

Уравнението z = (d dd /2 - h) е уравнението на неутралната (гранична) равнина.

Неутралната равнина е равнина, върху която приемането на товар не променя устойчивостта на съда. Получаването на товар над неутралната равнина намалява стабилността на съда, под неутралната равнина я увеличава.

10 . Влияние на течните товари върху стабилността на кораба

Плавателният съд носи значително количество течни товари под формата на резерви от гориво, вода и нефт. Ако течен товар изпълни резервоара изцяло, ефектът му върху устойчивостта на кораба е подобен на този на еквивалентен твърд товар от

m f = c f v f.

На един кораб почти винаги има резервоари, които не са напълно пълни, т.е. течността има свободна повърхност в тях. Свободните повърхности на кораба могат да се появят и в резултат на гасене на пожар и повреда на корпуса. Свободните повърхности оказват силно негативно влияние както върху първоначалната устойчивост, така и върху устойчивостта на плавателния съд при големи наклони. Когато корабът се накланя, течният товар, който има свободна повърхност, тече към наклона, създавайки допълнителен момент, който накланя кораба. Полученият момент може да се счита за отрицателна поправка на момента на изправяне на съда.

Ориз. 20. Влияние върху първоначалната устойчивост на свободната повърхност на течен товар

Влияние на свободната повърхност

Ще разгледаме влиянието на свободната повърхност (фиг. 20) при кацане на кораба право и на равен кил. Да приемем, че в един от резервоарите на кораба има течен товар с обем v l и със свободна повърхност. Когато корабът се наклони под малък ъгъл I, свободната повърхност на течността също ще се наклони и центърът на тежестта на течността q ще се премести в ново положение q 1. Поради малкия ъгъл I можем да предположим, че това движение се извършва по кръгова дъга с радиус r 0 с център в точка m 0, в която линиите на действие на тежестта на течността се пресичат преди и след наклона на съдът. По аналогия с метацентричния радиус

r 0 = i x /v w,

където i x е собственият инерционен момент на свободната повърхност на течността спрямо надлъжната ос (успоредна на координатната ос OX). Лесно е да се види, че разглежданият случай има същия ефект върху стабилността като висящия корпус, където l = r 0 и m = c w v f.

Ориз. 21. Криви на безразмерния коефициент k

Използвайки формулата за окачен товар, получаваме формулата за влиянието върху стабилността на свободната повърхност на течността:

Както може да се види от формулата, именно i x влияе върху стабилността.

Инерционният момент на свободната повърхност се изчислява по формулата

където l и b са дължината и ширината на повърхността, а k е безразмерен коефициент, който отчита формата на свободната повърхност.

В тази формула трябва да обърнете внимание на последния фактор - b 3, че ширината на повърхността в по-голяма степен от дължината влияе върху i x и следователно dh. Затова трябва да внимавате особено за свободните повърхности в широките отделения.

Нека определим колко ще намалее загубата на стабилност в правоъгълен резервоар след инсталиране на n надлъжни прегради на равни разстояния една от друга

i x n = (n +1) k l 3 = k l b 3 /(n +1) 2 .

Съотношението на измененията към метацентричната височина преди монтажа и след монтажа на преградите ще бъде

dh / dh n = i x / i x n = (n +1) 2 .

Както се вижда от формулите, инсталирането на една преграда намалява влиянието на свободната повърхност върху стабилността с 4 пъти, две - с 9 пъти и т.н.

Коефициентът k може да се определи от кривата на фиг. 21, в която горната крива съответства на асиметричен трапец, долната - на симетричен. За практически изчисления коефициентът k, независимо от формата на повърхността, трябва да се приеме като k = 1/12 за правоъгълни повърхности.

В условията на борда на кораба влиянието на течния товар се взема предвид с помощта на таблиците, дадени в „Информация за стабилността на кораба“.

маса 1

Корекция за влиянието на свободните повърхности на течния товар върху устойчивостта на кораб от типа БМТР „Маяковски”

Изменение, м, дх	Изместване на съда, m

Таблиците дават корекции на метацентричната височина на съда dh за набор от резервоари, които поради условията на работа могат да бъдат частично напълнени (Таблица 1) към коефициента на странична стабилност dm h = dh = c w i x за всеки резервоар поотделно (Таблица 2). Резервоари с корекции на метацентричната височина под 1 cm не се вземат предвид при изчисленията.

В зависимост от вида на корекциите, метацентричната височина на съда, като се вземе предвид влиянието на течния товар в частично напълнените резервоари, се намира по формулите

h = z m - z g - dh;

h = z m - z g - dm h /

Както можете да видите, свободните повърхности изглежда увеличават центъра на тежестта на съда или намаляват неговия напречен метацентър с количество

dz g = dz m = dh = dm h /

Появата на свободната повърхност на течния товар също влияе върху надлъжната устойчивост на плавателния съд. Корекцията на надлъжната метацентрична височина ще бъде определена по формулата

dN = - s f i y /,

където i y е собственият инерционен момент на свободната повърхност на течността спрямо напречната ос (успоредна на координатната ос на OU). Въпреки това, поради значителната стойност на надлъжната метацентрична височина H, dH корекцията обикновено се пренебрегва.

Разглежданата промяна в стабилността от свободната повърхност на течността възниква, когато нейният обем е от 5 до 95% от обема на резервоара. В такива случаи се казва, че свободната повърхност води до ефективна загуба на стабилност.

таблица 2

Корекция за влиянието на свободните повърхности на течния товар върху устойчивостта на кораба м/к "Александър Сафонцев"

Име		Абциса CG, m	Приложение CG, m	Въртящ момент mx, tm	Момент mz, tm	Корекции за свободни повърхности, т.м
Танк ДТ №3
Вагон-цистерна ДТ №4
Вагон-цистерна ДТ №5
Вагон-цистерна ДТ №6
Вагон-цистерна ДТ №35

Ориз. 22. Случай на неефективна загуба на стабилност

Ако в резервоара има само много тънък слой течност или резервоарът е пълен почти догоре, тогава ширината на свободната повърхност започва рязко да намалява, когато съдът се накланя (фиг. 22). Съответно инерционният момент на свободната повърхност също ще претърпи рязко намаляване и следователно корекцията на метацентричната височина. Тези. Има неефективна загуба на стабилност, която на практика може да бъде игнорирана.

За да се намали отрицателното въздействие на преливащи течни товари върху устойчивостта на кораба, могат да се предвидят следните конструктивни и организационни мерки:

Монтиране на надлъжни или напречни прегради в резервоари, което позволява рязко намаляване на собствените им моменти на инерция i x и i y;

Монтаж на надлъжни или напречни диафрагмени прегради в резервоари, имащи малки отвори в долната и горната част. Когато корабът се накланя рязко (например при накланяне), диафрагмата действа като преграда, тъй като течността тече през дупките доста бавно. От конструктивна гледна точка диафрагмите са по-удобни от непропускливите прегради, тъй като при инсталирането на последните системите за пълнене, източване и вентилация на резервоарите стават значително по-сложни. Въпреки това, при продължителни наклони на съда, диафрагмите, тъй като са пропускливи, не могат да намалят ефекта на преливащата течност върху стабилността;

При приемане на течни товари, уверете се, че резервоарите са напълно запълнени без образуване на свободни течни повърхности;

Когато консумирате течни товари, уверете се, че резервоарите са напълно източени; „мъртвите запаси“ от течни товари трябва да бъдат минимални;

Осигурете сухи трюмове в корабните отделения, където течността може да се натрупа с голяма свободна повърхност;

Спазвайте стриктно инструкциите за приемане и изхвърляне на течни товари на борда на кораба.

Неизпълнението от екипажа на кораба на изброените организационни мерки може да доведе до значителна загуба на устойчивост на кораба и да причини авария.

11 . Експериментално определяне на метацентричноствисочината и положението на центъра на тежестта на кораба

При проектирането на съд първоначалната му стабилност се изчислява за типични случаи на натоварване. Действителната устойчивост на построения съд се различава от изчислената поради изчислителни грешки и отклонения от проекта, направени по време на строителството. Затова на корабите се извършва експериментално определяне на началната устойчивост - наклон, последвано от изчисляване на положението на CG на кораба.

Следното трябва да бъде натрупано:

Серийно построени кораби (първият и след това всеки пети кораб от серията);

Всеки нов кораб от несерийно строителство;

Всеки съд след реставрация;

Плавателни съдове след основен ремонт, преоборудване или модернизация с промяна на водоизместимостта над 2%;

Плавателни съдове след полагане на постоянен твърд баласт, ако промяната в центъра на тежестта не може да бъде определена достатъчно точно чрез изчисление;

Съдове, чиято стабилност е неизвестна или трябва да бъде тествана.

Наклоняването се извършва в присъствието на инспектор от регистъра в съответствие със специалните „Инструкции за наклоняване на кораби от регистъра“.

Същността на петата е следната. Наклонът се извършва въз основа на равенството m cr = m I, което определя равновесното положение на съда с ролка I 0. Кренещият момент се създава от преместване на товари (наклонен баласт) по ширината на съда на разстояние l y ; при малки наклони на кораба:

m cr = m l y.

Тогава от равенството m l y = сV h = 0 /57.3

те намират, че h = 57,3 m l y /сVI 0.

Котата на CG на съда над основната равнина z g и абсцисата на CG x g се определят от изразите:

z g = z c + r - h; и x g = x c .

Стойностите на z c , r и x c в случай на отсъствие или малка подстригване се определят с помощта на извитите елементи на теоретичния чертеж според стойността на преместване V. При наличие на подстригване тези стойности трябва да се определят от специално изчисление. Водоизместимостта V се намира по скалата на Bonjean въз основа на измерване на газенето на носа и кърмата на кораба по маркировките на нишата. Плътността на морската вода се определя с помощта на хидрометър.

Посочват се масата на ролковия баласт m и рамото за прехвърляне l y и се измерва ъгълът на въртене I 0 .

Преди крен, товарът на кораба трябва да бъде възможно най-близък до неговата водоизместимост на лек кораб (98-104%). Метацентричната височина на съда трябва да бъде най-малко 0,2 m, като се допуска баласт.

Консумативите и резервните части трябва да са на нормалните си места, товарите трябва да са обезопасени, а резервоарите за вода, гориво и масло трябва да бъдат източени. Когато са напълнени, баластните танкове трябва да бъдат притиснати.

Вграденият баласт се полага върху откритата палуба на кораба от двете страни върху специални стелажи в няколко реда спрямо DP. Масата на наклонения баласт, пренесен през съда, трябва да осигурява ъгъл на наклон от около 3 0 .

За измерване на ъгли на накланяне се изготвят специални скали (с дължина най-малко 3 метра) или инклинографи. Използването на корабни инклинометри за измерване на ъгли е неприемливо, тъй като те дават значителна грешка.

Наклоняването се извършва при тихо време, когато наклонът на кораба е не повече от 0,5 0. Дълбочината на акваторията трябва да предотвратява докосване на земята или намиране на част от корпуса в кална почва. Корабът трябва да може да се накланя свободно, за което трябва да се осигури хлабина на швартовите въжета и корабът не трябва да докосва стената или корпуса на друг кораб.

Опитът се състои в прехвърляне на ролковия баласт от една страна на друга по команда и измерване на ъгъла на въртене преди и след прехвърлянето.

Определянето на първоначалната стабилност въз основа на периода на търкаляне се извършва въз основа на добре известната формула на „капитана“:

където f I е периодът на собствените бордови колебания на кораба;

C I - инерционен коефициент;

B е ширината на съда.

Препоръчва се периодът на търкаляне на кораба да се определя по време на всеки експеримент за кренване, а за кораби с водоизместимост под 300 тона определянето му е задължително. Средството за определяне на fI е инклинограф или хронометри (най-малко трима наблюдатели).

Люлеенето на кораба се извършва чрез координирани бягания на екипажа от страна на страна в синхрон с вибрациите на кораба, докато корабът се наклони с 5 8 0. Формулата на капитана позволява при всякакви условия на натоварване на съда приблизително да се определи метацентричната височина, когато е на вълни. Трябва да се помни, че за един и същ кораб стойността на инерционния коефициент C I не е една и съща, зависи от неговото натоварване и разположение на товара. По правило инерционният коефициент на празен кораб е по-голям от този на натоварен.

Публикувано на Allbest.ru

...

Подобни документи

Стабилността е способността на кораба да издържа на външни моменти на крен без аварийни последствия. Класификация на устойчивостта, методи на изместване. Измерване на стабилност чрез възстановяване на момента. Основни формули за устойчивост, ъгли на накланяне.

презентация, добавена на 16.04.2011 г


Концепцията за устойчивост и диферент на кораб. Изчисляване на поведението на кораб по време на пътуване по време на наводняване на условна дупка, принадлежаща към отсека от първа, втора и трета категория. Мерки за изправяне на плавателния съд чрез противонаводняване и възстановяване.

дисертация, добавена на 02.03.2012 г


Предложения за устойчивост и непотопяемост на плавателния съд. Разделяне на товара на по-големи статии. Процедурата за получаване и разтоварване на основния товар и консумативи с помощта на опростена таблица за натоварване, график за безопасно товарене и номограми за стабилност.

презентация, добавена на 16.04.2011 г


Изчисляване на продължителността на пътуването на кораба, резервите, водоизместимостта и устойчивостта преди натоварване. Подреждане на корабни запаси, товари и воден баласт. Определяне на параметрите за качване и товарене на кораба след натоварване. Статична и динамична стабилност.

курсова работа, добавена на 20.12.2013 г


Изготвяне на товарен план и изчисляване на устойчивостта на кораба в съответствие с данните от Информацията за стабилност. Контрол на кацане и стабилност въз основа на разхода на гориво и водни резерви. Баластиране на кораба и предотвратяване на изтичане на вода от корпуса.

резюме, добавено на 02/09/2009


Изчисляване на влиянието на движението на товара от точка А до точка Б. Движение на товара в напречната равнина и хоризонтално през плавателния съд. Изчисляване на промените в диаграмата на статичната устойчивост. Влиянието на висящите товари върху стабилността при големи ъгли на накланяне.

презентация, добавена на 18.04.2011 г


Избор на възможни опции за разположение на товара. Оценка на водоизместимостта и координатите на плавателния съд. Оценка на елементите на натоварения обем на съда. Изчисляване на метацентричните височини на съда. Изчисляване и изграждане на диаграма на статична и динамична устойчивост.

тест, добавен на 03.04.2014 г


Възможност за преобръщане на съда. Проектна ситуация "Критерий за времето" в изискванията на Руския морски регистър на корабоплаването. Определяне на момента на преобръщане и вероятността за оцеляване на кораба. Изисквания за кацане и устойчивост на аварирал кораб.

презентация, добавена на 16.04.2011 г


Определяне на времето за плаване и корабните провизии за пътуването. Параметри на водоизместване при първоначално кацане на кораба. Дистрибуция на консумативи и товари. Изчисляване на кацането и първоначалната устойчивост на плавателния съд по метода на приемане на малък товар. Проверка на надлъжната здравина на корпуса.

тест, добавен на 19.11.2012 г


Технически параметри на универсален съд. Характеристики на товарите, разпределението им в товарните помещения. Изисквания към карго плана. Определяне на проектната водоизместимост и времето за пътуване. Проверка на якостта и изчисляване на устойчивостта на съда.

Стабилността е едно от най-важните мореходни качества на кораба, което е свързано с изключително важни въпроси, свързани с безопасността на корабоплаването. Загубата на устойчивост почти винаги означава смърт на кораба и много често на екипажа. За разлика от промените в други мореходни качества, намаляването на устойчивостта не се вижда и екипажът на кораба по правило не подозира за надвисналата опасност до последните секунди преди преобръщането. Ето защо трябва да се обърне най-голямо внимание на изучаването на този раздел от теорията на кораба.

За да може корабът да плава в дадено равновесно положение спрямо повърхността на водата, той трябва не само да отговаря на условията на равновесие, но и да може да устои на външни сили, стремящи се да го извадят от равновесното положение и след прекратяване от действието на тези сили, върнете се в първоначалното си положение. Следователно балансът на кораба трябва да е стабилен или, с други думи, корабът трябва да има положителна устойчивост.

По този начин устойчивостта е способността на съда, изведен от състояние на равновесие от външни сили, да се върне отново в първоначалното си равновесно положение след прекратяване на действието на тези сили.

Стабилността на съда е свързана с неговия баланс, който служи като характеристика на последния. Ако равновесието на кораба е стабилно, тогава корабът има положителна стабилност; ако равновесието му е безразлично, тогава корабът има нулева стабилност и накрая, ако равновесието на кораба е нестабилно, тогава той има отрицателна стабилност.

Капитан танкер Ширяев
Източник: fleetphoto.ru

Тази глава ще разгледа страничните наклони на кораба в равнината на средната рамка.

Стабилността по време на напречни наклони, т.е. когато се появи ролка, се нарича напречна. В зависимост от ъгъла на наклон на плавателния съд страничната устойчивост се разделя на устойчивост при малки ъгли на наклон (до 10-15 градуса), или така наречената начална устойчивост, и устойчивост при големи ъгли на наклон.

Накланянето на кораба става под въздействието на двойка сили; моментът на тази двойка сили, каращ съда да се върти около надлъжната ос, ще се нарича крен Мкр.

Ако Mcr, приложен към кораба, нараства постепенно от нула до крайната стойност и не предизвиква ъглови ускорения и следователно инерционни сили, тогава стабилността с такъв наклон се нарича статична.

Моментът на кренене, действащ върху кораба, незабавно води до появата на ъглово ускорение и инерционни сили. Стабилността, която се появява с такъв наклон, се нарича динамична.

Статичната стабилност се характеризира с появата на възстановителен момент, който се стреми да върне съда в първоначалното му равновесно положение. Динамичната стабилност се характеризира с работата на този момент от началото до края на неговото действие.

Нека разгледаме равномерния напречен наклон на съда. Ще приемем, че в първоначалната позиция корабът има право кацане. В този случай опорната сила D' действа в DP и се прилага в точка C - центърът на размера на съда (Център на плаваемостта-B).

Ориз. 1

Да приемем, че плавателният съд под въздействието на кренящ момент е получил напречен наклон под малък ъгъл θ. Тогава центърът на величината ще се премести от точка C към точка C 1 и опорната сила, перпендикулярна на новата съществуваща водолиния B 1 L 1, ще бъде насочена под ъгъл θ към централната равнина. Линиите на действие на първоначалната и новата посока на опорната сила ще се пресичат в точка m. Тази точка на пресичане на линията на действие на поддържащата сила при безкрайно малък наклон с равен обем на плаващ съд се нарича напречен метацентър.

Можем да дадем друго определение на метацентъра: центърът на кривината на кривата на изместване на центъра на величината в напречната равнина се нарича напречен метацентър.

Радиусът на кривината на кривата на изместване на центъра на величина в напречната равнина се нарича напречен метацентричен радиус (или малък метацентричен радиус). Определя се от разстоянието от напречния метацентър m до центъра на величината C и се обозначава с буквата r.

Напречният метацентричен радиус може да се изчисли по формулата:

т.е. напречният метацентричен радиус е равен на инерционния момент Ix на площта на водолинията спрямо надлъжната ос, минаваща през центъра на тежестта на тази област, разделен на обемното изместване V, съответстващо на тази водолиния.

Условия за стабилност

Да приемем, че корабът, който се намира в пряко равновесно положение и плава по водолинията на въздушната линия, в резултат на действието на външния кренящ момент Mkr, се е наклонил така, че първоначалната водолиния на въздушната линия с нова съществуваща водолиния B 1 L 1 образува малък ъгъл θ. Поради промяната във формата на частта на корпуса, потопена във вода, разпределението на силите на хидростатичното налягане, действащи върху тази част на корпуса, също ще се промени. Центърът на размера на съда ще се премести към ролката и ще се премести от точка C до точка C 1.

Поддържащата сила D', оставайки непроменена, ще бъде насочена вертикално нагоре, перпендикулярно на новата ефективна водолиния, и нейната линия на действие ще пресича DP в първоначалния напречен метацентър m.

Позицията на центъра на тежестта на кораба остава непроменена и силата на тежестта P ще бъде перпендикулярна на новата водолиния B 1 L 1. По този начин силите P и D', успоредни една на друга, не лежат на една и съща вертикала и следователно образуват двойка сили с рамото GK, където точка K е основата на перпендикуляра, спуснат от точка G към посока на действие на поддържащата сила.

Двойката сили, образувана от теглото на съда и поддържащата сила, стремяща се да върне съда в първоначалното му равновесно положение, се нарича възстановяваща двойка, а моментът на тази двойка се нарича възстановяващ момент Mθ.

Въпросът за устойчивостта на наклонен кораб се решава от посоката на действие на изправящия момент. Ако възстановяващият момент има тенденция да върне кораба в първоначалното му равновесно положение, тогава възстановяващият момент е положителен, устойчивостта на кораба също е положителна - корабът е стабилен. На фиг. Фигура 2 показва местоположението на силите, действащи върху кораба, което съответства на положителен момент на възстановяване. Лесно е да се провери, че такъв момент възниква, ако CG лежи под метацентъра.

Ориз. 2 Ориз. 3

На фиг. Фигура 3 показва обратния случай, когато възстановяващият момент е отрицателен (центърът на тежестта е над метацентъра). Той се стреми допълнително да отклони кораба от равновесното му положение, тъй като посоката на действието му съвпада с посоката на действие на външния кренящ момент Мкр. В този случай корабът не е стабилен.

Теоретично може да се приеме, че възстановяващият момент при накланяне на съда е равен на нула, т.е. силата на теглото на съда и поддържащата сила са разположени на един и същ вертикал, както е показано на фиг. 4.

Ориз. 4

Липсата на момент на изправяне води до факта, че след спиране на момента на накланяне корабът остава в наклонено положение, т.е. корабът е в безразлично равновесие.

Така, според относителното положение на напречния метацентър m и C.T. G може да се прецени по знака на момента на изправяне или, с други думи, по устойчивостта на съда. Така че, ако напречният метацентър е над центъра на тежестта (фиг. 2), тогава корабът е стабилен.

Ако напречният метацентър е разположен под центъра на тежестта или съвпада с него (фиг. 3, 4), корабът не е стабилен.

Това поражда концепцията за метацентрична височина: напречната метацентрична височина е издигането на напречния метацентър над центъра на тежестта на съда в първоначалното равновесно положение.

Напречната метацентрична височина (фиг. 2) се определя от разстоянието от центъра на тежестта (т.е. G) до напречния метацентър (т.е. m), т.е. сегментът mG. Този сегмент е постоянна стойност, тъй като и C.T. , а напречният метацентър не променя позицията си при малки наклони. В тази връзка е удобно да се приеме като критерий за първоначална устойчивост на плавателен съд.

Ако напречният метацентър е разположен над центъра на тежестта на съда, тогава напречната метацентрична височина се счита за положителна. Тогава условието за устойчивост на съда може да се даде в следната формулировка: съдът е стабилен, ако неговата напречна метацентрична височина е положителна. Тази дефиниция е удобна с това, че позволява да се прецени стабилността на плавателния съд, без да се отчита неговия наклон, т.е. при ъгъл на накланяне нула, когато изобщо няма момент на изправяне. За да установим какви данни са необходими за получаване на стойността на напречната метацентрична височина, нека се обърнем към фиг. 5, която показва относителното местоположение на центъра на величината C, центъра на тежестта G и напречния метацентър m на съд с положителна първоначална странична стабилност.

Ориз. 5

Фигурата показва, че напречната метацентрична височина h може да се определи по една от следните формули:

h = Z C ± r - Z G ;

Напречната метацентрична височина често се определя с помощта на последното равенство. Приложението на напречния метацентър Zm може да се намери от метацентричната диаграма. Основните трудности при определяне на напречната метацентрична височина на съд възникват при определяне на приложението на центъра на тежестта ZG, който се определя с помощта на обобщена таблица на масовото натоварване на съда (въпросът беше обсъден в лекцията -).

В чуждестранната литература обозначението на съответните точки и параметри на стабилност може да изглежда както е показано по-долу на фиг. 6.

Ориз. 6

• където K е точката на кила;
• B - център на плаваемост;
• G—център на тежестта;
• M - напречен метацентър;
• KV - приложение на центъра на величината;
• KG - приложение на центъра на тежестта;
• KM - приложение на напречния метацентър;
• VM - напречен метацентричен радиус (Радиус на метацентъра);
• BG - издигане на центъра на тежестта над центъра на величината;
• GM - напречна метацентрична височина.

Рамото на статична устойчивост, означавано в нашата литература като GK, в чуждата литература се означава като GZ.

Препоръчително четиво:

Стабилността на плавателния съд е свойство, благодарение на което плавателният съд не се преобръща, когато е изложен на външни фактори (вятър, вълни и др.) и вътрешни процеси (изместване на товара, движение на течни резерви, наличие на свободни повърхности на течност в отделения и др.). Най-изчерпателната дефиниция на устойчивостта на кораба може да бъде следната: способността на кораба да не се преобърне, когато е изложен на естествени морски фактори (вятър, вълни, обледеняване) в определената му навигационна зона, както и в комбинация с „вътрешни“ причини, причинени от действията на екипажа

Тази особеност се основава на естественото свойство на обект, плаващ на повърхността на водата - той има тенденция да се върне в първоначалното си положение след прекратяване на това влияние. По този начин стабилността, от една страна, е естествена, а от друга изисква регулиран контрол от страна на лицето, което участва в нейното проектиране и експлоатация.

Стабилността зависи от формата на корпуса и позицията на центъра на тежестта на кораба, следователно, чрез правилно избиране на формата на корпуса по време на проектирането и правилното поставяне на товара върху кораба по време на работа, е възможно да се осигури достатъчна стабилност, за да се гарантира предотвратяване на обръщане на кораба при всякакви условия на плаване.

Накланянето на кораба е възможно по различни причини: от действието на настъпващи вълни, поради асиметрично наводняване на отделения по време на дупка, от движение на товара, налягане на вятъра, поради приемане или потребление на товар и др. Има два вида стабилност: напречна и надлъжна. От гледна точка на безопасността на корабоплаването (особено при буря) най-опасни са напречните наклони. Напречната стабилност се проявява, когато корабът се търкаля, т.е. когато го накланяте на борда. Ако силите, каращи кораба да се накланя, действат бавно, тогава стабилността се нарича статична, а ако бързо, тогава динамична. Наклонът на кораба в напречната равнина се нарича крен, а в надлъжната равнина - диферент; ъглите, образувани в този случай, се обозначават съответно O и y. Устойчивостта при малки ъгли на наклон (10 - 12°) се нарича начална устойчивост.

(фиг.2)

Да си представим, че под въздействието на външни сили корабът се е наклонил под ъгъл 9 (фиг. 2). В резултат на това обемът на подводната част на съда запазва размера си, но променя формата си; От десния борд допълнителен обем влезе във водата, а от лявата страна същият обем излезе от водата. Центърът на големината се премести от първоначалната позиция C към крена на кораба, към центъра на тежестта на новия обем - точка C1. Когато плавателният съд е в наклонено положение, гравитационната сила P, приложена в точка G, и поддържащата сила D, приложена в точка C, оставайки перпендикулярни на новата водолиния V1L1, образуват двойка сили с рамото GK, което е перпендикулярно спуснато от точка G към посоката на опорните сили.

Ако продължим посоката на опорната сила от точка С1, докато тя се пресече с първоначалната си посока от точка С, тогава при малки ъгли на въртене, съответстващи на условията на първоначална стабилност, тези две посоки ще се пресекат в точка М, наречена напречен метацентър.

Относителното разположение на точките M и G ни позволява да установим следната характеристика, характеризираща страничната стабилност: (фиг. 3)

• А) Ако метацентърът е разположен над центъра на тежестта, тогава възстановяващият момент е положителен и се стреми да върне кораба в първоначалното му положение, т.е., когато се накланя, корабът ще бъде стабилен.
• B) Ако точката M е под точка G, тогава при отрицателна стойност на h0 моментът е отрицателен и ще има тенденция да увеличи крена, т.е. в този случай съдът е нестабилен.
• C) Когато точките M и G съвпадат, силите P и D действат по една вертикална права линия, двойка сили не възниква и моментът на възстановяване е нула: тогава корабът трябва да се счита за нестабилен, тъй като не се стреми да се върне до първоначалното си равновесно положение (фиг. 3).

Фиг.3

Външни признаци на отрицателна първоначална стабилност на кораба са:

• -- навигация на кораб с крен при липса на моменти на крен;
• - желанието на кораба да се преобърне на противоположната страна при изправяне;
• - прехвърляне от страна на страна по време на циркулация, докато ролката остава дори когато корабът навлезе в директен курс;
• -- голямо количество вода в трюмовете, на платформите и палубите.

Стабилност, която се проявява при надлъжни наклони на съда, т.е. при подрязване се нарича надлъжно.

При надлъжно накланяне на съда под ъгъл w около напречната ос Ц.В. ще се премести от точка C до точка C1 и опорната сила, чиято посока е нормална към съществуващата водолиния, ще действа под ъгъл w спрямо първоначалната посока. Линиите на действие на първоначалната и новата посока на опорните сили се пресичат в точка. Точката на пресичане, линията на действие на поддържащите сили при безкрайно малък наклон в надлъжната равнина се нарича надлъжен метацентър на М. мореходност, устойчивост и задвижване на кораба.

Надлъжният инерционен момент на зоната на водолинията IF е значително по-голям от напречния инерционен момент IX. Следователно надлъжният метацентричен радиус R винаги е значително по-голям от напречния радиус r. Грубо се приема, че надлъжният метацентричен радиус R е приблизително равен на дължината на съда. Тъй като надлъжният метацентричен радиус R е многократно по-голям от напречния r, надлъжната метацентрична височина H на всеки съд е многократно по-голяма от напречния h. следователно, ако плавателният съд има странична стабилност, тогава надлъжната стабилност със сигурност е осигурена.

Фактори, влияещи върху устойчивостта на кораба, които оказват силно влияние върху устойчивостта на кораба.

Факторите, които трябва да се вземат предвид при експлоатацията на малък кораб, включват:

• 1. Стабилността на кораба се влияе най-съществено от неговата ширина: колкото по-голяма е тя спрямо дължината, бордовата височина и газенето, толкова по-голяма е стабилността. По-широката лодка има по-голям изправящ момент.
• 2. Стабилността на малък кораб се увеличава, ако формата на потопената част на корпуса се променя при големи ъгли на наклон. Това твърдение например е в основата на действието на страничните булеси и калниците от пяна, които при потапяне във вода създават допълнителен изправящ момент.
• 3. Стабилността се влошава, ако корабът има резервоари за гориво с повърхностно огледало отстрани, така че тези резервоари трябва да имат прегради, монтирани успоредно на централната линия на кораба, или да бъдат стеснени в горната си част.
• 4. Стабилността се влияе най-силно от разположението на пътниците и товара на кораба възможно най-ниско. На малък кораб не трябва да се позволява на хората да седят на борда или да се движат произволно, докато се движи. Товарите трябва да бъдат здраво закрепени, за да се предотврати неочакваното им преместване от нормалните им места.
• 5. При силни ветрове и вълни ефектът от момента на накланяне (особено динамичен) е много опасен за кораба, следователно, когато метеорологичните условия се влошат, е необходимо корабът да се приюти и да се изчака лошото време. Ако това е невъзможно поради значителното разстояние до брега, тогава в бурни условия трябва да се опитате да задържите кораба „с главата на вятъра“, като изхвърлите морската котва и пуснете двигателя на ниска скорост.

Прекомерната стабилност причинява бързо търкаляне и увеличава риска от резонанс. Поради това регистърът е установил ограничения не само върху долната, но и върху горната граница на стабилност.

За да се увеличи стабилността на кораба (увеличете момента на изправяне на единица ъгъл на накланяне), е необходимо да се увеличи метацентричната височина h чрез подходящо разполагане на товара и доставките на кораба (по-тежък товар на дъното и по-лек товар на върха ). Със същата цел (особено при плаване с баласт - без товар) се прибягва до пълнене на баластни танкове с вода.