Prestazioni della nave

Le qualità operative più caratteristiche per una piccola imbarcazione sono: capacità passeggeri,capacità di carico, spostamento e velocità.

La capacità passeggeri è un indicatore pari al numero di posti attrezzati per ospitare persone su una nave. La capacità dei passeggeri dipende dalla capacità di carico:

P = G/100 , persone (con bagagli), o P = SOL/75 , persone (senza bagaglio)

Il risultato viene arrotondato al numero intero più vicino. Su una nave di piccole dimensioni la disponibilità di posti attrezzati deve corrispondere alla capacità passeggeri prevista per tale nave.

La capacità dei passeggeri può essere approssimativamente calcolata con la formula:

N=Lnb Bnb/K, pers.,

Dove A - coefficiente empirico assunto pari a: per barche a motore ea remi - 1,60; per barche - 2.15.

capacità di carico- il carico utile della nave, compresa la massa delle persone e dei bagagli in funzione della capacità dei passeggeri. Distinguere tra portata lorda e capacità di carico netta.

Peso lordo -è la differenza tra gli spostamenti a pieno carico e a vuoto.

Capacità di carico netta - questa è la massa del solo carico utile che la nave può trasportare.

Per le grandi navi, l'unità di variazione della capacità di carico è la tonnellata, per le piccole navi - kg. La capacità di carico C può essere calcolata utilizzando formule o può anche essere determinata empiricamente. Per fare ciò, sulla nave con un dislocamento a vuoto, ma con rifornimenti e rifornimento di carburante, il carico viene posizionato in sequenza fino a quando la nave raggiunge la linea di galleggiamento corrispondente al bordo libero minimo. La massa del carico posizionato corrisponde alla capacità di carico della nave.

Dislocamento . Esistono due tipi di spostamento: massa (peso) e volumetrico.

Spostamento di massa (peso). - è la massa della nave a galla, uguale alla massa d'acqua spostata dalla nave. L'unità di misura è la tonnellata.

Dislocamento v - è il volume della parte sottomarina della nave in m3. Il calcolo viene effettuato attraverso le principali misure:

v = SL PESO,

dove S è il coefficiente di completezza dello spostamento, pari a 0,35 - 0,6 per le piccole navi, e un valore inferiore del coefficiente è inerente alle piccole navi con contorni netti. Per barche dislocanti S = 0,4 - 0,55, plananti S = 0,45 - 0,6, barche a motore 5 - 0,35 - 0,5, per navi a vela questo coefficiente va da 0,15 a 0,4 .

Velocità.

La velocità è la distanza percorsa da una nave per unità di tempo. Sulle navi marittime, la velocità è misurata in nodi (miglia all'ora) e sulle navi per la navigazione interna è misurata in chilometri all'ora (km/h). Si raccomanda al navigatore di una piccola imbarcazione di conoscere tre velocità: la massima (massima) che la nave sviluppa alla massima potenza del motore; il più piccolo (minimo) al quale la nave obbedisce al timone; medio: il più economico con transizioni relativamente grandi. La velocità dipende dalla potenza del motore, dalle dimensioni e dalla forma dello scafo, dal carico della nave e da vari fattori esterni: onde, vento, corrente, ecc.

Navigabilità della nave

La capacità di una nave di rimanere a galla, di interagire con l'acqua, di non capovolgersi o andare a fondo quando è allagata, è caratterizzata dalla sua navigabilità. Questi includono: galleggiabilità, stabilità e inaffondabilità.

Galleggiabilità. La galleggiabilità è la capacità di una nave di rimanere sulla superficie dell'acqua, con un dato pescaggio. Maggiore è il peso posto sulla nave, più affonderà nell'acqua, ma non perderà galleggiabilità fino a quando l'acqua non inizierà a fluire nello scafo.

In caso di perdita nello scafo o in un buco, così come l'ingresso di acqua nella nave durante il maltempo, la sua massa aumenta. Pertanto, la nave deve avere una riserva di galleggiamento.

Riserva di galleggiamento - Questo è il volume stagno dello scafo della nave, situato tra la linea di galleggiamento di carico e il bordo superiore della fiancata. In assenza di una riserva di galleggiamento, la nave affonderà se anche una piccola quantità d'acqua entra nello scafo.

La riserva di galleggiamento necessaria per la navigazione sicura della nave è assicurata conferendo alla nave un bordo libero sufficiente, nonché la presenza di chiusure stagne e paratie tra compartimenti e blocchi di galleggiamento - elementi strutturali all'interno dello scafo di una piccola nave nella forma di un blocco solido di materiale (ad esempio plastica espansa) avente una densità inferiore a uno . In assenza di tali paratie e blocchi di galleggiamento, qualsiasi foro nella parte sottomarina dello scafo porta alla completa perdita di galleggiabilità e alla morte della nave.

La riserva di galleggiamento dipende dall'altezza del bordo libero: maggiore è il bordo libero, maggiore è il margine di galleggiamento. Questa riserva è normalizzata dall'altezza minima del bordo libero, a seconda del cui valore viene stabilita un'area di navigazione sicura e una distanza consentita dalla costa per una particolare imbarcazione di piccole dimensioni. Tuttavia, è impossibile abusare dell'altezza del bordo libero, poiché ciò si riflette in un'altra qualità altrettanto importante: la stabilità

Stabilità. La stabilità è la capacità di una nave di resistere alle forze che la fanno inclinare e, dopo la cessazione di queste forze (vento, onda, movimento dei passeggeri, ecc.) di tornare alla sua posizione di equilibrio originale. La stessa nave può avere una buona stabilità quando il carico si trova vicino al fondo e può perdere parzialmente o completamente la stabilità se il carico o le persone sono posizionati un po' più in alto.

Esistono due tipi di stabilità: trasversale e longitudinale. La stabilità laterale si manifesta quando la nave rolla, ad es. quando lo si inclina a bordo. Durante la navigazione, sulla nave agiscono due forze: la gravità e il supporto. La risultante D (Fig. 1, a) della gravità della nave, diretta verso il basso, sarà applicata condizionatamente al punto G, chiamato centro di gravità (CG), e la risultante A delle forze di supporto, diretta verso l'alto, sarà condizionatamente applicato al baricentro C della parte sommersa della nave, detto centro di magnitudine (CV). Quando la nave non è regolata e sbandata, il CG e il CB saranno posizionati sulla linea centrale della nave (DP).

Fig. 1 Posizione delle forze di gravità risultanti e del supporto l'una rispetto all'altra in diverse posizioni della nave

Il valore ho caratterizza la stabilità della nave a basse inclinazioni. La posizione del punto M in queste condizioni è quasi indipendente dall'angolo di sbandamento φ.

La forza D e la forza di appoggio uguale A formano una coppia di forze con uno spallamento /, che crea un momento di ripristino MB=Dl. Questo momento tende a riportare la nave nella sua posizione originale. Si noti che il baricentro è al di sotto del punto M.

Ora immagina che un carico aggiuntivo sia posto sul ponte della stessa nave (Fig. 1, c). Di conseguenza, il baricentro si troverà molto più in alto e, durante lo sbandamento, il punto M sarà più basso di esso. La risultante coppia di forze non creerà più un momento ristoratore, ma ribaltante Mopr. Di conseguenza, la nave sarà instabile e si capovolgerà.

La stabilità laterale della nave è fortemente influenzata dalla larghezza dello scafo: più largo è lo scafo, più stabile è la nave e, viceversa, più stretto e alto è lo scafo, peggiore sarà la stabilità.

Per le navi ad alta velocità di piccole dimensioni (soprattutto quando si muovono ad alta velocità durante le onde), il problema del mantenimento della stabilità longitudinale non è affatto sempre un problema risolto.

Per le piccole imbarcazioni a chiglia, l'altezza metacentrica iniziale è, di norma, 0,3 - 0,6 M. La stabilità della nave dipende dal carico della nave, dal movimento di merci, passeggeri e altri motivi. Maggiore è l'altezza metacentrica, maggiore è il momento di raddrizzamento e più stabile è la nave, tuttavia, con un'elevata stabilità, la nave ha un forte rollio. La stabilità è migliorata dalla posizione bassa del motore, del serbatoio del carburante, dei sedili e dall'appropriato posizionamento di merci e persone.

Con un forte vento, un forte impatto di un'onda sul lato e in alcuni altri casi, il rollio della nave aumenta rapidamente e si verifica un momento di sbandamento dinamico. In questo caso, il rollio della nave aumenterà anche dopo aver raggiunto l'uguaglianza dei momenti di sbandamento e di ripristino. Ciò è dovuto all'azione della forza d'inerzia. Tipicamente, tale rollio è il doppio del rollio dovuto all'azione statica dello stesso momento di sbandamento. Pertanto, navigare in caso di tempesta, soprattutto piccole imbarcazioni, è molto pericoloso.

Stabilità longitudinale agisce quando la nave è inclinata verso prua o poppa, cioè durante il lancio. Questa stabilità dovrebbe essere presa in considerazione dal navigatore quando si muove ad alta velocità durante le onde, perché. Dopo aver "seppellito" il naso nell'acqua, una barca o una barca a motore potrebbe non ripristinare la sua posizione originale e affondare, e talvolta persino capovolgersi.

Fattori che influenzano la stabilità della nave:

a) La stabilità della nave è influenzata in modo più significativo dalla sua larghezza: maggiore è in relazione alla sua lunghezza, profondità e pescaggio, maggiore è la stabilità.

b) La stabilità di una piccola imbarcazione aumenta se la forma della parte sommersa dello scafo viene modificata a grandi angoli di sbandamento. Su questa affermazione, ad esempio, si basa l'azione delle bocce laterali e dei parabordi in gommapiuma che, immersi nell'acqua, creano un ulteriore momento rigenerante.

c) La stabilità si deteriora quando ci sono serbatoi di carburante sulla nave con una superficie a specchio da un lato all'altro, quindi questi serbatoi devono avere divisori interni

d) La stabilità è fortemente influenzata dal posizionamento di passeggeri e merci sulla nave, dovrebbero essere posizionati il ​​più in basso possibile. È impossibile consentire alle persone a bordo e al loro movimento arbitrario di sedersi su una piccola nave durante il suo movimento. I carichi devono essere fissati saldamente per evitare il loro spostamento imprevisto dai loro luoghi di stivaggio. Se ciò non è possibile a causa della notevole distanza dalla riva, allora in condizioni di tempesta si dovrebbe cercare di mantenere la nave "prua al vento", gettando l'ancora galleggiante e facendo girare il motore a bassa velocità.

Inaffondabilità. L'inaffondabilità è la capacità di una nave di rimanere galleggiante dopo che una parte della nave è stata allagata.

L'inaffondabilità è garantita strutturalmente, dividendo lo scafo in compartimenti stagni, dotando la nave di blocchi di galleggiamento e strutture di drenaggio.

I volumi dello scafo non allagati sono spesso blocchi di schiuma. La sua quantità e posizione richieste sono calcolate per fornire una riserva di galleggiamento di emergenza e mantenere una nave di emergenza in posizione "su una chiglia uniforme".

Naturalmente, in condizioni di mare agitato, non tutti i motoscafi e le barche che hanno ricevuto un foro garantiranno il rispetto di questi requisiti.

Manovrabilità di una piccola imbarcazione

Le principali qualità di manovra della nave includono: controllabilità, circolazione, propulsione e inerzia

Controllabilità. La controllabilità è la capacità della nave di mantenere una data direzione di movimento in movimento con una posizione del timone costante (stabilità sulla rotta) e cambiare la direzione del suo movimento sotto l'influenza del timone (agilità) in movimento.

Stabilità in rotta chiamata la proprietà della nave di mantenere una direzione di moto rettilinea. Se la nave devia dalla rotta nella posizione diretta del timone, questo fenomeno viene solitamente chiamato imbardata della nave.

Se la nave devia dalla rotta nella posizione diretta del timone, questo fenomeno viene solitamente chiamato imbardata della nave.

Le cause dell'imbardata possono essere permanenti o temporanee. Le costanti includono ragioni associate alle caratteristiche di progettazione della nave: linee dello scafo di prua smussate, discrepanza tra la lunghezza della nave e la sua larghezza, area del timone insufficiente, effetto della rotazione dell'elica

L'imbardata temporanea può essere causata da un caricamento improprio dell'imbarcazione, vento, fondali bassi, correnti irregolari, ecc.

I concetti di "stabilità in rotta" e "agilità" sono contraddittori, tuttavia queste qualità sono inerenti a quasi tutte le navi e ne caratterizzano la controllabilità.

La controllabilità è influenzata da molti fattori e cause, i principali dei quali sono l'azione del timone, il funzionamento dell'elica e la loro interazione.

Agilità- la proprietà della nave di cambiare la direzione del movimento sotto l'influenza del timone. Questa qualità dipende principalmente dal corretto rapporto tra lunghezza e larghezza dello scafo, dalla forma dei suoi contorni e anche dall'area della pala del timone.

Caratteristiche della controllabilità della nave durante la transizione dalla marcia avanti alla retromarcia

Quando si eseguono operazioni di ormeggio o necessità di fermare urgentemente la nave (pericolo di collisione, prevenzione di incagli, assistenza a una persona in mare, ecc.), è necessario passare dalla marcia avanti alla retromarcia. In questi casi il navigatore deve tenere conto che nei primi secondi, quando l'elica di rotazione destra passa da avanti a indietro, la poppa rotolerà rapidamente verso sinistra, mentre con l'elica di rotazione sinistra - verso destra .

Ragioni che influenzano la controllabilità

Oltre al timone e all'elica rotante, altri motivi influenzano anche la stabilità e l'agilità della nave, nonché una serie di caratteristiche progettuali della nave: il rapporto tra le dimensioni principali, la forma dei contorni dello scafo, i parametri del timone e dell'elica. La controllabilità dipende anche dalle condizioni di navigazione: natura del carico della nave, fattori idrometeorologici.

Circolazione Se, mentre la nave è in movimento, il timone viene spostato in qualsiasi direzione, la nave inizierà a virare e descriverà una linea curva sull'acqua. Questa curva, descritta dal baricentro della nave durante una virata, è chiamata linea di circolazione (Fig. 2), e la distanza tra la linea centrale della nave su una rotta diritta e la sua linea centrale dopo aver virato sulla rotta inversa ( 180) è chiamato diametro di circolazione tattico. Più piccolo è il diametro di circolazione tattico, migliore è considerata l'agilità della nave. Questa curva è vicina a un cerchio e il suo diametro serve come misura dell'agilità della nave.

Il diametro di circolazione è solitamente misurato in metri. Per le piccole navi motorizzate, la dimensione del diametro di circolazione tattica nella maggior parte dei casi è di 2-3 lunghezze della nave. Ogni macchinista deve conoscere il diametro della circolazione della nave, che deve gestire, poiché da questo dipende in gran parte la manovra corretta e sicura. La velocità della nave sulla circolazione è ridotta al 30%. Non va mai dimenticato che, muovendosi lungo una curva, sulla nave agisce una forza centrifuga (Fig. 3), diretta dal centro di curvatura verso l'esterno e applicata al baricentro della nave.

Fig 2 Circolazione / - linea di circolazione, 2 - diametro tattico di circolazione, 3 - diametro di circolazione costante

La deriva della nave derivante dalla forza centrifuga è ostacolata dalla forza di resistenza all'acqua - resistenza laterale, il cui punto di applicazione si trova sotto il baricentro. Di conseguenza, sorge una coppia di forze, creando un rollio sul lato opposto alla direzione di rotazione. L'elenco aumenta con l'aumento del baricentro del vaso al di sopra del centro di resistenza laterale e con una diminuzione dell'altezza metacentrica.

Aumentando la velocità durante la virata e diminuendo il diametro della circolazione, aumenterà notevolmente l'elenco, che può portare al capovolgimento della nave. Pertanto, non effettuare mai virate brusche quando l'imbarcazione si muove ad alta velocità.

A differenza delle navi dislocanti convenzionali, le navi con contorni plananti in circolazione ricevono una lista all'interno (Fig. 4). Ciò deriva dalla forza di sollevamento aggiuntiva che si verifica sullo scafo durante lo spostamento laterale dovuto ai contorni di planata. Allo stesso tempo, si verifica uno scorrimento verso l'esterno sotto l'azione della forza centrifuga, motivo per cui la circolazione dei vasi plananti è leggermente maggiore di quella dei vasi dislocanti.

Oltre al diametro di circolazione, si dovrebbe anche conoscere il suo tempo, ad es. il tempo impiegato dalla nave per compiere un giro di 360°.

Questi elementi di circolazione dipendono dallo spostamento della nave e dalla natura del posizionamento del carico lungo la sua lunghezza, nonché dalla velocità. A bassa velocità, il diametro di circolazione è minore.

Pedonabilità. La propulsione è la capacità di una nave di muoversi a una certa velocità per una data potenza del motore, superando le forze di resistenza al movimento.

Il movimento della nave è possibile solo se esiste una certa forza in grado di superare la resistenza dell'acqua - un'enfasi. A velocità costante, il valore dell'arresto è uguale al valore dell'impermeabilità. La velocità della nave e l'enfasi sono legate dalla seguente relazione:

R. V=ho-N.Dove: v - velocità della nave; K - resistenza all'acqua; N - potenza del motore; oh - efficienza = 0,5.

Questa equazione mostra che all'aumentare della velocità, aumenta anche la resistenza dell'acqua. Tuttavia, questa dipendenza ha un significato e un carattere fisico diverso per le navi dislocanti e plananti.

Ad esempio, ad una velocità di una nave dislocante fino a un valore pari a V = 2 ÖL, km/h (L è la lunghezza della nave, m), la resistenza all'acqua K è la somma della resistenza all'attrito dell'acqua contro il pelle dello scafo e la resistenza alla forma, creata dalla turbolenza dell'acqua. Quando la velocità di questa nave supera il valore specificato, le onde iniziano a formarsi e un terzo viene aggiunto alle due resistenze: la resistenza alle onde. La resistenza dell'onda aumenta bruscamente con l'aumentare della velocità.

Per le navi plananti, la natura della resistenza all'acqua è la stessa delle navi dislocanti e la velocità è V = 8 ÖL km/h. Tuttavia, con un ulteriore aumento della velocità, la nave riceve un assetto significativo a poppa e la sua prua si alza. Questa modalità di movimento è chiamata transitoria (dallo spostamento alla planata). Un segno caratteristico dell'inizio del volo a vela è un aumento spontaneo della velocità della nave. Questo fenomeno è causato dal fatto che dopo aver sollevato la prua, l'impermeabilità complessiva della nave diminuisce, sembra "galleggiare verso l'alto" e aumentare la velocità a potenza costante.

Quando si scivola, si verifica un altro tipo di resistenza all'acqua: la resistenza agli spruzzi, alle onde e alla forma viene drasticamente ridotta ei loro valori sono praticamente ridotti a zero.

Pertanto, quattro tipi di resistenza influenzano la propulsione della nave:

resistenza all'attrito- dipende dall'area della superficie bagnata della nave, dalla qualità del suo trattamento e dal grado di incrostazione (alghe, molluschi, ecc.);

resistenza alla forma- dipende dalla razionalizzazione dello scafo, che, a sua volta, è tanto migliore quanto più affilata è l'estremità poppiera e maggiore è la lunghezza della nave rispetto alla larghezza;

resistenza all'onda- dipende dalla forma della prua e dalla lunghezza della nave, più lunga è la nave, minore è la formazione di onde;

resistenza agli schizzi- dipende dal rapporto tra la larghezza del corpo e la sua lunghezza.

Conclusione: 1. Le navi dislocanti con scafo stretto, contorni arrotondati e estremità anteriore e posteriore appuntite presentano la minore resistenza all'acqua.

2. Per le navi plananti, in assenza di onde, un ampio scafo a fondo piatto con una poppa di poppa fornisce la minima resistenza all'acqua con la massima forza di sollevamento idrodinamica.

Navi plananti più idonee alla navigazione con scafo chigliato o semichigliato. L'aumento della velocità di queste imbarcazioni è ottenuto grazie a gradini longitudinali e paraspruzzi di sentina.

Inerzia. Una qualità di manovra molto importante di una nave è la sua inerzia. Di solito è consuetudine valutarlo in base alla lunghezza dello spazio di frenata, run-out e percorso di accelerazione, nonché alla loro durata. La distanza che la nave percorre durante il periodo di tempo dal momento in cui il motore passa dalla marcia avanti alla retromarcia fino all'arresto finale della nave è chiamata distanza di arresto. Questa distanza è solitamente espressa in metri, meno spesso - nella lunghezza della nave. La distanza percorsa dalla nave durante il periodo di tempo dal momento in cui il motore viene spento, lavorando in marcia avanti, fino all'arresto completo della nave sotto l'azione della forza di resistenza all'acqua, è chiamato run-out. La distanza che la nave percorre dal momento in cui il motore viene acceso in avanti fino al momento in cui acquisisce la massima velocità in una data modalità operativa del motore è chiamata percorso di accelerazione. La conoscenza accurata da parte del conducente delle suddette qualità della sua nave garantisce in larga misura la sicurezza delle manovre in spazi ristretti e su strade con condizioni di navigazione anguste. Ricordare! Le barche a motore non hanno freni, quindi spesso richiedono una distanza e un tempo significativamente maggiori per assorbire l'inerzia rispetto, ad esempio, a un'auto.

Dalla posizione relativa del carico sulla nave, il navigatore può sempre trovare il valore più favorevole dell'altezza metacentrica, alla quale la nave sarà sufficientemente stabile e meno soggetta al rollio.

Il momento di sbandamento è il prodotto del peso del carico spostato attraverso la nave da una spalla pari alla distanza di movimento. Se una persona che pesa 75 kg, seduto sulla riva si sposterà attraverso la nave di 0,5 M, quindi il momento di sbandamento sarà pari a 75 * 0,5 = 37,5 kg/m.

Figura 91. Diagramma di stabilità statica

Per modificare il momento che sbanda la nave di 10°, è necessario caricare la nave a pieno dislocamento, completamente simmetrica rispetto al piano diametrale.

Il carico della nave dovrebbe essere controllato da correnti d'aria misurate da entrambi i lati. L'inclinometro è posizionato rigorosamente perpendicolare al piano diametrale in modo che indichi 0°.

Successivamente, è necessario spostare carichi (ad esempio persone) a distanze prestabilite fino a quando l'inclinometro mostra 10 °. Un esperimento per la verifica dovrebbe essere eseguito come segue: sbandare la nave da un lato e poi dall'altro.

Conoscendo i momenti di fissaggio della nave sbandante ai vari angoli (fino al massimo possibile), è possibile costruire un diagramma di stabilità statica (Fig. 91), che valuterà la stabilità della nave.

La stabilità può essere aumentata aumentando la larghezza della nave, abbassando il baricentro e installando bocce di poppa.

Se il baricentro della nave si trova al di sotto del centro di grandezza, la nave è considerata molto stabile, poiché la forza di supporto durante un rollio non cambia in grandezza e direzione, ma il punto della sua applicazione si sposta verso il inclinazione della nave (Fig. 92, a).

Pertanto, durante lo sbandamento, si forma una coppia di forze con un momento di ripristino positivo, che tende a riportare la nave in una normale posizione verticale su una chiglia diritta. È facile vedere che h>0, mentre l'altezza metacentrica è 0. Questo è tipico per yacht con chiglia pesante e atipico per navi più grandi con scafo convenzionale.

Se il centro di gravità si trova sopra il centro di grandezza, sono possibili tre casi di stabilità, di cui il navigatore dovrebbe essere ben consapevole.

Il primo caso di stabilità.

Altezza metacentrica h>0. Se il centro di gravità si trova sopra il centro di grandezza, quindi con la posizione inclinata della nave, la linea di azione della forza di supporto attraversa il piano diametrale sopra il centro di gravità (Fig. 92, b).

Riso. 92. Il caso di una nave stabile

In questo caso si forma anche una coppia di forze con momento di ripristino positivo. Questo è tipico della maggior parte delle navi di forma convenzionale. La stabilità in questo caso dipende dal corpo e dalla posizione del baricentro in altezza.

Durante lo sbandamento, il lato sbandato entra in acqua e crea ulteriore galleggiabilità, tendendo a livellare la nave. Tuttavia, quando una nave rolla con carichi liquidi e alla rinfusa in grado di muoversi nella direzione di rollio, anche il baricentro si sposterà nella direzione di rollio. Se il centro di gravità durante un rollio si sposta oltre il filo a piombo che collega il centro di grandezza con il metacentro, la nave si capovolgerà.

Il secondo caso di sudok instabile con equilibrio indifferente.

Altezza metacentrica h \u003d 0. Se il centro di gravità si trova sopra il centro di grandezza, quindi con un rollio, la linea di azione della forza di supporto passa attraverso il centro di gravità MG \u003d 0 (Fig. 93).

In questo caso il centro di grandezza si trova sempre sulla stessa verticale del baricentro, quindi non c'è coppia di forze di ripristino. Senza l'influenza di forze esterne, la nave non può tornare in posizione diritta.

In questo caso, è particolarmente pericoloso e del tutto inaccettabile trasportare su una nave carichi liquidi e alla rinfusa: al minimo dondolio, la nave si capovolgerà. Questo è tipico per le barche con un telaio rotondo.

Il terzo caso di nave instabile in equilibrio instabile.

Altezza metacentrica 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).

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Stabilità iniziale della nave

1. Concetto generale di stabilità

La stabilità è la capacità di una nave di resistere alle forze che la deviano dalla sua posizione di equilibrio e di tornare alla sua posizione di equilibrio originale dopo la cessazione di queste forze.

Le condizioni di equilibrio della nave non sono sufficienti per galleggiare costantemente in una data posizione rispetto alla superficie dell'acqua. È inoltre necessario che l'equilibrio della nave sia stabile. La proprietà, che in meccanica si chiama stabilità dell'equilibrio, nella teoria della nave si chiama solitamente stabilità. Pertanto, la galleggiabilità fornisce le condizioni per la posizione di equilibrio della nave con un dato atterraggio e stabilità: la conservazione di questa posizione.

La stabilità della nave cambia con l'aumentare dell'angolo di inclinazione e ad un certo valore si perde completamente. Pertanto, sembra opportuno studiare la stabilità della nave a piccole deviazioni (teoricamente infinitesimali) dalla posizione di equilibrio con H = 0, W = 0, e quindi determinare le caratteristiche della sua stabilità, i loro limiti consentiti a grandi inclinazioni.

È consuetudine distinguere tra stabilità di una nave a piccoli angoli di inclinazione (stabilità iniziale) e stabilità a grandi angoli di inclinazione.

Quando si considerano piccole inclinazioni, è possibile formulare una serie di ipotesi che consentono di studiare la stabilità iniziale della nave nell'ambito della teoria lineare e ottenere semplici dipendenze matematiche delle sue caratteristiche. La stabilità della nave a grandi angoli di inclinazione viene studiata utilizzando una raffinata teoria non lineare. Naturalmente, la proprietà di stabilità della nave è unificata e la divisione accettata è puramente metodologica.

Quando si studia la stabilità di una nave, le sue inclinazioni sono considerate in due piani reciprocamente perpendicolari: trasversale e longitudinale. Quando la nave è inclinata nel piano trasversale, determinato dagli angoli di sbandamento, se ne studia la stabilità trasversale; con inclinazioni nel piano longitudinale, determinate dagli angoli dell'assetto, studiarne la stabilità longitudinale.

Se l'inclinazione della nave avviene senza significative accelerazioni angolari (pompaggio di carico liquido, flusso lento di acqua nel compartimento), la stabilità viene chiamata statica.

In alcuni casi, le forze che inclinano la nave agiscono all'improvviso, provocando significative accelerazioni angolari (burrasca di vento, sbalzo d'onda, ecc.). In tali casi, viene considerata la stabilità dinamica.

La stabilità è una proprietà nautica molto importante di una nave; insieme alla galleggiabilità, assicura la navigazione della nave in una determinata posizione rispetto alla superficie dell'acqua, necessaria per garantire la propulsione e la manovra. Una diminuzione della stabilità della nave può causare un rollio e un assetto di emergenza e una completa perdita di stabilità può causarne il capovolgimento.

Al fine di evitare una pericolosa diminuzione della stabilità della nave, tutti i membri dell'equipaggio devono:

Avere sempre un'idea chiara della stabilità della nave;

Conoscere le ragioni che riducono la stabilità;

Conoscere ed essere in grado di applicare tutti i mezzi e le misure per mantenere e ripristinare la stabilità.

2. Pari inclinazioni di volume della nave. Teorema di Eulero

La stabilità di una nave viene studiata sotto le cosiddette inclinazioni di uguale volume, in cui l'entità del volume sottomarino rimane invariata e cambia solo la forma della parte sottomarina della nave.

Introduciamo le principali definizioni relative alle inclinazioni della nave:

L'asse di inclinazione è la linea di intersezione dei piani di due linee d'acqua;

Piano di inclinazione - un piano perpendicolare all'asse di inclinazione, passante per il centro di gravità, corrispondente alla posizione iniziale dell'equilibrio della nave;

L'angolo di inclinazione - l'angolo di rotazione della nave attorno all'asse di inclinazione (l'angolo tra i piani delle linee di galleggiamento), misurato nel piano di inclinazione;

Linee d'acqua di uguale volume - linee d'acqua che tagliano volumi uguali a forma di cuneo quando la nave è inclinata, una delle quali entra in acqua quando la nave è inclinata e l'altra lascia l'acqua.

Riso. 1. Considerazione del teorema di Eulero

Con una linea di galleggiamento iniziale nota, il teorema di Eulero viene utilizzato per costruire una linea di galleggiamento di uguale volume. Secondo questo teorema, con un'inclinazione infinitamente piccola della nave, i piani di linee d'acqua di volume uguale si intersecano lungo una linea retta passante per il loro centro geometrico comune (centro di gravità), oppure l'asse di un'inclinazione di volume uguale infinitamente piccolo passa per il centro geometrico dell'area della linea di galleggiamento originaria.

Il teorema di Eulero può essere applicato anche a piccole inclinazioni finite con l'errore minore, minore è l'angolo di inclinazione.

Si suppone che l'accuratezza sufficiente per pratica sia provvista a inclinazioni E 1012 0 e Sh 23 0 . All'interno di questi angoli si considera la stabilità iniziale della nave.

Come sapete, quando la nave naviga senza rollio e con un assetto vicino allo zero, l'ordinata del centro geometrico dell'area della linea di galleggiamento y f = 0, e l'ascissa x f 0. Pertanto, in questo caso, possiamo assumere che l'asse della piccola inclinazione trasversale di uguale volume si trova nel DP, e l'asse della piccola inclinazione longitudinale di uguale volume è perpendicolare al DP e sfalsato rispetto al quadrato. sezione mediana - telaio a distanza x f (Fig. 1).

Il valore x f è una funzione del pescaggio della nave d. La dipendenza x f (d) è presentata sulle curve degli elementi del disegno teorico.

Quando la nave è inclinata su un piano arbitrario, l'asse di uguali inclinazioni di volume passerà anche attraverso il centro geometrico (centro di gravità) dell'area della linea di galleggiamento.

3. Metacentri e raggi metacentrici

Supponiamo che la nave dalla posizione iniziale senza sbandamento e assetto faccia inclinazioni trasversali o longitudinali di uguale volume. In questo caso il piano delle inclinazioni longitudinali sarà un piano verticale coincidente con il DP, e il piano delle inclinazioni trasversali sarà un piano verticale coincidente con il piano del telaio passante per il CV.

Inclinazioni trasversali

Nella posizione verticale della nave, CV è nel DP (punto C) e anche la linea di azione della forza di galleggiamento rV giace nel DP (Fig. 2). Con l'inclinazione trasversale della nave ad un angolo I, la forma del volume immerso cambia, il CV si sposta nella direzione dell'inclinazione dal punto C al punto C I, e la linea di azione della forza di galleggiamento sarà inclinata al DP ad angolo I.

Il punto di intersezione delle linee di azione della forza di galleggiamento a un'inclinazione trasversale di uguale volume infinitamente piccola della nave è chiamato metacentro trasversale (punto m in Fig. 2). Il raggio di curvatura della traiettoria CV r (l'elevazione del metacentro trasversale sopra il CV) è chiamato raggio metacentrico trasversale.

Nel caso generale, la traiettoria CV è una curva spaziale complessa e ogni angolo di inclinazione corrisponde alla propria posizione del metacentro (Fig. 3). Tuttavia, per piccole inclinazioni di uguale volume, con un'approssimazione nota, possiamo assumere che la traiettoria

Il CV giace nel piano di inclinazione ed è un arco di cerchio centrato nel punto m. Pertanto, possiamo presumere che nel processo di una piccola inclinazione trasversale di uguale volume della nave da una posizione diritta, il metacentro trasversale si trovi nel DP e non cambi la sua posizione (r = const).

Riso. 2. Movimento CV a basse inclinazioni

Riso. 3. Movimento CV ad elevate inclinazioni

Riso. 4. Alla derivazione dell'espressione per il raggio metacentrico trasverso

L'espressione per il raggio metacentrico trasversale r si ottiene dalla condizione che l'asse della piccola inclinazione trasversale di uguale volume del vaso si trovi nel DP e che con tale inclinazione, il volume a forma di cuneo v sia, per così dire, trasferito dal lato che ha lasciato l'acqua al lato che è entrato nell'acqua (Fig. 4).

Secondo il noto teorema della meccanica, quando si sposta un corpo appartenente a un sistema di corpi, il baricentro dell'intero sistema si sposterà nella stessa direzione parallela al movimento del corpo, e questi movimenti sono inversamente proporzionali a rispettivamente le forze di gravità del corpo e del sistema. Questo teorema può essere esteso anche ai volumi dei corpi omogenei. Denota:

C C I - spostamento di CV (centro geometrico del volume V),

b - spostamento del centro geometrico del volume a forma di cuneo v. Quindi, secondo il teorema

da: C C I =

Per l'elemento di lunghezza del vaso dx, supponendo che il volume cuneiforme abbia la forma di un triangolo nel piano del telaio, si ottiene:

o ad angolo basso

Se entro, allora:

dv b = y 3 AND dx.

Integrando si ottiene:

v b = AND y 3 dx, oppure:

dove J x = ydx è il momento di inerzia dell'area della linea di galleggiamento rispetto all'asse centrale longitudinale.

Quindi l'espressione per spostare il CV sarà simile a:

Come si può vedere dalla figura. 5, con una piccola angolazione E

C C I r I

Confrontando le espressioni, troviamo che il raggio metacentrico trasversale:

r=

Applicazione del metacentro trasversale:

z m = z c + r = z c +

Inclinazioni longitudinali

Riso. 6. Alla derivazione dell'espressione per il raggio metacentrico longitudinale

Per analogia con le inclinazioni trasversali, il punto di intersezione delle linee di azione della forza di galleggiamento a un'inclinazione longitudinale infinitamente piccola di uguale volume della nave è chiamato metacentro longitudinale (punto M in Fig. 6). L'elevazione del metacentro longitudinale sopra il CV è chiamata raggio metacentrico longitudinale. Il valore del raggio longitudinale è determinato dall'espressione:

R = ,

dove J yf è il momento di inerzia dell'area della linea di galleggiamento rispetto all'asse centrale trasversale.

Applicazione del metacentro longitudinale:

z m = z c + R = z c +

Poiché l'area della linea di galleggiamento è allungata nella direzione longitudinale, J yf è molto maggiore di J x e, di conseguenza, R è molto maggiore di r. Il valore di R è 1 2 lunghezze della nave.

I raggi metacentrici e le applicate dei metacentri sono, come risulterà chiaro dalla discussione che segue, caratteristiche importanti della stabilità di una nave. I loro valori sono determinati nel calcolo degli elementi del volume immerso e per una nave galleggiante senza sbandamento e assetto, sono rappresentati dalle curve J x (d), J yf (d), r (d), R (d ) nel disegno degli elementi curvi del disegno teorico.

4. La condizione della stabilità iniziale della nave

altezze metacentriche

Troviamo la condizione in cui una nave che galleggia in equilibrio senza sbandamento e assetto avrà stabilità iniziale. Assumiamo che i carichi non si spostino quando la nave è inclinata e il baricentro della nave rimane nel punto corrispondente alla posizione iniziale.

Quando la nave è inclinata, la forza di gravità P e le forze di galleggiamento rV formano una coppia, il cui momento agisce sulla nave in un certo modo. La natura di questo impatto dipende dalla posizione relativa del baricentro e del metacentro.

Riso. 6. Primo caso di stabilità del vaso

Esistono tre casi tipici dello stato della nave per i quali l'impatto su di essa del momento delle forze P e rV è qualitativamente diverso. Considerali sull'esempio delle inclinazioni trasversali.

1o caso (Fig. 6): il metacentro si trova sopra il baricentro, ad es. z m > z g . In questo caso è possibile una diversa posizione del centro di grandezza rispetto al centro di gravità.

I. Nella posizione iniziale, il centro di grandezza (punto C 0) si trova sotto il centro di gravità (punto G) (Fig. 6, a), ma quando inclinato, il centro di grandezza si sposta verso l'inclinazione così tanto che il metacentro (punto m) si trova sopra la gravità della nave centrale. Il momento delle forze P e rV tende a riportare la nave nella sua posizione di equilibrio originaria, e quindi è stabile. Una disposizione simile dei punti m, G e C 0 si trova sulla maggior parte delle navi.

II. Nella posizione iniziale, il centro di grandezza (punto C 0) si trova sopra il centro di gravità (punto G) (Fig. 6, b). Quando la nave è inclinata, il momento risultante delle forze P e rV raddrizza la nave, e quindi è stabile. In questo caso, indipendentemente dall'entità dello spostamento del centro di grandezza quando inclinato, una coppia di forze tende sempre a raddrizzare la nave. Questo perché il punto G si trova sotto il punto C 0 . Una posizione così bassa del baricentro, che fornisce stabilità incondizionata sulle navi, è difficile da implementare in modo costruttivo. Una tale disposizione del baricentro si trova in particolare sugli yacht a vela.

Riso. 7. Secondo e terzo caso di stabilità del vaso

2o caso (Fig. 7, a) - il metacentro si trova sotto il baricentro, ad es. 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.

3o caso (Fig. 7, b) - il metacentro coincide con il CG, cioè z m = z g . In questo caso, quando la nave è inclinata, le forze P e rV continuano ad agire lungo la stessa verticale, il loro momento è uguale a zero - la nave sarà in uno stato di equilibrio nella nuova posizione. In meccanica, questo è un caso di equilibrio indifferente.

Dal punto di vista della teoria della nave, secondo la definizione di stabilità della nave, la nave è stabile nel 1° caso e non stabile nel 2° e 3°.

Quindi, la condizione per la stabilità iniziale del vaso è la posizione del metacentro sopra il baricentro. Un vaso è trasversalmente stabile se

e stabilità longitudinale, se

Diventa quindi chiaro il significato fisico del metacentro. Questo punto è il limite al quale il baricentro può essere innalzato senza privare la nave di una stabilità iniziale positiva.

La distanza tra il metacentro e il baricentro della nave a W = I = 0 è chiamata altezza metacentrica iniziale o semplicemente altezza metacentrica. I piani di inclinazione trasversale e longitudinale del vaso corrispondono rispettivamente alle altezze metacentriche trasversale h e longitudinale H. È ovvio che

h = z m - z g e H = z m - z g , o

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

h = r - b e H = R - b,

dove b \u003d z g - z c è l'elevazione del baricentro sopra il baricentro.

Come puoi vedere, h e H differiscono solo per i raggi metacentrici, perché b è lo stesso valore.

Pertanto, H è molto più grande di h.

b \u003d (1%) R, quindi, in pratica, si ritiene che H \u003d R.

5. Metacentricoformule di stabilità e loro applicazione pratica

Come si pensava, quando la nave è inclinata, agisce una coppia di forze, il cui momento caratterizza il grado di stabilità.

Con piccole inclinazioni di uguale volume della nave nel piano trasversale (Fig. 8) (CV si sposta nel piano di inclinazione), il momento di ripristino trasversale può essere rappresentato dall'espressione

m io \u003d P \u003d gV,

dove il braccio del momento \u003d l Ed è chiamato braccio di stabilità laterale.

Dal triangolo rettangolo mGK lo troviamo

l E \u003d h sinE, quindi:

m I \u003d P h sinI \u003d gV h sinI

Oppure, tenendo conto dei piccoli valori di E e prendendo sinII 0 /57.3, otteniamo la formula metacentrica per la stabilità laterale:

m E \u003d gV h E 0 / 57,3

Considerando per analogia l'inclinazione del vaso nel piano longitudinale (Fig. 8), è facile ricavare la formula metacentrica per la stabilità longitudinale:

M W \u003d P l W \u003d gV H sin W \u003d gV H W 0 / 57,3,

dove M W è il momento di ripristino longitudinale, e l W è la spalla della stabilità longitudinale.

Riso. 8. Inclinazione laterale della nave

In pratica si utilizza il coefficiente di stabilità, che è il prodotto dello spostamento per l'altezza metacentrica.

Coefficiente di stabilità laterale

KI \u003d gV h \u003d P h

Coefficiente di stabilità longitudinale

KW \u003d gV H \u003d P H

Tenendo conto dei coefficienti di stabilità, prenderanno forma le formule metacentriche

m io \u003d K io io 0 / 57,3,

M W \u003d K W W 0 / 57,3

Le formule di stabilità metacentrica, che danno una semplice dipendenza del momento di ripristino dalla forza di gravità e dall'angolo di inclinazione della nave, consentono di risolvere una serie di problemi pratici che sorgono nelle condizioni della nave.

Riso. 9. Inclinazione longitudinale della nave

In particolare, queste formule possono essere utilizzate per determinare l'angolo di rollio o l'angolo di assetto che la nave riceverà dall'impatto di un dato momento di sbandamento o di assetto, con una massa e un'altezza metacentrica note. L'inclinazione della nave sotto l'influenza di m kr (M diff) porta alla comparsa dell'opposto nel segno del momento di ripristino m E (M W) che aumenta di grandezza con l'aumentare dell'angolo di rollio (assetto). Si verificherà un aumento dell'angolo di rollio (trim) finché il momento di ripristino non diventa uguale in grandezza al momento di sbandamento (momento di trim), cioè finché non si verifica la condizione:

m I \u003d m cr e M W \u003d M diff.

Successivamente, la nave navigherà con angoli di rollio (trim):

E 0 \u003d 57,3 m cr / gV h,

W 0 \u003d 57,3 M diff / gV N

Supponendo in queste formule I \u003d 1 0 e W \u003d 1 0, troviamo i valori del momento della nave che sbanda di un grado e il momento che taglia la nave di un grado:

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

M 1 0 \u003d gV H \u003d 0,0175 gV H

In alcuni casi, viene utilizzata anche la grandezza del momento della nave di rifinitura per centimetro m D. A un piccolo valore dell'angolo W, quando tg W W, W = (d n - d k) / L = D f / L.

Tenendo conto di questa espressione, la formula metacentrica per il momento di ripristino longitudinale può essere scritta come:

M W \u003d M diff \u003d gV H D f / L.

Supponendo nella formula D f \u003d 1 cm \u003d 0,01 m, otteniamo:

m D \u003d 0,01 gV H / L.

Con valori noti di m 1 0, M 1 0 e m D, l'angolo di sbandamento, l'angolo di assetto e l'assetto dall'effetto sulla nave di un dato momento di sbandamento o di assetto possono essere determinati da semplici dipendenze:

E 0 = m cr. / m 1 0 ; W 0 \u003d M diff / M 1 0; D f = M diff / 100 m D

Nel ragionamento di cui sopra, si presumeva che la nave nella posizione iniziale (prima dell'impatto di m cr o M dif) navigasse diritta e su una chiglia uniforme. Se, nella posizione iniziale della nave, il rollio e l'assetto differivano da zero, allora i valori trovati di I 0 , W 0 e D f dovrebbero essere considerati aggiuntivi (dI 0 , dS 0 , dD f).

Con l'aiuto delle formule di stabilità metacentrica, è anche possibile determinare quale momento di sbandamento o di assetto necessario deve essere applicato alla nave per creare un dato angolo di sbandamento o angolo di assetto (allo scopo di sigillare un foro nel rivestimento laterale, verniciare o ispezionare le eliche). Per una nave che galleggia nella sua posizione originale senza sbandamento e assetto:

m cr \u003d gV h E 0 / 57,3 \u003d m 1 0 E 0;

M diff \u003d gV H W 0 / 57,3 \u003d M 1 0 W 0

o M diff = 100 D f m D

In pratica, le formule di stabilità metacentrica possono essere utilizzate a piccoli angoli di inclinazione (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 . Stabilità della forma e stabilità del carico

La considerazione di questo problema ci consente di stabilire la natura della stabilità, di scoprire le cause fisiche del verificarsi di un momento di ripristino quando la nave è inclinata. In accordo con le formule di stabilità metacentrica (gli angoli I e W sono espressi in radianti):

m I \u003d gV h I \u003d gV (r - b) I \u003d gV r I - gV b I;

M W = rV N W = rV (R - b) W = rV R W - rV b W

Pertanto, i momenti di ripristino m I, M W e le spalle di stabilità statica l I, l W sono la somma algebrica delle loro componenti:

m io \u003d m f + m n; M W \u003d M f + M n;

l io \u003d l f io + l n io; l W \u003d l f W + l n W,

dove sono i momenti

m f \u003d gV r io;

M f \u003d gV RW,

chiamato i momenti di stabilità della forma, i momenti

m n \u003d - gV b io;

M n \u003d - gV b W,

momenti di stabilità del carico e delle spalle

l f io \u003d m f / gV;

l f W \u003d M f / gV,

spalle trasversali e longitudinali di stabilità di forma, spalle

l n io \u003d - m n / gV;

l n W \u003d - M n / gV,

spalle trasversali e longitudinali di stabilità del carico.

b \u003d z g - z c,

dove J x e J yf sono il momento di inerzia dell'area della linea di galleggiamento rispetto agli assi centrali trasversale e longitudinale, rispettivamente, quindi i momenti di forma e di carico possono essere rappresentati come:

m f \u003d g J x io,

M f \u003d g J yf W;

m n \u003d - gV (z g - z c) E,

M n \u003d - gV (z g - z c) W

Per sua natura fisica, il momento di stabilità della forma agisce sempre nella direzione opposta all'inclinazione del vaso, e quindi garantisce sempre la stabilità. Viene calcolato in termini di momento di inerzia dell'area della linea di galleggiamento rispetto all'asse di inclinazione. È la stabilità della forma che predetermina una stabilità longitudinale significativamente maggiore rispetto a quella trasversale. J yf » J x .

Il momento di stabilità del carico dovuto alla posizione del CG sopra il CV b = (z g - z c) > 0, riduce sempre la stabilità del vaso e, in sostanza, è dato solo dalla stabilità della forma.

Si può presumere che in assenza di una linea di galleggiamento, ad esempio in un sottomarino in posizione sommersa, non vi sia momento di forma (J x = 0). In posizione sommersa, il sottomarino, a causa dello zavorramento di appositi serbatoi, ha una posizione CG al di sotto del CG, di conseguenza la sua stabilità è assicurata dalla stabilità del carico.

7 . Definizione delle misure di stabilità inizialenave

Far atterrare una nave dritta e su una chiglia uniforme

Nei casi in cui la nave stia navigando con angoli di sbandamento e di assetto non significativi, le misure iniziali di stabilità possono essere determinate utilizzando diagrammi metacentrici.

Per una data massa del vaso, la determinazione delle misure iniziali di stabilità si riduce alla determinazione dei metacentri applicati (o raggi metacentrici e CV applicati) e del CG applicato.

Riso. 10. Diagramma metacentrico

CV z c applicati e raggi metacentrici r, R sono caratteristiche del volume sommerso della nave e dipendono dal pescaggio. Queste dipendenze sono presentate sul diagramma metacentrico, che fa parte degli elementi curvilinei del disegno teorico. Secondo il diagramma metacentrico (Fig. 10), è possibile non solo determinare z c ed r, ma con una nota CG applicata, trovare l'altezza metacentrica trasversale del vaso.

Sulla fig. 10 mostra la sequenza di calcolo dell'altezza metacentrica trasversale della nave quando riceve il carico. Conoscendo la massa del carico ricevuto m e l'applicata del suo baricentro z, è possibile determinare la nuova applicata del CG della nave z g 1 mediante la formula:

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

dove z g è l'applicata del baricentro della nave prima di ricevere il carico.

Assetto dell'atterraggio della barca

Quando si naviga su una nave con un assetto, le sezioni più piene dello scafo entrano in acqua, il che porta ad un aumento dell'area della linea di galleggiamento (stabilità della forma) e, di conseguenza, dell'altezza metacentrica trasversale. Nei pescherecci i contorni di poppa sono più pieni di quelli di prua, pertanto, quando si regola a poppa, ci si dovrebbe aspettare un aumento, e quando si regola a prua, ci si dovrebbe aspettare una diminuzione della stabilità trasversale della nave.

Riso. 11. Diagramma Firsov - Gundobin

Per calcolare l'altezza metacentrica trasversale della nave, tenendo conto dell'assetto, vengono utilizzati i diagrammi di Firsov-Gundobin, la stabilità iniziale di KTIRPiKh e le curve di interpolazione.

Il diagramma di Firsov-Gundobin (Fig. 11) differisce dal diagramma di Firsov in quanto contiene le curve z m e z c , i cui valori sono determinati dalle correnti d'aria note della nave avanti e indietro.

Il diagramma della stabilità iniziale di KTIRPiKh (Fig. 12) consente di determinare l'applicata del metacentro della nave z m dalla massa nota D e l'ascissa del suo centro di gravità x g .

Secondo il diagramma delle curve di interpolazione (Fig. 13), con pescaggi noti della nave avanti e indietro, è possibile trovare il raggio metacentrico trasversale r e l'applicata del centro di grandezza della nave z c .

I diagrammi riportati in fig. 11-13, consentono di trovare z m per qualsiasi sbarco della nave, anche su una chiglia uniforme. Pertanto, consentono di analizzare l'effetto dell'assetto sulla stabilità trasversale iniziale della nave.

Riso. 12. Diagramma della stabilità iniziale del peschereccio di tipo Karelia

carico del metacentro della nave di stabilità

Riso. 13. Diagramma per determinare z c e r

8 . Effetto del movimento del carico sull'atterraggio estabilità del vaso

Per determinare l'atterraggio e la stabilità della nave durante il movimento arbitrario delle merci, è necessario considerare separatamente il movimento verticale, orizzontale trasversale e orizzontale longitudinale.

Va ricordato che in un primo momento è necessario eseguire calcoli relativi alla variazione di stabilità (movimento verticale, sollevamento del carico)

verticalemovimento del carico

Dal punto 1 al punto 2 non si crea un momento capace di far inclinare la nave, e quindi il suo atterraggio non cambia (a meno che la stabilità della nave non rimanga positiva). Un tale movimento porta solo a un cambiamento di altezza del baricentro della nave. Si può concludere che questo spostamento porta ad un cambiamento nella stabilità del carico con la stabilità della forma invariata. Lo spostamento del centro di gravità è determinato dal noto teorema della meccanica teorica:

dz g \u003d (z 2 - z 1),

dove m è la massa del carico trasportato,

D è la massa della nave,

z 1 e z 2 - applicazioni del carico CG prima e dopo il movimento.

L'incremento delle altezze metacentriche sarà:

dh \u003d dN \u003d - dz g \u003d - (z 2 - z 1)

La nave dopo aver spostato il carico avrà un'altezza metacentrica trasversale:

Il movimento verticale del carico non comporta una variazione significativa dell'altezza metacentrica longitudinale, a causa della piccolezza di dH rispetto al valore di H.

Riso. 14. Movimento verticale del carico

Riso. 15. Movimento orizzontale trasversale del carico

carichi sospesi

Appaiono sulla nave come risultato del sollevamento del carico dalla stiva al ponte, della ricezione del pescato, del trasporto delle reti con l'aiuto delle frecce del carico, ecc. Un carico sospeso (Fig. 16) ha un effetto simile sulla stabilità di una nave come uno spostato verticalmente, solo il cambiamento di stabilità avviene istantaneamente al momento della sua separazione dal supporto. Quando si solleva il carico, quando la tensione nel pendente diventa uguale al peso del carico, il baricentro del carico si sposta dal punto 1 al punto di sospensione (punto 2) e l'ulteriore sollevamento non influirà sulla stabilità del carico nave. La variazione dell'altezza metacentrica può essere stimata utilizzando la formula

dove l \u003d (z 2 - z 1) è la lunghezza iniziale della sospensione del carico.

Sulle navi di piccole dimensioni, in condizioni di ridotta stabilità, il sollevamento di un carico con i boma delle navi può rappresentare un rischio non indifferente.

Movimento orizzontale trasversale del carico

Il movimento orizzontale trasversale di un carico con una massa m (Fig. 17) porta a un cambiamento nel rollio della nave a seguito del momento risultante m kr con una spalla (y 2 - y 1) cosI.

m cr \u003d m (y 2 - y 1) cosИ \u003d m l y cosИ,

dove y 1 e y 2 sono le ordinate della posizione del carico CG prima e dopo il movimento.

Considerando l'uguaglianza dello sbandamento m cr e dei momenti di ripristino m E, utilizzando la formula della stabilità metacentrica, si ottiene:

Дh sinИ = m l y cosИ, donde

tgI \u003d m l y / Dh.

Considerando che gli angoli di rollio sono piccoli, possiamo assumere che tgÈ = È È = È 0 /57.3, e la formula assumerà la forma

E 0 = 57,3 m l y /Dh.

Se prima di spostare il carico la nave aveva un rollio, allora in questa formula l'angolo dovrebbe essere considerato come un incremento dI 0

Riso. 17.

Movimento orizzontale longitudinale del carico

Il movimento longitudinale orizzontale del carico (Fig. 18) porta ad una variazione dell'assetto del vaso e dell'altezza metacentrica trasversale. Per analogia con il caso precedente, con M W = M diff si ottiene:

tg W \u003d m l x / DN, o

W 0 \u003d 57,3 ml x / DN.

In pratica, le inclinazioni longitudinali sono più spesso stimate dalla quantità di trim

D f \u003d W 0 L / 57,3, quindi

D f \u003d m l x L / DN,

dove L è la lunghezza della nave.

Utilizzando il momento che differenzia la nave di 1 cm (incluso nella scala di carico e KETC)

m D \u003d 0,01 gV N / L (kN m / cm);

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

da H R otteniamo

D f \u003d m l x / m D (cm).

Variazione del tiraggio durante il movimento longitudinale del carico:

dd n \u003d (0,5L - x f) Df / L,

dd k \u003d - (0,5L + x f) Df / L.

Quindi il nuovo pescaggio della nave sarà:

d n \u003d d + dd n \u003d d + (0,5L - x f) Df / L,

d k \u003d d + dd k \u003d d - (0,5L + x f) Df / L;

dove x f è l'ascissa dell'asse del passo.

L'effetto dell'assetto sull'altezza metacentrica della nave è discusso in dettaglio in 7.2.

9 . Influenza di ricevere un piccolo carico sull'atterraggio e sulla stabilità della nave

La modifica dell'approdo della nave durante la ricezione del carico è stata considerata in 4.4. Determiniamo la variazione dell'altezza metacentrica trasversale dh quando si riceve un piccolo carico di massa m (Fig. 19), il cui centro di gravità si trova sulla stessa verticale con il baricentro dell'area della linea di galleggiamento nel punto con l'applicata z.z.

Come risultato dell'aumento del pescaggio, il dislocamento volumetrico della nave aumenterà di dV = m / se apparirà un'ulteriore forza di galleggiamento r dV, applicata nel baricentro dello strato tra le linee di galleggiamento WL e W 1 L 1 .

Riso. 19. Accettazione a bordo di un piccolo carico

Considerando la nave diritta, l'applicata del baricentro del volume di galleggiamento aggiuntivo sarà pari a d + dd /2, dove l'incremento di pescaggio è determinato dalle formule note dd = m / cS o dd = m / q cm.

Quando la nave è inclinata di un angolo I, la forza peso del carico p e la forza di galleggiamento uguale ad essa g dV costituiscono una coppia di forze con una spalla (d + dd / 2 -z) sinI. Il momento di questa coppia dm E \u003d p (d + dd / 2 - z) sin E aumenta il momento di ripristino iniziale della nave m E \u003d gV h sin E, quindi, il momento di ripristino dopo aver ricevuto il carico diventa uguale a

m E 1 = m E + dm E, o

(gV + g dV) (h + dh) sin I \u003d gV h sin I + g dV (d + dd / 2 - z) sin I,

passando ai valori di massa, otteniamo

(D + m) (h + dh) sin I \u003d D h sin I + m (d + dd / 2 - z) sin I.

Dall'equazione troviamo l'incremento dell'altezza metacentrica dh:

Per il caso generale di ricevere o rimuovere un piccolo carico, la formula assume la forma:

dove + (-) viene sostituito quando si riceve (rimuove) il carico.

Si può vedere dalla formula che

dh< 0 при z >(gg gg /2 - h) e

dh > 0 a z< (d дd /2 - h), а

dh = 0 in z = (d dd /2 - h).

L'equazione z \u003d (d dd / 2 - h) è l'equazione del piano neutro (limitante).

Il piano neutro è il piano sul quale l'accettazione di un carico non modifica la stabilità della nave. La ricezione del carico al di sopra del piano neutro riduce la stabilità della nave, al di sotto del piano neutro la aumenta.

10 . Influenza del carico liquido sulla stabilità della nave

La nave ha una quantità significativa di carico liquido sotto forma di riserve di carburante, acqua e petrolio. Se un carico liquido riempie l'intero serbatoio, il suo effetto sulla stabilità della nave è simile a quello di un equivalente carico solido di massa

m f = c f v f.

Sulla nave ci sono quasi sempre serbatoi non completamente riempiti, ad es. il liquido ha una superficie libera in essi. Le superfici sciolte su una nave possono anche essere create a seguito di incendi e danni allo scafo. Le superfici libere hanno un forte effetto negativo sia sulla stabilità iniziale che sulla stabilità della nave ad elevate inclinazioni. Quando la nave è inclinata, il carico liquido che ha una superficie libera scorre nella direzione dell'inclinazione, creando così un momento aggiuntivo che fa rotolare la nave. Il momento apparso può essere considerato come una correzione negativa al momento di ripristino della nave.

Riso. 20. Influenza sulla stabilità iniziale della superficie libera di un carico liquido

Effetto superficie libera

L'influenza della superficie libera (Fig. 20) sarà considerata quando la nave sta atterrando in linea retta e su una chiglia uniforme. Supponiamo che in uno dei serbatoi della nave ci sia un carico liquido con un volume v l, avente una superficie libera. Quando la nave è inclinata di un piccolo angolo E, anche la superficie libera del liquido si inclinerà e il centro di gravità del liquido q si sposterà in una nuova posizione q 1 . A causa della piccolezza dell'angolo E, possiamo supporre che questo movimento avvenga lungo un arco di circonferenza di raggio r 0 centrato nel punto m 0 , in cui le linee di azione del peso fluido si intersecano prima e dopo l'inclinazione della nave . Per analogia con il raggio metacentrico

r 0 \u003d io x / v w,

dove io x - proprio momento di inerzia della superficie libera del liquido rispetto all'asse longitudinale (parallelo all'asse delle coordinate OX). È facile vedere che il caso in esame ha lo stesso effetto sulla stabilità del caso sospeso, dove l = r 0 e m = ñ zh v zh.

Riso. 21. Curve del coefficiente adimensionale k

Utilizzando la formula per un carico sospeso, otteniamo la formula per l'effetto sulla stabilità del pelo libero del liquido:

Come si può vedere dalla formula, è ix che influenza la stabilità.

Il momento di inerzia della superficie libera è calcolato dalla formula

dove l e b sono la lunghezza e la larghezza della superficie e k è un coefficiente adimensionale che tiene conto della forma della superficie libera.

In questa formula occorre prestare attenzione all'ultimo fattore - b 3, che la larghezza della superficie, in misura maggiore della lunghezza, influisce su i x e quindi dh. Pertanto, è necessario prestare particolare attenzione alle superfici libere in ampi compartimenti.

Determiniamo quanto diminuirà la perdita di stabilità in un serbatoio rettangolare dopo aver installato n paratie longitudinali a uguale distanza l'una dall'altra

i x n \u003d (n +1) k l 3 \u003d k l b 3 / (n +1) 2.

Il rapporto tra le correzioni e l'altezza metacentrica prima dell'installazione e dopo l'installazione delle paratie sarà

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

Come si può vedere dalle formule, l'installazione di una paratia riduce l'influenza della superficie libera sulla stabilità di 4 volte, due - di 9 volte, ecc.

Il coefficiente k può essere determinato dalla curva di fig. 21, in cui la curva superiore corrisponde ad un trapezio asimmetrico, quella inferiore ad uno simmetrico. Per calcoli pratici, il coefficiente k, indipendentemente dalla forma della superficie, è consigliabile assumere come per superfici rettangolari k = 1/12.

In condizioni di nave, l'influenza dei carichi liquidi viene presa in considerazione utilizzando le tabelle fornite nelle "Informazioni sulla stabilità della nave".

Tabella 1

Correzione per l'influenza delle superfici libere dei carichi liquidi sulla stabilità della nave tipo BMTR "Mayakovsky"

Correzione, m, dh	Dislocamento della nave, m

Le tabelle danno correzioni all'altezza metacentrica della nave dh per un insieme di serbatoi, che, a seconda delle condizioni operative, possono essere parzialmente riempiti (Tabella 1) al coefficiente di stabilità trasversale dm h = dh = c w i x per ciascun serbatoio separatamente ( Tavolo 2). I serbatoi con correzioni all'altezza metacentrica inferiori a 1 cm non vengono presi in considerazione nei calcoli.

A seconda del tipo di correzioni, l'altezza metacentrica della nave, tenendo conto dell'effetto dei carichi liquidi in serbatoi parzialmente pieni, si trova con le formule

h \u003d z m - z g - dh;

h = z m - z g - rem h /

Come si può vedere, le superfici libere, per così dire, aumentano il baricentro della nave o riducono il suo metacentro trasversale di

dz g = dz m = dh = dm h /

La manifestazione della superficie libera del carico liquido influisce anche sulla stabilità longitudinale della nave. La correzione all'altezza metacentrica longitudinale sarà determinata dalla formula

dN \u003d - con i i y /,

dove i y è il momento di inerzia intrinseco del pelo libero del liquido rispetto all'asse trasversale (parallelo all'asse delle coordinate dell'OS). Tuttavia, a causa del valore significativo dell'altezza metacentrica longitudinale H, la correzione dH viene solitamente trascurata.

Il cambiamento di stabilità considerato dalla superficie libera del liquido si verifica in presenza del suo volume dal 5 al 95% del volume del serbatoio. In tali casi, si dice che la superficie libera provochi un'effettiva perdita di stabilità.

Tavolo 2

Correzione per l'influenza delle superfici libere dei carichi liquidi sulla stabilità della nave m/n "Alexander Safontsev"

Nome		Ascissa CG, m	Applique CG, m	Momento mx, tm	Momento mz, tm	Correzioni per superfici libere, tm
Serbatoio DT n. 3
Serbatoio DT n. 4
Serbatoio DT n. 5
Serbatoio DT n. 6
Autocisterna DT n. 35

Riso. 22. Caso di invalida perdita di stabilità

Se nel serbatoio è presente solo uno strato molto sottile di liquido o il serbatoio è riempito quasi fino in cima, la larghezza della superficie libera inizia a diminuire bruscamente quando il recipiente viene inclinato (Fig. 22). Di conseguenza anche il momento d'inerzia della superficie libera subirà una forte diminuzione e, di conseguenza, la correzione dell'altezza metacentrica. Quelli. c'è una perdita di stabilità inefficace, che praticamente può essere ignorata.

Per ridurre l'impatto negativo sulla stabilità della nave di carichi liquidi traboccanti su di essa, sono previste le seguenti misure progettuali e organizzative:

Installazione di paratie longitudinali o trasversali nei serbatoi, che consente di ridurre drasticamente i propri momenti di inerzia i x e i y;

Installazione in serbatoi di diaframmi di paratie longitudinali o trasversali con piccoli fori nella parte inferiore e superiore. Con una forte inclinazione della nave (ad esempio durante il rotolamento), il diaframma funge da paratia, poiché il liquido scorre piuttosto lentamente attraverso i fori. Dal punto di vista strutturale, i diaframmi sono più convenienti delle paratie impenetrabili, poiché quando queste ultime vengono installate, i sistemi di riempimento, svuotamento e ventilazione dei serbatoi diventano molto più complicati. Tuttavia, con lunghe inclinazioni del vaso, i diaframmi, essendo permeabili, non possono ridurre l'effetto del liquido traboccante sulla stabilità;

Quando si riceve il carico liquido, assicurare il riempimento completo dei serbatoi senza la formazione di superfici liquide libere;

Quando si utilizza carico liquido, assicurare il completo drenaggio dei serbatoi; le "scorte morte" di carichi liquidi dovrebbero essere minime;

Garantire l'asciutto delle stive nei compartimenti della nave, dove può accumularsi liquido con un'ampia superficie libera;

Seguire rigorosamente le istruzioni per la ricezione e la spesa di merci liquide a bordo.

Il mancato rispetto delle misure organizzative elencate da parte dell'equipaggio della nave può comportare una perdita significativa della stabilità della nave e provocare un incidente.

11 . Definizione esperta di metacentricoaltezza e posizione del baricentro della nave

Quando si progetta una nave, la sua stabilità iniziale viene calcolata per i casi di carico tipici. La stabilità effettiva della nave costruita differisce da quella calcolata a causa di errori di calcolo e deviazioni dal progetto realizzato durante la costruzione. Pertanto, sulle navi viene effettuata una determinazione sperimentale della stabilità iniziale - inclinazione, con successivo calcolo della posizione del baricentro della nave.

Il rotolamento dovrebbe essere soggetto a:

Navi di costruzione seriale (la prima e poi ogni quinta nave della serie);

Ogni nuova nave di costruzione non seriale;

Ogni nave dopo la ristrutturazione;

navi dopo importanti riparazioni, riattrezzature o ammodernamenti con una variazione del dislocamento superiore al 2%;

Navi dopo la posa di zavorra solida permanente, se la modifica del baricentro non può essere determinata con sufficiente precisione mediante calcolo;

Recipienti la cui stabilità è sconosciuta o da verificare.

L'inclinamento deve essere effettuato alla presenza del Perito del Registro secondo l'apposita “Istruzione per l'inclinamento del Registro navi”.

L'essenza del rotolamento è la seguente. Il rollio viene eseguito sulla base dell'uguaglianza m kr = m And, che determina la posizione di equilibrio della nave con un rollio And 0 . Il momento di sbandamento viene creato spostando i carichi (zavorra di sbandamento) lungo la larghezza della nave a una distanza l y ; entro i limiti delle basse inclinazioni della nave:

m cr = m l y .

Quindi dall'uguaglianza m l y = cV h AND 0 /57.3

trova che h = 57.3 m l y /cVI 0 .

L'elevazione del baricentro della nave sopra il piano principale z g e l'ascissa del baricentro x g sono determinate dalle espressioni:

z g = z c + r - h; e x g = x c .

I valori z c , r e x c ​​nel caso di assenza o esiguità del trim vengono determinati utilizzando gli elementi curvi del disegno teorico in funzione del valore dello spostamento V. In presenza di un trim queste grandezze devono essere determinato da un calcolo speciale. Il dislocamento V si trova sulla scala Bonjean basata sulla misurazione del pescaggio della nave da parte della prua e della poppa secondo i segni dell'approfondimento. La densità dell'acqua di mare viene determinata utilizzando un idrometro.

Viene impostata la massa della zavorra di rollio m e del braccio di trasferimento l y, viene misurato il valore dell'angolo di rollio AND 0.

Prima di inclinarsi, il carico della nave dovrebbe essere il più vicino possibile al suo dislocamento a vuoto (98 104%). L'altezza metacentrica della nave deve essere di almeno 0,2 M. Per raggiungere questo obiettivo, è consentita la zavorra.

Forniture e pezzi di ricambio devono essere nei loro luoghi regolari, il carico deve essere assicurato e i serbatoi di acqua, carburante e olio devono essere svuotati. I serbatoi di zavorra, se pieni, devono essere pressati.

La zavorra inclinata viene posata sul ponte aperto della nave su entrambi i lati su apposite rastrelliere in più file rispetto al DP. La massa della zavorra inclinata trasportata attraverso la nave dovrebbe fornire un angolo di sbandamento di circa 3°.

Per misurare gli angoli di rollio vengono predisposte apposite scale (lunghe almeno 3 metri) o inclinografi. L'uso di inclinometri per navi per misurare gli angoli è inaccettabile, poiché danno un errore significativo.

L'inclinazione viene effettuata con tempo calmo con sbandamento della nave non superiore a 0,5 0 . La profondità della zona d'acqua dovrebbe escludere il contatto con il suolo o il ritrovamento di parte dello scafo in un terreno fangoso. La nave deve essere in grado di sbandare liberamente, per cui è necessario provvedere all'allentamento delle cime di ormeggio ed evitare che la nave tocchi la murata o lo scafo di un'altra nave.

L'esperienza consiste in trasferimenti roll-ballast eseguiti a comando da lato a lato e misurazioni dell'angolo di rollio prima e dopo il trasferimento.

La determinazione della stabilità iniziale in base al periodo di rollio si basa sulla nota formula del "capitano":

dove f I - il periodo delle proprie oscillazioni a bordo della nave;

C E - coefficiente inerziale;

B è la larghezza della nave.

Si raccomanda di determinare il periodo di rollio della nave ad ogni prova di inclinazione e per le navi con un dislocamento inferiore a 300 tonnellate, la sua determinazione è obbligatoria. Il mezzo per determinare fI è un inclinografo o cronometri (almeno tre osservatori).

L'oscillazione della nave viene effettuata da salti coordinati dell'equipaggio da un lato all'altro nel tempo con le oscillazioni della nave fino a quando l'inclinazione della nave è 5 8 0 . La formula del capitano consente di determinare approssimativamente l'altezza metacentrica quando la nave è in onda per qualsiasi stato di carico della nave. Allo stesso tempo, va ricordato che per la stessa nave il valore del coefficiente inerziale C I non è lo stesso, dipende dal suo carico e dal posizionamento del carico. Di norma, il coefficiente d'inerzia di una nave vuota è maggiore di quello di una carica.

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La stabilità (stabilità) è una delle navigabilità più importanti della nave, che è associata a questioni estremamente importanti relative alla sicurezza della navigazione. La perdita di stabilità significa quasi sempre la morte della nave e molto spesso dell'equipaggio. A differenza del cambiamento di altre qualità nautiche, la diminuzione della stabilità non si manifesta in modo visibile e l'equipaggio della nave, di norma, è all'oscuro del pericolo imminente fino agli ultimi secondi prima del capovolgimento. Pertanto, lo studio di questa sezione della teoria della nave deve ricevere la massima attenzione.

Affinché la nave galleggi in una data posizione di equilibrio rispetto alla superficie dell'acqua, non solo deve soddisfare le condizioni di equilibrio, ma deve anche essere in grado di resistere a forze esterne che cercano di portarla fuori dalla posizione di equilibrio, e dopo la cessazione di queste forze, ritornano alla sua posizione originale. Pertanto, l'equilibrio della nave deve essere stabile o, in altre parole, la nave deve avere una stabilità positiva.

Pertanto, la stabilità è la capacità di una nave, portata fuori equilibrio da forze esterne, di tornare alla sua posizione di equilibrio originale dopo la cessazione di queste forze.

La stabilità della nave è associata al suo equilibrio, che funge da caratteristica di quest'ultima. Se l'equilibrio della nave è stabile, allora la nave ha una stabilità positiva; se il suo equilibrio è indifferente, allora la nave ha stabilità zero e, infine, se l'equilibrio della nave è instabile, allora ha stabilità negativa.

Cisterna Kapitan Shiryaev
Fonte: fleetphoto.ru

Questo capitolo prenderà in considerazione le inclinazioni trasversali della nave nel piano del telaio centrale.

La stabilità durante le inclinazioni trasversali, cioè quando si verifica un rollio, è chiamata trasversale. A seconda dell'angolo di inclinazione della nave, la stabilità trasversale è suddivisa in stabilità a piccoli angoli di inclinazione (fino a 10-15 gradi), o la cosiddetta stabilità iniziale, e stabilità a grandi angoli di inclinazione.

Le inclinazioni della nave avvengono sotto l'azione di una coppia di forze; il momento di questa coppia di forze, che fa ruotare la nave attorno all'asse longitudinale, sarà chiamato sbandamento Mcr.

Se Mcr, applicato alla nave, aumenta gradualmente da zero a un valore finale e non provoca accelerazioni angolari e, di conseguenza, forze di inerzia, allora la stabilità con tale inclinazione è detta statica.

Il momento di sbandamento che agisce sulla nave porta istantaneamente al verificarsi di accelerazione angolare e forze inerziali. La stabilità che si manifesta con tale inclinazione si chiama dinamica.

La stabilità statica è caratterizzata dal verificarsi di un momento di ripristino, che tende a riportare la nave nella posizione di equilibrio originaria. La stabilità dinamica è caratterizzata dal lavoro di questo momento dall'inizio alla fine della sua azione.

Si consideri l'inclinazione trasversale di uguale volume della nave. Supponiamo che nella posizione iniziale la nave abbia un atterraggio diretto. In questo caso, la forza di supporto D' agisce nel DP e viene applicata nel punto C - il centro della dimensione della nave (Centro di galleggiamento-B).

Riso. 1

Supponiamo che la nave sotto l'azione del momento di sbandamento abbia ricevuto un'inclinazione trasversale con un piccolo angolo θ. Quindi il centro di grandezza si sposterà dal punto C al punto C 1 e la forza di supporto, perpendicolare alla nuova linea di galleggiamento effettiva B 1 L 1, sarà diretta ad un angolo θ rispetto al piano diametrale. Le linee di azione della direzione originale e nuova della forza di supporto si intersecheranno nel punto m. Questo punto di intersezione della linea di azione della forza di supporto a un'inclinazione di uguale volume infinitamente piccola di una nave galleggiante è chiamato metacentro trasversale (metacentro).

Puoi dare un'altra definizione del metacentro: il centro di curvatura della curva di spostamento del centro di grandezza nel piano trasversale è chiamato metacentro trasversale.

Il raggio di curvatura della curva di spostamento del centro di grandezza nel piano trasversale è detto raggio metacentrico trasverso (o piccolo raggio metacentrico) (Raggio del metacentro). È determinato dalla distanza dal metacentro trasversale m al centro di magnitudine C ed è indicato dalla lettera r.

Il raggio metacentrico trasversale può essere calcolato utilizzando la formula:

cioè, il raggio metacentrico trasversale è uguale al momento di inerzia Ix dell'area della linea di galleggiamento rispetto all'asse longitudinale passante per il baricentro di questa area, diviso per lo spostamento di volume V corrispondente a questa linea di galleggiamento.

Condizioni di stabilità

Supponiamo che la nave, che si trova in una posizione diretta di equilibrio e galleggi lungo la linea di galleggiamento della linea aerea, per effetto dell'azione del momento sbandante esterno Mkr, si sia inclinata in modo tale che la linea di galleggiamento iniziale della linea aerea con la nuova linea di galleggiamento effettiva B 1 L 1 forma un piccolo angolo θ. A causa del cambiamento di forma della parte dello scafo immersa nell'acqua, cambierà anche la distribuzione delle forze di pressione idrostatica che agiscono su questa parte dello scafo. Il centro di grandezza della nave si sposterà nella direzione del rollio e si sposterà dal punto C al punto C 1 .

La forza di appoggio D', rimanendo invariata, sarà diretta verticalmente verso l'alto perpendicolarmente alla nuova effettiva linea di galleggiamento, e la sua linea di azione attraverserà il DP nel metacentro trasverso originario m.

La posizione del baricentro della nave rimane invariata e la forza peso P sarà perpendicolare alla nuova linea di galleggiamento B 1 L 1 . Così le forze P e D', parallele tra loro, non giacciono sulla stessa verticale e, quindi, formano una coppia di forze con uno spallamento GK, dove il punto K è la base della perpendicolare calata dal punto G alla direzione di azione della forza di sostegno.

La coppia di forze formata dal peso della nave e dalla forza di appoggio, che tende a riportare la nave nella sua posizione di equilibrio originaria, è chiamata coppia di ripristino, e il momento di questa coppia è chiamato momento di ripristino Мθ.

La questione della stabilità di una nave sbandata è decisa dalla direzione dell'azione del momento di ripristino. Se il momento di ripristino tende a riportare la nave nella sua posizione di equilibrio originale, allora il momento di ripristino è positivo, anche la stabilità della nave è positiva: la nave è stabile. Sulla fig. 2 mostra la posizione delle forze che agiscono sulla nave, che corrisponde a un momento di ripristino positivo. È facile verificare che tale momento si verifica se il baricentro si trova al di sotto del metacentro.

Riso. 2 Riso. 3

Sulla fig. 3 mostra il caso opposto, quando il momento di ripristino è negativo (il baricentro si trova sopra il metacentro). Tende a deviare ancora di più la nave dalla posizione di equilibrio, poiché la direzione della sua azione coincide con la direzione dell'azione del momento di sbandamento esterno Mkr. In questo caso, la nave non è stabile.

Teoricamente, si può presumere che il momento di ripristino quando la nave è inclinata sia zero, cioè la forza peso della nave e la forza di supporto si trovano sulla stessa verticale, come mostrato in fig. 4.

Riso. 4

L'assenza di un momento di ripristino porta al fatto che dopo la fine del momento di sbandamento, la nave rimane in una posizione inclinata, cioè la nave è in equilibrio indifferente.

Pertanto, secondo la posizione reciproca del metacentro trasversale m e C.T. G può essere giudicato sul segno del momento di ripristino o, in altre parole, sulla stabilità della nave. Quindi, se il metacentro trasversale è sopra il centro di gravità (Fig. 2), allora la nave è stabile.

Se il metacentro trasversale si trova al di sotto del centro di gravità o coincide con esso (Fig. 3, 4), la nave non è stabile.

Da qui nasce il concetto di altezza metacentrica (altezza metacentrica): l'altezza metacentrica trasversale è l'elevazione del metacentro trasversale sopra il baricentro del vaso nella posizione iniziale di equilibrio.

L'altezza metacentrica trasversale (Fig. 2) è determinata dalla distanza dal centro di gravità (punto G) al metacentro trasversale (punto m), cioè il segmento mG. Questo segmento è un valore costante, perché e C.T. , e il metacentro trasversale non cambiano la loro posizione a basse inclinazioni. A questo proposito, è conveniente assumerlo come criterio per la stabilità iniziale della nave.

Se il metacentro trasversale è al di sopra del baricentro della nave, l'altezza metacentrica trasversale è considerata positiva. Allora la condizione di stabilità della nave può essere data nella seguente formulazione: la nave è stabile se la sua altezza metacentrica trasversale è positiva. Una tale definizione è conveniente in quanto consente di giudicare la stabilità della nave senza considerare la sua inclinazione, cioè con un angolo di sbandamento uguale a zero, quando non c'è alcun momento di ripristino. Per stabilire quali dati devono essere disponibili per ottenere il valore dell'altezza metacentrica trasversa, passiamo alla Fig. 5, che mostra la posizione relativa del centro di grandezza C, del centro di gravità G e del metacentro trasversale m della nave, che ha una stabilità trasversale iniziale positiva.

Riso. 5

La figura mostra che l'altezza metacentrica trasversale h può essere determinata da una delle seguenti formule:

h = Z C ± r - Z G ;

L'altezza metacentrica trasversale è spesso determinata utilizzando l'ultima equazione. L'applicata del metacentro trasverso Zm può essere ricavata dal diagramma metacentrico. Le principali difficoltà nel determinare l'altezza metacentrica trasversale della nave sorgono quando si determina l'applicata del centro di gravità ZG, che viene determinata utilizzando la tabella riassuntiva del carico di massa della nave (il problema è stato considerato nella lezione -).

Nella letteratura straniera, la designazione dei punti corrispondenti e dei parametri di stabilità può apparire come mostrato di seguito in Fig. 6.

Riso. 6

• dove K è il punto della chiglia;
• B - centro di galleggiamento;
• G - centro di gravità;
• M - metacentro trasversale (metacentro);
• KV - applicata del centro di grandezza;
• KG - baricentro applicato;
• CM — applicata del metacentro trasversale;
• VM - raggio metacentrico trasversale (Raggio del metacentro);
• BG - elevazione del baricentro sopra il centro di grandezza;
• GM - altezza metacentrica trasversale (altezza metacentrica).

La spalla di stabilità statica, designata nella nostra letteratura come GK, è designata nella letteratura straniera come GZ.

Lettura consigliata:

La stabilità di una nave è la sua proprietà, grazie alla quale la nave, se esposta a fattori esterni (vento, onde, ecc.) E processi interni (spostamento del carico, movimento di riserve liquide, presenza di superfici liquide libere nei compartimenti, ecc.) non si ribalta. La definizione più ampia di stabilità della nave può essere la seguente: la capacità di una nave di non capovolgersi se esposta a fattori marini naturali (vento, onde, ghiaccio) nell'area di navigazione ad essa assegnata, nonché in combinazione con "interni" motivi causati dalle azioni dell'equipaggio

Questa caratteristica si basa sulla proprietà naturale di un oggetto che galleggia sulla superficie dell'acqua: tende a tornare nella sua posizione originale dopo la fine di questo impatto. Pertanto, la stabilità, da un lato, è naturale e, dall'altro, richiede un controllo regolato da parte della persona coinvolta nella sua progettazione e funzionamento.

La stabilità dipende dalla forma dello scafo e dalla posizione del baricentro della nave, pertanto, scegliendo la giusta forma dello scafo nella progettazione e il corretto posizionamento del carico sulla nave durante il funzionamento, è possibile garantire una stabilità sufficiente per garantire che la nave non si ribalta in nessuna condizione di navigazione.

Le inclinazioni della nave sono possibili per vari motivi: dall'azione delle onde in arrivo, per allagamento asimmetrico dei compartimenti durante un foro, dal movimento delle merci, dalla pressione del vento, dall'accettazione o dalla spesa delle merci, ecc. Esistono due tipi di stabilità: trasversale e longitudinale. Dal punto di vista della sicurezza della navigazione (soprattutto in caso di tempesta), le più pericolose sono le inclinazioni trasversali. La stabilità laterale si manifesta quando la nave rolla, ad es. quando lo si inclina a bordo. Se le forze che fanno inclinare la nave agiscono lentamente, la stabilità è chiamata statica e se è veloce, dinamica. L'inclinazione della nave nel piano trasversale è chiamata rollio e nel piano longitudinale - assetto; gli angoli formati in questo caso sono indicati rispettivamente con O e y. La stabilità a piccoli angoli di inclinazione (10 - 12 °) è chiamata stabilità iniziale.

(fig.2)

Immagina che sotto l'azione di forze esterne, la nave abbia ricevuto un rollio con un angolo di 9 (Fig. 2). Di conseguenza, il volume della parte sottomarina della nave ha mantenuto il suo valore, ma ha cambiato forma; a dritta, un volume aggiuntivo è entrato in acqua ea babordo un volume uguale è uscito dall'acqua. Il centro di grandezza si è spostato dalla posizione iniziale C verso il rollio della nave, al centro di gravità del nuovo volume - punto C1. Quando la nave è inclinata, la gravità P applicata al punto G e la forza di appoggio D applicata al punto C, rimanendo perpendicolari alla nuova linea di galleggiamento V1L1, formano una coppia di forze con una spalla GK, che è una perpendicolare abbassata dal punto G a la direzione delle forze di sostegno.

Se continuiamo la direzione della forza di supporto dal punto C1 all'intersezione con la sua direzione originale dal punto C, quindi a piccoli angoli di sbandamento, corrispondenti alle condizioni di stabilità iniziale, queste due direzioni si intersecheranno nel punto M, chiamato trasversale metacentro.

La posizione reciproca dei punti M e G consente di stabilire il seguente segno che caratterizza la stabilità laterale: (Fig. 3)

• A) Se il metacentro si trova sopra il baricentro, allora il momento di ripristino è positivo e tende a riportare la nave nella sua posizione originale, cioè, quando sbanda, la nave sarà stabile.
• B) Se il punto M è sotto il punto G, quindi con un valore negativo di h0, il momento è negativo e tenderà ad aumentare il rollio, cioè, in questo caso, la nave è instabile.
• C) Quando i punti M e G coincidono, le forze P e D agiscono lungo una linea verticale, non si generano coppie di forze e il momento di ripristino è nullo: allora la nave è da considerarsi instabile, poiché non tende a ritornare sua posizione di equilibrio originaria (Fig. 3 ).

Fig.3

Segni esterni di stabilità iniziale negativa della nave sono:

• -- navigazione della nave con rollio in assenza di momenti sbandanti;
• - il desiderio della nave di ribaltarsi sul lato opposto quando si raddrizza;
• - trasferimento da una parte all'altra durante la circolazione, mentre il rollio rimane anche quando la nave entra in rotta diretta;
• -- una grande quantità di acqua nelle stive, su piattaforme e ponti.

Stabilità, che si manifesta con le inclinazioni longitudinali della nave, cioè quando tagliato, è chiamato longitudinale.

Con l'inclinazione longitudinale della nave ad un angolo w attorno all'asse trasversale Ts.V. si sposterà dal punto C al punto C1 e la forza di supporto, la cui direzione è normale alla linea di galleggiamento corrente, agirà con un angolo w rispetto alla direzione originale. Le linee di azione della direzione originale e nuova delle forze di supporto si intersecano in un punto. Il punto di intersezione, la linea di azione delle forze di supporto con un'inclinazione infinitamente piccola nel piano longitudinale è chiamato metacentro longitudinale M. nave di propulsione di stabilità in condizione di navigare

Il momento d'inerzia longitudinale dell'area al galleggiamento IF è molto maggiore del momento d'inerzia trasversale IX. Pertanto, il raggio metacentrico longitudinale R è sempre molto più grande del trasversale r. Si ritiene provvisoriamente che il raggio metacentrico longitudinale R sia approssimativamente uguale alla lunghezza della nave. Poiché il valore del raggio metacentrico longitudinale R è molte volte maggiore di quello trasversale r, l'altezza metacentrica longitudinale H di qualsiasi nave è molte volte maggiore di quella trasversale h. pertanto, se la nave ha stabilità trasversale, allora la stabilità longitudinale è sicuramente assicurata.

Fattori che influenzano la stabilità della nave che hanno una forte influenza sulla stabilità della nave.

I fattori da tenere in considerazione quando si utilizza una piccola imbarcazione includono:

• 1. La stabilità della nave è influenzata in modo più significativo dalla sua larghezza: maggiore è in relazione alla sua lunghezza, altezza e pescaggio, maggiore è la stabilità. Una nave più ampia ha più momento di raddrizzamento.
• 2. La stabilità di una piccola imbarcazione aumenta se la forma della parte sommersa dello scafo viene modificata a grandi angoli di sbandamento. Su questa affermazione, ad esempio, si basa l'azione delle bitte laterali e dei parabordi in gommapiuma che, immersi nell'acqua, creano un ulteriore momento rigenerante.
• 3. La stabilità si deteriora se sulla nave sono presenti serbatoi di carburante con una superficie a specchio da un lato all'altro, quindi questi serbatoi devono avere pareti divisorie installate parallelamente al piano centrale della nave o essere ristrette nella parte superiore.
• 4. La stabilità è maggiormente influenzata dal posizionamento dei passeggeri e del carico sulla nave, che dovrebbero essere posizionati il ​​più in basso possibile. È impossibile consentire alle persone a bordo e al loro movimento arbitrario di sedersi su una piccola nave durante il suo movimento. I carichi devono essere fissati saldamente per evitare che si spostino inaspettatamente dalle loro posizioni regolari.
• 5. In caso di forte vento e onde, l'azione del momento di sbandamento (soprattutto dinamico) è molto pericolosa per la nave, pertanto, con il peggioramento delle condizioni meteorologiche, è necessario portare la nave al riparo e attendere il cattivo tempo atmosferico. Se ciò non è possibile a causa della notevole distanza dalla riva, allora in condizioni di tempesta si dovrebbe cercare di mantenere la nave "prua al vento", gettando l'ancora galleggiante e facendo girare il motore a bassa velocità.

Una stabilità eccessiva causa un beccheggio rapido e aumenta il rischio di risonanza. Pertanto, il registro ha fissato limiti non solo per il limite inferiore, ma anche per il limite superiore di stabilità.

Per aumentare la stabilità della nave (aumento del momento di ripristino per unità di angolo di sbandamento), è necessario aumentare l'altezza metacentrica h posizionando adeguatamente il carico e le provviste sulla nave (carico più pesante in fondo e carico più leggero in la cima). Allo stesso scopo (soprattutto quando si naviga in zavorra - senza carico), ricorrono al riempimento di cisterne di zavorra con acqua.