Эксплуатационные качества судна

Наиболее характерными для маломерного судна эксплуатационными качествами являются: пассажировместимость , грузоподъемность, водоизмещение и скорость.

Пассажировместимость — показатель, равный числу оборудованных мест для размещения людей на судне. Пассажировместимость зависит от грузоподъемности:

п = G/100 , чел. (с багажом), или п =G/75 , чел. (без багажа)

При этом округление полученного результата производится до меньшего целого числа. На маломерном судне наличие оборудованных сидячих мест должно соответствовать установленной для данного судна пассажировместимости.

Пассажировместимость ориентировочно можно рассчитать по формуле:

N=Lнб Bнб/K , чел.,

где К - эмпирический коэффициент, принимаемый равным: для моторных и гребных лодок - 1,60; для катеров - 2,15.

Грузоподъемность — полезная нагрузка судна, включающая в себя массу людей и багажа согласно пассажировместимости. Различают дедвейт и чистую грузоподъемность.

Дедвейт - это разность между водоизмещениями в полном грузу и порожнем.

Чистая грузоподъемность - это масса только полезного груза, который может принять судно.

Для больших судов единицей изменения грузоподъемности служит тонна, для малых - кг. Грузоподъемность С можно рассчитать по формулам, а можно определить и опытным путем. Для этого на судно при водоизмещении порожнем, но со снабжением и запасом горючего, последовательно помещают груз до достижения судном ватерлинии, соответствующей минимальной высоте надводного борта. Масса помещенного груза соответствует грузоподъемности судна.

Водоизмещение . Различают два вида водоизмещения - массовое (весовое) и объемное.

Массовое (весовое) водоизмещение - это масса находящегося на плаву судна, равная массе вытесненной судном воды. Единицей измерения служит тонна.

Объемное водоизмещение V - это объем подводной части судна в м3. Расчет производится через главные измерения:

V = SLВТ,

где S - коэффициент полноты водоизмещения, равный для маломерных судов 0,35 - 0,6, причем меньшее значение коэффициента присуще для небольших судов с острыми обводами. Для водоизмещающих катеров S = 0,4 - 0,55, глиссирующих S= 0,45 - 0,6, моторных лодок 5 - 0,35 - 0,5, для парусных судов этот коэффициент колеблется от 0,15 до 0,4.

Скорость.

Скорость - это расстояние, проходимое судном за единицу времени. На морских судах скорость измеряется в узлах (миля в час), а на судах внутреннего плавания - в километрах в час (км/ч). Судоводителю маломерного судна рекомендуется знать три скорости: наибольшую (максимальную), которую судно развивает при максимальной мощности двигателя; наименьшую (минимальную), при которой судно слушается руля; среднюю - наиболее экономную при сравнительно больших переходах. Скорость зависит от мощности двигателя, размеров и формы корпуса, загрузки судна и различных внешних факторов: волнения, ветра, течения и т. д.

Мореходные качества судна

Способность судна держаться на плаву, взаимодействовать с водой, не переворачиваться и не идти ко дну при затоплении характеризуется его мореходными качествами. К ним относятся: плавучесть, остойчивость и непотопляемость.

Плавучесть. Плавучесть - это способность судна держаться на поверхности воды, имея заданную осадку. Чем больше груза помещать на судно, тем глубже оно будет погружаться в воду, но не потеряет плавучести до тех пор, пока вода не начнет поступать внутрь корпуса.

В случае течи в корпусе или пробоины, а также попадания воды во время штормовой погоды внутрь судна, увеличивается его масса. Поэтому судно должно иметь запас плавучести.

Запас плавучести - это непроницаемый для воды объем корпуса судна, находящийся между грузовой ватерлинией и верхней кромкой борта. При отсутствии запаса плавучести судно затонет при попадании внутрь корпуса даже небольшого количества воды.

Необходимый для безопасного плавания судна запас плавучести обеспечивается приданием судну достаточной высоты надводного борта, а также наличия водонепроницаемых закрытий и переборок между отсеками и блоками плавучести — конструктивными элементами внутри корпуса маломерного судна в виде сплошного блока из материала (например, пенопласта), имеющего плотность меньше единицы. При отсутствии таких переборок и блоков плавучести любая пробоина подводной части корпуса приводит к полной потере запаса плавучести и гибели судна.

Запас плавучести зависит от высоты надводного борта - чем выше надводный борт, тем больше запас плавучести. Этот запас нормируется минимальной высотой надводного борта, в зависимости от величины которой для конкретного маломерного судна устанавливаются район безопасного плавания и допустимое удаление от берега. Однако злоупотреблять высотой надводного борта нельзя, так как это отражается на другом не менее важном качестве — остойчивости

Остойчивость. Остойчивость - это способность судна противостоять силам, вызывающим его наклонение, а после прекращения действия этих сил (ветер, волна, перемещение пассажиров и др.) возвращаться в первоначальное положение равновесия. Одно и то же судно может иметь хорошую остойчивость при расположении в нем груза близко к днищу и может частично или полностью потерять остойчивость, если груз или людей разместить несколько выше

Различают два вида остойчивости: поперечную и продольную. Поперечная остойчивость проявляется при крене судна, т.е. при наклонениях его на борт. Во время плавания на судно действуют две силы: тяжести и поддержания. Равнодействующая D (рис. 1, а) силы тяжести судна, направленная вниз, будет условно приложена в точке G, называемой центром тяжести (ЦТ), а равнодействующая А сил поддержания, направленная вверх, будет условно приложена в центре тяжести С погруженной в воду части судна, называемом центром величины (ЦВ). Когда судно не имеет дифферента и крена, ЦТ и ЦВ будут расположены в диаметральной плоскости судна (ДП).

Рис 1 Расположение равнодействующих сил тяжести и поддержания относительно друг друга при различных положениях судна

Значение ho характеризует остойчивость судна при малых наклонениях. Положение точки М в этих условиях почти не зависит от угла крена ф.

Сила D и равная ей сила поддержания А образуют пару сил с плечом /, которая создает восстанавливающий момент MB=Dl. Этот момент стремится вернуть судно в первоначальное положение. Заметим, что ЦТ при этом находится ниже точки М.

Теперь представим, что на палубу этого же судна положен дополнительный груз (рис. 1, в). В результате ЦТ расположится значительно выше, и при крене точка М окажется ниже его. Образующаяся при этом пара сил будет создавать уже не восстанавливающий, а опрокидывающий момент Мопр. Следовательно, судно будет неостойчиво и опрокинется.

На поперечную остойчивость судна большое влияние оказывает ширина корпуса: чем шире корпус, тем остойчивее судно, и, наоборот, чем корпус уже и выше, тем остойчивость буде хуже.

Для маломерных скоростных судов (особенно при движении на большой скорости во время волнения) далеко не всегда решенной проблемой является и сохранение продольной остойчивости.

У килевых маломерных судов начальная метацентрическая высота равна, как правило, 0,3 - 0,6 м. Остойчивость судна зависит от от загрузки судна, перемещения грузов, пассажиров и от других причин. Чем больше метацентрическая высота, тем больше восстанавливающий момент и остойчивее судно, однако при большой остойчивости судно имеет резкую качку. Улучшает остойчивость низкое расположение двигателя, топливного бака, сидений и соответствующее размещение грузов и людей.

При шквальном ветре, сильном ударе волны о борт и в некоторых других случаях крен судна увеличивается быстро и возникает динамический кренящий момент. В этом случае крен судна будет увеличиваться и после достижения равенства кренящего и восстанавливающего моментов. Это происходит из-за действия силы инерции. Обычно такой крен в два раза больше крена от статического действия такого же кренящего момента. Поэтому плавание в штормовую погоду, особенно маломерных судов, очень опасно.

Продольная остойчивость действует при наклонениях судна на нос или корму, т.е. при килевой качке. Эту остойчивость судоводителю следует учитывать при движении на больших скоростях во время волнения, т.к. "зарывшись" носом в воду катер или мотолодка может не восстановить своего первоначального положения и затонуть, а иногда и перевернуться.

Факторы, влияющие на остойчивость судна:

а) На остойчивость судна наиболее ощутимо влияет его ширина: чем больше она по отношению к его длине, высоте борта и осадке, тем выше остойчивость.

б) Остойчивость небольшого судна повышается, если изменить форму погруженной части корпуса при больших углах крена. На этом утверждении, например, основано действие бортовых булей и пенопластового привального бруса, которые при погружении в воду создают дополнительный - восстанавливающий момент.

в) Остойчивость ухудшается при наличии на судне топливных баков с зеркалом поверхности от борта до борта, поэтому эти баки должны иметь внутренние перегородки

г) На остойчивость наиболее сильно влияет размещение на судне пассажиров и грузов, их следует располагать как можно ниже. Нельзя допускать на судне малых размеров во время его движения сидение людей на борту и их произвольное перемещение. Грузы должны быть надежно закреплены, чтобы исключить их неожиданное смещение с мест укладки д) При сильном ветре и волнении действие кренящего момента очень опасно для судна, поэтому с ухудшением погодных условий необходимо отвести судно в укрытие и переждать непогоду. Если этого сделать невозможно из-за значительного расстояния до берега, то в штормовых условиях нужно стараться держать судно "носом на ветер", выбросив плавучий якорь и работая двигателем на малом ходу.

Непотопляемость. Непотопляемость - это способность судна после затопления части судна сохранять плавучесть.

Непотопляемость обеспечивается конструктивно - делением корпуса на водонепроницаемые отсеки, оборудованием судна блоками плавучести и водоотливными средствами.

Незатапливаемые объемы корпуса чаще всего представляют собой блоки из пенопласта. Необходимое его количество и расположение рассчитываются для обеспечения аварийного запаса плавучести и поддержания аварийного судна в положении "на ровном киле".

Безусловно, что в условиях сильного волнения далеко не каждая получившая пробоину моторная лодка и катер обеспечат выполнение этих требований.

Маневренные качества маломерного судна

К основным маневренным качествам судна относятся: управляемость, циркуляция, ходкость и инерция

Управляемость. Управляемость - это способность судна удерживать на ходу заданное направление движения при неизменном положении руля (устойчивость на курсе) и изменять на ходу направление своего движения под действием руля (поворотливость).

Устойчивостью на курсе называется свойство судна сохранять прямолинейное направление движения. Если же судно при прямом положении руля отклоняется от курса, то такое явление принято называть рыскливостью судна.

Если же судно при прямом положении руля отклоняется от курса, то такое явление принято называть рыскливостью судна.

Причины, вызывающие рыскливость, могут быть постоянными и временными. К постоянным относятся причины, связанные с конструктивными особенностями судна: тупые носовые обводы корпуса, несоответствие длины судна его ширине, недостаточная площадь пера руля, влияние вращения гребного винта

Временная рыскливость может быть вызвана неправильной загрузкой судна, ветром, мелководьем, неровным течением и т п.

Понятие "устойчивость на курсе" и "поворотливость" являются противоречимыми, однако эти качества присущи практически всем судам и характеризуют их управляемость.

На управляемость влияет много факторов и причин, главными из которых являются действие руля, работа винта и их взаимодействие.

Поворотливость — свойство судна изменять направление движения под действием руля. Это качество в первую очередь зависит от правильного соотношения длины и ширины корпуса, формы его обводов, а также от площади пера руля.

Особенности управляемости судна при переходе с переднего хода на задний

При проведении швартовых операций или необходимости срочно остановить судно (опасность столкновения, предотвращение посадки на мель, оказание помощи человеку за бортом и др.) приходится переходить с переднего хода на задний. В этих случаях судоводитель должен учитывать, что в первые секунды при перемене работы винта правого вращения с переднего хода на задний, корма стремительно покатится влево, при винте левого вращения - вправо.

Причины, влияющие на управляемость

Кроме руля и вращающегося винта на устойчивость и поворотливость судна влияют и другие причины, а также целый ряд конструктивных особенностей судна: отношения главных размерений, формы обводов корпуса, параметров руля и винта. Управляемость зависит и от условий плавания: характера загрузки судна, гидрометеорологических факторов.

Циркуляция Если во время движения судна переложить руль в какую-либо сторону, то судно начнет поворачиваться и опишет на воде кривую линию. Эта кривая, описываемая центром тяжести судна при обороте, называется линией циркуляции (рис. 2), а расстояние между диаметральной плоскостью судна на прямом курсе и его диаметральной плоскостью после поворота на обратный курс (180) — тактическим диаметром циркуляции. Чем меньше тактический диаметр циркуляции, тем лучшей считается поворотливость судна. Эта кривая близка к окружности, а ее диаметр служит мерой поворотливости судна

Измеряется диаметр циркуляции обычно в метрах. Для маломерных моторных судов размер тактического диаметра циркуляции в большинстве случаев равен 2—3 длинам судна. Каждому водителю необходимо знать диаметр циркуляции судна, которым ему приходится управлять, так как от этого во многом зависит правильное и безопасное маневрирование. Скорость судна на циркуляции уменьшается до 30%. Никогда не следует забывать, что при движении по кривой на судно действует центробежная сила (рис. 3), направленная от центра кривизны во внешнюю сторону и приложенная к центру тяжести судна.

Рис 2 Циркуляция /—линия циркуляции, 2 — тактический диаметр циркуляции, 3 — диаметр установившейся циркуляции

Возникающему от центробежной силы дрейфу судна препятствует сила сопротивления воды — боковое сопротивление, точка приложения которой расположена ниже центра тяжести. В результате возникает пара сил, создающая крен на борт, противоположный направлению поворота. Крен увеличивается с повышением центра тяжести судна над центром бокового сопротивления и с уменьшением метацентрической высоты.

Увеличение скорости при повороте и.уменьшение диаметра циркуляции значительно увеличивают крен, что может привести к опрокидыванию судна. Поэтому никогда не делайте резких поворотов при движении судна на большой скорости.

В отличие от обычных водоизмещающих судов суда с глиссирующими обводами на циркуляции получают крен во внутреннюю сторону (рис. 4). Происходит это от дополнительной подъемной силы, возникающей на корпусе при боковом смещении в связи с глиссирующими обводами. Одновременно с этим происходит скольжение под действием центробежной силы во внешнюю сторону, отчего у глиссирующих судов по сравнению с водоизмещающими судами циркуляция несколько больше.

Кроме диаметра циркуляции следует знать и ее время, т.е. время, за которое судно делает поворот на 360°.

Названные элементы циркуляции зависят от водоизмещения судна и характера размещения груза по его длине, а также от скорости хода. На малой скорости диаметр циркуляции меньше.

Ходкость. Ходкость - это способность судна двигаться с определенной скоростью при заданной мощности двигателя, преодолевая при этом силы сопротивления движению.

Движение судна возможно только при наличии определенной силы, которая способна преодолеть сопротивление воды - упор. При постоянной скорости величина упора равна величине сопротивления воды. Скорость хода судна и упор связаны следующей зависимостью:

R . V= ho- N. где: V - скорость судна; К - сопротивление воды; N - мощность двигателя; ho -КПД=0,5.

Это уравнение показывает, что с увеличением скорости возрастает и сопротивление воды. Однако эта зависимость имеет различный физический смысл и характер для водоизмещающих судов и глиссирующих.

Так например, при скорости водоизмещающего судна до величины равной V = 2 ÖL, км/ч (L - длина судна, м), сопротивление воды К складывается из сопротивления трения воды об обшивку корпуса и сопротивления формы, которое создается завихрениями воды. Когда скорость этого судна превышает указанную величину, начинают образовываться волны и к двум сопротивлениям добавляется третье - волновое. Волновое сопротивление резко возрастает с увеличением скорости.

Для глиссирующих судов характер сопротивления воды такой же как и для водоизмещающих да величины скорости V = 8 ÖL км/ч. Однако, при дальнейшем увеличении скорости судно получает значительный дифферент на корму и его нос поднимается. Этот режим движения носит название переходной (от водоизмещающего к глиссирующему). Характерным признаком начала глиссирования служит самопроизвольное увеличение скорости судна. Это явление вызвано тем, что после подъема носовой части общее сопротивление воды судну снижается, оно как бы "подвсплывает" и наращивает скорость при неизменной мощности.

При глиссировании возникает еще один вид сопротивления воды - брызговое, а волновое сопротивление и сопротивление формы резко снижаются и их величины практически сводятся к нулю.

Таким образом на ходкость судна влияют четыре вида сопротивления:

сопротивление трения - зависит от площади смоченной поверхности судна, от качества ее обработки и степени обрастания (водорослями, моллюсками и т.п.);

сопротивление формы - зависит от обтекаемости корпуса судна, которая в свою очередь тем лучше, чем острее кормовая оконечность и чем больше длина судна по сравнению с шириной;

волновое сопротивление - зависит от формы носовой оконечности и длины судна, чем длиннее судно, тем меньше волнообразование;

брызговое сопротивление - зависит от отношения ширины корпуса к его длине.

Вывод: 1. Наименьшее сопротивление воды испытывают водоизмещающие суда с узким корпусом, круглоскулыми обводами и заостренными носовыми и кормовыми оконечностями.

2. У глиссирующих судов, при отсутствии волнения, широкий плоскодонный корпус с транцевой кормой обеспечивает наименьшее сопротивление воды при наибольшей гидродинамической подъемной силе.

Более мореходные глиссирующие суда с килеватым или полукилеватым корпусом. Повышение скорости этих судов достигается продольными реданами и скуловыми брызгоотбойниками.

Инерция. Очень важным маневренным качеством судна является его инерция. Ее обычно принято оценивать длинами тормозного пути, выбега и пути разгона, а также их продолжительностью. Расстояние, которое проходит судно за промежуток времени от момента переключения двигателя с полного хода вперед на задний ход до момента окончательной остановки судна, называется тормозным путем. Это расстояние обычно выражается в метрах, реже — в длинах судна. Расстояние, проходимое судном за промежуток времени от момента остановки двигателя, работающего на передний ход, до полной остановки судна под действием силы сопротивления воды, называется выбегом. Расстояние, которое проходит судно с момента включения двигателя на передний ход до момента приобретения полной скорости при заданном режиме работы двигателя, называется путем разгона. Точное знание водителем указанных выше качеств своего судна в большой степени обеспечивает безопасность маневрирования в узкостях и на рейдах со стесненными условиями плавания. Помните! Моторные суда не имеют тормозов, поэтому для погашения инерции им зачастую требуется значительно больше расстояния и времени, чем, скажем, автомобилю

Взаимным расположением груза на судне судоводитель всегда может найти наиболее выгодное значение метацентрической высоты, при которой судно будет достаточно остойчивым и меньше подвергаться качке.

Кренящим моментом называется произведение веса груза, перемещаемого поперек судна, на плечо, равное расстоянию перемещения. Если человек весом 75 кг, сидящий на банке, переместится поперек судна на 0,5 м, то кренящий момент будет равен 75*0,5 = 37,5 кг/м.

Рис 91. Диаграмма статической остойчивости

Для изменения момента, накреняющего судно па 10°, надо загрузить судно до полного водоизмещения совершенно симметрично относительно диаметральной плоскости.

Загрузку судна следует проверить по осадкам, измеряемым с обоих бортов. Креномер устанавливается строго перпендикулярно диаметральной плоскости таким образом, чтобы он показал 0°.

После этого надо перемещать грузы (например, людей) на заранее размеченные расстояния до тех пор, пока креномер не покажет 10°. Опыт для проверки следует произвести так: накренить судно на один, а затем на другой борт.

Зная крепящие моменты накреняющего судно на различные (до наибольшего возможного) углы, можно построить диаграмму статической остойчивости (рис. 91), что оценит остойчивость судна.

Остойчивость можно увеличивать за счет увеличения ширины судна, понижения ЦТ, устройства кормовых булей.

Если центр тяжести судна расположен ниже центра величины, то судно считается весьма остойчивым, так как сила поддержания при крене не изменяется по величине и направлению, но точка ее приложения смещается в сторону наклона судна (рис. 92, а).

Поэтому при крене образуется пара сил с положительным восстанавливающим моментом, стремящимся вернуть судно в нормальное вертикальное положение па прямой киль. Легко убедиться, что h>0, при этом метацентрическая высота равна 0. Это типично для яхт с тяжелым килем и нетипично для более крупных судов с обычным устройством корпуса.

Если центр тяжести расположен выше центра величины, то возможны три случая остойчивости, которые судоводитель должен хорошо знать.

Первый случай остойчивости.

Метацентрическая высота h>0. Если центр тяжести расположен выше центра величины, то при наклонном положении судна линия действия силы поддержания пересекает диаметральную плоскость выше центра тяжести (рис. 92, б).

Рис. 92. Случай остойчивого судна

В этом случае также образуется пара сил с положительным восстанавливающим моментом. Это типично для большинства судов обычной формы. Остойчивость в этом случае зависит от корпуса и положения центра тяжести по высоте.

При крене кренящийся борт входит в воду и создает дополнительную плавучесть, стремящуюся выровнять судно. Однако при крене судна с жидкими и сыпучими грузами, способными перемещаться в сторону крена, центр тяжести также сместится в сторону крена. Если центр тяжести при крене переместится за отвесную линию, соединяющую центр величины с метацентром, то судно опрокинется.

Второй случай неостойчивого судка при безразличном равновесии.

Метацентрическая высота h = 0. Если центр тяжести лежит выше центра величины, то при крене линия действия силы поддержания проходит через центр тяжести MG = 0 (рис. 93).

В данном случае центр величины всегда располагается на одной вертикали с центром тяжести, поэтому восстанавливающаяся пара сил отсутствует. Без воздействия внешних сил судно не может вернуться в прямое положение.

В данном случае особо опасно и совершенно недопустимо перевозить на судне жидкие и сыпучие грузы: при самой незначительной качке судно перевернется. Это свойственно шлюпкам с круглым шпангоутом.

Третий случай неостойчивого судна при неустойчивом равновесии.

Метацентрическая высота 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).

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Начальная остойчивость судна

1. Общее понятие об остойчивости

Остойчивостью называется способность судна противодействовать силам, отклоняющим его от положения равновесия, и возвращаться в первоначальное положение равновесия после прекращения действия этих сил.

Условия равновесия судна не являются достаточными для того, чтобы оно постоянно плавало в заданном положении относительно поверхности воды. Необходимо еще, чтобы равновесие судна было устойчивым. Свойство, которое в механике именуется устойчивостью равновесия, в теории судна принято называть остойчивостью. Таким образом, плавучесть обеспечивает условия положения равновесия судна с заданной посадкой, а остойчивость - сохранение этого положения.

Остойчивость судна меняется с увеличением угла наклонения и при некотором его значении полностью утрачивается. Поэтому представляется целесообразным исследование остойчивости судна на малых (теоретически бесконечно малых) отклонениях от положения равновесия с И = 0, Ш = 0, а затем уже определять характеристики его остойчивости, их допустимые пределы при больших наклонениях.

Принято различать остойчивость судна при малых углах наклонения (начальную остойчивость) и остойчивость на больших углах наклонения.

При рассмотрении малых наклонений имеется возможность принять ряд допущений, позволяющих изучить начальную остойчивость судна в рамках линейной теории и получить простые математические зависимости ее характеристик. Остойчивость судна на больших углах наклонения изучается по уточненной нелинейной теории. Естественно, что свойство остойчивости судна единое и принятое разделение носит чисто методический характер.

При изучении остойчивости судна рассматривают его наклонения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях - поперечной и продольной. При наклонениях судна в поперечной плоскости, определяемых углами крена, изучают его поперечную остойчивость; при наклонениях в продольной плоскости, определяемых углами дифферента, изучают его продольную остойчивость.

Если наклонение судна происходит без значительных угловых ускорений (перекачивание жидких грузов, медленное поступление воды в отсек), то остойчивость называют статической.

В ряде случаев наклоняющие судно силы действуют внезапно, вызывая значительные угловые ускорения (шквал ветра, накат волны и т.п.). В таких случаях рассматривают динамическую остойчивость.

Остойчивость - очень важное мореходное свойство судна; вместе с плавучестью оно обеспечивает плавание судна в заданном положении относительно поверхности воды, необходимом для обеспечения хода и маневра. Уменьшение остойчивости судна может вызвать аварийный крен и дифферент, а полная потеря остойчивости - его опрокидывание.

Чтобы не допустить опасного уменьшения остойчивости судна все члены экипажа обязаны:

Всегда иметь четкое представление об остойчивости судна;

Знать причины, уменьшающие остойчивость;

Знать и уметь применять все средства и меры по поддержанию и восстановлению остойчивости.

2. Равнообъемные наклонения судна. Теорема Эйлера

Остойчивость судна изучается при так называемых равнообъемных наклонениях, при которых величина подводного объема остается неизменной, а меняется лишь форма подводной части судна.

Введем основные определения, связанные с наклонениями судна:

Ось наклонения - линия пересечения плоскостей двух ватерлиний;

Плоскость наклонения - перпендикулярная оси наклонения плоскость, проходящая через ЦВ, соответствующий исходному положению равновесия судна.;

Угол наклонения - угол поворота судна около оси наклонения (угол между плоскостями ватерлиний), измеряемый в плоскости наклонения;

Равнообъемные ватерлинии - ватерлинии, отсекающие при наклонениях судна равные по величине клиновидные объемы, один из которых при наклонении судна входит в воду, а другой выходит из воды.

Рис. 1. К рассмотрению теоремы Эйлера

При известной исходной ватерлинии для построения равнообъемной ей ватерлинии используется теорема Эйлера. Согласно этой теореме при бесконечно малом наклонении судна плоскости равнообъемных ватерлиний пересекаются по прямой, проходящей через их общий геометрический центр (центр тяжести), или ось бесконечно малого равнообъемного наклонения проходит через геометрический центр площади исходной ватерлинии.

Теорема Эйлера может быть применена и для конечных малых наклонений с той малой погрешностью, чем меньше угол наклонения.

Предполагается, что достаточная для практики точность обеспечивается при наклонениях И 1012 0 и Ш 23 0 . В пределах этих углов и рассматривается начальная остойчивость судна.

Как известно, при плавании судна без крена и с дифферентом близким к нулю, ордината геометрического центра площади ватерлинии y f = 0, а абсциса x f 0. Потому в данном случае можно считать, что ось поперечного малого равнообъемного наклонения лежит в ДП, а ось продольного малого равнообъемного наклонения перпендикулярна ДП и смещена от пл. мидель - шпангоута на расстояние x f (рис. 1).

Величина x f является функцией осадки судна d. Зависимость x f (d) представлена на кривых элементов теоретического чертежа.

При наклонении судна в произвольной плоскости ось равнообъемных наклонений также будет проходить через геометрический центр (центр тяжести) площади ватерлинии.

3. Метацентры и метацентрические радиусы

Предположим, что судно из исходного положения без крена и дифферента совершает поперечные или продольные равнообъемные наклонения. При этом плоскостью продольных наклонений будет вертикальная плоскость, которая совпадает с ДП, а плоскость поперечных наклонений - вертикальная плоскость, которая совпадает с плоскостью шпангоута, проходящего через ЦВ.

Поперечные наклонения

В прямом положении судна ЦВ находится в ДП (точка С) и линия действия силы плавучести гV также лежит в ДП (рис. 2). При поперечном наклонении судна на угол И изменяется форма погруженного объема, ЦВ перемещается в сторону наклонения из точки С в точку С И и линия действия силы плавучести будет наклонена к ДП под углом И.

Точка пересечения линий действия силы плавучести при бесконечно малом поперечном равнообъемном наклонении судна называется поперечным метацентром (точка m на рис. 2). Радиус кривизны траектории ЦВ r (возвышение поперечного метацентра над ЦВ) называется поперечным метацентрическим радиусом.

В общем случае траектория ЦВ является сложной пространственной кривой и каждому углу наклонения соответствует свое положение метацентра (рис. 3). Однако для малых равнообъемных наклонений с известным приближением можно принять, что траектория

ЦВ лежит в плоскости наклонения и является дугой окружности с центром в точке m. Таким образом, можно считать, что в процессе малого поперечного равнообъемного наклонения судна из прямого положения поперечный метацентр лежит в ДП и своего положения не меняет (r = const).

Рис. 2. Перемещение ЦВ при малых наклонениях

Рис. 3. Перемещение ЦВ при больших наклонениях

Рис. 4. К выводу выражения для поперечного метацентрического радиуса

Выражение для поперечного метацентрического радиуса r получим из условия, что ось малого поперечного равнообъемного наклонения судна лежит в ДП и что при таком наклонении клиновидный объем v как бы переносится с борта, вышедшего из воды, на борт, вошедший в воду (рис. 4).

Согласно известной теореме механики при перемещении тела, принадлежащей системе тел, центр тяжести всей системы перемешается в том же направлении параллельно перемещению тела, причем эти перемещения обратно пропорциональны силам тяжести тела и системы соответственно. Эту теорему можно распространить и на объемы однородных тел. Обозначим:

С С И - перемещение ЦВ (геометрического центра объема V),

b - перемещение геометрического центра клиновидного объема v. Тогда в соответствии с теоремой

откуда: С С И =

Для элемента длины судна dx, полагая, что клиновидный объем имеет в плоскости шпангоута форму треугольника, получим:

или при малом угле

Если by, тогда:

dv b = y 3 И dx.

Интегрируя, получим:

v b = И y 3 dx, или:

где J x = ydx - момент инерции площади ватерлинии относительно продольной центральной оси.

Тогда выражение для перемещения ЦВ будет иметь вид:

Как видно из рис. 5, при малом угле И

С С И r И

Сопоставляя выражения, найдем, что поперечный метацентрический радиус:

r =

Аппликата поперечного метацентра:

z m = z c + r = z c +

Продольные наклонения

Рис. 6. К выводу выражения для продольного метацентрического радиуса

По аналогии с поперечными наклонениями точка пересечения линий действия силы плавучести при бесконечно малом продольном равнообъемном наклонении судна называется продольным метацентром (точка М на рис. 6). Возвышение продольного метацентра над ЦВ называется продольным метацентрическим радиусом. Величина продольного радиуса определяется выражением:

R = ,

где J yf - момент инерции площади ватерлинии относительно поперечной центральной оси.

Аппликата продольного метацентра:

z м = z c + R = z c +

Так как площадь ватерлинии вытянута в продольном направлении, то J yf намного превышает J x и соответственно R значительно больше r. Величина R составляет 1 2 длины судна.

Метацентрические радиусы и аппликаты метацентров являются, как это будет ясно из последующего рассмотрения, важными характеристиками остойчивости судна. Значения их определяются при расчете элементов погруженного объема и для судна, плавающего без крена и дифферента, представляются кривыми J x (d), J yf (d), r(d), R(d) на чертеже кривых элементов теоретического чертежа.

4. Условие начальной остойчивости судна

Метацентрические высоты

Найдем условие, при соблюдении которого судно, плавающее в состоянии равновесия без крена и дифферента, будет обладать начальной остойчивостью. Полагаем, что грузы при наклонении судна не смещаются и ЦТ судна остается в точке, соответствующей исходному положению.

При наклонениях судна сила тяжести Р и силы плавучести гV образуют пару, момент которой определенным образом воздействует на судно. Характер этого воздействия зависит от взаимного расположения ЦТ и метацентра.

Рис. 6. Первый случай остойчивости судна

Возможны три характерных случая состояния судна для которых воздействие на него момента сил Р и гV качественно различно. Рассмотрим их на примере поперечных наклонений.

1-й случай (рис. 6) - метацентр располагается выше ЦТ, т.е. z m > z g . В данном случае возможно различное расположение центра величины относительно центра тяжести.

I. В начальном положении центр величины (точка С 0), располагается ниже центра тяжести (точка G) (рис. 6, а), но при наклонении центр величины смещается в сторону наклонения настолько сильно, что метацентр (точка m) располагается выше центра тяжести судна. Момент сил Р и гV стремится вернуть судно в исходное положение равновесия, и поэтому оно остойчиво. Подобное расположение точек m, G и С 0 встречается на большинстве судов.

II. В начальном положении центр величины (точка С 0), располагается выше центра тяжести (точка G) (рис. 6, б). При наклонении судна возникающий момент сил Р и гV выпрямляет судно, и поэтому оно остойчиво. В данном случае, независимо от размеров смещения центра величины при наклонении, пара сил всегда стремится выпрямить судно. Это объясняется тем, что точка G лежит ниже точки С 0 . Такое низкое положение центра тяжести обеспечивающая безусловную остойчивость на судах трудно осуществить конструктивно. Такое расположение центра тяжести можно встретить в частности, на парусных яхтах.

Рис. 7. Второй и третий случай остойчивости судна

2-й случай (рис. 7, а) - метацентр располагается ниже ЦТ, 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-й случай (рис. 7, б) - метацентр совпадает с ЦТ, т.е. z m = z g . В этом случае при наклонении судна силы Р и гV продолжают действовать по одной вертикали, момент их равен нулю - судно и в новом положении будет находиться в состоянии равновесия. В механике - этот случай безразличного равновесия.

С точки зрения теории судна в соответствии с определением остойчивости судна судно в 1-м случае остойчиво, а во 2 и 3-м - не остойчиво.

Итак, условием начальной остойчивости судна является расположение метацентра выше ЦТ. Судно обладает поперечной остойчивостью, если

и продольной остойчивостью, если

Отсюда становится ясным физический смысл метацентра. Эта точка является пределом, до которого можно поднимать центр тяжести не лишая судно положительной начальной остойчивости.

Расстояние между метацентром и ЦТ судна при Ш = И = 0 называют начальной метацентрической высотой или просто метацентрической высотой. Поперечной и продольной плоскости наклонения судна отвечают соответственно поперечная h и продольная H метацентрические высоты. Очевидно, что

h = z m - z g и H = z м - z g , или

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

h = r - б и H = R - б,

где б = z g - z c - возвышение ЦТ над ЦВ.

Как видно h и H различаются только метацентрическими радиусами, т.к. б является одной и той же величиной.

Поэтому H значительно больше h.

б = (1%) R, поэтому на практике считают, что H = R.

5. Метацентрические формулы остойчивости и их практическое применение

Как было рассмотрено, при наклонении судна, действует пара сил, момент которой характеризует степень остойчивости.

При малых равнообъемных наклонениях судна в поперечной плоскости (рис. 8) (ЦВ перемещается в плоскости наклонения), поперечный восстанавливающий момент может быть представлен выражением

m И = P = гV ,

где плечо момента = l И называют плечом поперечной остойчивости.

Из прямоугольного треугольника mGK находим, что

l И = h sinИ, тогда:

m И = P h sinИ = гV h sinИ

Или учитывая малые значения И и принимая sinИИ 0 /57,3, получим метацентрическую формулу поперечной остойчивости:

m И = гV h И 0 /57,3

Рассматривая по аналогии наклонения судна в продольной плоскости (рис. 8), нетрудно получить метацентрическую формулу продольной остойчивости:

М Ш = P l Ш = гV Н sin Ш = гV Н Ш 0 /57,3,

где М Ш - продольный восстанавливающий момент, а l Ш - плечо продольной остойчивости.

Рис. 8. Поперечное наклонение судна

На практике используют коэффициент остойчивости, являющийся произведением водоизмещения на метацентрическую высоту.

Коэффициент поперечной остойчивости

К И = гV h = Р h

Коэффициент продольной остойчивости

К Ш = гV Н = Р Н

С учетом коэффициентов остойчивости метацентрические формулы примут вид

m И = К И И 0 /57,3,

М Ш = К Ш Ш 0 /57,3

Метацентрические формулы остойчивости, дающие простую зависимость восстанавливающего момента от силы тяжести и угла наклонения судна, позволяют решать ряд практических задач возникающих в судовых условиях.

Рис. 9. Продольное наклонение судна

В частности, по этим формулам можно определить угол крена или угол дифферента, который получит судно от воздействия заданного кренящего или дифферентующего момента, при известной массе и метацентрической высоте. Наклонение судна под воздействием m кр (М диф) приводит к появлению обратного по знаку восстанавливающего момента m И (М Ш) возрастающего по величине с нарастанием угла крена (дифферента). Нарастание угла крена (дифферента) будет происходить до тех пор, пока восстанавливающий момент не станет равным по величине кренящему моменту (дифферентующему моменту), т.е. до выполнения условия:

m И = m кр и М Ш = М диф.

После этого судно будет плавать с углами крена (дифферента):

И 0 = 57,3 m кр /гV h,

Ш 0 = 57,3 М диф /гV Н

Полагая в данных формулах И = 1 0 и Ш = 1 0 , найдем величины момента кренящего судно на один градус, и момента, дифферентующего судно на один градус:

m 1 0 = гV h = 0,0175 гV h,

М 1 0 = гV Н= 0,0175 гV Н

В ряде случаев используется также величина момента дифферентующего судно на один сантиметр m Д. При малом значении угла Ш, когда tg Ш Ш, Ш = (d н - d к)/L = D f / L.

С учетом этого выражения метацентрическая формула для продольного восстанавливающего момента запишется в виде:

М Ш = М диф = гV Н D f / L.

Полагая в формуле D f = 1 см = 0,01 м, получим:

m Д = 0,01 гV Н/ L.

При известных значениях m 1 0 ,М 1 0 и m Д, угол крена, угол дифферента и дифферент от воздействия на судно заданного кренящего или дифферентующего момента могут быть определены по простым зависимостям:

И 0 = m кр. / m 1 0 ; Ш 0 = М диф / М 1 0 ; D f = М диф / 100 m Д

В приведенных выше рассуждениях предполагалось, что судно в исходном положении (до воздействия m кр или М диф) плавало прямо и на ровный киль. Если же в исходном положении судна крен и дифферент отличались от нуля, то найденные значения И 0 , Ш 0 и D f следует рассматривать как добавочные (дИ 0 , дШ 0 , дD f).

С помощью метацентрических формул остойчивости можно определить также, какой необходимый кренящий или дифферентующий момент надо приложить судну, чтобы создать заданный угол крена или угол дифферента (с целью заделки пробоины в бортовой обшивке, окраски или осмотра гребных винтов). Для судна, плавающего в исходном положении без крена и дифферента:

m кр = гV h И 0 /57,3 = m 1 0 И 0 ;

М диф = гV Н Ш 0 /57,3 = М 1 0 Ш 0

или М диф = 100 D f m Д

Практически метацентрическими формулами остойчивости допустимо пользоваться при малых углах наклонения (И < 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 . Остойчивость формы и остойчивость нагрузки

Рассмотрение этого вопроса позволяет установить природу остойчивости, выяснить физические причины возникновения восстанавливающего момента при наклонениях судна. В соответствии с метацентрическими формулами остойчивости (углы И и Ш выражены в радианах):

m И = гV h И = гV (r - б) И = гV r И - гV б И;

М Ш = гV Н Ш = гV (R - б) Ш = гV R Ш - гV б Ш

Таким образом, восстанавливающие моменты m И, М Ш и плечи статической остойчивости l И, l Ш представляют собой алгебраическую сумму их составляющих:

m И = m ф + m н; М Ш = М ф + М н;

l И = l ф И + l н И; l Ш = l ф Ш + l н Ш,

где моменты

m ф = гV r И;

М ф = гV R Ш,

принято называть моментами остойчивости формы, моменты

m н = - гV б И;

М н = - гV б Ш,

моментами остойчивости нагрузки, а плечи

l ф И = m ф / гV;

l ф Ш = М ф / гV,

поперечными и продольными плечами остойчивости формы, плечи

l н И = - m н / гV;

l н Ш = - М н / гV,

поперечными и продольными плечами остойчивости нагрузки.

б = z g - z c ,

где J x и J yf - момент инерции площади ватерлинии относительно поперечной и продольной центральной оси соответственно, то моменты формы и нагрузки можно представить в виде:

m ф = г J x И,

М ф = г J yf Ш;

m н = - гV (z g - z c) И,

М н = - гV(z g - z c) Ш

По своей физической природе момент остойчивости формы всегда действует в сторону, противоположную наклонению судна, и, следовательно, всегда обеспечивает остойчивость. Он вычисляется через момент инерции площади ватерлинии относительно оси наклонения. Именно остойчивость формы предопределяет значительно большую продольную остойчивость по сравнению с поперечной т.к. J yf » J x .

Момент остойчивости нагрузки из-за положения ЦТ выше ЦВ б = (z g - z c) > 0, всегда уменьшает остойчивость судна и по существу она обеспечивается только остойчивостью формы.

Можно предположить, что в случае отсутствия ватерлинии, например, у подводной лодки в подводном положении, момент формы отсутствует (J x = 0). В подводном положении подводная лодка за счет балластировки специальных цистерн, имеет положение ЦТ ниже ЦВ, в результате ее остойчивость обеспечивается остойчивостью нагрузки.

7 . Определение мер начальной остойчивости судна

Посадка судна прямо и на ровный киль

В случаях, когда судно плавает с незначительными углами крена и дифферент, меры начальной остойчивости могут быть определены с помощью метацентрических диаграмм.

При заданной массе судна, определение мер начальной остойчивости сводится к определению аппликат метацентров (или метацентрических радиусов и аппликаты ЦВ) и аппликаты ЦТ.

Рис. 10. Метацентрическая диаграмма

Аппликата ЦВ z c и метацентрические радиусы r, R являются характеристиками погруженного объема судна и зависят от осадки. Эти зависимости представлены на метацентрической диаграмме входящей в состав кривых элементов теоретического чертежа. По метацентрической диаграмме (рис. 10) можно не только определить z c и r, но при известной аппликате ЦТ, найти поперечную метацентрическую высоту судна.

На рис. 10 представлена последовательность расчета поперечной метацентрической высоты судна при приеме груза. Зная массу принятого груза m и аппликату его центра тяжести z, можно определить новую аппликату ЦТ судна z g 1 по формуле:

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

где z g - аппликата ЦТ судна до приема груза.

Посадка судна с дифферентом

При плавании судна с дифферентом в воду входят более полные участки корпуса, что приводит к увеличению площади ватерлинии (остойчивости формы) и соответственно поперечной метацентрической высоты. У промысловых судов кормовые обводы полнее носовых, поэтому следует ожидать при дифференте на корму увеличение, а при дифференте на нос уменьшение поперечной остойчивости судна.

Рис. 11. Диаграмма Фирсова - Гундобина

Для вычисления поперечной метацентрической высоты судна с учетом дифферента используют диаграммы Фирсова - Гундобина, начальной остойчивости КТИРПиХ и интерполяционные кривые.

Диаграмма Фирсова - Гундобина (рис. 11), отличается от диаграммы Фирсова тем, что содержит кривые z m и z c , значения которых определяются по известным осадкам судна носом и кормой.

Диаграмма начальной остойчивости КТИРПиХ (рис. 12) позволяет определить аппликату метацентра судна z m по известной массе Д и абсциссе его центра тяжести x g .

По диаграмме интерполяционных кривых (рис. 13) можно при известных осадках судна носом и кормой найти поперечный метацентрический радиус r и аппликату центра величины судна z c .

Диаграммы, показанные на рис. 11-13, позволяют найти z m при любой посадке судна, в том числе и на ровный киль. Следовательно, они дают возможность проанализировать влияние дифферента на начальную поперечную остойчивость судна.

Рис. 12. Диаграмма начальной остойчивости траулера типа “Карелия“

остойчивость судно метацентр груз

Рис. 13. Диаграмма для определения z c и r

8 . Влияние перемещения грузов на посадку и остойчивость судна

Для определения посадки и остойчивости судна при произвольном перемещении грузов, необходимо рассмотреть раздельно вертикальное, поперечное горизонтальное и продольное горизонтальное перемещение.

Необходимо помнить, что вначале следует выполнить расчеты, связанные с изменением остойчивости (вертикальное перемещение, подъем груза)

Вертикальное перемещение груза

Из точки 1 с точку 2 не создает момента, способного наклонить судно, и следовательно, его посадка не меняется (если только остойчивость судна при этом остается положительной). Такое перемещение приводит только к изменению по высоте положения центра тяжести судна. Можно сделать вывод, что данное перемещение приводит к изменению остойчивости нагрузки при неизменной остойчивости формы. Перемещение центра тяжести определяется по известной теореме теоретической механики:

дz g = (z 2 - z 1),

где m - масса перемещаемого груза,

Д - масса судна,

z 1 и z 2 - аппликаты ЦТ груза до и после перемещения.

Приращение метацентрических высот составит:

дh = дН = - дz g = - (z 2 - z 1)

Судно после перемещения груза будет иметь поперечную метацентрическую высоту:

Вертикальное перемещение груза не приводит к значительному изменению продольной метацентрической высоты, ввиду малости дН по сравнению с величиной Н.

Рис. 14. Вертикальное перемещение груза

Рис. 15. Поперечное горизонтальное перемещение груза

Подвешенные грузы

Появляются на судне в результате подъема груза из трюма на палубу, приемом улова, выборкой сетей с помощью грузовых стрел и т.п. Влияние на остойчивость судна подвешенный груз (рис. 16) оказывает аналогично вертикально перемещенного, только изменение остойчивости происходит мгновенно в момент отрыва его от опоры. При подъеме груза, когда натяжение в шкентеле станет равным весу груза, происходит перемещение центра тяжести груза из точки 1 в точку подвеса (точку 2) и дальнейший подъем не будет оказывать влияние на остойчивость судна. Оценить изменение метацентрической высоты можно по формуле

где l = (z 2 - z 1) - первоначальная длина подвеса груза.

На небольших судах, в условиях пониженной остойчивости, подъем груза судовыми стрелами может представлять значительную опасность.

Поперечное горизонтальное перемещение груза

Поперечное горизонтальное перемещение грузамассой m (рис. 17) приводит к изменению крена судна в результате возникающего момента m кр с плечом (y 2 - y 1)cosИ.

m кр = m (y 2 - y 1) cosИ = m l y cosИ,

где y 1 и y 2 - ординаты положения ЦТ груза до и после перемещения.

Учитывая равенство кренящего m кр и восстанавливающего моментов m И, используя метацентрическую формулу остойчивости, получим:

Дh sinИ = m l y cosИ, откуда

tgИ = m l y /Дh.

Учитывая, что углы крена небольшие, можно считать, что tgИ = И = И 0 /57,3, и формула примет вид

И 0 = 57,3 m l y /Дh.

Если до перемещения груза судно имело крен, то в данной формуле угол следует рассматривать как приращение дИ 0

Рис. 17.

Продольное горизонтальное перемещение груза

Продольное горизонтальное перемещение груза(рис. 18) приводит к изменению дифферента судна и поперечной метацентрической высоты. По аналогии с предыдущим случаем при М Ш = М диф, получим:

tg Ш = m l х /ДН, или

Ш 0 = 57,3 m l х /ДН.

На практике продольные наклонения чаще оценивают величиной дифферента

D f = Ш 0 L /57,3, тогда

D f = m l х L /ДН,

где L - длина судна.

Используя момент дифференцирующий судно на 1 см (входящий в состав грузовой шкалы и КЭТЧ)

m Д = 0,01 гV Н/ L (кН м/см) ;

m Д = 0,01 ДН/ L = 0,01 ДR / L (т м/см),

так как Н R получим

D f = m l х / m Д (см).

Изменение осадок при продольном перемещении груза:

дd н = (0,5L - x f) Df/ L,

дd к = - (0,5L + x f) Df/ L.

Тогда новые осадки судна будут:

d н = d + дd н = d + (0,5L - x f) Df/ L,

d к = d + дd к = d - (0,5L + x f) Df/ L;

где x f - абсцисса оси продольных наклонений.

Влияние дифферента на метацентрическую высоту судна подробно рассмотрено в 7.2.

9 . Влияние приема малого груза на посадку и остойчивость судна

Изменение посадки судна при приеме груза рассматривалось в 4.4. Определим изменение поперечной метацентрической высоты дh при приеме малого груза массой m (рис. 19), центр тяжести которого располагается на одной вертикали с ЦТ площади ватерлинии в точке с аппликатой z.

В результате увеличения осадки объемное водоизмещение судна увеличится на дV = m /с и возникнет дополнительная сила плавучести г дV, приложенная в ЦТ слоя между ватерлиниями WL и W 1 L 1 .

Рис. 19. Прием на судно малого груза

Считая судно прямобортным, аппликата ЦТ дополнительного объема плавучести будет равна d + дd /2, где приращение осадки определим по известным формулам дd = m/ сS или дd = m / q см.

При наклонении судна на угол И, сила веса груза р и равная ей сила плавучести г дV составляют пару сил с плечом (d + дd /2 -z)sinИ. Момент этой пары дm И = р (d + дd /2 - z) sin И увеличивает первоначальный восстанавливающий момент судна m И = гV h sin И, поэтому восстанавливающий момент после приема груза становится равным

m И 1 = m И + дm И, или

(гV + г дV)(h + дh) sin И = гV h sin И + г дV(d + дd /2 - z) sin И,

перейдя к массовым значениям, получим

(Д + m)(h + дh) sin И = Д h sin И + m (d + дd /2 - z) sin И.

Из уравнения найдем приращение метацентрической высоты дh:

Для общего случая приема или снятия малого груза формула примет вид:

где + (-)подставляется при приеме (снятии)груза.

Из формулы видно, что

дh < 0 при z > (d дd /2 - h) и

дh > 0 при z < (d дd /2 - h), а

дh = 0 при z = (d дd /2 - h).

Уравнение z = (d дd /2 - h) является уравнением нейтральной (предельной) плоскости.

Нейтральная плоскость, является плоскостью, прием на которую груза не изменяет остойчивость судна. Прием груза выше нейтральной плоскости уменьшает остойчивость судна, ниже нейтральной плоскости увеличивает ее.

10 . Влияние жидкого груза на остойчивость судна

На судне имеется значительное количество жидких грузов в виде запасов топлива, воды и масла. Если жидкий груз заполняет цистерну целиком, его влияние на остойчивость судна аналогично эквивалентному твердому грузу массой

m ж = с ж v ж.

На судне, практически всегда имеются цистерны, не заполненные целиком, т.е. жидкость имеет в них свободную поверхность. Свободные поверхности на судне также, могут появляться в результате тушения пожаров и повреждения корпуса. Свободные поверхности оказывают сильное отрицательное влияние, как на начальную остойчивость, так и на остойчивость судна при больших наклонениях. При наклонениях судна жидкий груз, имеющий свободную поверхность, перетекает в сторону наклонения, создавая при этом дополнительный момент, кренящий судно. Появившийся момент можно рассматривать как отрицательную поправку к восстанавливающему моменту судна.

Рис. 20. Влияние на начальную остойчивость свободной поверхности жидкого груза

Влияние свободной поверхности

Влияние свободной поверхности(рис. 20)будем рассматривать при посадке судна прямо и на ровный киль. Предположим, что в одной из цистерн судна имеется жидкий груз с объемом v ж, имеющий свободную поверхность. При наклонении судна на малый угол И, свободная поверхность жидкости также наклонится, а центр тяжести жидкости q переместится в новое положение q 1 . Вследствие малости угла И можно считать, что данное перемещение происходит по дуге окружности радиуса r 0 c центром в точке m 0 , в которой пересекаются линии действия веса жидкости до и после наклонения судна. По аналоги с метацентрическим радиусом

r 0 = i x /v ж,

где i x - собственный момент инерции свободной поверхности жидкости относительно продольной оси (параллельной координатной оси ОХ). Нетрудно видеть, что рассматриваемый случай оказывает влияние на остойчивость такое же, как и подвешенный, где l = r 0 , а m = с ж v ж.

Рис. 21. Кривые безразмерного коэффициента k

Используя формулу для подвешенного груза, получим формулу влияния на остойчивость свободной поверхности жидкости:

Как видно из формулы, именно i x оказывает влияние на остойчивость.

Момент инерции свободной поверхности вычисляется по формуле

где l и b - длина и ширина поверхности, а k - безразмерный коэффициент, учитывающий форму свободной поверхности.

В данной формуле следует обратить внимание на последний множитель - b 3 , что ширина поверхности в большей мере, чем длина, оказывает влияние на i x и следовательно на дh. Таким образом, особо опасаться необходимо свободных поверхностей в широких отсеках.

Определим, насколько уменьшится потеря остойчивости в прямоугольной цистерне после установки n продольных переборок на равных расстояниях друг от друга

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

Отношение поправок к метацентрической высоте до установки и после установки переборок составит

дh / дh n = i x / i x n = (n +1) 2 .

Как видно из формул, установка одной переборки уменьшает влияние свободной поверхности на остойчивость в 4 раза, двух - в 9 раз и т.д.

Коэффициент k можно определить по кривой на рис. 21, на котором верхняя кривая соответствует несимметричной трапеции, нижняя симметричной. Для проведения практических расчетов коэффициент k, независимо от формы площади поверхности, целесообразно принимать как для прямоугольных поверхностей k = 1/12.

В судовых условиях влияние жидких грузов учитывается при помощи таблиц, приведенных в ”Информации об остойчивости судна”.

Таблица 1

Поправка на влияние свободных поверхностей жидких грузов на остойчивость судна типа БМТР “Маяковский”

Поправка, м, дh	Водоизмещение судна, м

В таблицах даны поправки к метацентрической высоте судна дh для совокупности цистерн, которые по условиям эксплуатации могут оказаться частично заполненными (табл. 1) к коэффициенту поперечной остойчивости дm h = дh = с ж i x для каждой цистерны в отдельности (табл. 2). Цистерны, имеющие поправки к метацентрической высоте меньше 1 см, в расчетах не учитывают.

В зависимости от вида поправок метацентрическую высоту судна с учетом влияния жидких грузов в частично заполненных цистернах находят по формулам

h = z m - z g - дh;

h = z m - z g - дm h /

Как видно, свободные поверхности как бы повышают центр тяжести судна или снижают его поперечный метацентр на величину

дz g = дz m = дh = дm h /

Проявление свободной поверхности жидкого груза также влияет и на продольную остойчивость судна. Поправка к продольной метацентрической высоте будет определяться формулой

дН = - с ж i у /,

где i у - собственный момент инерции свободной поверхности жидкости относительно поперечной оси (параллельной координатной оси ОУ). Однако ввиду значительной величины продольной метацентрической высоты Н, поправкой дН обычно пренебрегают.

Рассматриваемое изменение остойчивости от свободной поверхности жидкости происходит при наличии ее объема от 5 95% объема цистерны. В таких случаях говорят, что свободная поверхность приводит к действенной потере остойчивости.

Таблица 2

Поправка на влияние свободных поверхностей жидких грузов на остойчивость судна т/х «Александр Сафонцев»

Наименование		Абсцисса ЦТ, м	Аппликата ЦТ, м	Момент mx, тм	Момент mz, тм	Поправки на свободные поверхности, тм
Цистерна ДТ №3
Цистерна ДТ №4
Цистерна ДТ №5
Цистерна ДТ №6
Цистерна ДТ №35

Рис. 22. Случай недейственной потери остойчивости

Если в цистерне имеется лишь очень тонкий слой жидкости, или цистерна заполнена почти доверху, то ширина свободной поверхности при наклонении судна начинает резко уменьшаться (рис. 22). Соответственно резкое уменьшение будет претерпевать и момент инерции свободной поверхности, а, следовательно, и поправка к метацентрической высоте. Т.е. наблюдается недейственное потеря остойчивости, которую практически можно не учитывать.

Для уменьшения отрицательного влияния на остойчивость судна переливающихся жидких грузов на нем могут, предусматриваются следующие конструктивные и организационные мероприятия:

Установка в цистернах продольных или поперечных переборок, что позволяет резко уменьшить собственные моменты инерции i х и i у;

Установка в цистернах продольных или поперечных диафрагм-переборок, имеющих в нижней и верхней части небольшие отверстия. При резких наклонениях судна (например, при качки) диафрагма выполняет роль переборки, так как жидкость протекает через отверстия достаточно медленно. С конструктивной точки зрения диафрагмы более удобны, чем непроницаемые переборки, так как при установки последних значительно усложняются системы заполнения, осушения и вентиляции цистерн. Однако при длительных наклонениях судна диафрагмы, будучи проницаемыми, не могут уменьшить влияние переливающейся жидкости на остойчивость;

При приеме жидких грузов обеспечивать полное заполнение цистерн без образования свободных поверхностей жидкости;

При расходовании жидких грузов обеспечивать полное осушение цистерн; «мертвые запасы» жидких грузов должны быть минимальными;

Обеспечивать сухость трюмов в отсеках судна, где может скапливаться жидкость с большой площадью свободной поверхности;

Неукоснительно выполнять инструкцию по приему и расходовании жидких грузов на судне.

Не выполнение экипажем судна перечисленных организационных мероприятий, может привести к значительной потере остойчивости судна и явиться причиной аварии.

11 . Опытное определение метацентрической высоты и положения центра тяжести судна

При проектировании судна производится расчет его начальной остойчивости для типовых случаев нагрузки. Фактическая остойчивость построенного судна отличается от расчетной за счет погрешностей расчета и отклонений от проекта, допущенных при постройке. Поэтому на судах производят опытное определение начальной остойчивости - кренование, с последующим расчетом положения ЦТ судна.

Кренованию должны подвергаться:

Суда серийной постройки (первое, а затем каждое пятое судно серии);

Каждое новое судно несерийной постройки;

Каждое судно после восстановительного ремонта;

Суда после большого ремонта, переоборудования или модернизации при изменении водоизмещения более чем на 2%;

Суда после укладки постоянного твердого балласта, если изменение центра тяжести нельзя достаточно точно определить расчетным путем;

Суда, остойчивость которых неизвестна или должна быть проверена.

Кренование проводиться в присутствии инспектора Регистра в соответствии со специальной “Инструкцией по кренованию судов Регистра”.

Сущность кренования заключается в следующем. Кренование производится на основании равенства m кр = m И, определяющего положение равновесия судна с креном И 0 . Кренящий момент создается перемещением грузов (кренбалласта) по ширине судна на расстояние l y ; в пределах малых наклонений судна:

m кр = m l y .

Тогда из равенства m l y = сV h И 0 /57,3

находят, что h = 57,3 m l y /сVИ 0 .

Возвышение ЦТ судна над основной плоскостью z g и абсцисса ЦТ x g определяются из выражений:

z g = z c + r - h; и x g = x c .

Величины z c , r и x c в случае отсутствия или малости дифферента определяются с помощью кривых элементов теоретического чертежа по значению водоизмещения V. При наличии дифферента эти величины должны определяться специальным расчетом. Водоизмещение V находится по масштабу Бонжана на основании замера осадок судна носом и кормой по маркам углубления. Плотность забортной воды определяется с помощью ареометра.

Массой кренбалласта m и плечом переноса l y задаются, величину угла крена И 0 замеряют.

Перед кренованием нагрузка судна должна быть максимально близкой к его водоизмещению порожнем (98 104%). Метацентрическая высота судна должна быть не менее 0,2 м. Для достижения этого допускается прием балласта.

Предметы снабжения и запасные части должны находиться на своих штатных местах, грузы должны быть закреплены, а цистерны для воды, топлива, масла - осушены. Балластные цистерны в случае их заполнения должны быть запрессованы.

Кренбалласт укладывается на открытой палубе судна на обоих бортах на специальных стеллажах несколькими рядами относительно ДП. Масса переносимого поперек судна кренбалласта должна обеспечивать угол крена около 3 0 .

Для замера углов крена подготавливают специальные вески (длиной не менее 3 метров) или инклинографы. Использования для замера углов судовых кренометров недопустимо, так как они дают значительную погрешность.

Кренование проводится в тихую погоду при крене судна не более 0,5 0 . Глубина акватории должна исключать касание грунта или нахождение части корпуса в илистом грунте. Судно должно иметь возможность свободно накреняться, для чего следует предусмотреть слабину швартовов и исключить касание судна стенки или корпуса другого судна.

Опыт заключается в выполняемых по команде переносах кренбалласта с борта на борт и замерах угла крена перед началом и после переноса.

Определение начальной остойчивости по периоду бортовой качки производится на основе известной «капитанской» формулы:

где ф И - период собственных бортовых колебаний судна;

С И - инерционный коэффициент;

В - ширина судна.

Определение периода бортовой качки судна рекомендуется производить при каждом опыте кренования, а для судов водоизмещением менее 300 т его определение является обязательным. Средством для определения ф И является инклинограф или секундомеры (не менее трех наблюдающих).

Раскачивание судна осуществляется согласованными перебежками экипажа с борта на борт в такт колебаниям судна до наклонения судна на 5 8 0 . Капитанская формула позволяет при любом состоянии нагрузки судна приближенно определить метацентрическую высоту при нахождении его на волнении. При этом надо помнить, что для одного и того же судна величина инерционного коэффициента С И не одинакова, она зависит от его загрузки и размещения грузов. Как правило, инерционный коэффициент у порожнего судна больше, чем у загруженного.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Остойчивость как способность судна противостоять внешним кренящим моментам без аварийных последствий. Классификация остойчивости, способы водоизмещения. Измерение остойчивости восстанавливающим моментом. Основные формулы остойчивости, углы крена.

презентация , добавлен 16.04.2011


Понятие об остойчивости и дифферентовке судна. Расчет поведения судна, находящегося в рейсе, во время затопления условной пробоины, относящейся к отсеку первой, второй и третьей категории. Мероприятия по спрямлению судна контрзатоплением и восстановлению.

дипломная работа , добавлен 02.03.2012


Предложения об остойчивости и непотопляемости судна. Разделение его нагрузки на укрупнённые статьи. Порядок приёма и расходования основных грузов и запасов с применением упрощенной таблицы нагрузки, графика безопасной загрузки и номограмм остойчивости.

презентация , добавлен 16.04.2011


Расчет продолжительности рейса судна, запасов, водоизмещения и остойчивости перед загрузкой. Размещение судовых запасов, груза и водяного балласта. Определение параметров посадки и погрузки судна после загрузки. Статическая и динамическая остойчивость.

курсовая работа , добавлен 20.12.2013


Составление грузового плана и рассчет остойчивости судна в соответствии с данными Информации об остойчивости. Контроль посадки и остойчивости по результатам расходования запасов топлива и воды. Балластировка судна и предотвращение водотечности обшивки.

реферат , добавлен 09.02.2009


Расчет влияния перемещения груза из точки А в точку В. Перемещение груза в поперечной плоскости и по горизонтали поперек судна. Расчет изменения диаграммы статической остойчивости. Влияние подвешенных грузов на устойчивость на больших углах крена.

презентация , добавлен 18.04.2011


Выбор возможного варианта размещения грузов. Оценка весового водоизмещения и координат судна. Оценка элементов погруженного объема судна. Расчет метацентрических высот судна. Расчет и построение диаграммы статической и динамической остойчивости.

контрольная работа , добавлен 03.04.2014


Вероятность опрокидывания судна. Расчётная ситуация "Критерий погоды" в Требованиях Российского Морского Регистра судоходства. Определение опрокидывающего момента и вероятности выживания судна. Требования к посадке и остойчивости повреждённого судна.

презентация , добавлен 16.04.2011


Определение ходового времени и судовых запасов на рейс. Параметры водоизмещения при начальной посадке судна. Распределение запасов и груза. Расчет посадки и начальной остойчивости судна по методу приема малого груза. Проверка продольной прочности корпуса.

контрольная работа , добавлен 19.11.2012


Технические параметры универсального судна. Характеристика грузов, их распределение по грузовым помещениям. Требования, предъявляемые к грузовому плану. Определение расчетного водоизмещения и времени рейса. Проверка прочности и расчет остойчивости судна.

Остойчивость (stability) — одно из важнейших мореходных качеств судна, с которым связаны чрезвычайно важные вопросы, касающиеся безопасности плавания. Утрата остойчивости почти всегда означает гибель судна и очень часто экипажа. В отличие от изменения других мореходных качеств уменьшение остойчивости не проявляется видимым образом, и экипаж судна, как правило, не подозревает о грозящей опасности до последних секунд перед опрокидыванием. Поэтому изучению этого раздела теории корабля необходимо уделять самое большое внимание.

Для того чтобы судно плавало в заданном равновесном положении относи-тельно поверхности воды, оно должно не только удовлетворять условиям рав-новесия, но и быть способным сопротивляться внешним силам, стремящимся вывести его из равновесного положения, а после прекращения действия этих сил — возвращаться в первоначальное положение. Следовательно, равновесие судна должно быть устойчивым или, другими словами, судно должно обладать положительной остойчивостью.

Таким образом, остойчивость — это способность судна, выведенного из состояния равновесия внешними силами, вновь возвращаться к первоначальному положению равновесия после прекращения действия этих сил.

Остойчивость судна связана с его равновесием, которое служит ха-рактеристикой последней. Если равновесие судна устойчивое, то судно обладает положительной остойчивостью; если его равновесие безразличное, то судно обладает нулевой остойчивостью, и, наконец, если равновесие судна неустойчивое, то оно обладает отрицательной остойчивостью.

Танкер Капитан Ширяев
Источник: fleetphoto.ru

В этой главе будут рассматриваться поперечные наклонения судна в плоскости мидель-шпангоута.

Остойчивость при поперечных наклонениях, т. е. при возникновении крена, называется поперечной. В зависимости от угла наклонения судна поперечная остойчивость делится на остойчивость при малых углах наклонения (до 10-15 град), или так называемую начальную остойчивость, и остойчивость при больших углах наклонения.

Наклонения судна происходят под действием пары сил; момент этой пары сил, вызывающий поворот судна вокруг продольной оси, будем называть кренящим Мкр.

Если Мкр, приложенный к судну, нарастает постепенно от нуля до конечного значения и не вызывает угловых ускорений, а следовательно, и сил инерции, то остойчивость при таком наклонении называется статической.

Кренящий момент, действующий на судно мгновенно, приводит к воз-никновению углового ускорения и инерционных сил. Остойчивость, проявля-ющаяся при таком наклонении, называется динамической.

Статическая остойчивость характеризуется возникновением восста-навливающего момента, который стремится возвратить судно в первоначальное положение равновесия. Динамическая остойчивость характеризуется работой этого момента от начала и до конца его действия.

Рассмотрим равнообъемное поперечное наклонение судна. Будем считать, что в исходном положении судно имеет прямую посадку. В этом случае сила поддержания D’ действует в ДП и приложена в точке С — центре величины судна (Centre of buoyancy-В).

Рис. 1

Допустим, что судно под действием кренящего момента получило поперечное наклонение на малый угол θ. Тогда центр величины переместится из точки С в точку С 1 и сила поддержания, перпендикулярная новой действующей ватерлинии В 1 Л 1 , будет направлена под углом θ к диаметральной плоскости. Линии действия первоначального и нового направлении силы поддержания пересекутся в точке m. Эта точка пересечения линии действия силы поддержания при бесконечно малом равнообъемном наклонении плавающего судна называется поперечным мета центром (metacentre).

Можно дать другое определение метацентру: центр кривизны кривой перемещения центра величины в поперечной плоскости называется поперечным мета центром.

Радиус кривизны кривой перемещения центра величины в поперечной плоскости называется поперечным мета центрическим радиусом (или малым метацентрическим радиусом) (Radius of metacentre). Он опреде-ляется расстоянием от поперечного метацентра m до центра величины С и обозначается буквой r.

Поперечный метацентрический радиус может быть вычислен с помощью формулы:

т. е. поперечный метацентрический радиус равен моменту инерции Ix площади ватерлинии относительно продольной оси, проходящей через центр тяжести этой площади, деленному на соответствующее этой ватерлинии объёмное водоизмещение V.

Условия остойчивости

Допустим, что судно, находящееся в прямом положении равновесия и плавающее по ватерлинию ВЛ, в результате действия внешнего кренящего момента Мкр накренилось так, что исходная ватерлиния ВЛ с новой действующей ватерлинией В 1 Л 1 образует малый угол θ. Вследствие изменения формы погруженной в воду части корпуса распределение гидростатических сил давления, действующих на эту часть корпуса, также изменится. Центр величины судна переместится в сторону крена и перейдет из точки С в точку С 1 .

Сила поддержания D’, оставаясь неизменной, будет направлена вертикально вверх перпендикулярно новой действующей ватерлинии, а ее линия действия пересечет ДП в первоначальном поперечном метацентре m.

Положение центра тяжести судна остается неизменным, а сила веса Р будет перпендикулярна новой ватерлинии В 1 Л 1 . Таким образом, силы Р и D’, параллельные друг другу, не лежат на одной вертикали и, следовательно, образуют пару сил с плечом GK, где точка К — основание перпендикуляра, опущенного из точки G на направление действия силы поддержания.

Пара сил, образованная весом судна и силой поддержания, стремящаяся возвратить судно в первоначальное положение равновесия, называется восстанавливающей парой, а момент этой пары — восстанавливающим моментом Мθ.

Вопрос об остойчивости накрененного судна решается направлением действия восстанавливающего момента. Если восстанавливающий момент стремится вернуть судно в первоначальное положение равновесия, то восстанавливающий момент положителен, остойчивость судна также поло-жительна — судно остойчиво. На рис. 2 показано расположение сил, действующих на судно, которое соответствует положительному восста-навливающему моменту. Нетрудно убедиться, что такой момент возникает, если ЦТ лежит ниже метацентра.

Рис. 2 Рис. 3

На рис. 3 показан противоположный случай, когда восстанавливающий момент отрицателен (ЦТ лежит выше метацентра). Он стремится еще больше отклонить судно из положения равновесия, т. к. направление его действия совпадает с направлением действия внешнего кренящего момента Мкр. В этом случае судно не остойчиво.

Теоретически можно допустить, что восстанавливающий момент при наклонении судна равен нулю, т. е. сила веса судна и сила поддержания располагаются на одной вертикали, как это показано на рис. 4.

Рис. 4

Отсутствие восстанавливающего момента приводит к тому, что после прекращения действия кренящего момента судно остается в наклоненном положении, т. е. судно находится в безразличном равновесии.

Таким образом, по взаимному положению поперечного метацентра m и Ц.Т. G можно судить о знаке восстанавливающего момента или, иными словами, об остойчивости судна. Так, если поперечный метацентр находится выше центра тяжести (рис. 2), то судно остойчиво.

Если поперечный метацентр расположен ниже центра тяжести или совпадает с ним (рис. 3, 4) судно не остойчиво.

Отсюда возникает понятие мета центрической высоты (Metacentric height): поперечной метацентрической высотой называется возвышение поперечного метацентра над центром тяжести судна в начальном положении равновесия.

Поперечная метацентрическая высота (рис. 2) определяется расстоянием от центра тяжести (т. G), до поперечного метацентра (т. m), т. е. отрезком mG. Этот отрезок является постоянной величиной, т. к. и Ц.Т. , и поперечный метацентр не изменяют своего положения при малых наклонениях. В связи с этим его удобно принимать в качестве критерия начальной остойчивости судна.

Если поперечный метацентр будет находиться выше центра тяжести судна, то поперечная метацентрическая высота считается положительной. Тогда условие остойчивости судна можно дать в следующей формулировке: судно остойчиво, если его поперечная метацентрическая высота положительна. Такое определение удобно тем, что оно позволяет судить об остойчивости судна, не рассматривая его наклонения, т. е. при угле крена равном нулю, когда восстанавливающий момент вообще отсутствует. Чтобы установить, какими данными необходимо располагать для получения значения поперечной метацентрической высоты, обратимся к рис. 5, на котором показано относительное расположение центра величины С, центра тяжести G и попе-речного метацентра m судна, имеющего положительную начальную поперечную остойчивость.

Рис. 5

Из рисунка видно, что поперечная метацентрическая высота h может быть определена по одной из следующих формул:

h = Z C ± r - Z G ;

Поперечная метацентрическая высота определяется зачастую с помощью последнего равенства. Аппликата поперечного метацентра Zm может быть найдена по метацентрической диаграмме. Основные трудности при определении поперечной метацентрической высоты судна возникают при определении аппликаты центра тяжести ZG, определение которой производится с использованием сводной таблицы нагрузки масс судна (вопрос рассматривался в лекции — ).

В иностранной литературе обозначение соответствующих точек и параметров остойчивости может выглядеть так, как указано ниже на рис. 6.

Рис. 6

• где К - точка киля;
• В - центр величины (Centre of buoyancy);
• G — центр тяжести (Centre of gravity);
• М - поперечный метацентр (metacentre);
• КВ - аппликата центра величины;
• KG - аппликата центра тяжести;
• КМ — аппликата поперечного метацентра;
• ВМ - поперечный метацентрический радиус (Radius of metacentre);
• BG - возвышение центра тяжести над центром величины;
• GM - поперечная метацентрическая высота (Metacentric height).

Плечо статической остойчивости, обозначаемое в на шей литературе как GK, в иностранной литературе обозначается - GZ.

Предлагается к прочтению:

Остойчивостью судна называют такое его свойство, благодаря которому судно при воздействии на него внешних факторов (ветер, волны и др.) и внутренних процессов (смещение грузов, перемещение жидких запасов, наличие свободных поверхностей жидкости в отсеках и т.д.) не переворачивается. Наиболее ёмким определением остойчивости судна может быть следующее: способность судна не переворачиваться при воздействии на него природных морских факторов (ветра, волнения, обледенения) в назначенном ему районе плавания, а также в сочетании с «внутренними» причинами, вызванными действиями экипажа

Эта особенность основана на природном свойстве плавающего на поверхности воды объекта - стремится вернуться в первоначальное положение после прекращения этого воздействия. Таким образом, остойчивость, с одной стороны, естественна, а, с другой, требует регламентированного контроля со стороны человека, принимающего участие в его проектировании и эксплуатации.

Остойчивость зависит от формы корпуса и положения ЦТ судна, поэтому путем правильного выбора формы корпуса припроектировании и правильного размещения грузов на судне при эксплуатации можно обеспечить достаточную остойчивость, гарантирующую предотвращение опрокидывания судна при любых условиях плавания.

Наклонения судна возможны по разным причинам: от действия набегающих волн, из-за несимметричного затопления отсеков при пробоине, от перемещения грузов, давления ветра, из-за приема или расходования грузов и пр. Различают два вида остойчивости: поперечную и продольную. С точки зрения безопасности плавания (в особенности в штормовую погоду) наиболее опасными являются поперечные наклонения. Поперечная остойчивость проявляется при крене судна, т.е. при наклонениях его на борт. Если силы, вызывающие наклонение судна, действуют медленно, то остойчивость называют статической, а если быстро, то динамической. Наклонение судна в поперечной плоскости называют креном, а в продольной плоскости -- дифферентом; углы, образующиеся при этом, обозначают соответственно O и y. Остойчивость на малых углах наклонения (10 -- 12°) называется начальной остойчивостью.

(рис.2)

Представим себе, что под действием внешних сил судно получило крен на угол 9 (рис 2). Вследствие этого объем подводной части судна сохранил свою величину, но изменил форму; по правому борту в воду вошел дополнительный объем, а по левому борту равновеликий ему объем вышел из воды. Центр величины переместился из первоначального положения С в сторону крена судна, в центр тяжести нового объема -- точку С1. При наклонном положении судна сила тяжести Р, приложенная в точке G, и сила поддержания D, приложенная в точке С, оставаясь перпендикулярными к новой ватерлинии В1Л1 образуют пару сил с плечом GK, являющимся перпендикуляром, опущенным из точки G на направление сил поддержания.

Если продолжить направление силы поддержания из точки С1 до пересечения с ее первоначальным направлением из точки С, то на малых углах крена, соответствующих условиямначальной остойчивости, эти два направления пересекутся в точке М, называемой поперечным метацентром.

Взаимное положение точек М и G позволяет установить следующий признак, характеризующий поперечную остойчивость: (Рис.3)

• А) Если, метацентр расположен выше центра тяжести, то восстанавливающий момент положителен и стремится вернуть судно в исходное положение, т. е. при накренении судно будет остойчиво.
• Б) Если точка М находится ниже точки G, то при отрицательном значении h0 момент отрицателен и будет стремиться увеличивать крен, т. е. в этом случае судно неостойчивое.
• В) Когда точки М и G совпадают, силы Р и D действуют по одной вертикальной прямой, пары сил не возникает, и восстанавливающий момент равен нулю: тогда судно надо считать неостойчивым, так как оно не стремится вернуться в первоначальное положение равновесия (рис. 3).

Рис.3

Внешними признаками отрицательной начальной остойчивости корабля являются:

• -- плавание корабля с креном при отсутствии кренящих моментов;
• -- стремление корабля перевалиться на противоположный борт при спрямлении;
• -- переваливание с борта на борт при циркуляции, при этом крен остается и при выходе корабля на прямой курс;
• -- большое количество воды в трюмах, на платформах и палубах.

Остойчивость, которая проявляется при продольных наклонениях судна, т.е. при дифференте, называется продольной.

При продольном наклонении судна па угол ш вокруг поперечной оси Ц.В. переместится из точки С в точку C1 и сила поддержания, направление которой нормально к действующей ватерлинии, будет действовать под углом ш к первоначальному направлению. Линии действия первоначального и нового направления сил поддержания пересекаются в точке. Точка пересечения, линии действия сил поддержания при бесконечно малом наклонении в продольной плоскости называется продольным метацентром М. мореходный остойчивость ходкость корабль

Продольный момент инерции площади ватерлинии IF значительно большепоперечного момента инерции IX . Поэтому продольный метацентрический радиус R всегда значительно больше поперечного r. Ориентировочно считают, что продольный метацентрический радиус R приблизительно равен длине судна. Поскольку величина продольного метацентрического радиуса R во много раз больше поперечного r, продольная метацентрическая высота H любого судна во много раз больше поперечной h. поэтому, если у судна обеспечена поперечная остойчивость, то продольная остойчивость обеспечена заведомо.

Факторы, влияющие на остойчивость судна, которые имеют сильное влияние на остойчивость судна.

К таким факторам, которые необходимо учитывать при эксплуатации маломерного судна, следует отнести:

• 1. На остойчивость судна наиболее ощутимо влияет его ширина: чем больше она по отношению к его длине, высоте борта и осадке, тем выше остойчивость. У более широкого судна больше восстанавливающий момент.
• 2. Остойчивость небольшого судна повышается, если изменить форму погруженной части корпуса при больших углах крена. На этом утверждении, например, основано действие бортовых булей и пенопластового привального бруса, которые при погружении в воду создают дополнительный восстанавливающий момент.
• 3. Остойчивость ухудшается при наличии на судне топливных баков с зеркалом поверхности от борта до борта, поэтому эти баки должны иметь перегородки, установленные параллельно диаметральной плоскости судна, или быть сужены в своей верхней части.
• 4. На остойчивость наиболее сильно влияет размещение на судне пассажиров и грузов, их следует располагать как можно ниже. Нельзя допускать на судне малых размеров во время его движения сидение людей на борту и их произвольное перемещение. Грузы должны быть надежно закреплены, чтобы исключить их неожиданное смещение со штатных мест.
• 5. При сильном ветре и волнении действие кренящего момента (особенно динамического) очень опасно для судна, поэтому с ухудшением погодных условий необходимо отвести судно в укрытие и переждать непогоду. Если этого сделать невозможно из-за значительного расстояния до берега, то в штормовых условиях нужно стараться держать судно "носом на ветер", выбросив плавучий якорь и работая двигателем на малом ходу.

Избыточная остойчивость вызывает стремительную качку и повышает опасность возникновения резонанса. Поэтому регистром установлены ограничения не только нижнего, но и верхнего предела остойчивости.

Для увеличения остойчивости судна (увеличения восстанавливающего момента на единицу угла крена) необходимо увеличить метацент- рическую высоту h путем соответствующего размещения на судне грузов и запасов (более тяжелые грузы внизу, а легкие наверху). С этой же целью (особенно при плавании в балласте -- без груза) прибегают к заполнению водой балластных танков.