Desempenho da embarcação

As qualidades operacionais mais características de uma pequena embarcação são: capacidade de passageiros,capacidade de carga, deslocamento e velocidade.

A capacidade de passageiros é um indicador igual ao número de lugares equipados para acomodar pessoas em um navio. A capacidade de passageiros depende da capacidade de carga:

P = G/100 , pessoas (com bagagem), ou P =G/75, pessoas (sem bagagem)

O resultado é arredondado para o número inteiro mais próximo. Em uma embarcação de pequeno porte, a disponibilidade de assentos equipados deve corresponder à capacidade de passageiros estabelecida para esta embarcação.

A capacidade de passageiros pode ser calculada aproximadamente pela fórmula:

N=Lnb Bnb/K, pes.,

Onde PARA - coeficiente empírico tomado igual a: para barcos a motor e a remo - 1,60; para barcos - 2.15.

Capacidade de carga- a carga útil do navio, incluindo a massa de pessoas e bagagem de acordo com a capacidade de passageiros. Distinguir entre peso morto e capacidade de carga líquida.

Peso morto -é a diferença entre os deslocamentos em plena carga e sem carga.

Capacidade de carga líquida - esta é a massa apenas da carga útil que o navio pode levar.

Para navios grandes, a unidade de mudança na capacidade de carga é a tonelada, para navios pequenos - kg. A capacidade de carga C pode ser calculada usando fórmulas, ou também pode ser determinada empiricamente. Para isso, no navio com deslocamento vazio, mas com abastecimento e abastecimento de combustível, a carga é colocada sequencialmente até que o navio atinja a linha d'água correspondente à borda livre mínima. A massa da carga colocada corresponde à capacidade de carga da embarcação.

Deslocamento . Existem dois tipos de deslocamento - massa (peso) e volumétrico.

Deslocamento de massa (peso) - é a massa do navio flutuando, igual à massa de água deslocada pelo navio. A unidade de medida é a tonelada.

Deslocamento V - é o volume da parte submersa do navio em m3. O cálculo é feito através das principais medidas:

V = SL WT,

onde S é o coeficiente de completude do deslocamento, igual a 0,35 - 0,6 para vasos pequenos, e um valor menor do coeficiente é inerente a vasos pequenos com contornos nítidos. Para barcos de deslocamento S = 0,4 - 0,55, planadores S = 0,45 - 0,6, barcos a motor 5 - 0,35 - 0,5, para veleiros este coeficiente varia de 0,15 a 0,4 .

Velocidade.

Velocidade é a distância percorrida por um navio por unidade de tempo. Nas embarcações de mar, a velocidade é medida em nós (milhas por hora) e nas embarcações de navegação interior é medida em quilómetros por hora (km/h). Recomenda-se ao navegador de uma pequena embarcação que conheça três velocidades: a mais alta (máxima) que a embarcação desenvolve na potência máxima do motor; o menor (mínimo) em que a embarcação obedece ao leme; médio - o mais econômico com transições relativamente grandes. A velocidade depende da potência do motor, do tamanho e forma do casco, do carregamento da embarcação e de vários fatores externos: ondas, vento, corrente, etc.

Navegabilidade do navio

A capacidade de uma embarcação permanecer à tona, interagir com a água, não virar ou ir ao fundo quando inundada, é caracterizada por sua navegabilidade. Estes incluem: flutuabilidade, estabilidade e insubmergibilidade.

Flutuabilidade. A flutuabilidade é a capacidade de um navio permanecer na superfície da água, tendo um determinado calado. Quanto mais peso colocado no navio, mais fundo ele afundará na água, mas não perderá a flutuabilidade até que a água comece a fluir para o casco.

No caso de um vazamento no casco ou um buraco, bem como a entrada de água na embarcação durante o clima de tempestade, sua massa aumenta. Portanto, o navio deve ter uma reserva de flutuabilidade.

Reserva de flutuabilidade - Este é o volume estanque do casco do navio, localizado entre a linha d'água de carga e a borda superior do costado. Na ausência de uma reserva de flutuabilidade, o navio afundará se uma pequena quantidade de água entrar no casco.

A reserva de flutuabilidade necessária para a navegação segura da embarcação é assegurada dando à embarcação uma margem livre suficiente, bem como a presença de fechamentos estanques e anteparas entre compartimentos e blocos de flutuação - elementos estruturais no interior do casco de uma pequena embarcação na forma de um bloco sólido de material (por exemplo, espuma plástica) com densidade menor que um. Na ausência de tais anteparas e blocos de flutuação, qualquer buraco na parte submersa do casco leva a uma perda completa de flutuabilidade e à morte da embarcação.

A reserva de flutuabilidade depende da altura da borda livre - quanto maior a borda livre, maior a margem de flutuabilidade. Esta reserva é normalizada pela altura mínima da borda livre, dependendo do valor do qual se estabeleça uma área de navegação segura e uma distância permissível da costa para uma determinada embarcação de pequeno porte. No entanto, é impossível abusar da altura da borda livre, pois isso se reflete em outra qualidade igualmente importante - estabilidade

Estabilidade. A estabilidade é a capacidade de uma embarcação resistir às forças que a fazem inclinar e, após o término dessas forças (vento, onda, movimento de passageiros, etc.), retornar à sua posição original de equilíbrio. A mesma embarcação pode ter boa estabilidade quando a carga está localizada próxima ao fundo da mesma e pode perder parcial ou totalmente a estabilidade se a carga ou pessoas forem colocadas um pouco mais acima.

Existem dois tipos de estabilidade: transversal e longitudinal. A estabilidade lateral se manifesta quando a embarcação rola, ou seja, ao incliná-lo a bordo. Durante a navegação, duas forças atuam no navio: gravidade e suporte. A resultante D (Fig. 1, a) da gravidade do navio, direcionada para baixo, será condicionalmente aplicada no ponto G, chamado centro de gravidade (CG), e a resultante A das forças de apoio, direcionadas para cima, será condicionalmente aplicado no centro de gravidade C da parte submersa do vaso, denominado centro de magnitude (CV). Quando o navio não estiver compensado e adernado, o CG e o CB estarão localizados no eixo do navio (DP).

Fig. 1 Localização das forças resultantes de gravidade e suporte em relação umas às outras em diferentes posições do navio

O valor ho caracteriza a estabilidade do navio em baixas inclinações. A posição do ponto M nestas condições é quase independente do ângulo de inclinação φ.

A força D e a força de apoio igual A formam um par de forças com um ressalto /, que cria um momento restaurador MB=Dl. Este momento tende a devolver a nave à sua posição original. Observe que o CG está abaixo do ponto M.

Agora imagine que uma carga adicional é colocada no convés do mesmo navio (Fig. 1, c). Como resultado, o CG estará localizado muito mais alto e, ao adernar, o ponto M estará mais baixo que ele. O par de forças resultante não mais criará um momento restaurador, mas sim de reviravolta Mopr. Consequentemente, o navio ficará instável e virará.

A estabilidade lateral da embarcação é muito influenciada pela largura do casco: quanto mais largo o casco, mais estável será a embarcação e, inversamente, quanto mais estreito e mais alto for o casco, pior será a estabilidade.

Para embarcações de alta velocidade de pequeno porte (especialmente quando se movem em alta velocidade durante as ondas), o problema de manter a estabilidade longitudinal nem sempre é um problema resolvido.

Para pequenos barcos de quilha, a altura metacêntrica inicial é, em regra, 0,3 - 0,6 m. A estabilidade da embarcação depende do carregamento da embarcação, do movimento de mercadorias, passageiros e outros motivos. Quanto maior a altura metacêntrica, maior o momento de endireitamento e mais estável o navio, porém, com alta estabilidade, o navio tem um giro acentuado. A estabilidade é melhorada pela baixa localização do motor, tanque de combustível, assentos e colocação adequada de mercadorias e pessoas.

Com um vento forte, um forte impacto de uma onda no costado e, em alguns outros casos, o rolamento da embarcação aumenta rapidamente e surge um momento dinâmico de inclinação. Neste caso, o rolamento da embarcação aumentará mesmo após atingir a igualdade dos momentos de adernamento e restauração. Isso se deve à ação da força de inércia. Tipicamente, tal rolagem é duas vezes a rolagem da ação estática do mesmo momento de inclinação. Portanto, navegar em tempo de tempestade, especialmente em barcos pequenos, é muito perigoso.

Estabilidade longitudinal atua quando a embarcação está inclinada para a proa ou popa, ou seja, ao arremessar. Essa estabilidade deve ser levada em consideração pelo navegador ao se deslocar em altas velocidades durante as ondas, pois. Tendo “enterrado” o nariz na água, um barco ou barco a motor pode não restaurar sua posição original e afundar, e às vezes até virar.

Fatores que afetam a estabilidade do navio:

a) A estabilidade da embarcação é mais significativamente afetada pela sua largura: quanto maior ela for em relação ao seu comprimento, profundidade e calado, maior será a estabilidade.

b) A estabilidade de uma embarcação pequena aumenta se a forma da parte submersa do casco for alterada em grandes ângulos de adornamento. Nesta afirmação, por exemplo, baseia-se a ação de bolas laterais e pára-lamas de espuma, que, quando imersos na água, criam um momento restaurador adicional.

c) A estabilidade se deteriora quando há tanques de combustível no navio com superfície espelhada de um lado para o outro, portanto, esses tanques devem ter divisórias internas

d) A estabilidade é mais fortemente afetada pela colocação de passageiros e carga no navio, eles devem estar localizados o mais baixo possível. É impossível permitir que as pessoas a bordo e seu movimento arbitrário se sentem em uma pequena embarcação durante seu movimento. As cargas devem ser fixadas com segurança para evitar seu deslocamento inesperado de seus locais de estiva. Se isso não for possível devido à distância considerável da costa, em condições de tempestade, você deve tentar manter o navio "curvado ao vento", jogando a âncora flutuante e funcionando o motor em baixa velocidade.

Impossibilidade de afundar. A insubmergibilidade é a capacidade de uma embarcação permanecer flutuante após parte da embarcação ter sido inundada.

A insubmergibilidade é assegurada estruturalmente - dividindo o casco em compartimentos estanques, equipando o navio com blocos de flutuação e instalações de drenagem.

Os volumes de casco não inundados são na maioria das vezes blocos de espuma. Sua quantidade e localização necessárias são calculadas para fornecer uma reserva de emergência de flutuabilidade e manter um navio de emergência na posição "em equilíbrio".

É claro que, em condições de mar agitado, nem todas as lanchas e barcos que receberam um furo garantirão o cumprimento desses requisitos.

Manobrabilidade de uma pequena embarcação

As principais qualidades de manobra da embarcação incluem: controlabilidade, circulação, propulsão e inércia

Controlabilidade. Controlabilidade é a capacidade da embarcação de manter uma determinada direção de movimento em movimento com uma posição constante do leme (estabilidade no curso) e alterar a direção de seu movimento sob a influência do leme (agilidade) em movimento.

Estabilidade no curso chamado de propriedade da embarcação para manter uma direção retilínea do movimento. Se o navio se desviar do curso na posição direta do leme, esse fenômeno geralmente é chamado de guinada do navio.

Se o navio se desviar do curso na posição direta do leme, esse fenômeno geralmente é chamado de guinada do navio.

As causas da guinada podem ser permanentes ou temporárias. As constantes incluem razões associadas às características de projeto da embarcação: linhas de casco de proa cegas, incompatibilidade entre o comprimento da embarcação e sua largura, área insuficiente do leme, o efeito da rotação da hélice

A guinada temporária pode ser causada por carregamento inadequado da embarcação, vento, águas rasas, correntes irregulares, etc.

Os conceitos de "estabilidade no curso" e "agilidade" são contraditórios, porém, essas qualidades são inerentes a quase todos os navios e caracterizam sua controlabilidade.

A controlabilidade é influenciada por muitos fatores e causas, sendo os principais a ação do leme, a operação da hélice e sua interação.

Agilidade- a propriedade da embarcação de mudar a direção do movimento sob a influência do leme. Essa qualidade depende principalmente da proporção correta do comprimento e da largura do casco, da forma de seus contornos e também da área da lâmina do leme.

Características da controlabilidade do navio durante a transição de avanço para ré

Ao realizar operações de amarração ou a necessidade de parar a embarcação com urgência (perigo de colisão, prevenção de encalhe, assistência a uma pessoa ao mar, etc.), é necessário mudar de avanço para ré. Nestes casos, o navegador deve levar em conta que nos primeiros segundos, quando a hélice de rotação à direita muda de frente para ré, a popa rolará rapidamente para a esquerda, enquanto com a hélice de rotação à esquerda - para a direita .

Razões que afetam a controlabilidade

Além do leme e da hélice rotativa, outros motivos também afetam a estabilidade e agilidade da embarcação, bem como várias características de design da embarcação: a proporção das dimensões principais, a forma dos contornos do casco, os parâmetros do leme e da hélice. A controlabilidade também depende das condições de navegação: a natureza do carregamento do navio, fatores hidrometeorológicos.

Circulação Se, enquanto o navio estiver em movimento, o leme for deslocado em qualquer direção, o navio começará a girar e descrever uma linha curva na água. Essa curva, descrita pelo centro de gravidade do navio durante uma curva, é chamada de linha de circulação (Fig. 2), e a distância entre a linha central do navio em curso reto e sua linha central após a virada para o curso reverso ( 180) é chamado de diâmetro de circulação tática. Quanto menor o diâmetro de circulação tática, melhor é considerada a agilidade do navio. Essa curva é próxima a um círculo, e seu diâmetro serve como medida da agilidade da embarcação.

O diâmetro de circulação é geralmente medido em metros. Para pequenos vasos motorizados, o tamanho do diâmetro da circulação tática na maioria dos casos é de 2-3 comprimentos de vaso. Cada motorista precisa saber o diâmetro da circulação da embarcação, que ele deve gerenciar, pois a manobra correta e segura depende em grande parte disso. A velocidade do vaso na circulação é reduzida para 30%. Nunca se deve esquecer que ao se mover ao longo de uma curva, uma força centrífuga atua sobre o navio (Fig. 3), direcionada do centro de curvatura para o exterior e aplicada ao centro de gravidade do navio.

Fig 2 Circulação / - linha de circulação, 2 - diâmetro tático de circulação, 3 - diâmetro de circulação constante

A deriva da embarcação decorrente da força centrífuga é dificultada pela força de resistência da água - resistência lateral, cujo ponto de aplicação está localizado abaixo do centro de gravidade. Como resultado, surge um par de forças, criando um rolo no lado oposto ao sentido de rotação. A lista aumenta com o aumento do centro de gravidade do vaso acima do centro de resistência lateral e com a diminuição da altura metacêntrica.

Aumentar a velocidade ao girar e diminuir o diâmetro da circulação aumentará significativamente a lista, o que pode levar ao emborcamento do vaso. Portanto, nunca faça curvas fechadas quando o barco estiver se movendo em alta velocidade.

Diferentemente dos vasos convencionais de deslocamento, os vasos com contornos aplainados na circulação recebem uma lista para dentro (Fig. 4). Isso vem da força de elevação adicional que ocorre no casco durante o deslocamento lateral devido aos contornos de deslizamento. Ao mesmo tempo, ocorre o deslizamento sob a ação da força centrífuga para o exterior, razão pela qual a circulação dos vasos deslizantes é um pouco maior que a dos vasos de deslocamento.

Além do diâmetro de circulação, deve-se conhecer também o seu tempo, ou seja, o tempo que o navio leva para fazer uma curva de 360°.

Esses elementos de circulação dependem do deslocamento da embarcação e da natureza da colocação da carga ao longo de seu comprimento, bem como da velocidade. Em baixa velocidade, o diâmetro de circulação é menor.

Caminhabilidade. A propulsão é a capacidade de um navio se mover a uma certa velocidade para uma determinada potência do motor, enquanto supera as forças de resistência ao movimento.

A movimentação da embarcação só é possível se houver uma certa força que seja capaz de vencer a resistência da água - ênfase. A uma velocidade constante, o valor da paragem é igual ao valor da resistência à água. A velocidade da embarcação e a ênfase estão relacionadas pela seguinte relação:

R. V=ho-N.Onde: V - velocidade da embarcação; K - resistência à água; N - potência do motor; ho - eficiência = 0,5.

Esta equação mostra que à medida que a velocidade aumenta, também aumenta a resistência da água. No entanto, essa dependência tem um significado e caráter físico diferente para embarcações de deslocamento e planagem.

Por exemplo, a uma velocidade de uma embarcação de deslocamento até um valor igual a V = 2 ÖL, km/h (L é o comprimento da embarcação, m), a resistência à água K é a soma da resistência ao atrito da água contra o casca do casco e a resistência da forma, que é criada pela turbulência da água. Quando a velocidade desta embarcação excede o valor especificado, as ondas começam a se formar e uma terceira é adicionada às duas resistências - resistência da onda. A resistência da onda aumenta acentuadamente com o aumento da velocidade.

Para navios planadores, a natureza da resistência à água é a mesma que para navios de deslocamento e a velocidade é V = 8 ÖL km/h. No entanto, com um aumento adicional de velocidade, a embarcação recebe um caimento significativo na popa e sua proa se eleva. Este modo de movimento é chamado de transicional (do deslocamento ao plano). Um sinal característico do início do deslizamento é um aumento espontâneo na velocidade da embarcação. Esse fenômeno é causado pelo fato de que, depois de levantar a proa, a resistência geral à água da embarcação diminui, parece “flutuar” e aumentar a velocidade a uma potência constante.

Ao deslizar, surge outro tipo de resistência à água - spray, e resistência de onda e resistência de forma são drasticamente reduzidas e seus valores são praticamente reduzidos a zero.

Assim, quatro tipos de resistência afetam a propulsão do navio:

resistência ao atrito- depende da área da superfície molhada do navio, da qualidade do seu tratamento e do grau de incrustação (algas, moluscos, etc.);

resistência de forma- depende da aerodinâmica do casco, que, por sua vez, é melhor, quanto mais afiada for a popa e maior o comprimento da embarcação em relação à largura;

resistência de onda- depende da forma da proa e do comprimento da embarcação, quanto maior a embarcação, menor a formação de ondas;

resistência a respingos- depende da relação entre a largura do corpo e seu comprimento.

Conclusão: 1. Embarcações de deslocamento com um casco estreito, contornos de bico redondo e extremidades dianteiras e traseiras pontiagudas experimentam a menor resistência à água.

2. Para embarcações de planagem, na ausência de ondas, um casco largo de fundo chato com popa de popa oferece a menor resistência à água com a maior força de elevação hidrodinâmica.

Navios planadores mais navegáveis ​​com casco quilhado ou semi-quilhado. O aumento da velocidade dessas embarcações é obtido por degraus longitudinais e protetores contra respingos de porão.

Inércia. Uma qualidade de manobra muito importante de uma embarcação é sua inércia. Geralmente é costume avaliá-lo pelos comprimentos da distância de frenagem, excentricidade e trajetória de aceleração, bem como sua duração. A distância que a embarcação percorre durante o período de tempo desde o momento em que o motor é trocado de marcha avante para marcha à ré até a parada final da embarcação é chamada de distância de parada. Essa distância geralmente é expressa em metros, com menos frequência - no comprimento do navio. A distância percorrida pela embarcação durante o período de tempo desde o momento em que o motor é parado, trabalhando em marcha à frente, até a parada completa da embarcação sob a ação da força de resistência da água, é chamada de run-out. A distância que o navio percorre desde o momento em que o motor é ligado para a frente até o momento em que atinge a velocidade máxima em um determinado modo de operação do motor é chamado de caminho de aceleração. O conhecimento preciso pelo condutor das qualidades acima de seu navio garante em grande parte a segurança de manobras em espaços estreitos e em estradas com condições de navegação apertadas. Lembrar! Barcos motorizados não têm freios, então eles geralmente exigem muito mais distância e tempo para absorver a inércia do que, digamos, um carro.

Pela posição relativa da carga no navio, o navegador pode sempre encontrar o valor mais favorável da altura metacêntrica, na qual o navio estará suficientemente estável e menos sujeito a oscilações.

O momento de adernamento é o produto do peso da carga movida através da embarcação por um ombro igual à distância do movimento. Se uma pessoa pesando 75 kg, sentado na margem se moverá pelo navio em 0,5 m, então o momento de inclinação será igual a 75 * 0,5 = 37,5 kg/m.

Figura 91. Diagrama de estabilidade estática

Para alterar o momento que aderna o navio em 10°, é necessário carregar o navio até o deslocamento total, completamente simétrico em relação ao plano diametral.

O carregamento do navio deve ser verificado por calados medidos de ambos os lados. O inclinômetro é ajustado estritamente perpendicular ao plano diametral para que mostre 0°.

Depois disso, é necessário mover cargas (por exemplo, pessoas) em distâncias pré-marcadas até que o inclinômetro mostre 10 °. Um experimento para verificação deve ser realizado da seguinte forma: adernar o navio de um lado e depois do outro lado.

Conhecendo os momentos de fixação do navio adernamento em vários ângulos (até o maior possível), é possível construir um diagrama de estabilidade estático (Fig. 91), que avaliará a estabilidade do navio.

A estabilidade pode ser aumentada aumentando a largura da embarcação, abaixando o CG e instalando bolas de popa.

Se o centro de gravidade da embarcação estiver localizado abaixo do centro de magnitude, a embarcação é considerada muito estável, pois a força de suporte durante um rolamento não muda em magnitude e direção, mas o ponto de sua aplicação se desloca para o inclinação da embarcação (Fig. 92, a).

Portanto, ao adernar, forma-se um par de forças com momento restaurador positivo, tendendo a retornar o navio à posição vertical normal em uma quilha reta. É fácil ver que h>0, enquanto a altura metacêntrica é 0. Isso é típico para iates com quilha pesada e não é típico para navios maiores com estrutura de casco convencional.

Se o centro de gravidade estiver localizado acima do centro de magnitude, são possíveis três casos de estabilidade, dos quais o navegador deve estar bem ciente.

O primeiro caso de estabilidade.

Altura metacêntrica h>0. Se o centro de gravidade está localizado acima do centro de magnitude, então com a posição inclinada da embarcação, a linha de ação da força de apoio cruza o plano diametral acima do centro de gravidade (Fig. 92, b).

Arroz. 92. O Caso de um Navio Estável

Neste caso, também é formado um par de forças com momento restaurador positivo. Isso é típico da maioria dos navios de formato convencional. A estabilidade neste caso depende do corpo e da posição do centro de gravidade em altura.

Ao adernar, o lado do adernamento entra na água e cria flutuabilidade adicional, tendendo a nivelar o navio. No entanto, quando um navio rola com cargas líquidas e a granel capazes de se mover na direção de rolagem, o centro de gravidade também mudará na direção de rolagem. Se o centro de gravidade durante uma rolagem se mover além da linha de prumo que conecta o centro de magnitude com o metacentro, o navio virará.

O segundo caso de sudok instável com equilíbrio indiferente.

Altura metacêntrica h \u003d 0. Se o centro de gravidade estiver acima do centro de magnitude, então, com um rolo, a linha de ação da força de suporte passa pelo centro de gravidade MG \u003d 0 (Fig. 93).

Nesse caso, o centro de magnitude está sempre localizado na mesma vertical do centro de gravidade, de modo que não há par de forças restauradoras. Sem a influência de forças externas, o navio não pode retornar à posição reta.

Nesse caso, é especialmente perigoso e completamente inaceitável transportar cargas líquidas e a granel em um navio: com o menor balanço, o navio vira. Isso é típico para barcos com uma estrutura redonda.

O terceiro caso de um navio instável em equilíbrio instável.

Altura metacêntrica 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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Estabilidade inicial do navio

1. Conceito geral de estabilidade

A estabilidade é a capacidade de um navio de resistir a forças que o desviam de sua posição de equilíbrio e retornar à sua posição de equilíbrio original após o término dessas forças.

As condições de equilíbrio da embarcação não são suficientes para que ela flutue constantemente em uma determinada posição em relação à superfície da água. Também é necessário que o equilíbrio da embarcação seja estável. A propriedade, que em mecânica é chamada de estabilidade de equilíbrio, na teoria do navio é geralmente chamada de estabilidade. Assim, a flutuabilidade fornece as condições para a posição de equilíbrio da embarcação com um determinado pouso e estabilidade - a preservação dessa posição.

A estabilidade da embarcação muda com o aumento do ângulo de inclinação e em um certo valor é completamente perdida. Portanto, parece apropriado estudar a estabilidade do navio em pequenos desvios (teoricamente infinitesimais) da posição de equilíbrio com H = 0, W = 0, e então determinar as características de sua estabilidade, seus limites permitidos em grandes inclinações.

É costume distinguir entre a estabilidade de uma embarcação em pequenos ângulos de inclinação (estabilidade inicial) e estabilidade em grandes ângulos de inclinação.

Ao considerar pequenas inclinações, é possível fazer uma série de suposições que permitem estudar a estabilidade inicial da embarcação dentro do quadro da teoria linear e obter dependências matemáticas simples de suas características. A estabilidade do vaso em grandes ângulos de inclinação é estudada usando uma teoria não linear refinada. Naturalmente, a propriedade de estabilidade do navio é unificada e a divisão aceita é puramente metodológica.

Ao estudar a estabilidade de uma embarcação, suas inclinações são consideradas em dois planos mutuamente perpendiculares - transversal e longitudinal. Quando a embarcação é inclinada no plano transversal, determinado pelos ângulos de adernamento, estuda-se sua estabilidade transversal; com inclinações no plano longitudinal, determinadas pelos ângulos do trim, estude sua estabilidade longitudinal.

Se a inclinação da embarcação ocorrer sem acelerações angulares significativas (bombeamento de carga líquida, fluxo lento de água no compartimento), a estabilidade é chamada de estática.

Em alguns casos, as forças que inclinam a embarcação agem repentinamente, causando acelerações angulares significativas (rajadas de vento, ondas, etc.). Nesses casos, a estabilidade dinâmica é considerada.

A estabilidade é uma propriedade náutica muito importante de uma embarcação; juntamente com a flutuabilidade, assegura a navegação da embarcação numa determinada posição em relação à superfície da água, necessária para assegurar a propulsão e a manobra. Uma diminuição na estabilidade do navio pode causar uma rolagem e compensação de emergência, e uma perda completa de estabilidade pode fazer com que ele vire.

Para evitar uma diminuição perigosa da estabilidade do navio, todos os membros da tripulação devem:

Tenha sempre uma ideia clara da estabilidade do navio;

Conheça os motivos que reduzem a estabilidade;

Conhecer e ser capaz de aplicar todos os meios e medidas para manter e restabelecer a estabilidade.

2. Inclinações de volume iguais da embarcação. teorema de Euler

A estabilidade de uma embarcação é estudada sob as chamadas inclinações de igual volume, nas quais a magnitude do volume submerso permanece inalterada, e apenas a forma da parte submersa da embarcação muda.

Vamos apresentar as principais definições relacionadas às inclinações dos navios:

O eixo de inclinação é a linha de intersecção dos planos de duas linhas d'água;

Plano de inclinação - plano perpendicular ao eixo de inclinação, passando pelo centro de gravidade, correspondente à posição inicial de equilíbrio do navio;

O ângulo de inclinação - o ângulo de rotação da embarcação em torno do eixo de inclinação (o ângulo entre os planos das linhas d'água), medido no plano de inclinação;

Linhas d'água de igual volume - linhas d'água que cortam volumes iguais em forma de cunha quando a embarcação é inclinada, uma das quais entra na água quando a embarcação é inclinada e a outra sai da água.

Arroz. 1. Consideração do teorema de Euler

Com uma linha d'água inicial conhecida, o teorema de Euler é usado para construir uma linha d'água de volume igual a ela. De acordo com este teorema, com uma inclinação infinitamente pequena da embarcação, os planos de linhas d'água de igual volume se cruzam ao longo de uma linha reta que passa pelo seu centro geométrico comum (centro de gravidade), ou o eixo de uma inclinação de volume igual infinitamente pequena passa pelo centro geométrico da área da linha d'água original.

O teorema de Euler também pode ser aplicado a pequenas inclinações finitas com o menor erro, menor o ângulo de inclinação.

Supõe-se que a precisão suficiente para a prática seja fornecida em inclinações E 1012 0 e Sh 23 0 . Dentro desses ângulos, considera-se a estabilidade inicial da embarcação.

Como você sabe, quando o navio está navegando sem balanço e com trim próximo a zero, a ordenada do centro geométrico da área da linha d'água y f = 0 e a abcissa x f 0. Portanto, neste caso, podemos supor que o eixo da pequena inclinação transversal de igual volume encontra-se no DP, e o eixo da pequena inclinação longitudinal de igual volume é perpendicular ao DP e deslocado do quadrado. meio - quadro a uma distância x f (Fig. 1).

O valor x f é uma função do calado do navio d. A dependência x f (d) é apresentada nas curvas dos elementos do desenho teórico.

Quando a embarcação é inclinada em um plano arbitrário, o eixo de inclinações de igual volume também passará pelo centro geométrico (centro de gravidade) da área da linha d'água.

3. Metacentros e raios metacêntricos

Suponhamos que o navio da posição inicial sem adornamento e caimento faça inclinações transversais ou longitudinais de igual volume. Neste caso, o plano de inclinações longitudinais será um plano vertical que coincide com o DP, e o plano de inclinações transversais será um plano vertical que coincide com o plano do pórtico que passa pelo CV.

Inclinações transversais

Na posição vertical do navio, CV está no DP (ponto C) e a linha de ação da força de empuxo rV também está no DP (Fig. 2). Com a inclinação transversal da embarcação em um ângulo I, a forma do volume imerso muda, o CV se move na direção de inclinação do ponto C para o ponto C I, e a linha de ação da força de empuxo será inclinada para o DP em um ângulo I.

O ponto de interseção das linhas de ação da força de empuxo em uma inclinação transversal de igual volume infinitamente pequena da embarcação é chamado de metacentro transversal (ponto m na Fig. 2). O raio de curvatura da trajetória do CV r (a elevação do metacentro transversal acima do CV) é chamado de raio metacêntrico transversal.

No caso geral, a trajetória CV é uma curva espacial complexa, e cada ângulo de inclinação corresponde à sua própria posição do metacentro (Fig. 3). No entanto, para pequenas inclinações de igual volume, com uma aproximação conhecida, podemos supor que a trajetória

O CV está no plano de inclinação e é um arco de círculo centrado no ponto m. Assim, podemos supor que no processo de uma pequena inclinação transversal de igual volume do navio a partir de uma posição reta, o metacentro transversal encontra-se no DP e não muda sua posição (r = const).

Arroz. 2. Movimento CV em baixas inclinações

Arroz. 3. Movimento CV em altas inclinações

Arroz. 4. Para a derivação da expressão para o raio metacêntrico transversal

A expressão para o raio metacêntrico transversal r é obtida a partir da condição de que o eixo da pequena inclinação transversal de igual volume do vaso esteja no DP e que, com tal inclinação, o volume em forma de cunha v seja, por assim dizer, transferido do lado que saiu da água para o lado que entrou na água (Fig. 4).

De acordo com o conhecido teorema da mecânica, ao mover um corpo pertencente a um sistema de corpos, o centro de gravidade de todo o sistema se moverá na mesma direção paralela ao movimento do corpo, e esses movimentos são inversamente proporcionais ao as forças de gravidade do corpo e do sistema, respectivamente. Este teorema também pode ser estendido para os volumes de corpos homogêneos. Indicar:

C C I - deslocamento de CV (centro geométrico do volume V),

b - deslocamento do centro geométrico do volume em forma de cunha v. Então, de acordo com o teorema

de: C C I =

Para o elemento de comprimento de vaso dx, assumindo que o volume em forma de cunha tem a forma de um triângulo no plano do pórtico, obtemos:

ou em ângulo baixo

Se por, então:

dvb = y3 AND dx.

Integrando, temos:

v b = AND y 3 dx, ou:

onde J x = ydx é o momento de inércia da área da linha d'água em relação ao eixo longitudinal central.

Então a expressão para mover o CV ficará assim:

Como pode ser visto a partir da fig. 5, em um pequeno ângulo E

C C I r I

Comparando as expressões, encontramos que o raio metacêntrico transversal:

r=

Aplique do metacentro transverso:

z m = z c + r = z c +

Inclinações longitudinais

Arroz. 6. Para a derivação da expressão para o raio metacêntrico longitudinal

Por analogia com inclinações transversais, o ponto de interseção das linhas de ação da força de empuxo em uma inclinação longitudinal de igual volume infinitamente pequena do navio é chamado de metacentro longitudinal (ponto M na Fig. 6). A elevação do metacentro longitudinal acima do CV é chamada de raio metacêntrico longitudinal. O valor do raio longitudinal é determinado pela expressão:

R = ,

onde J yf é o momento de inércia da área da linha d'água em relação ao eixo central transversal.

Aplique do metacentro longitudinal:

zm = zc + R = zc +

Como a área da linha d'água é alongada na direção longitudinal, J yf é muito maior que J x e, portanto, R é muito maior que r. O valor de R é 1 2 comprimentos de navio.

Raios metacêntricos e aplicações de metacentros são, como ficará claro a partir da discussão que se segue, características importantes da estabilidade de um navio. Seus valores são determinados ao calcular os elementos do volume imerso e para uma embarcação flutuando sem adornamento e trim, eles são representados pelas curvas J x (d), J yf (d), r (d), R (d) ) no desenho dos elementos curvos do desenho teórico.

4. A condição de estabilidade inicial do navio

alturas metacêntricas

Vamos encontrar a condição sob a qual um navio flutuando em equilíbrio sem adornamento e caimento terá estabilidade inicial. Assumimos que as cargas não se deslocam quando o navio é inclinado e o CG do navio permanece no ponto correspondente à posição inicial.

Quando a embarcação é inclinada, a força da gravidade P e as forças de empuxo rV formam um par, cujo momento atua sobre a embarcação de uma certa maneira. A natureza desse impacto depende da posição relativa do CG e do metacentro.

Arroz. 6. Primeiro caso de estabilidade da embarcação

Existem três casos típicos do estado da embarcação para os quais o impacto sobre ela do momento das forças P e rV é qualitativamente diferente. Considere-os no exemplo das inclinações transversais.

1º caso (Fig. 6) - o metacentro está localizado acima do CG, ou seja, zm > zg. Neste caso, é possível uma localização diferente do centro de magnitude em relação ao centro de gravidade.

I. Na posição inicial, o centro de magnitude (ponto C 0) está localizado abaixo do centro de gravidade (ponto G) (Fig. 6, a), mas quando inclinado, o centro de magnitude se desloca tanto em direção à inclinação que o metacentro (ponto m) está localizado acima do centro de gravidade do navio. O momento das forças P e rV tende a retornar o navio à sua posição original de equilíbrio e, portanto, é estável. Um arranjo similar de pontos m, G e C 0 é encontrado na maioria dos navios.

II. Na posição inicial, o centro de magnitude (ponto C 0) está localizado acima do centro de gravidade (ponto G) (Fig. 6, b). Quando o navio é inclinado, o momento resultante das forças P e rV endireita o navio e, portanto, é estável. Neste caso, independente do tamanho do deslocamento do centro de magnitude quando inclinado, um par de forças sempre tende a endireitar o navio. Isso ocorre porque o ponto G está abaixo do ponto C 0 . Uma posição tão baixa do centro de gravidade, que fornece estabilidade incondicional aos navios, é difícil de implementar construtivamente. Tal disposição do centro de gravidade pode ser encontrada principalmente em iates à vela.

Arroz. 7. Segundo e terceiro caso de estabilidade da embarcação

2º caso (Fig. 7, a) - o metacentro está localizado abaixo do CG, ou seja, 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) - o metacentro coincide com o GC, ou seja. zm = zg. Neste caso, quando o navio está inclinado, as forças P e rV continuam atuando na mesma vertical, seu momento é igual a zero - o navio estará em estado de equilíbrio na nova posição. Em mecânica, este é um caso de equilíbrio indiferente.

Do ponto de vista da teoria do navio, de acordo com a definição de estabilidade do navio, o navio é estável no 1º caso, e não estável no 2º e 3º.

Assim, a condição para a estabilidade inicial do vaso é a localização do metacentro acima do CG. Um vaso é transversalmente estável se

e estabilidade longitudinal, se

Daí o significado físico do metacentro torna-se claro. Este ponto é o limite até o qual o centro de gravidade pode ser elevado sem privar a embarcação de uma estabilidade inicial positiva.

A distância entre o metacentro e o CG do navio em W = I = 0 é chamada de altura metacêntrica inicial ou simplesmente altura metacêntrica. Os planos de inclinação transversal e longitudinal do vaso correspondem respectivamente às alturas metacêntricas transversais h e longitudinais H. É óbvio que

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

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

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

onde b \u003d z g - z c é a elevação do CG acima do CG.

Como você pode ver, h e H diferem apenas em raios metacêntricos, porque b é o mesmo valor.

Portanto, H é muito maior que h.

b \u003d (1%) R, portanto, na prática, acredita-se que H \u003d R.

5. Metacêntricofórmulas de estabilidade e sua aplicação prática

Como foi considerado, quando a embarcação é inclinada, atua um par de forças, cujo momento caracteriza o grau de estabilidade.

Com pequenas inclinações de igual volume do vaso no plano transversal (Fig. 8) (CV se move no plano de inclinação), o momento restaurador transversal pode ser representado pela expressão

m I \u003d P \u003d gV,

onde o braço de momento \u003d l E é chamado de braço de estabilidade lateral.

Do triângulo retângulo mGK encontramos que

l E \u003d h sinE, então:

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

Ou, levando em consideração pequenos valores de E e tomando sinII 0 /57,3, obtemos a fórmula metacêntrica para estabilidade lateral:

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

Considerando por analogia a inclinação do vaso no plano longitudinal (Fig. 8), é fácil obter a fórmula metacêntrica da estabilidade longitudinal:

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

onde M W é o momento de restauração longitudinal e l W é o ombro da estabilidade longitudinal.

Arroz. 8. Inclinação lateral da embarcação

Na prática, utiliza-se o coeficiente de estabilidade, que é o produto do deslocamento pela altura metacêntrica.

Coeficiente de estabilidade lateral

K I \u003d gV h \u003d P h

Coeficiente de estabilidade longitudinal

K W \u003d gV H \u003d P H

Levando em conta os coeficientes de estabilidade, as fórmulas metacêntricas tomarão a forma

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

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

As fórmulas de estabilidade metacêntrica, que dão uma simples dependência do momento restaurador da força da gravidade e do ângulo de inclinação da embarcação, permitem resolver uma série de problemas práticos que surgem nas condições do navio.

Arroz. 9. Inclinação longitudinal da embarcação

Em particular, essas fórmulas podem ser usadas para determinar o ângulo de rolagem ou ângulo de compensação que o navio receberá do impacto de um determinado momento de adernamento ou de compensação, com massa e altura metacêntrica conhecidas. A inclinação da embarcação sob a influência de m kr (M diff) leva ao aparecimento do sinal oposto do momento restaurador m AND (M W) aumentando em magnitude com o aumento do ângulo de rolagem (trim). Um aumento no ângulo de rolagem (trim) ocorrerá até que o momento restaurador se torne igual em magnitude ao momento de adornamento (trim moment), ou seja, até que a condição seja satisfeita:

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

Depois disso, a embarcação navegará com ângulos de rolagem (trim):

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

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

Assumindo nestas fórmulas I \u003d 1 0 e W \u003d 1 0, encontramos os valores do momento do adernamento do navio em um grau e o momento de compensação do navio em um grau:

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

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

Em alguns casos, também é utilizada a magnitude do momento do trimming do navio por centímetro m D. Em um valor pequeno do ângulo W, quando tg W W, W = (d n - d k) / L = D f / L.

Levando em conta esta expressão, a fórmula metacêntrica para o momento restaurador longitudinal pode ser escrita como:

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

Supondo na fórmula D f \u003d 1 cm \u003d 0,01 m, obtemos:

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

Com valores conhecidos de m 1 0, M 1 0 e m D, o ângulo de adornamento, ângulo de compensação e compensação do efeito sobre a embarcação de um determinado momento de adernamento ou compensação podem ser determinados por simples dependências:

E 0 = mcr. /m10; W 0 \u003d M diff / M 1 0; D f = M diff / 100 m D

No raciocínio acima, assumiu-se que a embarcação na posição inicial (antes do impacto de m cr ou M dif) navegava em linha reta e com quilha plana. Se, na posição inicial da embarcação, o roll e trim diferiram de zero, então os valores encontrados de I 0 , W 0 e D f devem ser considerados adicionais (dI 0 , dS 0 , dD f).

Com a ajuda de fórmulas de estabilidade metacêntrica, também é possível determinar qual momento de adornamento ou trimming necessário deve ser aplicado ao vaso para criar um determinado ângulo de adornamento ou ângulo de compensação (para fins de vedação de um orifício na pele lateral, pintura ou inspeção de hélices). Para uma embarcação flutuando em sua posição original sem adornamento e caimento:

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

ou M diff = 100 D f m D

Na prática, fórmulas de estabilidade metacêntrica podem ser usadas em pequenos ângulos de inclinação (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 . Estabilidade de forma e estabilidade de carga

A consideração desta questão permite estabelecer a natureza da estabilidade, descobrir as causas físicas da ocorrência de um momento de restauração quando a embarcação é inclinada. De acordo com as fórmulas de estabilidade metacêntrica (os ângulos I e W são expressos em radianos):

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

Assim, os momentos restauradores m I, M W e os ombros de estabilidade estática l I, l W são a soma algébrica de seus componentes:

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

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

onde estão os momentos

m f \u003d gV r I;

M f \u003d gV R W,

chamados de momentos de estabilidade da forma, os momentos

m n \u003d - gV b I;

M n \u003d - gV b W,

momentos de estabilidade da carga, e os ombros

l f I \u003d m f / gV;

l f W \u003d M f / gV,

ombros transversais e longitudinais de estabilidade de forma, ombros

l n I \u003d - m n / gV;

l n W \u003d - M n / gV,

ombros transversais e longitudinais de estabilidade de carga.

b \u003d z g - z c,

onde J x e J yf são os momentos de inércia da área da linha d'água em relação aos eixos centrais transversal e longitudinal, respectivamente, então a forma e os momentos de carga podem ser representados como:

m f \u003d g J x I,

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

Pela sua natureza física, o momento de estabilidade da forma atua sempre na direção oposta à inclinação da embarcação e, portanto, garante sempre a estabilidade. É calculado em função do momento de inércia da área da linha de água em relação ao eixo de inclinação. É a estabilidade da forma que predetermina uma estabilidade longitudinal significativamente maior em relação à transversal. J yf » J x .

O momento de estabilidade da carga devido à posição do CG acima do CV b = (z g - z c) > 0, sempre reduz a estabilidade da embarcação e, em essência, é proporcionado apenas pela estabilidade da forma.

Pode-se supor que na ausência de linha d'água, por exemplo, em um submarino em posição submersa, não há momento de forma (J x = 0). Em posição submersa, o submarino, devido ao lastro de tanques especiais, possui uma posição de CG abaixo do CG, como resultado, sua estabilidade é assegurada pela estabilidade da carga.

7 . Definição de medidas de estabilidade inicialnavio

Aterrar um navio em linha reta e em equilíbrio

Nos casos em que a embarcação está navegando com ângulos de adornamento e caimento insignificantes, as medidas iniciais de estabilidade podem ser determinadas usando diagramas metacêntricos.

Para uma dada massa do vaso, a determinação das medidas de estabilidade inicial é reduzida à determinação dos metacentros aplicáveis ​​(ou raios metacêntricos e o CV aplicável) e o CG aplicável.

Arroz. 10. Diagrama metacêntrico

O CV z c aplicado e os raios metacêntricos r, R são características do volume submerso da embarcação e dependem do calado. Essas dependências são apresentadas no diagrama metacêntrico, que faz parte dos elementos de curva do desenho teórico. De acordo com o diagrama metacêntrico (Fig. 10), é possível não apenas determinar z c e r, mas com um CG conhecido aplicado, encontrar a altura metacêntrica transversal do vaso.

Na fig. 10 mostra a sequência de cálculo da altura metacêntrica transversal da embarcação ao receber a carga. Conhecendo a massa da carga recebida m e a aplicação do seu centro de gravidade z, é possível determinar a nova aplicação do CG z g 1 do navio pela fórmula:

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

onde z g é a CG aplicada do navio antes de receber a carga.

Guarnição de desembarque do barco

Ao navegar uma embarcação com trim, seções mais cheias do casco entram na água, o que leva a um aumento na área da linha d'água (estabilidade da forma) e, consequentemente, na altura metacêntrica transversal. Nas embarcações de pesca, os contornos de popa são mais cheios que os de proa, portanto, ao aparar para a popa, deve-se esperar um aumento e, ao aparar para a proa, deve-se esperar uma diminuição da estabilidade transversal da embarcação.

Arroz. 11. Diagrama Firsov - Gundobin

Para calcular a altura metacêntrica transversal do vaso, levando em consideração o trim, são utilizados os diagramas de Firsov-Gundobin, a estabilidade inicial do KTIRPiKh e as curvas de interpolação.

O diagrama de Firsov-Gundobin (Fig. 11) difere do diagrama de Firsov por conter as curvas z m e z c , cujos valores são determinados a partir dos calados conhecidos da proa e da popa do navio.

O diagrama da estabilidade inicial de KTIRPiKh (Fig. 12) permite determinar a aplicação do metacentro do navio z m a partir da massa conhecida D e a abcissa do seu centro de gravidade x g .

De acordo com o diagrama de curvas de interpolação (Fig. 13), com calados conhecidos da proa e ré da embarcação, é possível encontrar o raio metacêntrico transversal r e a aplicação do centro de magnitude z c da embarcação.

Os diagramas mostrados na fig. 11-13, permitem que você encontre z m para qualquer desembarque da embarcação, inclusive em quilha plana. Assim, possibilitam analisar o efeito do trim na estabilidade transversal inicial da embarcação.

Arroz. 12. Diagrama da estabilidade inicial da traineira do tipo Karelia

carga de metacentro de navio de estabilidade

Arroz. 13. Diagrama para determinar z c e r

8 . Efeito do movimento de carga no pouso eestabilidade do navio

Para determinar o desembarque e a estabilidade da embarcação durante o movimento arbitrário de mercadorias, é necessário considerar separadamente o movimento vertical, horizontal transversal e horizontal longitudinal.

Deve-se lembrar que a princípio é necessário realizar cálculos relacionados à mudança na estabilidade (movimento vertical, levantamento da carga)

verticalmovimentação de carga

Do ponto 1 ao ponto 2 não cria um momento capaz de inclinar o navio e, portanto, seu pouso não muda (a menos que a estabilidade do navio permaneça positiva). Tal movimento apenas leva a uma mudança na altura do centro de gravidade do navio. Pode-se concluir que este deslocamento leva a uma mudança na estabilidade da carga com a estabilidade da forma inalterada. O deslocamento do centro de gravidade é determinado pelo bem conhecido teorema da mecânica teórica:

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

onde m é a massa da carga transportada,

D é a massa do recipiente,

z 1 ez 2 - aplica-se a carga CG antes e depois da movimentação.

O incremento das alturas metacêntricas será:

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

O navio após movimentar a carga terá uma altura metacêntrica transversal:

O movimento vertical da carga não leva a uma mudança significativa na altura metacêntrica longitudinal, devido à pequenez de dH em relação ao valor de H.

Arroz. 14. Movimento vertical de carga

Arroz. 15. Movimento horizontal transversal da carga

cargas suspensas

Eles aparecem no navio como resultado de levantar a carga do porão para o convés, receber uma captura, transportar redes com a ajuda de flechas de carga, etc. Uma carga suspensa (Fig. 16) tem um efeito semelhante na estabilidade de uma embarcação como uma deslocada verticalmente, apenas a mudança na estabilidade ocorre instantaneamente no momento de sua separação do suporte. Ao levantar a carga, quando a tensão no pendente se torna igual ao peso da carga, o centro de gravidade da carga se move do ponto 1 para o ponto de suspensão (ponto 2) e o levantamento posterior não afetará a estabilidade da carga. embarcação. A mudança na altura metacêntrica pode ser estimada usando a fórmula

onde l \u003d (z 2 - z 1) é o comprimento inicial da suspensão de carga.

Em embarcações pequenas, em condições de estabilidade reduzida, levantar uma carga com lanças de navios pode ser um risco significativo.

Movimento horizontal transversal de carga

O movimento horizontal transversal de uma carga com massa m (Fig. 17) leva a uma mudança no rolamento da embarcação como resultado do momento de surgimento m kr com acostamento (y 2 - y 1) cosI.

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

onde y 1 e y 2 são as ordenadas da posição da carga CG antes e depois do movimento.

Considerando a igualdade de inclinação m cr e momentos restauradores m E, usando a fórmula de estabilidade metacêntrica, temos:

Дh sinИ = m l y cosИ, de onde

tgI \u003d m l y / Dh.

Considerando que os ângulos de rolagem são pequenos, podemos supor que tgØ = Ø Ø = Ø 0 /57,3, e a fórmula assumirá a forma

E 0 = 57,3 ml y/Dh.

Se antes de mover a carga o navio teve um rolo, então nesta fórmula o ângulo deve ser considerado como um incremento dI 0

Arroz. 17.

Movimento horizontal longitudinal de carga

O movimento horizontal longitudinal da carga (Fig. 18) leva a uma mudança no caimento da embarcação e na altura metacêntrica transversal. Por analogia com o caso anterior, com M W = M diff, obtemos:

tg W \u003d m l x / DN, ou

W 0 \u003d 57,3 m l x / DN.

Na prática, as inclinações longitudinais são mais frequentemente estimadas pela quantidade de caimento

D f \u003d W 0 L / 57,3, então

D f \u003d m l x L / DN,

onde L é o comprimento do navio.

Usando o momento diferenciando a embarcação em 1 cm (incluído na escala de carga 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),

desde H R temos

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

Mudança no calado durante o movimento longitudinal da carga:

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

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

Então o novo calado da embarcação será:

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;

onde x f é a abcissa do eixo de passo.

O efeito do trim na altura metacêntrica do navio é discutido em detalhes em 7.2.

9 . Influência do recebimento de uma pequena carga no pouso e estabilidade da embarcação

A alteração do pouso do navio ao receber a carga foi considerada em 4.4. Vamos determinar a mudança na altura metacêntrica transversal dh ao ​​receber uma pequena carga de massa m (Fig. 19), cujo centro de gravidade está localizado na mesma vertical com o CG da área da linha d'água no ponto com a aplicação z.

Como resultado do aumento do calado, o deslocamento volumétrico da embarcação aumentará em dV = m/s e aparecerá uma força de empuxo adicional r dV, aplicada no CG da camada entre as linhas d'água WL e W 1 L 1 .

Arroz. 19. Aceitação a bordo de uma pequena carga

Considerando-se a embarcação como de lado reto, a aplicação do CG do volume de flutuabilidade adicional será igual a d + dd /2, onde o incremento de calado é determinado pelas fórmulas conhecidas dd = m / cS ou dd = m / q cm.

Quando o navio é inclinado em um ângulo I, a força peso da carga p e a força de empuxo igual a g dV formam um par de forças com um ombro (d + dd / 2 -z) sinI. O momento deste par dm E \u003d p (d + dd / 2 - z) sin E aumenta o momento de restauração inicial do vaso m E \u003d gV h sin E, portanto, o momento de restauração após o recebimento da carga se torna igual a

m AND 1 = m AND + dm AND, ou

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

passando para valores de massa, obtemos

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

Da equação encontramos o incremento da altura metacêntrica dh:

Para o caso geral de receber ou retirar uma pequena carga, a fórmula assume a forma:

onde + (-) é substituído ao receber (retirar) a carga.

Pode-se ver pela fórmula que

dh< 0 при z >(d dd /2 - h) e

dh > 0 em z< (d дd /2 - h), а

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

A equação z \u003d (d dd / 2 - h) é a equação do plano neutro (limitante).

O plano neutro é o plano no qual a aceitação de uma carga não altera a estabilidade da embarcação. Receber carga acima do plano neutro reduz a estabilidade da embarcação, abaixo do plano neutro aumenta.

10 . Influência da carga líquida na estabilidade do navio

O navio possui uma quantidade significativa de carga líquida na forma de reservas de combustível, água e petróleo. Se uma carga líquida enche todo o tanque, seu efeito na estabilidade do navio é semelhante ao de uma carga sólida equivalente de massa

mf = cfvf.

No navio, quase sempre há tanques que não estão completamente cheios, ou seja, o líquido tem uma superfície livre neles. Superfícies soltas em uma embarcação também podem ser criadas como resultado de combate a incêndios e danos ao casco. As superfícies livres têm um forte efeito negativo tanto na estabilidade inicial quanto na estabilidade da embarcação em altas inclinações. Quando a embarcação é inclinada, a carga líquida de superfície livre flui na direção da inclinação, criando assim um momento adicional que rola a embarcação. O momento aparecido pode ser considerado como uma correção negativa ao momento de restauração do navio.

Arroz. 20. Influência na estabilidade inicial da superfície livre de uma carga líquida

Efeito de superfície livre

A influência da superfície livre (Fig. 20) será considerada quando a embarcação estiver pousando em linha reta e com quilha plana. Suponha que em um dos tanques do navio haja uma carga líquida de volume v l, com superfície livre. Quando o recipiente é inclinado em um pequeno ângulo E, a superfície livre do líquido também se inclina, e o centro de gravidade do líquido q se move para uma nova posição q 1 . Devido à pequenez do ângulo E, podemos supor que esse movimento ocorre ao longo de um arco de círculo de raio r 0 centrado no ponto m 0 , no qual as linhas de ação do peso do fluido se cruzam antes e depois da inclinação do navio . Por analogia com o raio metacêntrico

r 0 \u003d i x / v w,

onde i x - momento de inércia próprio da superfície livre do líquido em relação ao eixo longitudinal (paralelo ao eixo de coordenadas OX). É fácil ver que o caso em consideração tem o mesmo efeito sobre a estabilidade que o caso suspenso, onde l = r 0 e m = с zh v zh.

Arroz. 21. Curvas do coeficiente adimensional k

Usando a fórmula para uma carga suspensa, obtemos a fórmula para o efeito na estabilidade da superfície livre do líquido:

Como pode ser visto na fórmula, é i x que afeta a estabilidade.

O momento de inércia da superfície livre é calculado pela fórmula

onde l e b são o comprimento e a largura da superfície, e k é um coeficiente adimensional que leva em conta a forma da superfície livre.

Nesta fórmula, deve-se atentar para o último fator - b 3, que a largura da superfície, em maior medida do que o comprimento, afeta i x e, portanto, dh. Assim, é necessário ser especialmente cauteloso com superfícies livres em compartimentos amplos.

Vamos determinar o quanto a perda de estabilidade em um tanque retangular diminuirá após a instalação de n anteparas longitudinais a distâncias iguais umas das outras

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

A proporção de correções para a altura metacêntrica antes da instalação e após a instalação das anteparas será

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

Como pode ser visto nas fórmulas, a instalação de uma antepara reduz a influência da superfície livre na estabilidade em 4 vezes, duas em 9 vezes, etc.

O coeficiente k pode ser determinado a partir da curva da fig. 21, em que a curva superior corresponde a um trapézio assimétrico, a inferior a um simétrico. Para cálculos práticos, o coeficiente k, independentemente da forma da superfície, é aconselhável tomar como para superfícies retangulares k = 1/12.

Nas condições do navio, a influência das cargas líquidas é levada em consideração usando as tabelas fornecidas nas “Informações sobre a estabilidade do navio”.

tabela 1

Correção para a influência de superfícies livres de cargas líquidas na estabilidade do navio tipo BMTR “Mayakovsky”

Correção, m, dh	Deslocamento do navio, m

As tabelas fornecem correções para a altura metacêntrica do navio dh para um conjunto de tanques, que, de acordo com as condições de operação, podem ser parcialmente preenchidos (Tabela 1) até o coeficiente de estabilidade transversal dm h = dh = c w i x para cada tanque separadamente ( Mesa 2). Tanques com correções para a altura metacêntrica inferior a 1 cm não são levados em consideração nos cálculos.

Dependendo do tipo de correções, a altura metacêntrica do navio, levando em consideração o efeito de cargas líquidas em tanques parcialmente cheios, é encontrada pelas fórmulas

h \u003d z m - z g - dh;

h = z m - z g - dm h /

Como pode ser visto, as superfícies livres, por assim dizer, aumentam o centro de gravidade do vaso ou reduzem seu metacentro transversal por

dz g = dz m = dh = dm h /

A manifestação da superfície livre da carga líquida também afeta a estabilidade longitudinal da embarcação. A correção da altura metacêntrica longitudinal será determinada pela fórmula

dN \u003d - com i i y /,

onde i y é o momento de inércia intrínseco da superfície livre do líquido em relação ao eixo transversal (paralelo ao eixo de coordenadas do OS). No entanto, devido ao valor significativo da altura metacêntrica longitudinal H, a correção dH geralmente é desprezada.

A alteração considerada na estabilidade da superfície livre do líquido ocorre na presença de seu volume de 5 a 95% do volume do tanque. Nesses casos, diz-se que a superfície livre resulta em uma perda efetiva de estabilidade.

mesa 2

Correção para a influência de superfícies livres de cargas líquidas na estabilidade do navio m/v "Alexander Safontsev"

Nome		Abcissa CG, m	Aplique DH, m	Momento mx, tm	Momento mz, tm	Correções para superfícies livres, tm
Tanque DT #3
Tanque DT #4
Tanque DT #5
Tanque DT #6
Petroleiro DT Nº 35

Arroz. 22. Caso de perda de estabilidade inválida

Se houver apenas uma camada muito fina de líquido no tanque, ou o tanque estiver cheio quase até o topo, a largura da superfície livre começará a diminuir acentuadamente quando o tanque for inclinado (Fig. 22). Assim, o momento de inércia da superfície livre também sofrerá uma diminuição acentuada e, consequentemente, a correção da altura metacêntrica. Aqueles. há uma perda ineficaz de estabilidade, que praticamente pode ser ignorada.

Para reduzir o impacto negativo na estabilidade do navio de cargas líquidas transbordantes, são fornecidas as seguintes medidas de projeto e organização:

Instalação de anteparas longitudinais ou transversais nos tanques, o que permite reduzir drasticamente os próprios momentos de inércia i x e i y;

Instalação em tanques de diafragmas de anteparas longitudinais ou transversais com pequenos orifícios nas partes inferior e superior. Com uma inclinação acentuada do recipiente (por exemplo, ao rolar), o diafragma atua como uma antepara, pois o líquido flui pelos orifícios lentamente. Do ponto de vista estrutural, os diafragmas são mais convenientes do que as anteparas impenetráveis, pois quando estas são instaladas, os sistemas de enchimento, drenagem e ventilação dos tanques se tornam muito mais complicados. No entanto, com longas inclinações do vaso, os diafragmas, sendo permeáveis, não podem reduzir o efeito do transbordamento do líquido na estabilidade;

Ao receber carga líquida, garantir o enchimento completo dos tanques sem a formação de superfícies líquidas livres;

Ao utilizar carga líquida, garantir a drenagem completa dos tanques; os "estoques mortos" de cargas líquidas devem ser mínimos;

Assegurar a secura dos porões nos compartimentos da embarcação, onde se pode acumular líquido com grande superfície livre;

Siga rigorosamente as instruções para receber e gastar carga líquida a bordo.

O não cumprimento das medidas organizacionais listadas pela tripulação do navio pode levar a uma perda significativa da estabilidade do navio e causar um acidente.

11 . Definição experiente de metacêntricoaltura e posição do centro de gravidade do navio

Ao projetar uma embarcação, sua estabilidade inicial é calculada para casos de carga típicos. A estabilidade real da embarcação construída difere da calculada devido a erros de cálculo e desvios do projeto feito durante a construção. Portanto, nos navios, é realizada uma determinação experimental da estabilidade inicial - inclinação, com o posterior cálculo da posição do CG do navio.

O rolamento deve estar sujeito a:

Navios de construção em série (o primeiro e depois a cada quinto navio da série);

Cada novo navio de construção não serial;

Cada navio após a reforma;

Embarcações após grandes reparos, reequipamento ou modernização com alteração de deslocamento superior a 2%;

Embarcações após a colocação de lastro sólido permanente, se a mudança do centro de gravidade não puder ser determinada com precisão suficiente por cálculo;

Embarcações cuja estabilidade é desconhecida ou precisa ser verificada.

A inclinação deve ser realizada na presença do Inspetor para o Registro de acordo com a “Instruções para inclinação dos navios de Registro”.

A essência do rolamento é a seguinte. O rolamento é realizado com base na igualdade m kr = m And, que determina a posição de equilíbrio do navio com um roll And 0 . O momento de adernamento é criado pela movimentação de cargas (lastro de adernamento) ao longo da largura da embarcação a uma distância l y ; dentro dos limites das baixas inclinações do navio:

m cr = m l y .

Então da igualdade m l y = cV h AND 0 /57,3

descobrir que h = 57,3 m l y /cVI 0 .

A elevação do CG do navio acima do plano principal z g e a abcissa do CG x g são determinadas a partir das expressões:

zg = zc + r - h; e xg = xc.

Os valores z c , r e x c ​​no caso da ausência ou pequenez do trim são determinados usando os elementos curvos do desenho teórico de acordo com o valor do deslocamento V. Na presença de um trim, essas quantidades devem ser determinado por um cálculo especial. O deslocamento V é encontrado na escala Bonjean com base na medida do calado da embarcação pela proa e popa de acordo com as marcas do aprofundamento. A densidade da água do mar é determinada usando um hidrômetro.

A massa do balastro de rolo m e do braço de transferência l y são ajustadas, o valor do ângulo de rolo E 0 é medido.

Antes de inclinar, a carga do navio deve estar o mais próximo possível do seu deslocamento leve (98 104%). A altura metacêntrica da embarcação deve ser de pelo menos 0,2 m. Para isso, o lastro é permitido.

Suprimentos e peças de reposição devem estar em seus lugares regulares, a carga deve ser segura e os tanques de água, combustível, óleo devem ser drenados. Os tanques de lastro, se cheios, devem ser pressionados.

O lastro inclinado é colocado no convés aberto do navio em ambos os lados em racks especiais em várias fileiras em relação ao DP. A massa do lastro inclinado transportado através da embarcação deve fornecer um ângulo de inclinação de cerca de 3 0 .

Para medir os ângulos de rolagem, são preparadas escalas especiais (pelo menos 3 metros de comprimento) ou inclinógrafos. O uso de inclinômetros de navios para medição de ângulos é inaceitável, pois eles dão um erro significativo.

A inclinação é realizada com tempo calmo com a inclinação do navio não superior a 0,5 0 . A profundidade da área da água deve excluir tocar o solo ou encontrar parte do casco em solo lamacento. O navio deve poder adernar livremente, para o que é necessário prever a folga nas linhas de amarração e impedir que o navio toque na parede ou no casco de outro navio.

A experiência consiste em transferências de rolo-lastro realizadas sob comando de um lado para o outro e medições do ângulo de rolamento antes e depois da transferência.

A determinação da estabilidade inicial pelo período de rolagem é baseada na conhecida fórmula do "capitão":

onde f I - o período de oscilações próprias de bordo da embarcação;

C E - coeficiente inercial;

B é a largura do vaso.

Recomenda-se determinar o período de rolagem do navio a cada teste de inclinação, e para navios com deslocamento inferior a 300 toneladas, sua determinação é obrigatória. O meio para determinar fI é um inclinógrafo ou cronômetros (pelo menos três observadores).

O balanço do navio é realizado por saltos coordenados da tripulação de um lado para o outro no tempo com as oscilações do navio até que a inclinação do navio seja 5 8 0 . A fórmula do capitão permite determinar aproximadamente a altura metacêntrica quando o navio está em onda para qualquer estado de carga do navio. Ao mesmo tempo, deve-se lembrar que para uma mesma embarcação o valor do coeficiente inercial C I não é o mesmo, depende de seu carregamento e colocação de carga. Via de regra, o coeficiente inercial de um vaso vazio é maior que o de um carregado.

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A estabilidade (estabilidade) é uma das mais importantes navegabilidades do navio, que está associada a questões extremamente importantes relacionadas à segurança da navegação. Perda de estabilidade quase sempre significa a morte do navio e muitas vezes da tripulação. Ao contrário da alteração de outras navegabilidades, a diminuição da estabilidade não se manifesta de forma visível, e a tripulação da embarcação, via de regra, desconhece o perigo iminente até os últimos segundos antes do naufrágio. Portanto, o estudo desta seção da teoria do navio deve receber a maior atenção.

Para que a embarcação flutue em uma determinada posição de equilíbrio em relação à superfície da água, ela deve não apenas satisfazer as condições de equilíbrio, mas também ser capaz de resistir a forças externas que busquem tirá-la da posição de equilíbrio, e após o término da essas forças, retorne à sua posição original. Portanto, o equilíbrio do navio deve ser estável, ou seja, o navio deve ter estabilidade positiva.

Assim, a estabilidade é a capacidade de um vaso, tirado do equilíbrio por forças externas, de retornar à sua posição original de equilíbrio após o término dessas forças.

A estabilidade do vaso está associada ao seu equilíbrio, que serve como característica deste último. Se o equilíbrio do navio é estável, então o navio tem estabilidade positiva; se seu equilíbrio é indiferente, então o navio tem estabilidade zero e, finalmente, se o equilíbrio do navio é instável, então ele tem estabilidade negativa.

Navio-tanque Kapitan Shiryaev
Fonte: Fleetphoto.ru

Este capítulo considerará as inclinações transversais do navio no plano do quadro central.

A estabilidade durante inclinações transversais, ou seja, quando ocorre uma rolagem, é chamada transversal. Dependendo do ângulo de inclinação da embarcação, a estabilidade transversal é dividida em estabilidade em pequenos ângulos de inclinação (até 10-15 graus), ou a chamada estabilidade inicial e estabilidade em grandes ângulos de inclinação.

As inclinações da embarcação ocorrem sob a ação de um par de forças; o momento desse par de forças, que faz com que o navio gire em torno do eixo longitudinal, será chamado de adernamento Mcr.

Se Mcr, aplicado à embarcação, aumenta gradualmente de zero até um valor final e não causa acelerações angulares e, consequentemente, forças de inércia, então a estabilidade com tal inclinação é chamada de estática.

O momento de adornamento que atua sobre a embarcação leva instantaneamente à ocorrência de aceleração angular e forças de inércia. A estabilidade que se manifesta com tal inclinação é chamada de dinâmica.

A estabilidade estática é caracterizada pela ocorrência de um momento restaurador, que tende a devolver o navio à sua posição original de equilíbrio. A estabilidade dinâmica é caracterizada pelo trabalho deste momento do início ao fim de sua ação.

Considere a inclinação transversal de igual volume da embarcação. Vamos supor que na posição inicial o navio tenha um pouso direto. Neste caso, a força de apoio D' atua no DP e é aplicada no ponto C - centro do tamanho do navio (Centro de empuxo-B).

Arroz. 1

Suponhamos que o navio sob a ação do momento de adornamento tenha recebido uma inclinação transversal com um pequeno ângulo θ. Em seguida, o centro de magnitude se moverá do ponto C para o ponto C 1 e a força de apoio, perpendicular à nova linha d'água efetiva B 1 L 1, será direcionada em um ângulo θ em relação ao plano diametral. As linhas de ação da direção original e da nova direção da força de apoio se cruzarão no ponto m. Este ponto de interseção da linha de ação da força de apoio em uma inclinação de volume igual infinitamente pequena de um vaso flutuante é chamado de metacentro transversal (metacentro).

Você pode dar outra definição do metacentro: o centro de curvatura da curva de deslocamento do centro de magnitude no plano transversal é chamado de metacentro transversal.

O raio de curvatura da curva de deslocamento do centro de magnitude no plano transversal é chamado de raio metacêntrico transversal (ou raio metacêntrico pequeno) (Raio do metacentro). É determinado pela distância do metacentro transversal m ao centro de magnitude C e é denotado pela letra r.

O raio metacêntrico transversal pode ser calculado usando a fórmula:

ou seja, o raio metacêntrico transversal é igual ao momento de inércia Ix da área da linha d'água em relação ao eixo longitudinal que passa pelo centro de gravidade dessa área, dividido pelo deslocamento volumétrico V correspondente a essa linha d'água.

Condições de estabilidade

Suponhamos que a embarcação, que está em posição direta de equilíbrio e flutuando ao longo da linha d'água da catenária, como resultado da ação do momento de adornamento externo Mkr, tenha se inclinado de modo que a linha d'água inicial da catenária com a nova linha de água efetiva B 1 L 1 forma um pequeno ângulo θ. Devido à mudança na forma da parte do casco submersa na água, a distribuição das forças de pressão hidrostática que atuam nessa parte do casco também mudará. O centro de magnitude do navio se moverá na direção do rolamento e se moverá do ponto C para o ponto C 1 .

A força de apoio D', permanecendo inalterada, será direcionada verticalmente para cima perpendicularmente à nova linha d'água efetiva, e sua linha de ação cruzará o DP no metacentro transversal original m.

A posição do centro de gravidade do navio permanece inalterada e a força peso P será perpendicular à nova linha d'água B 1 L 1 . Assim, as forças P e D', paralelas entre si, não se encontram na mesma vertical e, portanto, formam um par de forças com um ressalto GK, onde o ponto K é a base da perpendicular baixada do ponto G à direção de ação da força de apoio.

O par de forças formado pelo peso do navio e a força de apoio, que tende a devolver o navio à sua posição original de equilíbrio, é chamado de par restaurador, e o momento desse par é chamado de momento restaurador Мθ.

A questão da estabilidade de um navio adernado é decidida pela direção de ação do momento restaurador. Se o momento de restauração tende a retornar o navio à sua posição de equilíbrio original, então o momento de restauração é positivo, a estabilidade do navio também é positiva - o navio é estável. Na fig. 2 mostra a localização das forças atuantes no navio, o que corresponde a um momento de restauração positivo. É fácil verificar que tal momento surge se o CG estiver abaixo do metacentro.

Arroz. 2 Arroz. 3

Na fig. 3 mostra o caso oposto, quando o momento restaurador é negativo (o CG fica acima do metacentro). Ele tende a desviar ainda mais o navio da posição de equilíbrio, pois a direção de sua ação coincide com a direção de ação do momento de adornamento externo Mkr. Neste caso, o navio não é estável.

Teoricamente, pode-se supor que o momento de restauração quando o navio é inclinado é zero, ou seja, a força peso do navio e a força de apoio estão localizadas na mesma vertical, conforme mostrado na fig. quatro.

Arroz. quatro

A ausência de momento restaurador leva ao fato de que após o término do momento de adornamento, o navio permanece em posição inclinada, ou seja, o navio está em equilíbrio indiferente.

Assim, de acordo com a posição mútua do metacentro transversal m e C.T. G pode ser julgado pelo sinal do momento de restauração ou, em outras palavras, pela estabilidade do navio. Assim, se o metacentro transversal está acima do centro de gravidade (Fig. 2), então o navio está estável.

Se o metacentro transversal estiver localizado abaixo do centro de gravidade ou coincidir com ele (Fig. 3, 4), o vaso não é estável.

Daí surge o conceito de altura metacêntrica (altura metacêntrica): a altura metacêntrica transversal é a elevação do metacentro transversal acima do centro de gravidade do vaso na posição inicial de equilíbrio.

A altura metacêntrica transversal (Fig. 2) é determinada pela distância do centro de gravidade (ponto G) ao metacentro transversal (ponto m), ou seja, o segmento mG. Este segmento é um valor constante, porque e C.T. , e o metacentro transverso não muda sua posição em baixas inclinações. A este respeito, é conveniente tomá-lo como critério para a estabilidade inicial do navio.

Se o metacentro transversal estiver acima do centro de gravidade do navio, então a altura metacêntrica transversal é considerada positiva. Então a condição de estabilidade do navio pode ser dada pela seguinte formulação: o navio é estável se sua altura metacêntrica transversal for positiva. Tal definição é conveniente na medida em que permite julgar a estabilidade do navio sem considerar sua inclinação, ou seja, em um ângulo de adornamento igual a zero, quando não há nenhum momento de restauração. Para estabelecer quais dados devem estar disponíveis para obter o valor da altura metacêntrica transversal, voltemos à Fig. 5, que mostra a localização relativa do centro de magnitude C, o centro de gravidade G e o metacentro transversal m da embarcação, que tem uma estabilidade transversal inicial positiva.

Arroz. 5

A figura mostra que a altura metacêntrica transversal h pode ser determinada por uma das seguintes fórmulas:

h = Z C ± r - Z G ;

A altura metacêntrica transversal é frequentemente determinada usando a última igualdade. A aplicação do metacentro transversal Zm pode ser encontrada no diagrama metacêntrico. As principais dificuldades na determinação da altura metacêntrica transversal da embarcação surgem na determinação da aplicação do centro de gravidade ZG, que é determinado usando a tabela resumo da carga mássica da embarcação (o assunto foi considerado na palestra -).

Na literatura estrangeira, a designação dos pontos correspondentes e parâmetros de estabilidade podem ser como mostrado abaixo na Fig. 6.

Arroz. 6

• onde K é o ponto de quilha;
• B - centro de flutuabilidade;
• G - centro de gravidade;
• M - metacentro transversal (metacentro);
• KV - aplicação do centro de magnitude;
• KG - centro de gravidade aplicado;
• CM — aplique do metacentro transverso;
• MV - raio metacêntrico transversal (Raio do metacentro);
• BG - elevação do centro de gravidade acima do centro de magnitude;
• GM - altura metacêntrica transversal (altura metacêntrica).

O ombro de estabilidade estática, designado em nossa literatura como GK, é designado na literatura estrangeira como GZ.

Leitura sugerida:

A estabilidade de uma embarcação é sua propriedade, pela qual a embarcação, quando exposta a fatores externos (vento, ondas, etc.) etc.) não rola. A definição mais ampla de estabilidade do navio pode ser a seguinte: a capacidade de um navio não virar quando exposto a fatores marinhos naturais (vento, ondas, gelo) na área de navegação atribuída a ele, bem como em combinação com “interno” razões causadas pelas ações da tripulação

Esse recurso é baseado na propriedade natural de um objeto flutuando na superfície da água - ele tende a retornar à sua posição original após o término desse impacto. Assim, a estabilidade, por um lado, é natural e, por outro, requer um controle regulado pela pessoa envolvida em seu projeto e operação.

A estabilidade depende do formato do casco e da posição do CG da embarcação, portanto, escolhendo o formato correto do casco no projeto e o posicionamento adequado da carga na embarcação durante a operação, é possível garantir estabilidade suficiente para garantir que a embarcação não vira em nenhuma condição de navegação.

As inclinações das embarcações são possíveis por vários motivos: pela ação das ondas de entrada, por inundação assimétrica de compartimentos durante um furo, pela movimentação de mercadorias, pressão do vento, pela aceitação ou dispêndio de mercadorias, etc. Existem dois tipos de estabilidade: transversal e longitudinal. Do ponto de vista da segurança da navegação (especialmente em tempo de tempestade), as mais perigosas são as inclinações transversais. A estabilidade lateral se manifesta quando a embarcação rola, ou seja, ao incliná-lo a bordo. Se as forças que fazem com que a embarcação se incline agem lentamente, a estabilidade é chamada de estática, e se for rápida, dinâmica. A inclinação da embarcação no plano transversal é chamada de roll e no plano longitudinal - trim; os ângulos formados neste caso são denotados respectivamente por O e y. A estabilidade em pequenos ângulos de inclinação (10 - 12 °) é chamada de estabilidade inicial.

(Figura 2)

Imagine que sob a ação de forças externas, o navio recebeu um rolamento em um ângulo de 9 (Fig. 2). Como resultado, o volume da parte submersa da embarcação manteve seu valor, mas mudou sua forma; a estibordo, um volume adicional entrou na água e, a bombordo, um volume igual saiu da água. O centro de magnitude se deslocou da posição inicial C em direção ao rolamento da embarcação, para o centro de gravidade do novo volume - ponto C1. Quando a embarcação está inclinada, a gravidade P aplicada no ponto G e a força de apoio D aplicada no ponto C, permanecendo perpendicular à nova linha d'água V1L1, formam um par de forças com um ressalto GK, que é uma perpendicular baixada do ponto G para a direção das forças de apoio.

Se continuarmos a direção da força de apoio do ponto C1 até a interseção com sua direção original do ponto C, então em pequenos ângulos de calcanhar, correspondentes às condições de estabilidade inicial, essas duas direções se cruzarão no ponto M, chamado de transversal metacentro.

A posição mútua dos pontos M e G permite estabelecer o seguinte sinal caracterizando a estabilidade lateral: (Fig. 3)

• A) Se o metacentro estiver localizado acima do centro de gravidade, então o momento restaurador é positivo e tende a devolver o navio à sua posição original, ou seja, ao adernar, o navio ficará estável.
• B) Se o ponto M estiver abaixo do ponto G, então com valor negativo de h0, o momento é negativo e tenderá a aumentar o roll, ou seja, neste caso, o vaso é instável.
• C) Quando os pontos M e G coincidem, as forças P e D atuam ao longo de uma linha vertical, nenhum par de forças surge e o momento de restauração é zero: então o navio deve ser considerado instável, pois não tende a retornar ao sua posição de equilíbrio original (Fig. 3).

Fig.3

Os sinais externos de estabilidade inicial negativa do navio são:

• -- velejar do navio com rolagem na ausência de momentos de adernamento;
• - o desejo do navio de rolar para o lado oposto ao se endireitar;
• - transferência de um lado para o outro durante a circulação, enquanto o rolo permanece mesmo quando o navio entra em curso direto;
• -- grande quantidade de água nos porões, nas plataformas e nos conveses.

Estabilidade, que se manifesta com as inclinações longitudinais da embarcação, ou seja, quando aparado, é chamado longitudinal.

Com a inclinação longitudinal da embarcação em um ângulo w em torno do eixo transversal Ts.V. se moverá do ponto C para o ponto C1 e a força de apoio, cuja direção é normal à linha d'água atual, atuará em um ângulo w em relação à direção original. As linhas de ação da direção original e da nova direção das forças de apoio se cruzam em um ponto. O ponto de interseção, a linha de ação das forças de apoio em uma inclinação infinitamente pequena no plano longitudinal é chamado de metacentro longitudinal M. navio de propulsão de estabilidade em condições de navegar

O momento de inércia longitudinal da área da linha d'água IF é muito maior que o momento de inércia transversal IX. Portanto, o raio metacêntrico longitudinal R é sempre muito maior que o transversal r. Considera-se provisoriamente que o raio metacêntrico longitudinal R é aproximadamente igual ao comprimento do vaso. Como o valor do raio metacêntrico longitudinal R é muitas vezes maior que o transversal r, a altura metacêntrica longitudinal H de qualquer navio é muitas vezes maior que a transversal h. portanto, se o navio tiver estabilidade transversal, a estabilidade longitudinal certamente estará garantida.

Fatores que afetam a estabilidade do navio que têm forte influência na estabilidade do navio.

Fatores a serem levados em consideração ao operar um pequeno barco incluem:

• 1. A estabilidade da embarcação é mais significativamente afetada pela sua largura: quanto maior ela for em relação ao seu comprimento, altura e calado, maior será a estabilidade. Uma embarcação mais larga tem mais momento de endireitamento.
• 2. A estabilidade de uma embarcação pequena aumenta se a forma da parte submersa do casco for alterada em grandes ângulos de adornamento. Nesta afirmação, por exemplo, baseia-se a ação dos cabeços laterais e pára-lamas de espuma, que, quando imersos na água, criam um momento restaurador adicional.
• 3. A estabilidade deteriora-se se existirem no navio tanques de combustível com espelho de superfície de um lado para o outro, pelo que estes tanques devem ter divisórias instaladas paralelamente ao plano central do navio, ou ser estreitados na sua parte superior.
• 4. A estabilidade é mais fortemente afetada pela colocação de passageiros e carga no navio, eles devem ser colocados o mais baixo possível. É impossível permitir que as pessoas a bordo e seu movimento arbitrário se sentem em uma pequena embarcação durante seu movimento. As cargas devem ser fixadas com segurança para evitar seu deslocamento inesperado de seus lugares regulares.
• 5. Em caso de vento forte e ondas, a ação do momento de inclinação (especialmente dinâmico) é muito perigosa para a embarcação, portanto, com a deterioração das condições climáticas, é necessário levar a embarcação para abrigo e esperar o mau tempo. Se isso não for possível devido à distância considerável da costa, em condições de tempestade, você deve tentar manter o navio "curvado ao vento", jogando a âncora flutuante e funcionando o motor em baixa velocidade.

A estabilidade excessiva causa um pitch rápido e aumenta o risco de ressonância. Portanto, o registro estabelece limites não apenas para o limite inferior, mas também para o limite superior de estabilidade.

Para aumentar a estabilidade da embarcação (aumento do momento restaurador por unidade de ângulo de adornamento), é necessário aumentar a altura metacêntrica h pela colocação adequada de cargas e provisões no navio (cargas mais pesadas na parte inferior e cargas mais leves em o topo). Para o mesmo propósito (especialmente quando navegando em lastro - sem carga), eles recorrem ao enchimento de tanques de lastro com água.