Fartygets prestanda

De mest karakteristiska operativa egenskaperna hos ett litet fartyg är: passagerarkapacitet,lastkapacitet, deplacement och hastighet.

Passagerarkapacitet är en indikator lika med antalet utrustade platser för att ta emot människor på fartyget. Passagerarkapaciteten beror på lastkapaciteten:

P = G/100, människor (med bagage), eller P =G/75 människor (utan bagage)

I det här fallet avrundas resultatet till ett mindre heltal. På ett litet fartyg måste tillgången på utrustade sittplatser motsvara den fastställda passagerarkapaciteten för fartyget.

Passagerarkapaciteten kan beräknas ungefär med formeln:

N=Lnb Bnb/K, människor,

Var TILL - empirisk koefficient lika med: för motor- och roddbåtar - 1,60; för båtar - 2,15.

Lastkapacitet— Fartygets nyttolast, inklusive massan av personer och bagage beroende på passagerarkapacitet. Man skiljer på dödvikt och nettotonnage.

Dödvikt - detta är skillnaden mellan slagvolymen vid fullastad och olastad.

Nettolastkapacitet - Detta är massan av endast nyttolasten som fartyget kan ta.

För stora fartyg är enheten för förändring av lastkapacitet ton, för små fartyg - kg. Lastkapacitet C kan beräknas med hjälp av formler, eller kan bestämmas experimentellt. För att göra detta, när fartyget är tomt, men med förråd och en reserv av bränsle, placeras lasten sekventiellt tills fartyget når den vattenlinje som motsvarar den minsta fribordshöjden. Massan av den placerade lasten motsvarar fartygets lastkapacitet.

Förflyttning . Det finns två typer av förskjutning - massa (vikt) och volymetrisk.

Mass (vikt) förskjutning - detta är massan av fartyget flytande, lika med massan av vattnet som förskjuts av fartyget. Måttenheten är ton.

Volumetrisk förskjutning V - detta är volymen av fartygets undervattensdel i m3. Beräkningen görs genom huvudmåtten:

V = SL VT,

där S är koefficienten för fullständig förskjutning, lika med 0,35 - 0,6 för små kärl, och ett lägre värde på koefficienten är typiskt för små kärl med skarpa konturer. För deplacementbåtar S = 0,4 - 0,55, planande båtar S = 0,45 - 0,6, motorbåtar 5 - 0,35 - 0,5, för segelfartyg varierar denna koefficient från 0,15 till 0,4 .

Fart.

Hastighet är den sträcka ett fartyg färdas per tidsenhet. På havsgående fartyg mäts hastigheten i knop (mil per timme), och på inlandsfartyg - i kilometer per timme (km/h). Navigatorn på ett litet fartyg rekommenderas att känna till tre hastigheter: den högsta (maximalt) som fartyget utvecklar vid maximal motoreffekt; den minsta (minsta) vid vilken fartyget lyder rodret; medium - det mest ekonomiska för relativt stora övergångar. Hastigheten beror på motorkraften, skrovets storlek och form, lasten på fartyget och olika yttre faktorer: vågor, vind, strömmar etc.

Fartygets sjöduglighet

Ett fartygs förmåga att hålla sig flytande, interagera med vatten och inte kantra eller sjunka vid översvämning kännetecknas av dess sjöduglighet. Dessa inkluderar: flytkraft, stabilitet och osänkbarhet.

Bärighet. Flytkraft är förmågan hos ett fartyg att flyta på vattenytan med ett givet djupgående. Ju mer vikt du lägger på båten, desto djupare kommer den att sjunka ner i vattnet, men kommer inte att tappa flytförmåga förrän vatten börjar rinna in i skrovet.

I händelse av en läcka i skrovet eller ett hål, samt vatten som kommer in i fartyget under stormigt väder, ökar dess vikt. Därför måste fartyget ha en reserv av flytkraft.

Flytkraftsreserv - Detta är den vattentäta volymen av fartygets skrov, placerad mellan lastvattenlinjen och sidans övre kant. Om det inte finns någon reserv för flytkraft kommer fartyget att sjunka om även en liten mängd vatten kommer in i skrovet.

Reserven av flytkraft som är nödvändig för säker navigering av ett fartyg säkerställs genom att ge fartyget en tillräcklig fribordshöjd, såväl som förekomsten av vattentäta förslutningar och skott mellan fack och flytblock - strukturella element inuti skrovet på ett litet fartyg i form av av ett fast materialblock (till exempel polystyren) med en densitet på mindre än en . I avsaknad av sådana skott och flytblock leder varje hål i undervattensdelen av skrovet till en fullständig förlust av flytkraftsreserv och fartygets död.

Flytkraftsreserven beror på fribordets höjd - ju högre fribord, desto större flytkraftsreserv. Denna reserv är standardiserad av den minsta fribordshöjden, beroende på vars värde det säkra navigationsområdet och det tillåtna avståndet från stranden fastställs för ett visst litet fartyg. Fribordshöjden kan dock inte missbrukas, eftersom detta påverkar en annan lika viktig kvalitet - stabiliteten

Stabilitet. Stabilitet är förmågan hos ett fartyg att motstå de krafter som får det att luta, och efter att dessa krafter upphört (vind, vågor, passagerarrörelser etc.) att återgå till sitt ursprungliga jämviktsläge. Samma fartyg kan ha god stabilitet om lasten ligger nära botten och kan helt eller delvis förlora stabilitet om lasten eller personerna placeras något högre

Det finns två typer av stabilitet: tvärgående och längsgående. Tvärstabilitet visar sig när fartyget rullar, d.v.s. när du tippar den ombord. Under navigering verkar två krafter på fartyget: gravitation och stöd. Den resulterande D (fig. 1, a) av fartygets gravitationskraft, riktad nedåt, kommer att appliceras villkorligt vid punkt G, kallad tyngdpunkten (CG), och resultanten A för stödkrafterna, riktad uppåt, kommer att vara villkorligt applicerad vid tyngdpunkten C för den del som är nedsänkt i vattenkärl, kallad magnitud (CV). När fartyget inte har någon trim och roll, kommer CG och CV att placeras i fartygets mittlinjeplan (DP).

Fig. 1 Placering av de resulterande tyngdkrafterna och stödet i förhållande till varandra vid olika positioner av fartyget

Ho-värdet kännetecknar fartygets stabilitet vid låga lutningar. Positionen för punkten M under dessa förhållanden är nästan oberoende av rullningsvinkeln f.

Kraften D och den lika stödjande kraften A bildar ett kraftpar med axeln /, vilket skapar ett återställande moment MB=Dl. Detta ögonblick tenderar att återställa fartyget till sin ursprungliga position. Observera att CG ligger under punkt M.

Föreställ dig nu att en extra last placeras på däcket på samma fartyg (Fig. 1, c). Som ett resultat kommer CG att ligga betydligt högre, och under en rullning kommer punkt M att ligga under den. Det resulterande kraftparet kommer inte längre att skapa ett återställande ögonblick, utan ett vältande ögonblick Mopr. Följaktligen kommer fartyget att vara instabilt och kantra.

Fartygets laterala stabilitet påverkas i hög grad av skrovets bredd: ju bredare skrovet är, desto stabilare är fartyget, och omvänt, ju smalare och högre skrovet är, desto sämre stabilitet.

För små höghastighetsfartyg (särskilt när man rör sig i hög hastighet under vågor) är det inte alltid ett löst problem att upprätthålla longitudinell stabilitet.

För små kölfartyg är den initiala metacentriska höjden som regel 0,3 - 0,6 m. Fartygets stabilitet beror på fartygets lastning, lastens rörelse, passagerare och andra skäl. Ju större metacentrisk höjd, desto större rätande moment och desto stabilare är kärlet, men med hög stabilitet har kärlet en skarp rulle. Stabiliteten förbättras av det låga läget för motorn, bränsletanken, sätena och lämplig placering av last och personer.

I kraftiga vindar, en kraftig våg som slår i sidan, och i vissa andra fall ökar fartygets rullning snabbt och ett dynamiskt krängningsmoment uppstår. I det här fallet kommer fartygets rullning att öka även efter att krängnings- och rätningsmomenten är lika. Detta sker på grund av verkan av tröghetskraft. Typiskt är en sådan rulle dubbelt så stor som rullen från den statiska verkan av samma krängningsmoment. Därför är det mycket farligt att segla i stormigt väder, särskilt för små fartyg.

Längsgående stabilitet agerar när fartyget lutar mot fören eller aktern, d.v.s. under pitching. Navigatorn bör ta hänsyn till denna stabilitet när den rör sig i höga hastigheter under vågor, eftersom Efter att ha grävt ner nosen i vattnet kanske en båt eller motorbåt inte återställer sin ursprungliga position och sjunker, och ibland till och med kantrar.

Faktorer som påverkar fartygets stabilitet:

a) Ett fartygs stabilitet påverkas mest av dess bredd: ju större det är i förhållande till dess längd, sidohöjd och djupgående, desto högre stabilitet.

b) Stabiliteten hos ett litet fartyg ökar om formen på den nedsänkta delen av skrovet ändras vid stora krängningsvinklar. Detta uttalande är till exempel grunden för verkan av sidobollar och skumskärmar, som, när de är nedsänkta i vatten, skapar ett ytterligare rätande ögonblick.

c) Stabiliteten försämras om fartyget har bränsletankar med ytspegel från sida till sida, så dessa tankar måste ha invändiga skiljeväggar

d) Stabiliteten påverkas starkast av placeringen av passagerare och last på fartyget, de bör placeras så lågt som möjligt. På ett litet fartyg ska personer inte tillåtas sitta ombord eller röra sig godtyckligt medan det rör sig. Laster måste fästas säkert för att förhindra att de oväntat förflyttar sig från sina stuvplatser. e) I starka vindar och vågor är effekten av krängningsmoment mycket farlig för fartyget, därför är det, när väderförhållandena förvärras, nödvändigt att ta fartyget till skydd och vänta ut det dåliga vädret. Om detta är omöjligt att göra på grund av det stora avståndet till stranden, bör du under stormiga förhållanden försöka hålla fartyget "huvud mot vinden", kasta ut sjöankaret och köra motorn med låg hastighet.

Osänkbar. Osänkbarhet är förmågan hos ett fartyg att förbli flytande efter att en del av fartyget har översvämmats.

Osänkbarhet säkerställs strukturellt - genom att dela upp skrovet i vattentäta fack, utrusta fartyget med flytblock och dräneringsmedel.

De icke-översvämmade volymerna i skrovet är oftast gjorda av skumblock. Dess erforderliga kvantitet och placering beräknas för att säkerställa en nödreserv av flytkraft och hålla nödfartyget i "jämn köl"-position.

Naturligtvis, under förhållanden med stark sjö, kommer inte varje motorbåt eller kutter som har fått ett hål att säkerställa att dessa krav uppfylls.

Manövrerbarhet för ett litet fartyg

De huvudsakliga manövreringsegenskaperna hos ett fartyg inkluderar: styrbarhet, cirkulation, framdrivning och tröghet

Styrbarhet. Styrbarhet är förmågan hos ett fartyg att bibehålla en given rörelseriktning samtidigt som den rör sig med en konstant roderposition (kursstabilitet) och att ändra riktningen på dess rörelse medan den rör sig under påverkan av rodret (smidighet).

Banans stabilitetär egenskapen hos ett fartyg att upprätthålla en rak rörelseriktning. Om fartyget, med rodret i rakt läge, avviker från kursen, så brukar detta fenomen kallas skeppets giring.

Om fartyget, med rodret i rakt läge, avviker från kursen, så brukar detta fenomen kallas skeppets giring.

Orsakerna till gir kan vara permanenta eller tillfälliga. Ständiga orsaker inkluderar de som är relaterade till fartygets designegenskaper: trubbiga bovkonturer av skrovet, avvikelse mellan fartygets längd och dess bredd, otillräcklig roderbladsyta, påverkan av propellerrotation

Tillfällig girning kan orsakas av felaktig belastning av fartyget, vind, grunt vatten, ojämna strömmar, etc.

Begreppen "kursstabilitet" och "smidighet" är motsägelsefulla, men dessa egenskaper är inneboende i nästan alla fartyg och kännetecknar deras kontrollerbarhet.

Styrbarheten påverkas av många faktorer och skäl, de viktigaste är rattens verkan, propellerns funktion och deras samverkan.

Rörlighet- ett fartygs egendom att ändra rörelseriktningen under påverkan av rodret. Denna kvalitet beror främst på det korrekta förhållandet mellan skrovets längd och bredd, formen på dess konturer, såväl som roderbladets yta.

Egenskaper för fartygsstyrbarhet vid förflyttning från framåt till bakåt

När man utför förtöjningsoperationer eller behovet av att omedelbart stoppa fartyget (risk för kollision, förhindrande av grundstötning, hjälpa en person överbord, etc.), är det nödvändigt att byta från framåt till back. I dessa fall måste navigatören ta hänsyn till att under de första sekunderna, när man ändrar driften av den högra rotationspropellern från framåt till bakåt, kommer aktern snabbt att rulla åt vänster, och med en vänsterroterande propeller - till höger.

Orsaker som påverkar kontrollerbarheten

Förutom rodret och den roterande propellern påverkas fartygets stabilitet och smidighet av andra faktorer, såväl som ett antal designegenskaper hos fartyget: förhållandet mellan huvuddimensionerna, formen på skrovets konturer, parametrar för rodret och propellern. Styrbarheten beror också på seglingsförhållandena: arten av fartygets lastning, hydrometeorologiska faktorer.

Omlopp Om du flyttar rodret åt någon sida medan skeppet rör sig, kommer skeppet att börja vända och beskriva en krökt linje på vattnet. Denna kurva, som beskrivs av fartygets tyngdpunkt under en sväng, kallas cirkulationslinjen (Fig. 2), och avståndet mellan fartygets mittlinjeplan på framåtkursen och dess mittlinjeplan efter att ha svängt på returkursen ( 180) är den taktiska cirkulationsdiametern. Ju mindre den taktiska cirkulationsdiametern är, desto bättre manövrerbarhet övervägs fartyget. Denna kurva är nära en cirkel, och dess diameter fungerar som ett mått på fartygets manövrerbarhet

Cirkulationsdiametern mäts vanligtvis i meter. För små motorfartyg är storleken på den taktiska cirkulationsdiametern i de flesta fall lika med 2-3 fartygslängder. Varje förare behöver känna till cirkulationsdiametern för det fartyg han måste kontrollera, eftersom korrekt och säker manövrering till stor del beror på detta. Fartygets hastighet under cirkulationen reduceras till 30 %. Vi bör aldrig glömma att när man rör sig längs en kurva verkar en centrifugalkraft på fartyget (fig. 3), riktad från krökningscentrum till utsidan och applicerad på fartygets tyngdpunkt.

Fig 2 Cirkulation /—cirkulationslinje, 2—taktisk cirkulationsdiameter, 3—stabil cirkulationsdiameter

Fartygets drift som härrör från centrifugalkraften förhindras av kraften från vattenmotstånd - sidomotstånd, vars appliceringspunkt är belägen under tyngdpunkten. Som ett resultat uppstår ett kraftpar som skapar en rullning ombord, motsatt rotationsriktningen. Rullen ökar när fartygets tyngdpunkt ökar över mitten av sidomotståndet och när den metacentriska höjden minskar.

En ökning av rotationshastigheten och en minskning av cirkulationsdiametern ökar rullen avsevärt, vilket kan leda till att kärlet kantrar. Gör därför aldrig skarpa svängar när båten rör sig i hög hastighet.

Till skillnad från konventionella deplacementkärl, vänder kärl med planande konturer på cirkulationen inåt (fig. 4). Detta uppstår från den extra lyftkraft som uppstår på skrovet vid sidoförskjutning på grund av planande konturer. Samtidigt sker glidning under påverkan av centrifugalkraft utåt, varför planande fartyg har en något större cirkulation jämfört med deplacementfartyg.

Förutom cirkulationsdiametern bör du också känna till dess tid, d.v.s. den tid det tar för fartyget att svänga 360°.

De namngivna cirkulationselementen beror på fartygets förskjutning och arten av placeringen av last längs dess längd, såväl som på hastigheten. Vid låg hastighet är cirkulationsdiametern mindre.

Rörlighet. Framdrivning är förmågan hos ett fartyg att röra sig med en viss hastighet med en given motoreffekt, samtidigt som man övervinner krafterna i motståndet mot rörelse.

Fartygets rörelse är endast möjlig om det finns en viss kraft som kan övervinna vattnets motstånd - dragkraften. Vid konstant hastighet är mängden stopp lika med mängden vattenmotstånd. Fartygets hastighet och dragkraften är relaterade till följande förhållande:

R. V=ho-N.Var: V - fartygets hastighet; K - vattenbeständighet; N - motoreffekt; ho -Effektivitet=0,5.

Denna ekvation visar att när hastigheten ökar, ökar också vattenmotståndet. Detta beroende har dock en annan fysisk betydelse och karaktär för deplacementfartyg och planande fartyg.

Till exempel, vid en hastighet av ett deplacementfartyg upp till ett värde lika med V = 2 ÖL, km/h (L är fartygets längd, m), består vattenmotståndet K av friktionsmotståndet hos vatten på skrovets hud och formmotståndet som skapas av vattenturbulens. När hastigheten på detta fartyg överstiger det angivna värdet börjar vågor bildas och ett tredje motstånd läggs till de två motstånden - vågmotstånd. Vågmotståndet ökar kraftigt med ökande hastighet.

För planande fartyg är vattenmotståndets natur densamma som för deplacementfartyg och hastighetsvärdet är V = 8 ÖL km/h. Men med en ytterligare ökning av hastigheten får fartyget en betydande trimning av aktern och dess fören stiger. Detta rörelsesätt kallas transitional (från förskjutning till planing). Ett karakteristiskt tecken på början av planningen är en spontan ökning av fartygets hastighet. Detta fenomen orsakas av det faktum att efter att fören stiger, minskar vattnets totala motstånd mot fartyget, det verkar "flyta upp" och öka hastigheten samtidigt som den bibehåller konstant kraft.

Vid hyvling uppstår en annan typ av vattenmotstånd - stänkmotstånd, och vågmotståndet och formmotståndet reduceras kraftigt och deras värden reduceras praktiskt taget till noll.

Sålunda påverkar fyra typer av motstånd fartygets framdrivning:

friktionsmotstånd- beror på området för den våta ytan av kärlet, på kvaliteten på dess bearbetning och graden av nedsmutsning (alger, blötdjur, etc.);

formmotstånd- beror på strömlinjeformningen av fartygets skrov, vilket i sin tur är bättre, ju skarpare akteränden och desto större längd på fartyget jämfört med bredden;

karakteristisk impedans- beror på formen på fören och fartygets längd, ju längre fartyget är, desto mindre vågbildning;

stänkmotstånd- beror på förhållandet mellan kroppens bredd och dess längd.

Slutsats: 1. Deplacementfartyg med smalt skrov, runda länslinjer och spetsiga för- och akterändar upplever minst vattenmotstånd.

2. För planande fartyg, i frånvaro av vågor, ger ett brett plattbottnat skrov med en akterspegel minsta vattenmotstånd med största hydrodynamiska lyftkraft.

Mer sjövärdiga planande fartyg med kölat eller halvkölat skrov. Att öka hastigheten på dessa fartyg uppnås genom längsgående steg och länsstänkskydd.

Tröghet. En mycket viktig manövreringskvalitet hos ett fartyg är dess tröghet. Det uppskattas vanligtvis av längden på bromssträckan, frihjuls- och accelerationsvägarna, såväl som deras varaktighet. Den sträcka som fartyget tillryggalägger under tiden från det att motorn växlar från fullt framåt till back till det ögonblick då fartyget slutligen stannar kallas bromssträcka. Detta avstånd uttrycks vanligtvis i meter, mer sällan i fartygslängder. Den sträcka som fartyget tillryggalägger under tiden från det att motorn stannat i framåtgående rörelse tills fartyget stannar helt under påverkan av vattenmotstånd kallas frirullning. Den sträcka som fartyget färdas från det att motorn slås på till hastighet framåt tills full hastighet uppnås vid ett givet motordriftläge kallas accelerationsbanan. Noggrann kunskap hos föraren om ovanstående egenskaper hos sitt fartyg säkerställer i hög grad säkerheten vid manövrering i trånga områden och vägar med trånga navigeringsförhållanden. Kom ihåg! Motordrivna båtar har inga bromsar, så de kräver ofta betydligt mer distans och tid för att absorbera tröghet än till exempel en bil.

Genom den relativa positionen för lasten på fartyget kan navigatören alltid hitta det mest fördelaktiga värdet av den metacentriska höjden, vid vilken fartyget kommer att vara tillräckligt stabilt och mindre utsatt för stigning.

Krängningsmomentet är produkten av vikten av lasten som förflyttas över fartyget med en skuldra lika med rörelseavståndet. Om en person väger 75 kg, sittande på en bank kommer att röra sig över fartyget med 0,5 m, då blir krängningsmomentet lika med 75 * 0,5 = 37,5 kg/m.

Bild 91. Statiskt stabilitetsdiagram

För att ändra det ögonblick som kränger fartyget med 10° är det nödvändigt att ladda fartyget till full förskjutning helt symmetriskt i förhållande till mittplanet.

Fartygets last bör kontrolleras genom djupgående mätt på båda sidor. Inklinometern installeras strikt vinkelrätt mot mittplanet så att den visar 0°.

Efter detta måste du flytta laster (till exempel människor) på förmarkerade avstånd tills lutningsmätaren visar 10°. Testexperimentet bör utföras enligt följande: luta fartyget på ena sidan och sedan på den andra sidan.

Genom att känna till fästmomenten för ett fartygs krängning i olika (upp till största möjliga) vinklar, är det möjligt att konstruera ett statiskt stabilitetsdiagram (fig. 91), som kommer att utvärdera fartygets stabilitet.

Stabiliteten kan ökas genom att öka fartygets bredd, sänka tyngdpunkten och installera akterbojar.

Om kärlets tyngdpunkt är belägen under tyngdpunkten anses fartyget vara mycket stabilt, eftersom stödkraften under en rullning inte ändras i storlek och riktning, men punkten för dess applicering skiftar mot lutningen av kärlet (fig. 92, a).

Därför, vid krängning, bildas ett par krafter med ett positivt återställande moment, som tenderar att återföra fartyget till dess normala vertikala läge på en rak köl. Det är lätt att verifiera att h>0, med den metacentriska höjden lika med 0. Detta är typiskt för yachter med tung köl och är inte typiskt för större fartyg med en konventionell skrovstruktur.

Om tyngdpunkten är belägen ovanför tyngdpunkten är tre fall av stabilitet möjliga, vilket navigatören bör vara väl medveten om.

Det första fallet av stabilitet.

Metacentrisk höjd h>0. Om tyngdpunkten är belägen ovanför tyngdpunkten, då när fartyget är i ett lutande läge, skär aktionslinjen för stödkraften mittplanet ovanför tyngdpunkten (fig. 92, b).

Ris. 92. Fallet med ett stabilt fartyg

I detta fall bildas också ett par krafter med ett positivt återställande moment. Detta är typiskt för de flesta konventionellt formade båtar. Stabiliteten i detta fall beror på skrovet och tyngdpunktens läge i höjdled.

Vid krängning kommer den krängande sidan in i vattnet och skapar ytterligare flytkraft, vilket tenderar att jämna ut fartyget. Men när ett fartyg rullar med flytande och bulklast som kan röra sig mot rullen kommer även tyngdpunkten att förskjutas mot rullen. Om tyngdpunkten under en rulle rör sig bortom lodlinjen som förbinder tyngdpunkten med metacentret, kommer skeppet att kantra.

Det andra fallet av ett instabilt kärl i likgiltig jämvikt.

Metacentrisk höjd h = 0. Om tyngdpunkten ligger över tyngdpunkten, så passerar under en rullning stödkraftens verkningslinje genom tyngdpunkten MG = 0 (Fig. 93).

I det här fallet är tyngdpunkten alltid placerad på samma vertikal som tyngdpunkten, så det finns inget återhämtande kraftpar. Utan påverkan av yttre krafter kan fartyget inte återgå till upprätt läge.

I det här fallet är det särskilt farligt och helt oacceptabelt att transportera flytande och bulklast på ett fartyg: med den minsta gungningen kommer fartyget att kapsejsa. Detta är typiskt för båtar med en rund ram.

Det tredje fallet av ett instabilt kärl i instabil jämvikt.

Metacentrisk höjd 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).

Skicka ditt goda arbete i kunskapsbasen är enkelt. Använd formuläret nedan

Studenter, doktorander, unga forskare som använder kunskapsbasen i sina studier och arbete kommer att vara er mycket tacksamma.

Postat på http://www.allbest.ru/

Fartygets initiala stabilitet

1. Allmänt begrepp om stabilitet

Stabilitet är förmågan hos ett fartyg att motstå krafter som avviker från dess jämviktsposition och att återgå till dess ursprungliga jämviktsposition efter att dessa krafters verkan upphört.

Fartygets jämviktsförhållanden är inte tillräckliga för att det ständigt ska flyta i en given position i förhållande till vattenytan. Det är också nödvändigt att kärlets balans är stabil. Egenskapen, som inom mekaniken kallas jämviktsstabilitet, brukar i fartygsteorin kallas stabilitet. Flytkraften ger således förutsättningarna för fartygets jämviktsposition vid en given landning, och stabilitet säkerställer att denna position bevaras.

Fartygets stabilitet förändras med ökande lutningsvinkel och vid ett visst värde går den helt förlorad. Därför verkar det lämpligt att studera kärlets stabilitet vid små (teoretiskt oändliga) avvikelser från jämviktspositionen med I = 0, W = 0, och sedan bestämma egenskaperna för dess stabilitet, deras tillåtna gränser vid stora lutningar.

Det är vanligt att skilja mellan ett fartygs stabilitet vid små lutningsvinklar (initial stabilitet) och stabilitet vid stora lutningsvinklar.

När man överväger små lutningar är det möjligt att göra ett antal antaganden som gör det möjligt att studera kärlets initiala stabilitet inom ramen för linjär teori och få enkla matematiska beroenden av dess egenskaper. Fartygets stabilitet vid stora lutningsvinklar studeras med hjälp av en förfinad olinjär teori. Naturligtvis är stabilitetsegenskapen hos ett kärl enhetlig och den accepterade indelningen är rent metodologisk till sin natur.

När man studerar ett fartygs stabilitet beaktas dess lutningar i två ömsesidigt vinkelräta plan - tvärgående och längsgående -. När fartyget lutar i tvärplanet, bestämt av krängningsvinklarna, studeras dess stabilitet i sidled; vid lutning i det longitudinella planet, bestämt av trimningsvinklarna, studeras dess longitudinella stabilitet.

Om fartyget lutar utan betydande vinkelaccelerationer (pumpning av flytande last, långsamt flöde av vatten in i utrymmet), kallas stabilitet statisk.

I vissa fall verkar krafterna som lutar fartyget plötsligt och orsakar betydande vinkelaccelerationer (vindbyg, vågrullning, etc.). I sådana fall övervägs dynamisk stabilitet.

Stabilitet är en mycket viktig sjövärdighetsegenskap för ett fartyg; tillsammans med flytkraft säkerställer det att fartyget flyter i en given position i förhållande till vattenytan, vilket är nödvändigt för att säkerställa rörelse och manöver. En minskning av fartygets stabilitet kan orsaka en nödrullning och trimning, och en fullständig förlust av stabilitet kan få det att kapsejsa.

För att förhindra en farlig minskning av fartygets stabilitet är alla besättningsmedlemmar skyldiga att:

Ha alltid en klar förståelse för fartygets stabilitet;

Känna till orsakerna som minskar stabiliteten;

Känna till och kunna tillämpa alla medel och åtgärder för att upprätthålla och återställa stabilitet.

2. Lika volymetriska lutningar av kärlet. Eulers teorem

Ett fartygs stabilitet studeras under så kallade likavolymslutningar, där värdet på undervattensvolymen förblir oförändrat och endast formen på fartygets undervattensdel förändras.

Låt oss introducera de grundläggande definitionerna relaterade till fartygets lutning:

Lutningsaxeln är skärningslinjen mellan planen för två vattenlinjer;

Lutningsplanet är ett plan vinkelrätt mot lutningsaxeln, som går genom CV:n som motsvarar kärlets initiala jämviktsposition.;

Lutningsvinkel - fartygets rotationsvinkel kring lutningsaxeln (vinkeln mellan vattenlinjeplanen), mätt i lutningsplanet;

Equivolume-vattenlinjer är vattenlinjer som skär bort kilformade volymer av lika stora volymer när fartyget lutar, varav den ena kommer in i vattnet när fartyget lutar och den andra kommer upp ur vattnet.

Ris. 1. Betraktelse av Eulers teorem

Med tanke på en känd initial vattenlinje används Eulers teorem för att konstruera en vattenlinje med samma volym som den. Enligt denna sats, med en oändlig liten lutning av kärlet, skär planen av vattenlinjer med lika volym längs en rät linje som går genom deras gemensamma geometriska centrum (tyngdpunkten), eller så går axeln för oändligt lika volym lutning genom den geometriska mitten av området för den ursprungliga vattenlinjen.

Eulers teorem kan också tillämpas för ändliga små lutningar med ju mindre fel, desto mindre lutningsvinkel.

Det antas att noggrannhet som är tillräcklig för övning säkerställs vid lutning I 1012 0 och Ш 23 0. Inom dessa vinklar beaktas kärlets initiala stabilitet.

Som bekant, när ett fartyg seglar utan list och med en trim nära noll, är ordinatan för vattenlinjeområdets geometriska centrum y f = 0 och abscis x f 0. Därför kan vi i detta fall anta att axeln för den tvärgående lilla likavolymslutningen ligger i DP, och axeln för den längsgående lilla ekvivolymlutningen är vinkelrät mot DP och förskjuten från kvadraten. midskepps - ram på avstånd x f (fig. 1).

Värdet x f är en funktion av fartygets djupgående d. Beroendet x f (d) presenteras på kurvorna för elementen i den teoretiska ritningen.

När fartyget lutar i ett godtyckligt plan kommer axeln med lika volymlutningar också att passera genom vattenlinjeområdets geometriska centrum (tyngdpunkten).

3. Metacenter och metacentriska radier

Låt oss anta att fartyget, från sin utgångsposition utan rullning eller trim, gör tvärgående eller längsgående lutningar med samma volym. I detta fall kommer planet för längsgående lutningar att vara ett vertikalt plan som sammanfaller med DP, och planet för tvärgående lutningar kommer att vara ett vertikalt plan som sammanfaller med ramens plan som passerar genom CV:n.

Sidolutningar

I fartygets upprätt läge är CV i DP (punkt C) och flytkraftens gV verkningslinje ligger också i DP (Fig. 2). När fartyget lutar i tvärriktningen i en vinkel I ändras formen på den nedsänkta volymen, CV:n rör sig i lutningsriktningen från punkt C till punkt C I, och flytkraftens verkningslinje kommer att luta mot DP vid en vinkel I.

Skärningspunkten för flytkraftens verkningslinjer vid en oändligt liten tvärgående lutning med lika volym av fartyget kallas det tvärgående metacentrum (punkten m i fig. 2). Krökningsradien för banan för CV r (höjden av det tvärgående metacentret ovanför CV) kallas den tvärgående metacentriska radien.

I det allmänna fallet är CV-banan en komplex rumslig kurva och varje lutningsvinkel motsvarar sin egen position för metacentret (Fig. 3). För små ekvivolymlutningar, med en känd approximation, kan det dock antas att banan

CV:n ligger i lutningsplanet och är en cirkelbåge med centrum i punkten m. Sålunda kan vi anta att under en liten tvärgående likavolymslutning av kärlet från ett rakt läge, ligger det tvärgående metacentret i DP och ändrar inte sin position (r = const).

Ris. 2. Rörelse av det centrala hjulet vid låga lutningar

Ris. 3. Rörelse av den centrala punkten vid stora lutningar

Ris. 4. Att härleda uttrycket för den tvärgående metacentriska radien

Uttrycket för den tvärgående metacentriska radien r erhålls från villkoret att axeln för kärlets lilla tvärgående likavolymslutning ligger i DP och att med en sådan lutning så att säga överförs den kilformade volymen v. från sidan som lämnade vattnet till sidan som kom in i vattnet (fig. 4).

Enligt den välkända mekanikens sats, när en kropp som tillhör ett system av kroppar rör sig, kommer hela systemets tyngdpunkt att röra sig i samma riktning parallellt med kroppens rörelse, och dessa rörelser är omvänt proportionella mot kroppens respektive systemets gravitationskrafter. Detta teorem kan utvidgas till volymerna av homogena kroppar. Låt oss beteckna:

С С И - rörelse av den centrala punkten (geometriskt centrum för volym V),

b - förskjutning av det geometriska centrumet av den kilformade volymen v. Sedan, i enlighet med satsen

varifrån: S S I =

För kärllängdselementet dx, om vi antar att den kilformade volymen har formen av en triangel i ramens plan, får vi:

eller i låg vinkel

Om innan, då:

dv b = y 3 Och dx.

Genom att integrera får vi:

v b = Och y 3 dx, eller:

där J x = ydx är tröghetsmomentet för vattenlinjeområdet relativt den längsgående mittaxeln.

Då kommer uttrycket för att flytta CV:t se ut så här:

Som framgår av fig. 5, i liten vinkel I

S S I r I

När vi jämför uttrycken finner vi att den tvärgående metacentriska radien är:

r =

Applikation för det tvärgående metacentret:

zm = zc + r = zc+

Längsgående lutningar

Ris. 6. Att härleda uttrycket för den longitudinella metacentriska radien

I analogi med tvärgående lutningar kallas skärningspunkten för flytkraftens verkningslinjer vid en oändligt liten longitudinell lutning med lika volym av fartyget det longitudinella metacentrum (punkt M i fig. 6). Höjden av det longitudinella metacentret ovanför CV:n kallas den longitudinella metacentriska radien. Storleken på den längsgående radien bestäms av uttrycket:

R = ,

där J yf är tröghetsmomentet för vattenlinjeområdet relativt den tvärgående mittaxeln.

Applikation för det longitudinella metacentret:

zm = zc + R = zc+

Eftersom vattenlinjens yta är förlängd i längdriktningen är J yf mycket större än J x och följaktligen är R mycket större än r. Värdet på R är 1 2 skeppslängder.

Metacentriska radier och applikat av metacenter är, vilket kommer att framgå av efterföljande övervägande, viktiga egenskaper för kärlets stabilitet. Deras värden bestäms vid beräkning av elementen i den nedsänkta volymen och för ett fartyg som flyter utan krängning och trim, representeras de av kurvorna J x (d), Jyf (d), r(d), R(d) ) i ritningen av de böjda elementen i den teoretiska ritningen.

4. Tillstånd för kärlets initiala stabilitet

Metacentriska höjder

Låt oss hitta ett tillstånd under vilket ett fartyg som flyter i ett tillstånd av jämvikt utan rullning eller trim kommer att ha initial stabilitet. Vi antar att lasterna inte förskjuts när fartyget lutar och fartygets tyngdpunkt ligger kvar på den punkt som motsvarar utgångsläget.

När fartyget lutar bildar tyngdkraften P och flytkraften rV ett par, vars moment påverkar fartyget på ett visst sätt. Arten av denna effekt beror på den relativa positionen av CG och metacenter.

Ris. 6. Första fallet av fartygsstabilitet

Det finns tre möjliga karaktäristiska fall av fartygets tillstånd för vilka påverkan på det av kraftmomentet P och rV är kvalitativt olika. Låt oss överväga dem med exemplet med tvärgående lutningar.

1:a fallet (fig. 6) - metacentret är beläget ovanför CG, d.v.s. z m > z g . I detta fall är en annan placering av storlekscentrum i förhållande till tyngdpunkten möjlig.

I. I utgångsläget är tyngdpunkten (punkt C 0) belägen under tyngdpunkten (punkt G) (fig. 6, a), men vid lutning förskjuts storlekscentrum mot lutningen så mycket att metacentret (punkten m) är beläget ovanför centrum kärlets gravitation. Kraftmomentet P och rV tenderar att återföra kärlet till dess ursprungliga jämviktsläge, och därför är det stabilt. Ett liknande arrangemang av punkterna m, G och C 0 finns på de flesta fartyg.

II. I utgångsläget är magnitudpunkten (punkt C 0) belägen ovanför tyngdpunkten (punkt G) (fig. 6, b). När fartyget lutar kommer det resulterande kraftmomentet P och rV att räta ut fartyget, och därför är det stabilt. I detta fall, oavsett storleken på förskjutningen av magnitudpunkten under lutning, tenderar kraftparet alltid att räta ut fartyget. Detta förklaras av att punkt G ligger under punkt C 0. Ett så lågt läge av tyngdpunkten, vilket säkerställer ovillkorlig stabilitet på fartyg, är svårt att genomföra strukturellt. Detta arrangemang av tyngdpunkten kan hittas i synnerhet på segelbåtar.

Ris. 7. Andra och tredje fall av fartygsstabilitet

2:a fallet (fig. 7, a) - metacentret är beläget under CG, d.v.s. 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:e fallet (fig. 7, b) - metacentret sammanfaller med CG, dvs. zm = zg. I det här fallet, när fartyget lutar, fortsätter krafterna P och rV att verka längs samma vertikal, deras moment är lika med noll - fartyget kommer att vara i ett tillstånd av jämvikt i den nya positionen. Inom mekaniken är detta fallet med likgiltig jämvikt.

Ur fartygets teorisynpunkt, i enlighet med definitionen av fartygsstabilitet, är fartyget i det första fallet stabilt och i det andra och tredje fallet är det inte stabilt.

Så, villkoret för kärlets initiala stabilitet är platsen för metacentret ovanför CG. Ett fartyg har sidostabilitet om

och längsgående stabilitet, om

Härifrån blir den fysiska innebörden av metacentret tydlig. Denna punkt är gränsen till vilken tyngdpunkten kan höjas utan att beröva fartyget positiv initial stabilitet.

Avståndet mellan kärlets metacenter och tyngdpunkten vid W = I = 0 kallas den initiala metacentriska höjden eller helt enkelt metacentrisk höjd. Kärlets tvärgående och longitudinella lutningsplan motsvarar de tvärgående h respektive longitudinella H metacentriska höjderna. Det är uppenbart

h = zm - zg och H = zm - zg, eller

h = zc + r - zg och H = zc + R - zg,

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

där b = z g - z c är höjden av CG över CV:n.

Som du kan se skiljer sig h och H endast i metacentriska radier, eftersom b är samma kvantitet.

Därför är H mycket större än h.

b = (1%) R, därför anses det i praktiken att H = R.

5. Metacentriskstabilitetsformler och deras praktiska tillämpning

Som diskuterats, när fartyget lutar, verkar ett par krafter, vars moment kännetecknar graden av stabilitet.

För små ekvivolymlutningar av kärlet i tvärplanet (fig. 8) (CV rör sig i lutningsplanet), kan det tvärgående återställningsmomentet representeras av uttrycket

m И = P = rV,

där momentarmen = l Och kallas sidostabilitetsarmen.

Från den högra triangeln mGK finner vi det

l И = h sinИ, då:

m И = P h sinИ = gV h sinИ

Eller med hänsyn till de små värdena av I och med sinII 0 /57.3, får vi den metacentriska formeln för lateral stabilitet:

m И = gV h И 0 /57,3

Med tanke på analogi kärlets lutning i det längsgående planet (fig. 8), är det inte svårt att få en metacentrisk formel för längsgående stabilitet:

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

där M Ш är det longitudinella återställningsmomentet och l Ш är den longitudinella stabilitetsarmen.

Ris. 8. Sidolutning av kärlet

I praktiken används stabilitetskoefficienten, som är produkten av förskjutning och metacentrisk höjd.

Lateral stabilitetskoefficient

K I = gV h = P h

Longitudinell stabilitetskoefficient

K Ш = gV Н = Р Н

Med hänsyn till stabilitetskoefficienterna kommer de metacentriska formlerna att ta formen

m I = K I I 0 /57,3,

MW = KW WO /57,3

Metacentriska stabilitetsformler, som ger ett enkelt beroende av det rätande momentet på tyngdkraften och fartygets lutningsvinkel, gör det möjligt att lösa ett antal praktiska problem som uppstår under fartygsförhållanden.

Ris. 9. Fartygets longitudinella lutning

Med hjälp av dessa formler är det särskilt möjligt att bestämma krängningsvinkeln eller trimvinkeln som fartyget kommer att få från påverkan av ett givet krängnings- eller trimmoment, med en känd massa och metacentrisk höjd. Fartygets lutning under påverkan av m cr (M diff) leder till uppkomsten av ett återställande moment m I (M W) av det motsatta tecknet, som ökar i storlek med ökande rullningsvinkel (trim). Rullnings(trim)vinkeln kommer att öka tills det rätande momentet blir lika stort som krängningsmomentet (trimmomentet), d.v.s. tills villkoret är uppfyllt:

m I = m cr och M Ш = M diff.

Efter detta kommer fartyget att flyta med rullningsvinklar (trim):

Och 0 = 57,3 m cr / gV h,

W 0 = 57,3 M diff / gV N

Om vi ​​antar att I = 1 0 och W = 1 0 i dessa formler, hittar vi värdena för det ögonblick då fartyget kränger en grad och det ögonblick som fartyget trimmar en grad:

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

M10 = gV H = 0,0175 gV H

I vissa fall används också värdet på kärlets trimningsögonblick per centimeter m D. Vid ett litet värde på vinkeln Ш, när tg Ш Ш, Ш = (dн - dк)/L = Df/L.

Med hänsyn till detta uttryck kommer den metacentriska formeln för det longitudinella återställningsmomentet att skrivas som:

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

Om vi ​​antar i formeln D f = 1 cm = 0,01 m, får vi:

m D = 0,01 gV N/L.

Med kända värden på m 1 0, M 1 0 och m D kan krängningsvinkeln, trimvinkeln och trimningen från påverkan av ett givet krängnings- eller trimmoment på fartyget bestämmas genom enkla beroenden:

Och 0 = m cr. /m10; W 0 = M diff / M 10; D f = M differential / 100 m D

I ovanstående resonemang antogs att fartyget i sitt utgångsläge (före påverkan av m cr eller M diff) flöt rakt och på jämn köl. Om rullningen och trimningen i fartygets initiala position skilde sig från noll, bör de hittade värdena på I 0, Ш 0 och Df betraktas som ytterligare (dI 0, dSh 0, dD f).

Med hjälp av metacentriska stabilitetsformler kan du också bestämma vilken nödvändig krängning eller trimmoment som måste appliceras på fartyget för att skapa en given krängningsvinkel eller trimvinkel (för att reparera ett hål i sidoplätering, måla eller inspektera propellrar) . För ett fartyg som flyter i sitt utgångsläge utan rullning eller trim:

mcr = gVhio/57,3 = m1010;

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

eller M diff = 100 D f m D

Det är praktiskt taget tillåtet att använda metacentriska stabilitetsformler vid små lutningsvinklar (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 . Formstabilitet och laststabilitet

Övervägande av denna fråga gör det möjligt att fastställa karaktären av stabilitet och att klargöra de fysiska orsakerna till att ett rätande ögonblick inträffar när fartyget lutar. I enlighet med de metacentriska formlerna för stabilitet (vinklarna I och W uttrycks i radianer):

mi = gVhi = gV (r - b) I = gVrI - gVbI;

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

Således representerar återställningsmomenten m И, М Ш och statiska stabilitetsarmarna l И, l Ш den algebraiska summan av deras komponenter:

mi = mf + mn; M Sh = Mf + Mn;

lI = lfI + lnI; l Ш = l f Ш + l n Ш,

var är ögonblicken

mf = gVri;

M f = gV R Ш,

Det är brukligt att kalla ögonblicken av formstabilitet, ögonblick

mn = - gVbi;

M n = - gV b Ш,

stunder av laststabilitet och axlarna

lfI = mf/gV;

l f Ш = M f / gV,

tvärgående och längsgående axlar av formstabilitet, axlar

lnI = -mn/gV;

l n W = - M n / gV,

tvärgående och längsgående laststabilitetsarmar.

b = z g - z c,

där J x och J yf är tröghetsmomentet för vattenlinjeområdet i förhållande till den tvärgående respektive längsgående mittaxeln, då kan formen och belastningsmomenten representeras som:

m f = g J x I,

M f = g J yf Ш;

m n = - gV (z g - z c) Och,

M n = - gV(z g - z c) Ш

Genom sin fysiska natur verkar momentet av formstabilitet alltid i motsatt riktning mot kärlets lutning och säkerställer därför alltid stabilitet. Den beräknas genom tröghetsmomentet för vattenlinjeområdet i förhållande till lutningsaxeln. Det är formens stabilitet som förutbestämmer betydligt större längsgående stabilitet jämfört med tvärstabilitet eftersom J yf » J x .

Stabilitetsmomentet för lasten på grund av CG:s position ovanför CV b = (z g - z c) > 0, minskar alltid fartygets stabilitet och i huvudsak säkerställs det endast av formens stabilitet.

Det kan antas att i frånvaro av en vattenlinje, till exempel i en ubåt i nedsänkt läge, finns det inget formmoment (J x = 0). I det nedsänkta läget har ubåten, på grund av ballastering av speciella tankar, ett CG-läge under CV, vilket resulterar i att dess stabilitet säkerställs av lastens stabilitet.

7 . Fastställande av initiala stabilitetsåtgärderfartyg

Landar fartyget rakt och på jämn köl

I de fall där fartyget seglar med små krängningsvinklar och trim, kan mått på initial stabilitet bestämmas med hjälp av metacentriska diagram.

För en given massa av kärlet kommer bestämningen av måtten på initial stabilitet ner på att bestämma applikationen av metacenter (eller metacentriska radier och applikationer av CV) och applikationen av CG.

Ris. 10. Metacentriskt diagram

Applicera CV z c och metacentrisk radie r, R är egenskaper för kärlets nedsänkta volym och beror på djupgåendet. Dessa beroenden presenteras på ett metacentriskt diagram som ingår i de böjda elementen i den teoretiska ritningen. Med hjälp av det metacentriska diagrammet (fig. 10) kan du inte bara bestämma z c och r, utan med en känd CG-applikation, hitta den tvärgående metacentriska höjden på kärlet.

I fig. Figur 10 visar sekvensen för beräkning av fartygets tvärgående metacentriska höjd vid mottagning av last. Genom att känna till massan av den accepterade lasten m och applikationen för dess tyngdpunkt z, kan vi bestämma den nya applikationen för fartygets tyngdpunkt z g 1 med hjälp av formeln:

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

där z g är fartygets tyngdpunkt innan lasten tas emot.

Landning av fartyget med trim

När ett fartyg seglar med trim kommer fylligare delar av skrovet in i vattnet, vilket leder till en ökning av vattenlinjeområdet (formstabilitet) och följaktligen den tvärgående metacentriska höjden. På fiskefartyg är akterkonturerna fylligare än fören, så man bör förvänta sig en ökning av fartygets sidostabilitet när det trimmas till aktern, och en minskning av fartygets sidostabilitet när det trimmas till fören.

Ris. 11. Firsov-Gundobin-diagram

För att beräkna den tvärgående metacentriska höjden på fartyget, med hänsyn till trimningen, används Firsov-Gundobin-diagram, initial stabilitet KTIRPiKh och interpolationskurvor.

Firsov-Gundobin-diagrammet (fig. 11) skiljer sig från Firsov-diagrammet genom att det innehåller kurvor z m och z c, vars värden bestäms av de kända djupgåendena för fartygets för och akter.

KTIRPiKh initiala stabilitetsdiagram (fig. 12) låter dig bestämma applikationen för fartygets metacenter z m från den kända massan D och abskissan för dess tyngdpunkt x g.

Med hjälp av diagrammet över interpolationskurvor (fig. 13), med kända djupgående av fartygets för och akter, är det möjligt att hitta den tvärgående metacentriska radien r och applikatet för fartygets centrumstorlek z c.

Diagrammen som visas i fig. 11-13, låter dig hitta z m för varje landning av fartyget, inklusive på jämn köl. Följaktligen gör de det möjligt att analysera effekten av trim på kärlets initiala laterala stabilitet.

Ris. 12. Diagram över initial stabilitet för trålaren av Karelia-typ

stabilitetsfartyg metacenter last

Ris. 13. Diagram för att bestämma z c och r

8 . Inverkan av laströrelse vid landning ochfartygets stabilitet

För att bestämma fartygets landning och stabilitet under godtycklig laströrelse är det nödvändigt att överväga vertikala, tvärgående horisontella och longitudinella horisontella rörelser separat.

Det måste komma ihåg att du först bör utföra beräkningar relaterade till förändringar i stabilitet (vertikal rörelse, lyfta en last)

Vertikallaströrelse

Från punkt 1 till punkt 2 skapar inte ett ögonblick som kan luta fartyget, och därför ändras inte dess landning (såvida inte fartygets stabilitet förblir positiv). En sådan rörelse leder bara till en förändring i höjden av positionen för fartygets tyngdpunkt. Man kan dra slutsatsen att denna rörelse leder till en förändring av laststabiliteten samtidigt som den bibehåller oförändrad formstabilitet. Förskjutningen av tyngdpunkten bestäms av den välkända teoretiska mekanikens sats:

dz g = (z 2 - z 1),

där m är massan av den transporterade lasten,

D är kärlets massa,

z 1 och z 2 - CG-belastning appliceras före och efter rörelse.

Ökningen av metacentriska höjder kommer att vara:

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

Fartyget kommer efter att ha flyttat lasten ha en tvärgående metacentrisk höjd:

Vertikal rörelse av lasten leder inte till en signifikant förändring av den longitudinella metacentriska höjden, på grund av den lilla dN jämfört med värdet på H.

Ris. 14. Vertikal rörelse av last

Ris. 15. Tvärgående horisontell rörelse av last

Hängande laster

De dyker upp på fartyget som ett resultat av att last lyfts från lastrummet till däck, tar emot fångsten, hämtar nät med hjälp av lastbommar, etc. En upphängd last (fig. 16) har samma effekt på ett fartygs stabilitet som en vertikalt förflyttad, endast förändringen i stabilitet sker omedelbart i det ögonblick som den separeras från stödet. När lasten lyfts, när spänningen i hänget blir lika med lastens vikt, flyttas lastens tyngdpunkt från punkt 1 till upphängningspunkten (punkt 2) och ytterligare lyft påverkar inte fartygets stabilitet . Förändringen i metacentrisk höjd kan uppskattas med hjälp av formeln

där l = (z 2 - z 1) är den initiala längden av lastupphängningen.

På små fartyg, under förhållanden med minskad stabilitet, kan lyft av last med fartygsbommar utgöra en betydande fara.

Tvärgående horisontell rörelse av last

Tvärgående horisontell rörelse av en lastmassa m (fig. 17) leder till en förändring i fartygets rullning som ett resultat av det resulterande momentet m cr med en skuldra (y 2 - y 1) cosI.

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

där y 1 och y 2 är ordinaterna för lastens CG-position före och efter rörelse.

Med hänsyn till likheten mellan krängningsmomentet m cr och det rätande momentet m Och med hjälp av den metacentriska stabilitetsformeln får vi:

Дh sinИ = m l y cosИ, varifrån

tgl = m l y /Дh.

Med tanke på att rullningsvinklarna är små, kan vi anta att tgИ = И = И 0 /57,3, och formeln har formen

Och 0 = 57,3 m l y / Дh.

Om fartyget hade en lista innan lasten flyttades, bör vinkeln i denna formel betraktas som ett steg dI 0

Ris. 17.

Längsgående horisontell rörelse av last

Längsgående horisontell rörelse av lasten (fig. 18) leder till en förändring av fartygets trim och den tvärgående metacentriska höjden. I analogi med föregående fall med M Ш = M diff får vi:

tg Ш = m l x /DN, eller

W 0 = 57,3 ml x / DN.

I praktiken bedöms ofta longitudinella lutningar utifrån mängden trim

D f = Ш 0 L /57,3, då

D f = m l x L /DN,

där L är kärlets längd.

Använder momentet som differentierar fartyget med 1 cm (ingår i lastskalan och KETCH)

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

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

eftersom Н R vi får

Df = ml x / m D (cm).

Förändring av avräkning under lastens längsgående rörelse:

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

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

Då blir det nya utkastet till fartyget:

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

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

där x f är abskissan för den längsgående lutningsaxeln.

Effekten av trim på fartygets metacentriska höjd diskuteras i detalj i 7.2.

9 . Effekten av att acceptera en liten belastning på fartygets landning och stabilitet

Ändring av fartygets position vid mottagande av last diskuterades i 4.4. Låt oss bestämma förändringen i den tvärgående metacentriska höjden dh när vi tar emot en liten belastning med massan m (fig. 19), vars tyngdpunkt är belägen på samma vertikal med CG för vattenlinjeområdet vid punkten med applikat z .

Som ett resultat av ökningen i djupgående kommer fartygets volymetriska förskjutning att öka med dV = m/s och en ytterligare flytkraft g dV kommer att uppstå, applicerad i CG av lagret mellan vattenlinjerna WL och W 1 L 1 .

Ris. 19. Accept av mindre last ombord på fartyget

Med tanke på att fartyget är rakt, kommer det applicerande CG för den extra flytkraften att vara lika med d + dd /2, där ökningen i djupgående kommer att bestämmas med de välkända formlerna dd = m/cS eller dd = m/q cm.

När fartyget lutar i vinkel I bildar kraften från lastens vikt p och den lika stora flytkraften g dV ett kraftpar med en skuldra (d + dd /2 -z) sinI. Momentet för detta par dm I = p (d + dd /2 - z) sin Och ökar det initiala rätande momentet för kärlet m I = gV h sin Och därför blir det rätande momentet efter att ha mottagit lasten lika med

m And 1 = m And + dm And, eller

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

övergår till massvärden, får vi

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

Från ekvationen finner vi ökningen av metacentrisk höjd dh:

För det allmänna fallet att acceptera eller ta bort en liten belastning, kommer formeln att ha formen:

där + (-) ersätts när man accepterar (avlägsnar) lasten.

Av formeln är det tydligt att

dh< 0 при z >(d dd /2 - h) och

dh > 0 vid z< (d дd /2 - h), а

dh = 0 vid z = (ddd/2 - h).

Ekvationen z = (d dd /2 - h) är ekvationen för det neutrala (gräns)planet.

Det neutrala planet är ett plan på vilket acceptansen av en last inte förändrar fartygets stabilitet. Att ta emot en last ovanför neutralplanet minskar fartygets stabilitet, under neutralplanet ökar den.

10 . Effekt av flytande last på fartygets stabilitet

Fartyget transporterar en betydande mängd flytande last i form av bränsle, vatten och oljereserver. Om en flytande last fyller en tank helt, är dess effekt på fartygets stabilitet liknande den för en likvärdig fast last av

m f = c f v f.

På ett fartyg finns det nästan alltid tankar som inte är helt fyllda, d.v.s. vätskan har en fri yta i sig. Det kan också uppstå fria ytor på ett fartyg till följd av brandbekämpning och skrovskador. Fria ytor har en stark negativ inverkan på både den initiala stabiliteten och fartygets stabilitet vid höga lutningar. När fartyget lutar flyter den flytande lasten, som har en fri yta, mot lutningen, vilket skapar ett extra moment som kränger fartyget. Det resulterande momentet kan betraktas som en negativ ändring av fartygets rätande moment.

Ris. 20. Inverkan på den initiala stabiliteten av den fria ytan av en vätskelast

Fri ytpåverkan

Vi kommer att överväga inflytandet av den fria ytan (fig. 20) vid landning av fartyget rakt och på jämn köl. Låt oss anta att det i en av fartygets tankar finns en flytande last med en volym v l och med en fri yta. När fartyget lutar i en liten vinkel I kommer även vätskans fria yta att luta, och vätskans q tyngdpunkt flyttas till en ny position q 1. På grund av den lilla vinkeln I kan vi anta att denna rörelse sker längs en cirkelbåge med radie r 0 med ett centrum i punkten m 0 där verkanslinjerna för vätskans vikt skär varandra före och efter lutningen av vätskan. fartyget. I analogi med den metacentriska radien

r 0 = i x /v w,

där i x är det inneboende tröghetsmomentet för vätskans fria yta i förhållande till den längsgående axeln (parallellt med koordinataxeln OX). Det är lätt att se att det aktuella fallet har samma effekt på stabiliteten som det suspenderade fallet, där l = r 0, och m = c w v f.

Ris. 21. Kurvor för den dimensionslösa koefficienten k

Med hjälp av formeln för en upphängd last får vi formeln för påverkan på stabiliteten hos vätskans fria yta:

Som framgår av formeln är det i x som påverkar stabiliteten.

Tröghetsmomentet för den fria ytan beräknas med formeln

där l och b är ytans längd och bredd, och k är en dimensionslös koefficient som tar hänsyn till den fria ytans form.

I denna formel bör du vara uppmärksam på den sista faktorn - b 3, att ytans bredd, i större utsträckning än längden, påverkar i x och därför dh. Därför måste du vara extra försiktig med lösa ytor i breda fack.

Låt oss bestämma hur mycket förlusten av stabilitet i en rektangulär tank kommer att minska efter installation av n längsgående skott på lika avstånd från varandra

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

Förhållandet mellan ändringar av den metacentriska höjden före installation och efter installation av skott kommer att vara

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

Som framgår av formlerna minskar installationen av ett skott den fria ytans inverkan på stabiliteten med 4 gånger, två gånger 9 gånger, etc.

Koefficienten k kan bestämmas från kurvan i fig. 21, där den övre kurvan motsvarar en asymmetrisk trapets, den nedre en symmetrisk. För praktiska beräkningar bör koefficienten k, oavsett ytans form, tas som k = 1/12 för rektangulära ytor.

Under fartygsförhållanden beaktas påverkan av flytande last med hjälp av tabellerna i "Fartygsstabilitetsinformation".

bord 1

Korrigering för påverkan av fria ytor av flytande last på stabiliteten hos ett fartyg av typen BMTR "Mayakovsky"

Tillägg, m, dh	Fartygsförskjutning, m

Tabellerna ger korrigeringar av kärlets metacentriska höjd dh för en uppsättning tankar, som på grund av driftsförhållanden kan vara delvis fyllda (tabell 1) till sidostabilitetskoefficienten dm h = dh = c w i x för varje tank separat (tabell 1) 2). Tankar med justeringar av den metacentriska höjden på mindre än 1 cm beaktas inte i beräkningarna.

Beroende på typen av korrigeringar hittas fartygets metacentriska höjd, med hänsyn till påverkan av flytande last i delvis fyllda tankar, med hjälp av formlerna

h = zm - zg - dh;

h = z m - z g - dm h /

Som du kan se verkar fria ytor öka kärlets tyngdpunkt eller minska dess tvärgående metacenter med en mängd

dz g = dz m = dh = dm h /

Utseendet på den fria ytan av den flytande lasten påverkar också fartygets längsgående stabilitet. Korrigeringen till den longitudinella metacentriska höjden bestäms av formeln

dN = - s f i y /,

där i y är det inneboende tröghetsmomentet för vätskans fria yta i förhållande till den tvärgående axeln (parallellt med koordinataxeln för OU). Men på grund av det signifikanta värdet av den longitudinella metacentriska höjden H, försummas vanligtvis dH-korrigeringen.

Den övervägda förändringen i stabilitet från den fria ytan av vätskan inträffar när dess volym är från 5 till 95% av tankens volym. I sådana fall sägs den fria ytan leda till en effektiv förlust av stabilitet.

Tabell 2

Korrigering för påverkan av fria ytor av flytande last på stabiliteten hos fartyget m/v "Alexander Safontsev"

namn		Abscissa CG, m	Applikation CG, m	Moment mx, tm	Moment mz, tm	Korrigeringar för fria ytor, tm
Tankbil DT nr 3
Tankbil DT nr 4
Tankbil DT nr 5
Tankbil DT nr 6
Tankbil DT nr 35

Ris. 22. Fall av ineffektiv förlust av stabilitet

Om det bara finns ett mycket tunt lager av vätska i tanken, eller tanken är fylld nästan till toppen, börjar bredden på den fria ytan att minska kraftigt när kärlet lutar (fig. 22). Följaktligen kommer den fria ytans tröghetsmoment också att genomgå en kraftig minskning, och följaktligen korrigeringen till den metacentriska höjden. De där. Det finns en ineffektiv förlust av stabilitet, som praktiskt taget kan ignoreras.

För att minska den negativa inverkan av översvämmande flytande last på fartygets stabilitet kan följande konstruktions- och organisatoriska åtgärder vidtas:

Installation av längsgående eller tvärgående skott i tankar, vilket gör det möjligt att kraftigt minska sina egna tröghetsmoment i x och i y;

Installation av längsgående eller tvärgående membranskott i tankar med små hål i de nedre och övre delarna. När fartyget lutar kraftigt (till exempel vid stigning) fungerar membranet som ett skott, eftersom vätska flyter genom hålen ganska långsamt. Ur en strukturell synvinkel är membran mer bekväma än ogenomträngliga skott, eftersom tankarnas påfyllnings-, dränerings- och ventilationssystem blir betydligt mer komplicerade när de installeras. Under långvariga lutningar av kärlet kan emellertid membranen, eftersom de är permeabla, inte minska effekten av den överflödande vätskan på stabiliteten;

När du tar emot flytande last, se till att tankarna är helt fyllda utan att det bildas fria vätskeytor;

När du förbrukar flytande last, se till att tankarna är helt tömda; "döda lager" av flytande last bör vara minimala;

Säkerställ torra lastrum i fartygsutrymmen där vätska kan samlas med en stor fri yta;

Följ strikt instruktionerna för att ta emot och kassera flytande last ombord på fartyget.

Underlåtenhet av fartygets besättning att utföra de angivna organisatoriska åtgärderna kan leda till en betydande förlust av fartygets stabilitet och orsaka en olycka.

11 . Experimentell bestämning av metacentriskhöjd och läge för fartygets tyngdpunkt

Vid design av ett fartyg beräknas dess initiala stabilitet för typiska lastfall. Den faktiska stabiliteten hos det konstruerade fartyget skiljer sig från den beräknade på grund av räknefel och avvikelser från den konstruktion som gjorts under konstruktionen. Därför utförs på fartyg en experimentell bestämning av initial stabilitet - lutning, följt av beräkning av positionen för fartygets CG.

Följande bör samlas:

Seriebyggda fartyg (det första och sedan vart femte fartyg i serien);

Varje nytt fartyg av icke-seriell konstruktion;

Varje fartyg efter restaurering;

Fartyg efter större reparationer, omutrustning eller modernisering med en förändring i deplacement på mer än 2 %;

Fartyg efter utläggning av permanent fast ballast, om förändringen i tyngdpunkten inte kan bestämmas tillräckligt noggrant genom beräkning;

Fartyg vars stabilitet är okänd eller behöver testas.

Lutning utförs i närvaro av en registerinspektör i enlighet med den särskilda ”Instruktioner för lutning av registerfartyg”.

Kärnan i krängning är som följer. Lutningen utförs på basis av likheten m cr = m I, som bestämmer kärlets jämviktsposition med en rulle I 0. Krängningsmomentet skapas genom att laster (lutande ballast) flyttas över fartygets bredd på ett avstånd l y ; inom små lutningar av fartyget:

m cr = m l y.

Sedan från likheten m l y = сV h И 0 /57,3

de finner att h = 57,3 m l y /сVI 0.

Höjden av kärlets CG över huvudplanet z g och abskissan av CG x g bestäms från uttrycken:

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

Värdena för zc, r och xc vid frånvaro eller liten trimning bestäms med hjälp av de böjda elementen i den teoretiska ritningen enligt förskjutningsvärdet V. I närvaro av trim måste dessa värden bestämmas av en särskild beräkning. Deplacement V hittas på Bonjean-skalan baserat på mätning av djupgåendet på fartygets för och akter längs markeringarna i urtaget. Havsvattnets densitet bestäms med hjälp av en hydrometer.

Rullballastmassan m och överföringsarmen l y specificeras och rullningsvinkeln I 0 mäts.

Före krängning bör fartygets last vara så nära dess lätta fartygsdeplacement som möjligt (98-104%). Fartygets metacentriska höjd ska vara minst 0,2 m. För att uppnå detta tillåts ballast.

Förnödenheter och reservdelar måste finnas på sina vanliga platser, laster måste säkras och tankar för vatten, bränsle och olja måste tömmas. När de är fyllda måste ballasttankar pressas in.

Inline-ballasten läggs på fartygets öppna däck på båda sidor på speciella ställ i flera rader i förhållande till DP. Massan av den lutande ballasten som överförs över fartyget bör säkerställa en krängningsvinkel på cirka 3 0 .

För att mäta rullvinklar förbereds speciella vågar (minst 3 meter långa) eller inklinografer. Användningen av fartygsinklinometrar för att mäta vinklar är oacceptabel, eftersom de ger ett betydande fel.

Lutning utförs i lugnt väder när fartygets rullning inte är mer än 0,5 0. Djupet på vattenområdet bör förhindra att man vidrör marken eller hitta en del av skrovet i lerig jord. Fartyget ska kunna kränga fritt, varvid slack bör finnas i förtöjningslinorna och fartyget får inte vidröra väggen eller skrovet på ett annat fartyg.

Erfarenheten består av att på kommando överföra rullballasten från sida till sida och mäta rullningsvinkeln före och efter överföringen.

Bestämning av initial stabilitet baserat på den rullande perioden görs på basis av den välkända "kaptenens" formel:

där f I är perioden för fartygets egna oscillationer ombord;

C I - tröghetskoefficient;

B är kärlets bredd.

Det rekommenderas att bestämma rullningsperioden för ett fartyg under varje lutande experiment, och för fartyg med en deplacement på mindre än 300 ton är dess bestämning obligatorisk. Medlet för att bestämma fI är en inklinograf eller stoppur (minst tre observatörer).

Gungningen av fartyget utförs genom samordnade körningar av besättningen från sida till sida i takt med fartygets vibrationer tills fartyget lutar 5 8 0. Kaptenens formel tillåter att, under vilket som helst tillstånd av fartygets last, ungefär bestämma den metacentriska höjden när det är i vågor. Man måste komma ihåg att för samma fartyg är värdet på tröghetskoefficienten C I inte detsamma, det beror på dess lastning och placering av last. Som regel är tröghetskoefficienten för ett tomt fartyg större än för ett lastat.

Postat på Allbest.ru

...

Liknande dokument

Stabilitet är ett fartygs förmåga att motstå yttre krängningsmoment utan nödkonsekvenser. Stabilitetsklassificering, förskjutningsmetoder. Mätning av stabilitet genom att återställa moment. Grundformler för stabilitet, rullningsvinklar.

presentation, tillagd 2011-04-16


Konceptet med stabilitet och trim av ett fartyg. Beräkning av beteendet hos ett fartyg på en resa under översvämningen av ett villkorligt hål som tillhör avdelningen i den första, andra och tredje kategorin. Åtgärder för att räta ut fartyget genom översvämning och restaurering.

avhandling, tillagd 2012-02-03


Förslag på fartygets stabilitet och osänkbarhet. Dela upp lasten i större artiklar. Proceduren för att ta emot och lossa huvudlast och förnödenheter med hjälp av en förenklad lasttabell, säkert lastschema och stabilitetsnomogram.

presentation, tillagd 2011-04-16


Beräkning av fartygets färdlängd, reserver, deplacement och stabilitet före lastning. Stuvning av fartygsförråd, last och vattenbarlast. Bestämning av parametrar för ombordstigning och lastning av fartyget efter lastning. Statisk och dynamisk stabilitet.

kursarbete, tillagd 2013-12-20


Att upprätta en lastplan och beräkna fartygets stabilitet i enlighet med uppgifterna i Stabilitetsinformationen. Kontroll av landning och stabilitet baserat på förbrukning av bränsle och vattenreserver. Ballastering av fartyget och förhindrar vattenläckage i skrovet.

abstrakt, tillagt 2009-09-02


Beräkning av påverkan av att flytta last från punkt A till punkt B. Förflyttning av last i tvärplanet och horisontellt över fartyget. Beräkning av förändringar i det statiska stabilitetsdiagrammet. Inverkan av hängande laster på stabiliteten vid höga rullningsvinklar.

presentation, tillagd 2011-04-18


Val av möjliga lastplaceringsalternativ. Uppskattning av fartygets viktförskjutning och koordinater. Bedömning av elementen i fartygets lastade volym. Beräkning av fartygets metacentriska höjder. Beräkning och konstruktion av ett diagram över statisk och dynamisk stabilitet.

test, tillagt 2014-03-04


Möjlighet att fartyget kantrar. Designsituation "Väderkriterium" i kraven i det ryska sjöfartsregistret. Bestämning av kapsejsningsmoment och sannolikhet för fartygets överlevnad. Krav på landning och stabilitet för ett skadat fartyg.

presentation, tillagd 2011-04-16


Fastställande av seglingstid och fartygsförnödenheter för resan. Förskjutningsparametrar under den första landningen av fartyget. Distribution av förnödenheter och last. Beräkning av landning och initial stabilitet för fartyget med hjälp av metoden för att ta emot en liten last. Kontroll av skrovets längdhållfasthet.

test, tillagt 2012-11-19


Tekniska parametrar för ett universellt kärl. Karakteristika för last, deras fördelning mellan lastutrymmen. Krav på lastplanen. Bestämning av konstruktionsförskjutning och färdtid. Kontroll av styrkan och beräkning av fartygets stabilitet.

Stabilitet är en av de viktigaste sjödugligheterna för ett fartyg, vilket är förknippat med extremt viktiga frågor kring navigeringssäkerhet. Förlust av stabilitet innebär nästan alltid fartygets och, mycket ofta, besättningens död. Till skillnad från förändringar i andra sjödugligheter är minskningen av stabiliteten inte synlig, och fartygets besättning är som regel omedveten om den överhängande faran förrän de sista sekunderna innan kapsejsning. Därför måste den största uppmärksamheten ägnas åt studiet av denna del av teorin om fartyget.

För att ett fartyg ska kunna flyta i ett givet jämviktsläge i förhållande till vattenytan måste det inte bara uppfylla jämviktsvillkoren, utan också kunna motstå yttre krafter som tenderar att ta det ur jämviktsläget, och efter upphörandet. av verkan av dessa krafter, återgå till sin ursprungliga position. Därför måste fartygets balans vara stabil eller, med andra ord, fartyget måste ha positiv stabilitet.

Stabilitet är alltså förmågan hos ett fartyg, som tagits ur ett jämviktstillstånd av yttre krafter, att återgå till sitt ursprungliga jämviktsläge igen efter att dessa krafters verkan upphört.

Fartygets stabilitet är förknippad med dess balans, vilket fungerar som en egenskap hos den senare. Om fartygets jämvikt är stabil, så har fartyget positiv stabilitet; om dess jämvikt är likgiltig, då har fartyget noll stabilitet, och slutligen, om fartygets jämvikt är instabil, då har det negativ stabilitet.

Tankerkapten Shiryaev
Källa: fleetphoto.ru

Det här kapitlet kommer att undersöka fartygets sidolutningar i mittskeppsramplanet.

Stabilitet under tvärgående lutningar, d.v.s. när en rullning uppstår, kallas tvärgående. Beroende på kärlets lutningsvinkel delas sidostabilitet in i stabilitet vid små lutningsvinklar (upp till 10-15 grader), eller den så kallade initiala stabiliteten, och stabilitet vid stora lutningsvinklar.

Lutningen av skeppet sker under påverkan av ett par krafter; momentet för detta kraftpar, som får fartyget att rotera kring längdaxeln, kommer att kallas krängning Mkr.

Om Mcr applicerad på fartyget ökar gradvis från noll till slutvärdet och inte orsakar vinkelaccelerationer, och därför tröghetskrafter, kallas stabilitet med en sådan lutning statisk.

Det krängande momentet som verkar på fartyget leder omedelbart till uppkomsten av vinkelacceleration och tröghetskrafter. Stabiliteten som uppträder med en sådan lutning kallas dynamisk.

Statisk stabilitet kännetecknas av förekomsten av ett återställande moment, som tenderar att återföra kärlet till dess ursprungliga jämviktsposition. Dynamisk stabilitet kännetecknas av arbetet i detta ögonblick från början till slutet av dess handling.

Låt oss överväga kärlets enhetliga tvärgående lutning. Vi kommer att anta att fartyget i utgångsläget har en rak landning. I det här fallet verkar stödkraften D' i DP och appliceras i punkt C - mitten av fartygets storlek (Center of flytkraft-B).

Ris. 1

Låt oss anta att fartyget, under påverkan av ett krängningsmoment, har fått en tvärgående lutning i en liten vinkel θ. Då kommer magnitudens centrum att flytta sig från punkt C till punkt C 1 och stödkraften, vinkelrät mot den nya befintliga vattenlinjen B 1 L 1, kommer att riktas i en vinkel θ mot mittplanet. Handlingslinjerna för den ursprungliga och nya riktningen för stödkraften kommer att skära varandra vid punkten m. Denna skärningspunkt för den stödjande kraftens verkningslinje vid en oändligt liten lutning med lika volym av ett flytande fartyg kallas det tvärgående metacentrum.

Vi kan ge en annan definition till metacentret: krökningscentrum för förskjutningskurvan av storlekscentrum i tvärplanet kallas det tvärgående metacentret.

Krökningsradien för förskjutningskurvan för mitten av en storhet i tvärplanet kallas den tvärgående metacentriska radien (eller liten metacentrisk radie). Det bestäms av avståndet från det tvärgående metacentrumet m till mitten av magnituden C och betecknas med bokstaven r.

Den tvärgående metacentriska radien kan beräknas med formeln:

d.v.s. den tvärgående metacentriska radien är lika med tröghetsmomentet Ix för arean av vattenlinjen i förhållande till den längsgående axeln som passerar genom tyngdpunkten för detta område, dividerat med den volymetriska förskjutningen V som motsvarar denna vattenlinje.

Stabilitetsförhållanden

Låt oss anta att fartyget, som befinner sig i ett direkt jämviktsläge och flyter längs luftlinjens vattenlinje, till följd av verkan av det yttre krängningsmomentet Mkr, har krängt så att luftlinjens ursprungliga vattenlinje med ny befintlig vattenlinje B 1 L 1 bildar en liten vinkel θ. På grund av förändringen i formen på skrovdelen nedsänkt i vatten kommer även fördelningen av hydrostatiska tryckkrafter som verkar på denna del av skrovet att förändras. Mitten av fartygets storlek kommer att röra sig mot rullen och flyttas från punkt C till punkt C 1.

Stödkraften D', som förblir oförändrad, kommer att riktas vertikalt uppåt vinkelrätt mot den nya effektiva vattenlinjen, och dess verkningslinje kommer att skära DP vid det ursprungliga tvärgående metacentrum m.

Placeringen av fartygets tyngdpunkt förblir oförändrad, och viktkraften P kommer att vara vinkelrät mot den nya vattenlinjen B 1 L 1. Krafterna P och D', parallella med varandra, ligger alltså inte på samma vertikal och bildar därför ett kraftpar med armen GK, där punkten K är basen av vinkelrät sänkt från punkt G till stödkraftens verkningsriktning.

Kraftparet som bildas av kärlets vikt och stödkraften, som tenderar att återföra kärlet till dess ursprungliga jämviktsläge, kallas ett återställande par, och momentet för detta par kallas återställande moment Mθ.

Frågan om stabiliteten för ett krängt fartyg avgörs av det rätande ögonblickets verkningsriktning. Om återställningsmomentet tenderar att återföra fartyget till dess ursprungliga jämviktsläge, så är återställningsmomentet positivt, fartygets stabilitet är också positiv - fartyget är stabilt. I fig. Figur 2 visar läget för de krafter som verkar på fartyget, vilket motsvarar ett positivt återställande moment. Det är lätt att verifiera att ett sådant ögonblick inträffar om CG ligger under metacentret.

Ris. 2 Ris. 3

I fig. Figur 3 visar det motsatta fallet, när återställningsmomentet är negativt (tyngdpunkten ligger ovanför metacentret). Den tenderar att ytterligare avleda fartyget från dess jämviktsläge, eftersom dess verkningsriktning sammanfaller med verkningsriktningen för det yttre krängningsmomentet Mkr. I det här fallet är fartyget inte stabilt.

Teoretiskt kan det antas att återställningsmomentet när fartyget lutar är lika med noll, det vill säga kraften från fartygets vikt och stödkraften är placerade på samma vertikal, som visas i fig. 4.

Ris. 4

Frånvaron av ett rätande moment leder till det faktum att efter att krängningsmomentet upphör, förblir fartyget i en lutande position, d.v.s. fartyget är i likgiltig jämvikt.

Således, enligt den relativa positionen för det tvärgående metacentret m och C.T. G kan bedömas på tecknet på det rätande momentet eller, med andra ord, på fartygets stabilitet. Så, om det tvärgående metacentret är över tyngdpunkten (fig. 2), så är fartyget stabilt.

Om det tvärgående metacentret är beläget under tyngdpunkten eller sammanfaller med det (fig. 3, 4), är fartyget inte stabilt.

Detta ger upphov till begreppet metacentrisk höjd: tvärgående metacentrisk höjd är höjden av det tvärgående metacentret över kärlets tyngdpunkt i det initiala jämviktsläget.

Den tvärgående metacentriska höjden (fig. 2) bestäms av avståndet från tyngdpunkten (dvs. G) till det tvärgående metacentret (dvs. m), d.v.s. segmentet mG. Detta segment är ett konstant värde, eftersom och C.T. , och det tvärgående metacentret ändrar inte sin position vid små lutningar. I detta avseende är det lämpligt att acceptera det som ett kriterium för den initiala stabiliteten för ett fartyg.

Om det tvärgående metacentret är beläget ovanför kärlets tyngdpunkt, anses den tvärgående metacentriska höjden vara positiv. Då kan villkoret för kärlets stabilitet ges i följande formulering: kärlet är stabilt om dess tvärgående metacentriska höjd är positiv. Denna definition är bekväm genom att den tillåter en att bedöma fartygets stabilitet utan att beakta dess lutning, d.v.s. vid en rullningsvinkel på noll, när det inte finns något rätande moment alls. För att fastställa vilka data som är nödvändiga för att få värdet på den tvärgående metacentriska höjden, låt oss vända oss till fig. 5, som visar den relativa placeringen av storlekscentrumet C, tyngdpunkten G och det tvärgående metacentrumet m för ett kärl med positiv initial sidostabilitet.

Ris. 5

Figuren visar att den tvärgående metacentriska höjden h kan bestämmas med någon av följande formler:

h = ZC ± r - ZG;

Den tvärgående metacentriska höjden bestäms ofta med den sista likheten. Tillämpningen av det tvärgående metacentret Zm kan hittas från det metacentriska diagrammet. De största svårigheterna med att bestämma den tvärgående metacentriska höjden för ett kärl uppstår när man bestämmer tillämpningen av tyngdpunkten ZG, som bestäms med hjälp av en sammanfattande tabell över fartygets massalast (frågan diskuterades i föreläsningen -).

I utländsk litteratur kan beteckningen av motsvarande punkter och stabilitetsparametrar se ut som visas nedan i fig. 6.

Ris. 6

• där K är kölpunkten;
• B - centrum för flytkraft;
• G—tyngdpunkt;
• M - tvärgående metacentrum;
• KV - applikat av storlekscentrum;
• KG - applikat av tyngdpunkten;
• KM - applikat av det tvärgående metacentret;
• VM - tvärgående metacentrisk radie (metacentreras radie);
• BG - höjdpunkten av tyngdpunkten över tyngdpunkten;
• GM - tvärgående metacentrisk höjd.

Den statiska stabilitetsarmen, betecknad i vår litteratur som GK, betecknas i utländsk litteratur som GZ.

Föreslagen läsning:

Ett fartygs stabilitet är en egenskap som gör att fartyget inte kantrar när det utsätts för yttre faktorer (vind, vågor etc.) och interna processer (förskjutning av last, rörelse av vätskereserver, förekomsten av fria vätskeytor i fack etc.). Den mest omfattande definitionen av fartygsstabilitet kan vara följande: ett fartygs förmåga att inte kapsejsa när det utsätts för naturliga havsfaktorer (vind, vågor, isbildning) i det tilldelade navigeringsområde, såväl som i kombination med "inre" orsaker. av besättningens agerande

Denna funktion är baserad på den naturliga egenskapen hos ett föremål som flyter på vattenytan - det tenderar att återgå till sin ursprungliga position efter att detta inflytande upphör. Stabilitet är alltså å ena sidan naturligt och kräver å andra sidan en reglerad kontroll från den person som deltar i dess utformning och drift.

Stabiliteten beror på formen på skrovet och läget för fartygets tyngdpunkt, därför är det möjligt att säkerställa tillräcklig stabilitet för att garantera att skrovets form är korrekt under konstruktionen och korrekt placerad last på fartyget under drift. förhindra att fartyget kantrar under alla seglingsförhållanden.

Lutning av fartyget är möjlig av olika anledningar: från verkan av mötande vågor, på grund av asymmetrisk översvämning av fack under ett hål, från rörelse av last, vindtryck, på grund av mottagning eller konsumtion av last, etc. Det finns två typer av stabilitet: tvärgående och längsgående. Ur navigeringssäkerhetssynpunkt (särskilt i stormigt väder) är tvärgående lutningar de farligaste. Tvärstabilitet visar sig när fartyget rullar, d.v.s. när du tippar den ombord. Om krafterna som får fartyget att luta verkar långsamt kallas stabilitet statisk, och om det är snabbt, dynamiskt. Skeppets lutning i det tvärgående planet kallas rulle, och i det längsgående planet - trim; de i detta fall bildade vinklarna betecknas O respektive y. Stabilitet vid små lutningsvinklar (10 - 12°) kallas initial stabilitet.

(Fig.2)

Låt oss föreställa oss att skeppet, under påverkan av yttre krafter, lutade i en vinkel på 9 (Fig. 2). Som ett resultat behöll volymen av undervattensdelen av fartyget sin storlek, men ändrade sin form; På styrbords sida kom ytterligare en volym in i vattnet och på vänster sida kom en lika stor volym ur vattnet. Storlekscentrum flyttade sig från den ursprungliga positionen C mot fartygets rulle, till tyngdpunkten för den nya volymen - punkt C1. När fartyget är i ett lutande läge bildar gravitationskraften P som appliceras vid punkt G och stödkraften D som appliceras i punkt C, som förblir vinkelrät mot den nya vattenlinjen V1L1, ett kraftpar med armen GK, som är en vinkelrät sänkt från punkt G till stödkrafternas riktning.

Om vi ​​fortsätter riktningen för stödkraften från punkt C1 tills den skär sin ursprungliga riktning från punkt C, då vid små rullvinklar som motsvarar villkoren för initial stabilitet, kommer dessa två riktningar att skära varandra i punkt M, som kallas det tvärgående metacentrum.

Den relativa positionen för punkterna M och G tillåter oss att fastställa följande egenskap som kännetecknar sidostabilitet: (Fig. 3)

• A) Om metacentret är beläget ovanför tyngdpunkten är återställningsmomentet positivt och tenderar att återföra fartyget till dess ursprungliga position, d.v.s. vid krängning kommer fartyget att vara stabilt.
• B) Om punkt M ligger under punkt G, då med ett negativt värde på h0 är momentet negativt och kommer att tendera att öka rullningen, dvs i detta fall är fartyget instabilt.
• C) När punkterna M och G sammanfaller verkar krafterna P och D längs en vertikal rät linje, ett kraftpar uppstår inte, och återställningsmomentet är noll: då måste fartyget anses vara instabilt, eftersom det inte strävar efter att återvända till sitt ursprungliga jämviktsläge (fig. 3).

Fig.3

Externa tecken på negativ initial stabilitet hos ett fartyg är:

• -- Navigering av ett fartyg med en roll i frånvaro av krängningsmoment;
• - fartygets önskan att rulla över till motsatt sida vid uträtning;
• - överföring från sida till sida under cirkulation, medan rullen förblir även när fartyget går in i en direkt kurs;
• -- en stor mängd vatten i lastrum, på plattformar och däck.

Stabilitet, som visar sig under kärlets längsgående lutningar, d.v.s. vid trimning kallas det longitudinell.

När fartyget lutas i längdriktningen med en vinkel w runt den tvärgående axeln Ts.V. kommer att röra sig från punkt C till punkt C1 och stödkraften, vars riktning är vinkelrät mot den befintliga vattenlinjen, kommer att verka i en vinkel w mot den ursprungliga riktningen. Verkningslinjerna för den ursprungliga och nya riktningen av stödkrafterna skär varandra vid en punkt. Skärningspunkten, de stödjande krafternas verkningslinje vid en oändligt liten lutning i det longitudinella planet kallas det longitudinella metacentrum för M. sjövärdighet, stabilitet och framdrivning av fartyget.

Det längsgående tröghetsmomentet för vattenlinjeområdet IF är betydligt större än det tvärgående tröghetsmomentet IX. Därför är den longitudinella metacentriska radien R alltid betydligt större än den tvärgående radien r. Det antas grovt att den longitudinella metacentriska radien R är ungefär lika med kärlets längd. Eftersom den longitudinella metacentriska radien R är många gånger större än den tvärgående r, är den longitudinella metacentriska höjden H för något fartyg många gånger större än den tvärgående h. därför, om kärlet har sidostabilitet, är den längsgående stabiliteten säkerligen säkerställd.

Faktorer som påverkar fartygets stabilitet som har en stark inverkan på fartygets stabilitet.

Faktorer som måste beaktas vid drift av ett litet fartyg inkluderar:

• 1. Ett fartygs stabilitet påverkas mest av dess bredd: ju större det är i förhållande till dess längd, sidohöjd och djupgående, desto högre stabilitet. En bredare båt har ett större rätande moment.
• 2. Stabiliteten hos ett litet fartyg ökar om formen på den nedsänkta delen av skrovet ändras vid stora krängningsvinklar. Detta uttalande är till exempel grunden för verkan av sidobollar och skumskärmar, som, när de är nedsänkta i vatten, skapar ett ytterligare rätande ögonblick.
• 3. Stabiliteten försämras om fartyget har bränsletankar med ytspegel från sida till sida, så dessa tankar måste ha skiljeväggar installerade parallellt med fartygets mittlinje, eller vara avsmalnade i sin övre del.
• 4. Stabiliteten påverkas starkast av placeringen av passagerare och last på fartyget, de bör placeras så lågt som möjligt. På ett litet fartyg ska personer inte tillåtas sitta ombord eller röra sig godtyckligt medan det rör sig. Laster måste vara ordentligt fastsatta för att förhindra att de oväntat flyttar sig från sina normala platser.
• 5. I starka vindar och vågor är effekten av krängningsmoment (särskilt dynamiskt) mycket farlig för fartyget, därför, när väderförhållandena förvärras, är det nödvändigt att ta fartyget till skydd och vänta ut det dåliga vädret. Om detta är omöjligt att göra på grund av det stora avståndet till stranden, bör du under stormiga förhållanden försöka hålla fartyget "huvud mot vinden", kasta ut sjöankaret och köra motorn med låg hastighet.

Överdriven stabilitet orsakar snabb rullning och ökar risken för resonans. Därför har registret fastställt begränsningar inte bara på den nedre, utan också på den övre gränsen för stabilitet.

För att öka fartygets stabilitet (öka det rätande momentet per enhet av rullningsvinkel) är det nödvändigt att öka den metacentriska höjden h genom att på lämpligt sätt placera last och förnödenheter på fartyget (tyngre last i botten och lättare last upptill ). För samma ändamål (särskilt när man seglar i barlast - utan last) tillgriper de att fylla ballasttankar med vatten.