Виды остойчивости судна кратко

Обновлено: 01.06.2024

Если судно под влиянием какой-либо внешней силы вышло из положения равновесия и накренилось на угол ϴ (смотреть 1 чертёж), то его подводный объём изменит свою форму, а потому и центр величины судна, находившийся ранее в точке C, переместится в сторону наклонения судна (в точку C ₁), центр же тяжести судна останется в точке G.

Сила веса судна P, приложенная в точке G, направлена вертикально вниз, а сила поддержания воды D, численно равная силе веса судна и приложенная в новом центре величины C ₁, направлена вертикально вверх.

Таким образом, при рассматриваемом наклонении судна получилась пара сил с плечом GZ (где Z – основание перпендикуляра, опущенного из точки G на направление силы D).

Эта пара сил стремится вернуть судно в первоначальное (прямое) положение. Она носит название ВОССТАНАВЛИВАЮЩЕЙ ПАРЫ.

В случае, изображённом на первом чертеже, судно после прекращения действия внешней силы возвратится в исходное положение равновесия и поэтому является ОСТОЙЧИВЫМ.

Плечо, которое получилось между направлениями двух сил, образующих восстанавливающую пару называется ПЛЕЧОМ ОСТОЙЧИВОСТИ.

Чем больше плечо остойчивости GZ, тем больше и ОСТОЙЧИВОСТЬ судна, так как момент восстанавливающей пары увеличивается при увеличении плеча.

Если при наклонении судна центр величины окажется на одной вертикали с центром тяжести, плечо остойчивости (а следовательно, и момент восстанавливающей пары) будет равен нулю (смотреть 2 чертёж).

По прекращении действия внешних сил, вызвавших наклонение судна, последнее не вернётся в исходное положение равновесия, а останется плавать в наклонном положении.

В этом случае судно находится в состоянии Безразличного Равновесия.

Если центр величины при наклонении займёт положение, указанное на чертеже номер 3, т.е. если новый центр величины C ₁ окажется между отвесной линией, проведённой из точки G, и точкой C, судно получит ещё большее наклонение, так как образовавшаяся при наклонении пара сил будет стремиться увеличить наклонение судна.

В этом случае судно НЕОСТОЙЧИВО.

Таким образом, ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДНА зависит от взаимного расположения центра тяжести G и центра величины C.

Поэтому изучение остойчивости сводится к рассмотрению положения этих двух точек, а также новой третьей точки M (смотреть 1 чертёж) – так называемого МЕТАЦЕНТРА, который находится на пересечении линии действия силы поддержания воды D с диаметральной плоскостью при малом наклонении судна.

Из чертежей 1 и 2 видно, что если МЕТАЦЕНТР находится выше центра тяжести судна, то судно ОСТОЙЧИВО, так как пара сил, образуемая силой веса судна P и силой поддержания D, стремится вернуть судно в прямое положение.

Если МЕТАЦЕНТР находится ниже центра тяжести, то судно НЕОСТОЙЧИВО (смотреть 3 чертёж), так как указанная пара сил стремится ещё более накренить судно.

При совпадении МЕТАЦЕНТРА и ЦЕНТРА ТЯЖЕСТИ судно находится в состоянии Безразличного равновесия.

Таким образом, положение метацентра по высоте относительно центра тяжести судна, характеризуемое так называемой МЕТАЦЕНТРИЧЕСКОЙ ВЫСОТОЙ, служит мерой остойчивости судна. Чем больше метацентрическая высота MG, тем судно остойчивее.

Но большая метацентрическая высота имеет и отрицательное значение: чрезмерная остойчивость вызывает СТРЕМИТЕЛЬНУЮ КАЧКУ, так как заставляет судно слишком быстро возвращаться из отклонённого положения в прямое. Стремительная качка вредно действует как на судовые конструкции, так и на людей – утомляет их.

Метацентрическая высота зависит от положения грузов на судне: она изменяется по мере расходования груза или приёма дополнительного груза.

Если при эксплуатации судна расходуется или дополнительно принимается твёрдый груз, например, уголь, то метацентрическая высота при этом может увеличиваться или уменьшаться (в зависимости от места расположения этого груза) и может, следовательно, произойти как улучшение, так и ухудшение остойчивости.

Существует следующее приближённое правило: если провести ниже грузовой ватерлинии параллельную ей плоскость на расстоянии, равном метацентрической высоте, то приём груза выше этой плоскости уменьшает, а приём ниже её – увеличивает остойчивость судна.

При расходовании груза наоборот: расходование груза, расположенного выше указанной плоскости, увеличивает остойчивость, а расходование груза, расположенного ниже, уменьшает её. Поэтому тяжёлые грузы всегда следует принимать в трюм судна.

К приёму тяжёлых грузов на палубу судна необходимо всегда подходить с большой осторожностью и делать это только после обязательной проверки расчётом остойчивости судна. Для увеличения остойчивости судна в низко расположенные отсеки принимают балласт.

На изменение остойчивости судна (в сторону её уменьшения) могут влиять также грузы, перемещающиеся при наклонениях судна. Поэтому всегда следует принимать меры, препятствующие перемещениям или качаниям грузов (если они подвешены).

Жидкие грузы, если они не заполняют полностью данного отсека и могут свободно переливаться при наклонениях судна, всегда уменьшают МЕТАЦЕНТРИЧЕСКУЮ ВЫСОТУ.

Чертёж № 4 (Схема действия сил при крене судна, заполненного жидким грузом с большой свободной поверхностью). Фото и чертёж автора.

Происходит это потому, что при крене судна свободная поверхность жидкого груза стремится принять положение, параллельное действующей грузовой ватерлинии (смотреть 4 чертёж), вследствие чего центр тяжести F этого груза перейдёт в точку F ₁ (в сторону крена), что вызовет перемещение общего центра тяжести судна в ту же сторону (из точки G в точку G ₁).

В результате этого спрямляющее плечо или плечо остойчивости, которое было равно GZ, станет равным G₁Z, т.е. уменьшится. В результате этого уменьшится и остойчивость судна.

Чтобы уменьшить влияние жидких грузов на остойчивость, на наливных судах эти грузы помещают в небольших по ширине отсеках. Сверху над грузовыми танками устраивают, кроме того, узкие расширительные шахты.

На сухогрузных судах цистерны специальных жидких грузов (водяной балласт, жидкое топливо и т.п.) также разделяют по ширине судна продольными переборками.

Из указанного следует сделать следующий важный практический вывод:

если судно имеет в средней части междудонную балластную цистерну, то заполнение этой цистерны на ходу судна, особенно при качке, ОПАСНО, так как наличие свободной поверхности воды в процессе наполнения цистерны, может создать для судна опасное положение (когда цистерна заполнена целиком, свободной поверхности у жидкости нет или она очень мала и центр тяжести жидкого груза при крене практически не перемещается).

Также опасен налив воды в трюм. Если необходимо перекачивать водяной балласт либо жидкое топливо на судне, имеющем небольшую остойчивость, судовой механик должен согласовать этот вопрос с капитаном судна во избежание появления опасного крена вследствие неправильного размещения жидких грузов.

Осто́йчивость, Валкость судна [1] — способность плавучего средства противостоять внешним силам, вызывающим его крен или дифферент, и возвращаться в состояние равновесия по окончании возмущающего воздействия [2] , также — раздел теории корабля, изучающий остойчивость.

Равновесием считается положение с допустимыми величинами углов крена и дифферента (в частном случае, близкими к нулю). Отклоненное от него плавсредство стремится вернуться к равновесию. То есть остойчивость проявляется только тогда, когда появляются условия для выведения из равновесия.

Остойчивость — одно из важнейших мореходных качеств плавучего средства [2] . Применительно к судам используется уточняющая характеристика остойчивость судна. [3] Запасом остойчивости называется степень защищённости плавучего средства от опрокидывания.

Внешнее воздействие может быть обусловлено ударом волны, порывом ветра, сменой курса и тому подобное.

Остойчивость судов, лодок, катамаранов или яхт — это свойство, позволяющее плавсредству регулировать равновесие и противостоять воздействующим на него внешним факторам, которые могут вызвать крен или дифферент. Под понятием равновесие принимается положение плавсредства, имеющее допустимую величину углов дифферента и крена.

Отклоненное от такого положения плавучее средство должно самостоятельно возвращаться к сбалансированному равновесию. Иными словами остойчивость отвечает за балансирование судов на водной поверхности и проявляется когда оно выходит из изначального равновесия.

Остойчивость – одно из ключевых качеств судна, помогающее ему бороться с сильным ветром, волнами, штормом и иными внешними воздействиями. Каждое судно обладает своим запасом остойчивости (зависит от водоизмещения), уберегающим его от опрокидывания.

Виды и критерии остойчивости судна

В зависимости от плоскости наклонения различают два вида остойчивости судна: поперечная отвечает за балансирование при крене, продольная – при дифференте. Большинство морских судов имеют удлиненную форму своего корпуса, следовательно, они наиболее уязвимы при крене, нежели при дифференте.

По этой причине при постройке морского судна уделяется особое внимание именно его поперечной остойчивости. К продольному виду особых требований нет, так как удлиненные суда практически невозможно перевернуть через нос или корму.

По характеру воздействующих на судно сил бывает динамическая и статическая остойчивость, различие в которых зависит от воздействующих внешних факторов и определяется по следующим критериям:

Статическая – рассматривается, когда воздействуют статические силы (их величина не меняется).
Динамическая – при динамическом воздействии. Например, ветер с порывами разной величины, различной высоты волны.

По наклонению остойчивость разделяют на остойчивость на больших углах наклона и начальную остойчивость (на малых углах).

Расчет остойчивости судна

На плавучее средство оказывают воздействие 2 силы: вес самого плавсредства – точка его приложения именуется центром тяжести (ЦТ) и воздействие воды – точка приложения именуется центром величины (ЦВ). Когда судно (лодка, катамаран, яхта) находится в выровненном положении, вышеуказанные силы располагаются на одной вертикальной линии и совпадают с диаметральной плоскостью (ДП).

Допустим, что внешняя сила накренила плавсредство, тогда по причине увеличения подводного объема одного борта и уменьшения его у другого центр величины перемещается в сторону накрененного борта.

Сила поддержания в точке М (обозначение метацентра) пересекает ДП. Указанная точка является своеобразным рычагом, при нажатии на который плавсредство наклоняется на угол θ. Длина данного рычага представляет собой отрезок от ЦТ до М, обозначается она h и называется высотой метацентра.

Пример диаграммы устойчивости для катамарана и плота:

Плечо остойчивости рассчитывается по формуле I = h Sinθ, где h – это величина нормируемая. Для расчета нормируемой величины применяется формула h = rМ + ZC — ZG. Обозначение приведенных в формуле величин:

ZC — высота ЦВ над основной плоскостью (ОП);
ZG — высота ЦТ над основной плоскостью;
rМ — высота М над центром величины — метацентрический радиус, характеризующий влияние ватерлинии на общую остойчивость плавучего средства.

После постройки корабля или маломерного судна величина h подвергается экспериментальному тестированию, для которого используется опыт кренования. На корабле, который не имеет крена, в сторону одного из бортов двигают определенный груз P на расстояние b.

Таким образом искусственно создается момент крена МКР. Корабль приходит в положение, при котором МКР = МВОССТ, приобретая некоторый угол крена θ. Здесь величина h рассчитывается по следующей формуле: h = Pb/(Dθ). А угол крена измеряется отвесом или кренометром.

Суда, имеющие небольшое водоизмещение и низкую посадку, часто подвергаются сильному раскачиванию при малом волнении водной поверхности, но это вовсе не означает, что они могут не выдержать штормового ветра и перевернуться. Стандарты ГИМС определяют, что величина плеча остойчивости любых вариантов нагрузки (кроме пустых судов), должна быть больше 0.5 м.

Действия человека, который управляет плавучим средством в аварийной ситуации – это отдельно изучаемая тема. Для подробного ознакомления с ней судоводителям-любителям следует почерпнуть информацию об остойчивости в специализированной профессиональной литературе, в которой разбираются случаи, связанные с аварийной остойчивостью при посадке судна на мель или получении им пробоины, в результате которой плавсредство может заполняться водой.

Надеемся, теперь вы знаете такое понятие как остойчивость судна и примерно представляете как её рассчитывать.

Если у вас есть вопросы — задайте их в комментариях. Ну а в следующей статье Вы узнаете, как пользоваться лазерным дальномером.

Учение об остойчивости рассматривает условия, при которых судно плавает в вертикальном положении и выпрямляется после наклонений. Однако морское судно должно не только иметь достаточную остойчивость, но и выполнять даже на взволнованном море максимально плавные движения. За достаточную остойчивость несет ответственность в первую очередь судостроительная верфь, а за ведение судна в штормовом море - командование судна. Важнейшая задача состоит в том, чтобы путем правильной загрузки соразмерить требования надежности судна (достаточная остойчивость, хорошая маневренность) и требования экономичности (использование трюмов по грузоподъемности и объему) и достичь таким образом наибольшей эффективности. Ответственность за остойчивость находящегося в море судна и за правильную загрузку всегда несет только капитан. Мы рассмотрим только поперечную остойчивость, т. е. способность судна выпрямляться при наклонениях вокруг продольной оси.

Поперечная остойчивость судна - метацентр

Устойчивое равновесие

Неустойчивое равновесие

C или С_Ө - центр величины, F_A - сила поддержания, F_G - вес судна, G - центр тяжести судна, M_C или M_Cө - метацентр, N - мнимый метацентр, ι - плечо остойчивости, Ө - угол крена

Момент остойчивости при наклонении судна вокруг продольной оси определяется весом судна, положением центра тяжести и метацентра, а также углом крена. Если у судна в грузу и у судна порожнем метацентрические высоты равны, то сначала, до входа кромки палубы в воду или оголения скулы, нагруженное судно будет более устойчиво против внешних влияний, чем порожнее и, следовательно, более легкое судно. Кроме того, естественно, что судно с тяжелым палубным грузом, у которого общий центр тяжести лежит выше, менее остойчиво, чем судно, у которого тяжелый груз лежит на дне и центр тяжести смещен вниз. Положение метацентра в большой мере зависит от формы судна, а также от угла крена. Решающую роль играют при этом ширина, высота борта и осадка судна. Если представить себе два судна с различной шириной при крене в 10°, ясно, что для наклонения более широкого судна требуются большие кренящие силы, чем для наклонения узкого; это видно также по входящему в воду и выходящему из воды клинообразному объему. У широкого судна входящий в воду и выходящий из воды объемы, а также путь их перемещения (плечо) больше, чем у более узкого судна. Соответственно различны и перемещения точки приложения выталкивающей силы. Понятно, что у широкого судна метацентр расположен над ватерлинией выше, чем у узкого. Широкое судно, таким образом, более остойчиво, чем узкое. С другой стороны, если при большем крене кромка палубы входит в воду, а скула оголяется, то путь перемещения вошедшего в воду и вышедшего из нее объемов меньше; следовательно, линия действия подъемной силы проходит через точку приложения выталкивающей силы и пересекает диаметральную плоскость - первоначальное направление действия выталкивающей силы - в более низкой точке, так что воображаемый метацентр смещается вниз, т. е. ближе к центру тяжести судна. Таким образом, остойчивость при погружении кромки палубы и при выходе скулы уменьшается. Но так как погружение кромки палубы зависит от высоты борта судна над ватерлинией (надводного борта), а выход скулы - от осадки судна, то оба эти размеренна в значительной мере определяют поперечную остойчивость судна при больших углах наклонения.

Продольная остойчивость судна

C или C_Ψ - центр величины, F_A - сила поддержания, F_G - вес судна, G - центр тяжести судна, M_L - продольный метацентр, ι - плечо остойчивости, Ψ - угол дифферента.

При наклонениях судна вокруг поперечной оси имеют место те же явления, что и при крене. Мера остойчивости вокруг поперечной оси, однако, значительно больше, чем вокруг продольной. Это объясняется величиной входящего в воду и выходящего из воды объемов, а также пути их перемещения. Поэтому перенос грузов в продольном направлении судна не имеет такого большого значения, как перенос в поперечном, и углы дифферента при волнении значительно меньше, чем углы крена. От дифферента зависят скорость судна и его маневренность. Угол дифферента выбирается не произвольно большим, а поддерживается в определенных границах путем соответствующего распределения груза. Как правило, суда ходят на ровном киле или с легким дифферентом на корму. У полностью погруженных плавающих тел - подводных лодок - устойчивое равновесие вокруг продольной и поперечной осей возможно только тогда, когда центр тяжести лежит ниже центра водоизмещения. При этом момент остойчивости вокруг всех осей одинаков, так как у полностью погруженных в воду тел при любом наклоне не возникает изменений формы вытесняющего объема и, следовательно, не может быть смещения центра водоизмещения. На волнении форма вытесняющего объема постоянно изменяется, а вместе с ней изменяются положение точки приложения выталкивающей силы и, следовательно, расстояние между метацентром и центром тяжести. Когда вершина волны проходит под серединой судна, метацентр лежит значительно ниже, чем при спокойной воде, и, кроме того, кромка палубы при крене погружается раньше, так что угол заката диаграммы статической остойчивости и максимальное плечо уменьшаются.

Поперечная остойчивость судна на волнении

а - судно на спокойной воде, b - судно на вершине волны, с - судно на подошве волны

У судов на вершине волны, при условии равенства длин и скоростей судна и волны, создаются особенно неблагоприятные условия для сохранения остойчивости, если волны набегают с кормы. Более благоприятные условия, чем при спокойной воде, возникают, если средняя часть судна находится на подошве, а оконечности - на вершинах волн. Пассажирские суда для обеспечения безопасности пассажиров и экипажа должны разделяться по длине водонепроницаемыми стенками - переборками таким образом, чтобы при возникновении течи в одном или нескольких отсеках судно сохраняло плавучесть и остойчивость. Если судно при аварии получит течь, вода будет проникать в получившие пробоины отсеки до тех пор, пока уровень воды внутри и снаружи не сравняется. При этом судно погружается глубже в той или иной степени в зависимости от положения затопленных отсеков меняет угол дифферента, и остойчивость его уменьшается.

Аварийное судно

1 - затопленный отсек, C и C_Ψ - центр величины, F_A - сила поддержания, F_G - вес судна, G -центр тяжести судна

Читайте также: