Условие остойчивости судна реферат

Обновлено: 08.07.2024

192. Вахтенный моторист (машинист) подчиняется вахтенному механику. Он обязан: получить от сдающего вахту сведения о заданном режиме работы технических средств, неисправностях и распоряжениях по вахте; проверить исправность технических средств; доложить о приеме вахты; находиться на своем посту и обеспечивать бесперебойную работу механизмов; докладывать о неисправностях и неполадках; поддерживать порядок в машинном отделении.

Вахтенный котельный машинист

193. Вахтенный котельный машинист подчиняется вахтенному механику. Он обязан: получить от сдающего сведения о заданном режиме работы котельной установки, неисправностях и распоряжениях по вахте; проверить исправность механизмов и средств автоматизации; доложить о приеме вахты; находиться на посту управления котельной установкой и обеспечивать ее бесперебойную работу (включая средства автоматизации); докладывать о неисправностях и неполадках; поддерживать порядок в котельном отделении; при угрозе аварии или безопасности людей остановить работу котельной установки и немедленно доложить вахтенному механику.

Условие остойчивости судна

Допустим, что судно, находящееся в прямом положении равновесия и плавающее по ватерлинию ВЛ, в результате действия внешнего кренящего момента Мкр накренилось так, что исходная ватерлиния ВЛ с новой действующей ватерлинией В1Л1 образует малый угол θ. Вследствие изменения формы погруженной в воду части корпуса распределение гидростатических сил давления, действующих на эту часть корпуса, также изменится. Центр величины судна переместится в сторону крена и перейдет из точки С в точку С1.
Сила поддержания D', оставаясь неизменной, будет направлена вертикально вверх перпендикулярно новой действующей ватерлинии, а ее линия действия пересечет ДП в первоначальном поперечном метацентре m.
Положение центра тяжести судна остается неизменным, а сила веса Р будет перпендикулярна новой ватерлинии В1Л1. Таким образом, силы Р и D', параллельные друг другу, не лежат на одной вертикали и, следовательно, образуют пару сил с плечом GK, где точка К - основание перпендикуляра, опущенного из точки G на направление действия силы поддержания.
Пара сил, образованная весом судна и силой поддержания, стремящаяся возвратить судно в первоначальное положение равновесия, называется восстанавливающей парой, а момент этой пары - восстанавливающим моментом Mθ.
Вопрос об остойчивости накрененного судна решается направлением действия восстанавливающего момента. Если восстанавливающий момент стремится вернуть судно в первоначальное положение равновесия, то восстанавливающий момент положителен, остойчивость судна также положительна — судно остойчиво. На рис. 1 показано расположение сил, действующих на судно, которое соответствует положительному восстанавливающему моменту. Нетрудно убедиться, что такой момент возникает, если ЦТ лежит ниже метацентра.

Нa рис. 2 показан противоположный случай, когда восстанавливающий момент отрицателен ( ц.т. лежит выше метацентра). Он стремится еще больше отклонить судно из положения равновесия, т.к. направление его действия совпадает с направлением действия внешнего кренящего момента Мкр . В этом случае судно неостойчиво.
Теоретически можно допустить, что восстанавливающий момент при наклонении судна равен нулю, т.е. сила веса судна и сила поддержания располагаются на одной вертикали, как это показано на рис. 3.

Отсутствие восстанавливающего момента приводт к тому, что после прекращения действия кренящего момента судно остается в наклоненном положении т.е. судно находится в безразличном равновесии.
Таким образом, по взаимному положению поперечного метацентра m и Ц.Т. G можно судить о знаке восстанавливающего момента или, иными словами, об остойчивости судна. Так, если поперечный метацентр находится выше центра тяжести (рис 1), то судно остойчиво;
Если поперечный метацентр расположен ниже центра тяжести или совпадает с ним (рис.2, 3) судно неостойчиво.
Отсюда возникает понятие метацентрической высоты: поперечной метацентрической высотой называется возвышение поперечного метацентра над центром тяжести судна в начальном положении равновесия.
Поперечная мегацентрическая высота (рис. 1) определяется расстоянием от центра тяжести (т. G), до поперечного метацентра (т. m), т.е. отрезком mG . Этот отрезок является постоянной величиной, т.к. и Ц.Т. ,и поперечный метацентр не изменяют своего положения при малых наклонениях. В связи с этим его удобно принимать в качестве критерия начальной остойчивости судна.
Если поперечный метацентр будет находиться выше центра тяжести судна, то поперечная метацентрическая высота считается положительной. Тогда условие остойчивости судна можно дать в следующей формулировке: Судно остойчиво, если его поперечная метацентрическая высота положительна. Такое определение удобно тем, что оно позволяет судить об остойчивости судна, не рассматривая его наклонения, т.е. при угле крена равном нулю, когда восстанавливающий момент вообще отсутствует. Чтобы установить, какими данными необходимо располагать для получения значения поперечной метацентрической высоты, обратимся к рис. 4, на котором показано относительное расположение центра величины С, центра тяжести G и поперечного метацентра m судна, имеющего положительную начальную поперечную остойчивость. Из рисунка видно, что поперечная метацентрическая высота h может быть определена по одной из следующих формул:h = r ± a; h = ZC + r - ZG; h = Zm - ZG.

Водяная противопожарная система (ВППС предназначена для:

обеспечения забортной водой высокого давления потребителей комплекса систем борьбы за живучесть (БЗЖ) - систем орошения и водораспыления, системы защиты вахт и сходов;
обеспечения забортной водой высокого давления в качестве рабочей воды эжекторов системы осушения трюмов;
обеспечения забортной водой системы "забортной воды", предназначенной для обслуживания мытьевой системы при санобработке л/с и обслуживание смыва в гальюнах.

ВППС выполнена по кольцевой схеме (см. рисунок) с семью боевыми перемычками и состоит из:

Рисунок 1 – Схема водяной противопожарной системы

трех турбонасосов ТПЖН-150/10 производительностью 150 куб.м/час и напором 10 м.вод.ст, расположенных в носовом машинно-котельном отделении (МКО), помещении вспомогательного котла (ПВК) и кормовом МКО и служащих для подачи забортной воды в боевые перемычки № 3, 4 и 5;
четырех электронасосов НЦВ-160/80 производительностью 160 куб.м/час и напором 80 м.вод.ст, расположенных попарно в насосных отделениях № 1 и 2 и служащих для подачи забортной воды в боевые перемычки № 1,2,6 и 7;
семи боевых перемычек, к каждой из которых подключен один пожарный насос. Отбор воды на потребители, указанные выше производится ТОЛЬКО от перемычек;
восемнадцати главных разобщительных клапанов с дистанционным управлением из поста энергетики и живучести (ПЭЖ) с помощью электропривода, служащих для разобщения ВППС в боевом режиме и переключения участков ВППС для подачи воды в другие перемычки при выходе из строя каких-либо насосов или участков системы. Эти клапаны помечены на схеме восклицательным знаком;
системы дистанционного контроля и управления, состоящей из местных контрольных манометров, расположенных у насосов, дистанционных манометров, расположенных на мнемосхеме в ПЭЖ и запасном ПЭЖ (ПДУ КМКО), а также датчиков давления, подключенных к каждой перемычке и служащих для автоматического запуска дежурного электропожарного насоса при падении давления в ВППС до 6 кГс/кв.см в повседневном режиме. Кроме того, в систему дистанционного контроля и управления входит пускорегулирующая аппаратура электропожарных насосов.

ВППС работает в двух режимах:

боевой режим - в этом режиме все главные разобщительные клапаны ЗАКРЫТЫ и работают ВСЕ семь насосов. При этом обеспечивается автономное питание перемычек с их потребителями. При выходе из строя насоса, обслуживающего перемычку и исправном состоянии любой бортовой ветви "кольца" с помощью переключения соответствующих клапанов нерабочая перемычка подключается к работающим.
повседневный режим - в этом режиме на стоянке работает ТПЖН № 2, на ходу - ТПЖН № 1 и 3. Все электронасосы, не находящиеся в планово-предупредительном осмотре или ремонте (ППО и ППР) находятся в дежурстве - готовности к автоматическому запуску при падении давления в ВППС до 6 кГс/кв.см.

Нормальное значение давления в ВППС составляет 7-8 кГс/кв.см.

В целом данное конструктивное исполнение ВППС считается классическим и наиболее надежным даже по сравнению с исполнением аналогичной системы на кораблях более поздних проектов. Наиболее сильными сторонами такого решения являются:

очень короткие боевые перемычки, расположенные поперек корпуса корабля (минимизирован объем потенциального критического повреждения);
наличие трех турбопожарных насосов. Исходя из концепции обеспечения работоспособности паросиловой энергетической установки (ПСУ) при отсутствии электроэнергии на корабле (полное самообеспечение), подача воды в ВППС так же будет происходить несмотря на отсутствие электроэнергии.

Слабым местом конструктивного решения является низкое расположение боевых перемычек и бортовых ветвей "кольца", т.е боевые перемычки вместе с отводами к потребителям попадают в поражаемый объем при подводных взрывах. При расположении перемычек вблизи или на уровне палубы непотопляемости (нижней палубы) этот недостаток мог бы быть изжит.

2.2. Трубы гнут ручным и механизированным способами; в горячем и холодном состоянии; с наполнителями и без наполнителей. Способ гибки зависит от диаметра трубы, величины угла загиба и материала труб.

Гибка труб в горячем состоянии применяется при диаметре более 100 мм. При горячей гибке с наполнителем трубу отжигают, размечают, а затем один конец закрывают деревянной или металлической пробкой. Для предупреждения смятия, выпучивания и появления трещин при гибке трубу наполняют мелким сухим песком, просеянным через сито с ячейками около 2 мм, так как наличие крупных камешков может привести к продавливанию стенки трубы, а слишком мелкий песок для гибки труб непригоден, так как при высокой температуре спекается и пригорает к стенкам трубы.

Гибка труб в холодном состоянии выполняется с помощью различных приспособлений. Простейшим приспособлением для гибки труб диаметром 10 — 15 мм в свободном состоянии является плита с отверстиями, в которой в соответствующих местах устанавливаются штыри, служащие упорами при гибке.

Трубы небольших диаметров (до 40 мм) с большими радиусами кривизны гнут в холодном состоянии, применяя простые ручные приспособления с неподвижной оправкой. Гибочная оправка крепится к верстаку с двух сторон скобками. Трубу для гибки вставляют между гибочной оправкой и хомутиком, нажимают руками и гнут ее по желобообразному углублению гибочной оправки.

Трубы диаметром до 20 мм изгибают в приспособлении. Приспособление крепится к верстаку с помощью ступицы и плиты. На одной оси ступицы и плиты находится неподвижный ролик-шаблон с хомутиком. Подвижный ролик закреплен в скобе с рукояткой. Трубу для изгиба вставляют между роликами так, чтобы конец ее вошел в хомутик. Затем рукояткой повертывают скобу с подвижным роликом вокруг неподвижного ролика-шаблона до тех пор, пока труба не изогнется на требуемый угол.

Гибка медных и латунных труб. Подлежащие гибке в холодном состоянии медные или латунные трубы заполняют расплавленной канифолью или расплавленным стеарином (парафином), или свинцом. Порядок гибки аналогичен описанному ранее. Канифоль после гибки выплавляют, начиная с концов трубы, так как нагрев середины трубы, наполненной канифолью, разрывает трубу.

Дюралюминиевые трубы перед гибкой отжигают при 350 — 400 °С и охлаждают на воздухе.

Группы красителей для волос: В индустрии красоты колористами все красители для волос принято разделять на четыре группы.

Роль химии в жизни человека: Химия как компонент культуры наполняет содержанием ряд фундаментальных представлений о.

Сущность и значение мореходных качеств корабля, понятие и характеристика остойчивости и ходкости судна. Описание и особенности внешних признаков отрицательной начальной остойчивости корабля. Факторы, влияющие на силу сопротивления движению судна.

Рубрика	Транспорт
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	21.09.2015
Размер файла	228,2 K

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

по дисциплине Морское дело

Выполнил: Костищев Александр Викторович

Содержание

Морские меры длины скорости

Введение

Современное морское судно представляет собой сложное в конструктивном плане сооружение, которое в процессе эксплуатации подвергается одновременному воздействию двух движущихся сред - воды и воздуха. Чтобы судно могло выполнять свои функции, оно должно обладать определенными качествами, называемыми мореходными.

Мореходные качества кораблям (судна) -- качества корабля (судна), которые определяют его способность безопасно совершать плавание при любом состоянии моря и любой погоде, а также сохраняя живучесть в случае повреждения. К числу таких качеств относятся плавучесть, остойчивость, непотопляемость, ходкость, управляемость и мореходность.

Остойчивость

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

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

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

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

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

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

А) Если, метацентр расположен выше центра тяжести, то восстанавливающий момент положителен и стремится вернуть судно в исходное положение, т. е. при накренении судно будет остойчиво.

Б) Если точка М находится ниже точки G, то при отрицательном значении h0 момент отрицателен и будет стремиться увеличивать крен, т. е. в этом случае судно неостойчивое.

В) Когда точки М и G совпадают, силы Р и D действуют по одной вертикальной прямой, пары сил не возникает, и восстанавливающий момент равен нулю: тогда судно надо считать неостойчивым, так как оно не стремится вернуться в первоначальное положение равновесия (рис. 3).

Внешними признаками отрицательной начальной остойчивости корабля являются:

-- плавание корабля с креном при отсутствии кренящих моментов;

-- стремление корабля перевалиться на противоположный борт при спрямлении;

-- переваливание с борта на борт при циркуляции, при этом крен остается и при выходе корабля на прямой курс;

-- большое количество воды в трюмах, на платформах и палубах.

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

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

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

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

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

1.На остойчивость судна наиболее ощутимо влияет его ширина: чем больше она по отношению к его длине, высоте борта и осадке, тем выше остойчивость. У более широкого судна больше восстанавливающий момент.

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

3.Остойчивость ухудшается при наличии на судне топливных баков с зеркалом поверхности от борта до борта, поэтому эти баки должны иметь перегородки, установленные параллельно диаметральной плоскости судна, или быть сужены в своей верхней части.

4.На остойчивость наиболее сильно влияет размещение на судне пассажиров и грузов, их следует располагать как можно ниже. Нельзя допускать на судне малых размеров во время его движения сидение людей на борту и их произвольное перемещение. Грузы должны быть надежно закреплены, чтобы исключить их неожиданное смещение со штатных мест.

5.При сильном ветре и волнении действие кренящего момента (особенно динамического) очень опасно для судна, поэтому с ухудшением погодных условий необходимо отвести судно в укрытие и переждать непогоду. Если этого сделать невозможно из-за значительного расстояния до берега, то в штормовых условиях нужно стараться держать судно "носом на ветер", выбросив плавучий якорь и работая двигателем на малом ходу.

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

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

Ходкостью корабля называется способность корабля перемещаться с заданнойскоростью хода при затрате определённой мощности энергетической установки.

При движении корабль испытывает сопротивление двух сред- воды и воздуха. Чем плотнее среда, тем труднее в ней двигаться, а поскольку плотность воды примерно в 800 раз больше плотности воздуха, то и сопротивление воды значительно больше воздушного сопротивления. Величина силы сопротивления зависит от скорости и режима движения корабля, формы и размеров корпуса, характера и состояния подводной поверхности, количества, формы и расположения на нём выступающих частей, а так же эксплуатационных качеств: продолжительности плавания после постройки и докования, наличия волнения моря, ограниченности фарватера и др.

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

где: V - скорость судна;

R - сопротивление воды;

N - мощность двигателя;

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

Чем меньше сопротивление воды, тем большую скорость сообщит упор судну. Поэтому скорость движения зависит не только от мощности мотора, но и от обводов корпуса, от качества его окраски и от соотношения ширины, длины и осадки судна.

Сила сопротивления воды состоит из сопротивления трения, сопротивления формы, волнового сопротивления и сопротивления выступающих частей.

Сила сопротивления движению судна зависит от физических свойств среды. Важнейшими физическими характеристиками жидкости являются плотность и вязкость. Вследствие вязкости воды между корпусом судна и ближайшими к корпусу слоями водывозникают силы трения, на преодоление которых затрачивается часть мощности главного двигателя. Равнодействующая этих сил называется сопротивлением трения. Сопротивление трения зависит также от скорости, от смоченной поверхности корпуса судна и от степени шероховатости. На величину шероховатости влияет качество окраски, а также обрастание подводной части корпуса морскими организмами. Чтобы сопротивление трения по этой причине не увеличилось, судно подвергают периодическому докованию и очистке подводной части. Сопротивление трения определяют расчетным путем.

При обтекании корпуса судна вязкой жидкостью происходит перераспределение гидродинамических давлений по его длине. Равнодействующая этих давлений, направленная против движения судна, называется сопротивлением формы. Сопротивление формы зависит от скорости судна и от его формы. При плохо обтекаемой форме в кормовой части судна образуются вихри, что приводит к понижению давления в этом районе и увеличению сопротивления формы судна. Волновое сопротивление возникает из-за образования волн в зонах повышенного и пониженного давления при движении судна. На волнообразование также расходуется часть энергии главного двигателя. Волновое сопротивление зависит от скорости судна, формы его корпуса, а также от глубины и ширины фарватера. Сопротивление выступающих частей зависит от сопротивления трения и от формы выступающих частей (рулей, скуловых килей, кронштейнов гребных валов и пр.). Сопротивление формы и волновое объединяются в остаточное сопротивление, которое можно рассчитать только приближенно. Для точного определения величины остаточного сопротивления проводят испытания моделей судов в опытном бассейне.

Таким образом, полное сопротивление движению судна определяется как сумма отдельных составляющих:

R= Rф + Rtr + Rв + Rвз + Rвч ,где

Rф- сопротивление формы

Rtr- сопротивление трения

Rв- волновое сопротивление

Rвз- сопротивление воздуха

Rвч-сопротивление выступающих частей

сопротивление трения (Rtr) - зависит от скорости хода корабля от площади смоченной поверхности судна и её состояния(шероховатости) качества ее обработки и степени обрастания (водорослями, моллюсками и т.п.);

сопротивление формы ( Rф) - зависит от обтекаемости корпуса судна, которая в свою очередь тем лучше, чем острее кормовая оконечность и чем больше длина судна по сравнению с шириной; И чем полнее обводы корпуса и хуже его обтекаемость ,тем больше вихрей и значительнее сопротивление.

волновое сопротивление (Rв) - обусловлено повышением суммарного давления на носовую смоченную поверхность по сравнению с кормовой за счет образования на поверхности воды волн, вызванных движением корабля, чем длиннее судно, тем меньше волнообразование;

Сопротивление выступающих частей(Rвч)-рулей ,кронштейнов, обтекателей гидроакустических средств и др. частей, расположенных в подводной части корпуса.

Сопротивление выступающих частей (Rвч) - включает сопротивление рулей, кронштейнов, боковых килей, обтекателей гидроакустических средств и др. устройств, расположенных в кормовой части корпуса.

Сопротивление воздуха(Rвз) определяется по аэродинамической трубе методом продува в ней модели и на больших скоростях может достигнуть 10% полного сопротивления движению корабля.

Чтобы увеличить скорость судна при заданной мощности главных двигателей ГД, необходимо снизить сопротивление воды движению судна. Наименьшее сопротивление воды испытывают водоизмещающие суда с узким корпусом, круглоскулыми обводами и заостренными носовыми и кормовыми оконечностями. . Такое снижение при условии сохранения водоизмещения может быть достигнуто выбором оптимальной формы обводов корпуса, уменьшением шероховатости его обшивки или за счет сокращения смоченной поверхности судна. Третий путь более эффективный. Смоченная поверхность и соответственно сопротивление воды движению сводятся до минимума усудна, которое за счет использования каких-либо сил поднимается над водой и движется над ее поверхностью. Силы, способные поднять корпус судна над водой, -- это гидродинамические силы поддержания, используемые на глиссирующих судах и на судах с подводными крыльями (СПК), а также силы давления воздуха, подаваемого в полость находящейся под днищем судна воздушной камеры (суда на воздушной подушке). Следует отметить, что скорость судна на волнении уменьшается. Поэтому на некоторых судах мощность двигателя увеличивают с целью получения заданной скорости на определенном волнении.

Морские меры длины и скорости

Единицей измерения расстояний на море является морская миля, равная линейной длине 1' дуги меридиана земного шара, т. е. 1852 м 66070 фут. Кроме морской мили, для измерения расстояния на море приняты также следующие единицы длины:

При решении вопросов повышенной точности следует помнить, что Земля -- не шар, а сфероид. Так, длина одной морской мили, принятая в СССР, соответствует линейной длине 1' земного сфероида в широте 44°. Длина 1' дуги такого сфероида в районе экватора равна 1842,9 м, на полюсе -- 1861,6 м. Разницей 18,7 м (около 1%) на практике пренебрегают.

Скорость морского судна измеряют узлами , т. е. количеством морских миль, которое оно проходит за 1 ч. Говорят, например, что судно имеет скорость 12 узлов, т. е. оно проходит 12 морских миль в час.

При плавании по внутренним водным путям часто применяют метрические единицы измерения расстояния и скорости. Перевод морских миль в километры и обратно осуществляется по следующим формулам:

S км= 1,852 морских миль; 5 морских миль = 0,54 км.

По аналогичным формулам делают перевод узлов в км/ч, в м/сек и обратно:

V км/ч =.1,852 узлов; V узлов = 0,5400 км/ч;

V м/сек -- 0,5145 узлов; V узлов = 1,943 м/сек.

Литература

Подобные документы

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

реферат [599,0 K], добавлен 09.02.2009

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

контрольная работа [145,3 K], добавлен 03.04.2014

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

презентация [174,1 K], добавлен 16.04.2011

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

дипломная работа [1,1 M], добавлен 02.03.2012

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

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

Плавучестью называют способность судна поддерживать вертикальное равновесие в заданном положении относительно поверхности воды в результате действия силы веса судна и выталкивающей силы воды.

Свойство плавучести отличает судно от других инженерных сооружений. Мерой плавучести судна является его водоизмещение  - V, где  - плотность забортной воды.

Условия и уравнения равновесия плавающего судна. На судно, плавающее неподвижно в положении равновесия на спокойной поверхности воды, действуют следующие силы (рис. 1):

- сила веса всех его частей, которые приводятся к их равнодействующей - силе веса судна Р = g, направленной вертикально вниз и приложенной в центре тяжести (ЦТ) судна G (х_g, у_g, z_g);

- гидростатические силы давления воды, действующие по нормалям к подводной поверхности судна; горизонтальные составляющие этих сил взаимно уравновешиваются, а вертикальные составляющие приводятся к их равнодействующей - силе плавучести V ( - удельный вес забортной воды), направленной вертикально вверх и приложенной в центре величины (ЦВ) - ЦТ подводного объема судна С (х_c, у_с, z_с).

Основным физическим законом, определяющим плавучесть судна, служит закон Архимеда, согласно которому сила веса судна равна силе плавучести, а масса (водоизмещение судна ) равна массе вытесненной им воды:

Формулы (1.10) являются математическими выражениями первого условия равновесия плавающего судна.

Запас плавучести . Запасом плавучести называют непроницаемый для воды объем корпуса судна, расположенный выше ГВЛ и включающий помещения, ограниченные верхней водонепроницаемой палубой, а также водонепроницаемые надстройки и рубки. Он определяет дополнительную нагрузку, которую может принять судно до того, как оно потеряет способность держаться на воде. Запас плавучести, выраженный в процентах от объемного водоизмещения судна, на транспортных грузовых судах составляет 25-30%, на танкерах 10-15%, на пассажирских судах 80-100%.

Необходимый запас плавучести судна обеспечивается назначением ему минимальной высоты надводного борта, достаточной для безопасного плавания в определенных районах и в определенное время года.

§ 2. Остойчивость судна

Начальная остойчивость судна

В механике различают три вида статического равновесия тела. Если тело находится в положении равновесия и при малом отклонении возвращается в свое первоначальное положение, то такое равновесие называют устойчивым. Если при малом отклонении тело остается в том положении, в какое его отклонили, то равновесие будет безразличным. Наконец, если при малом отклонении тело будет стремиться еще больше отклониться от своего первоначального положения, то равновесие будет неустойчивым.

В статике судна применительно к равновесию плавающего судна в условиях возможного воздействия на него внешних моментов известное в механике свойство статической устойчивости принято называть статической остойчивостью или просто остойчивостью.

Таким образом остойчивость можно определить как способность судна, отклоненного внешним моментом в вертикальной плоскости от положения равновесия, возвращаться в исходное положение равновесия после устранения момента, вызвавшего отклонение.

При анализе остойчивости судна рассматривают его наклонения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях - поперечной и продольной. Наклонения в поперечной вертикальной плоскости, характеризуемые углами крена, связаны с поперечной остойчивостью судна, а наклонения в продольной плоскости, определяемые углами дифферента, с продольной остойчивостью судна.

Метацентры и метацентрическне радиусы.

При равнообъемном наклонении плавающего тела в какой-либо вертикальной плоскости в общем случае ЦВ (точка С) выходит из плоскости наклонения и перемещается в сторону наклонения по некоторой пространственной кривой, которая носит название траектории ЦВ. Проекцию траектории ЦВ на соответствующую ей плоскость наклонения называют кривой ЦВ. При бесконечно малом наклонении тела из равновесного прямого положения на угол  (см. рис. 2) можно принять допущение, что траектория ЦВ совпадает с плоской кривой, которую в пределах участка СС₁ можно считать дугой круга с центром в точке m. Радиус этого круга r, называют начальным метацентрическим радиусом плавающего тела для данной плоскости его наклонения, а его центр m - начальным метацентром тела.

Рис. 2 Метацентр

Метацентрические высоты . Расстояние между начальным метацентром m и ЦТ судна G носит название начальной метацентрической высоты h₀ или просто метацентрической высоты, которая считается положительной, если метацентр расположен выше ЦТ, и отрицательной, если он расположен ниже ЦТ.

Главным плоскостям наклонения соответствуют главные мета-центрические высотыч одна из которых будет наибольшей, а другая наименьшей в данном равновесном положении судна. Если в равновесном положении судно сидит прямо и на ровный киль, то главными плоскостями наклонения будут являться ДП и перпендикулярная ей плоскость, параллельная плоскости мидель-шпангоута. Главные метацентрические высоты, отвечающие этим плоскостям наклонения, называют продольной Н и поперечной h метацентрическими высотами.
§ 3. Непотопляемость судна

Непотопляемостью судна называют его способность оставаться на плаву после затопления части его внутренних помещений (отсеков), имея посадку и остойчивости обеспечивающие хотя бы ограниченное использование судна по назначению. Непотопляемость, в отличие от остойчивости неповрежденного судна, нельзя рассматривать как его мореходное качество. Непотопляемость является свойством судна сохранять свои мореходные качества в заданных пределах. Таким образом, судно обладает непотопляемостью, если после затопления части отсеков оно сохраняет плавучесть, остойчивость и посадку в той мере, которая достаточна для выполнения хотя бы чарти его функций.
§ 4. Категории затопленных отсеков

При затоплении отсеков судна возможны различные варианты их заполнения. В зависимости от характера затопления различают четыре категории затопленных отсеков (рис. 3):

- отсек первой категории - заполнен водой полностью;

- отсек второй категории - заполнен не полностью (имеет свободную поверхность), но не сообщается с забортной водой;

- отсек третьей категории - заполнен частично и сообщается с забортной водой через пробоину;

- отсек четвертой категории - в нем уровень воды не совпадает с аварийной ватерлинией судна, т. е. это отсек с замкнутой или уменьшающейся воздушной подушкой.

Отсеки первой категории являются обычно следствием аварийного затопления междудонных цистерн из-за касания корпусом грунта. При затоплении отсека первой категории расход запаса плавучести равен объему воды, влившейся в отсек. Плавучесть судна не зависит от того, сообщается отсек первой категории с забортной водой или нет. Начальная остойчивость судна при этом увеличивается.

Рнс.3. Затопленные отсеки различных категорий: а-первой; б - второй; в - третьей; г – четвертой

Аварийное затопление отсеков второй категории может возникнуть при фильтрации воды из соседнего отсека через небольшое повреждение или через заделанную пробоину, когда производительность водоотливных средств близка к интенсивности поступления воды в отсек. Водотушение пожара или иной налив воды также приводит к появлению отсеков второй категории. Изменение плавучести при затоплении отсека второй категории аналогично изменению плавучести при затоплении отсека первой категории. Дополнительное изменение остойчивости определяется отрицательным влиянием свободной поверхности.

Отсек третьей категории, свободно сообщающийся с забортной водой, возникает обычно при навале, посадке на грунт или при аварии забортной арматуры. При затоплении отсека третьей категории количество влившейся воды изменяется в процессе изменения осадки, крена и дифферента поврежденного судна. При этом весь отсек исключается из запаса плавучести, так как вода может беспрепятственно заполнять надводный объем отсека. Изменение начальной остойчивости определяется влиянием геометрии и координат ЦТ потерянной площади ватерлинии. Вместе с тем затопление отсека третьей категории, как правило, неприводит к отрицательной начальной остойчивости, поскольку ее уменьшение из-за потери площади действующей ватерлинии частично компенсируется приемом больших масс воды ниже ватерлинии. Исключение составляют широкие суда (B/d > 3,5).

Аварийное затопление отсека четвертой категории может возникнуть при поступлении воды через низкорасположенное повреждение при герметичности отсека. При затоплении герметичного отсека четвертой категории потеря запаса плавучести определяется количеством влившейся воды, а потеря остойчивости будет промежуточной между потерями остойчивости при затоплении аналогичных отсеков второй и третьей категорий при равных объемах влившейся воды.

Таким образом, при равных объемах влившейся воды наименее опасным будет отсек первой категории, затопление которого соответствует приему твердого груза, а наиболее опасным - отсек третьей категории. В то же время отсеки второй категории представляют значительную опасность, особенно при многоярусном затоплении в пределах одного автономного отсека, когда отрицательное влияние свободной поверхности, кратное числу затопленных палуб, может привести к отрицательной начальной остойчивости. При симметричном относительно ДП затоплении высокорасположенные отсеки второй категории с точки зрения потери остойчивости более опасны, чем отсеки третьей категории с тем же объемом влившейся воды, так как у них при той же свободной поверхности положительное блияние веса влившейся воды будет меньше (рис. 4).

Для отсеков второй, третьей и четвертой категорий при рассмотрении отрицательного влияния свободных поверхностей воды необходимо учитывать изменение не только начальной остойчивости судна, но и остойчивости на больших углах крена. Для этой цели вводятся понятия действенной и недейственной потерь остойчивости (см. рис. 4).

Рис. 4. Влияние свободной поверхности на остойчивость на больших углах крена: а - действенная потеря остойчивости; б, в - недейственные потери остойчивости

Остойчивость - способность плавучего средства противостоять внешним силам, вызывающим его крен или дифферент и возвращаться в состояние равновесия по окончании возмущающего воздействия.
Равновесием считается положение с допустимыми величинами углов крена и дифферента (в частном случае, близкими к нулю). Отклоненное от него плавсредство стремится вернуться к равновесию.

Файлы: 1 файл

Остойчивость судна.docx

Министерство образования и науки Украины

Первый Украинский морской институт

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 имеется выведение из равновесия.

В зависимости от плоскости наклонения различают поперечную остойчивость при крене и продольную остойчивость при дифференте. Применительно к надводным кораблям (судам), из-за удлинённости формы корпуса судна его продольная остойчивость значительно выше поперечной, поэтому для безопасности плавания наиболее важно обеспечить надлежащую поперечную остойчивость.
В зависимости от величины наклонения различают остойчивость на малых углах наклонения (начальную остойчивость) и остойчивость на больших углах наклонения.
В зависимости от характера действующих сил различают статическую и динамическую остойчивость.

Статическая остойчивость — рассматривается при действии статических сил, то есть приложенная сила не изменяется по величине.

Динамическая остойчивость — рассматривается при действии изменяющихся (то есть динамических) сил, например ветра, волнения моря, подвижки груза и т. п.

Начальная поперечная остойчивость

При крене остойчивость рассматривается как начальная при углах до 10-15°. В этих пределах восстанавливающее усилие пропорционально углу крена и может быть определено при помощи простых линейных зависимостей.

При этом делается допущение, что отклонения от положения равновесия вызываются внешними силами, которые не изменяют ни вес судна, ни положение его центра тяжести (ЦТ).Тогда погруженный объем не изменяется по величине, но изменяется по форме. Равнообъемным наклонениям соответствуют равнообъемные ватерлинии, отсекающие равные по величине погруженные объемы корпуса. Линия пересечения плоскостей ватерлиний называется осью наклонения, которая при равнообъемных наклонениях проходит через центр тяжести площади ватерлинии. При поперечных наклонениях она лежит в диаметральной плоскости.

Центр тяжести G при таком наклонении не меняет своего положения, а центр величины (ЦВ) С как центр тяжести погруженного объема перемещается по некоторой кривой СС₁ в сторону наклонения и занимает новое положение C₁. Перемещение центра величины происходит вследствие изменения формы погруженного объема: с левого борта он уменьшился, а с правого борта увеличился. Сила плавучести γV, приложенная в центре величины, направлена по нормали к траектории его перемещения.

При малых наклонениях в поперечной плоскости линии действия сил плавучести пересекаются в одной точке m, которая называется метацентром (в данном случае — поперечным метацентром). Поперечный метацентр можно еще определить как центр кривизны кривой, по которой перемещается центр величины при наклонениях в поперечной плоскости. В общем случае наклонения (на большой угол и в любой плоскости) центр величины описывает некоторую сложную кривую, и метацентр занимает различные положения. При малых углах наклонения в поперечной плоскости можно считать, что центр величины перемещается по дуге окружности, а поперечный метацентр занимает постоянное место в диаметральной плоскости.

Радиус кривизны траектории, по которой перемещается центр величины при поперечных наклонениях называется поперечным метацентрическим радиусом r. Другими словами — это расстояние между поперечным метацентром и центром величины r = mC.

В результате смещения ЦВ при наклонении линии действия силы веса и силы плавучести смещаются и образуют пару сил. Если плечо пары положительно, возникающий момент m_в действует в сторону восстановления равновесия, то есть спрямляет. Тогда говорят, что судно остойчиво. Если ЦТ расположен выше метацентра, момент может быть нулевым или отрицательным, и способствовать опрокидыванию — в этом случае судно неостойчиво.

Возвышение над основной плоскостью поперечного метацентра (z_m), центра величины (z_c), а также величина поперечного метацентрического радиуса r в значительной степени определяют остойчивость судна и зависят от величины его объемного водоизмещения, формы корпуса и посадки. Зависимость величины поперечного метацентрического радиуса от формы корпуса (величины площади ватерлинии и ее формы) и объёмного водоизмещения выглядит как:

где I_x — момент инерции площади действующей ватерлинии относительно продольной оси, проходящей через центр её тяжести, м 4 ; V — объёмное водоизмещение (погруженный объём), м³.

Из рассмотрения трёх возможных вариантов воздействия сил Р и γV на при наклонениях можно сделать вывод, что для обеспечения остойчивого положения равновесия судна необходимо, чтобы метацентр находился выше центра тяжести. Поэтому возвышение поперечного метацентра над центром тяжести выделяется в особую величину и называется поперечной метацентрической высотой h. Величина h может быть выражена как:

где z_m и z_g высоты метацентра и центра тяжести над основной плоскостью, соответственно.

Величина восстанавливающего момента зависит от веса судна и плеча поперечной остойчивости. Из треугольника GmZ плечо остойчивости может быть выражено через поперечную метацентрическую высоту GZ = m_G sinθ = h sinθ. Тогда восстанавливающий момент будет определяться по формуле:

которая называется метацентрической формулой поперечной остойчивости. При малых углах крена, когда можно считать, что sinθ = θ в радианах, восстанавливающий момент определяется по линейной метацентрической формуле: m_θ = Ph θ.

Таким образом, величина восстанавливающего момента, определяющего сопротивление судна отклонениям, определяется, в свою очередь, величиной поперечной метацентрической высоты.

Остойчивость формы и остойчивость веса

Подставляя в метацентрическую формулу поперечной остойчивости h = r − а, и заменяя r его значением по формуле (1), а также Р = γV получаем:

m_θ = P(r − a) sinθ = Pr sinθ − Pa sinθ

Первый член в выражении (4) в основном определяется величиной и формой площади ватерлинии и называется поэтому моментом остойчивости формы: m_ф = γ I_x sin θ. Момент остойчивости формы всегда является положительной величиной и стремится вернуть наклоненное судно в исходное положение.

Второй член в формуле (4) зависит от веса P и возвышения центра тяжести над центром величины a и называется моментом остойчивости веса m_в = − Pa sin θ. Момент остойчивости веса в случае высокого расположения центра тяжести (z_g > z_с) является величиной отрицательной, и действует в сторону наклонения.

Погруженный объем V₁, отвечающий посадке по ватерлинию B₁Л₁, представляется в виде алгебраической суммы трех объемов

где: V — погруженный объем при исходной посадке по ватерлинию ВЛ;

v₁ — вошедший в воду, а v₂ — вышедший из воды клиновидные объёмы;

В соответствии с этим и силу плавучести γV₁ можно заменить тремя составляющими силами γV, γv₁, γv₂, приложенными в центрах величины объемов V, v₁, v₂. Вследствие равнообъёмности наклонений эти три силы совместно с силой тяжести Р образуют две пары Р − γV и γv₁ − γv₂, которые эквивалентны паре Р − γV₁ . Восстанавливающий момент равен сумме моментов этих двух пар

Момент сил плавучести клиновидных объемов v₁ и v₂ является моментом остойчивости формы. Чем шире корпус в районе ватерлинии, тем больше клиновидные объемы и их плечи при наклонениях в поперечной плоскости, тем больше момент остойчивости формы. Величина момента остойчивости формы определяется в основном моментом инерции площади ватерлинии относительно продольной оси I_x. А момент инерции I_x пропорционален квадрату ширины площади ватерлинии.

Момент пары сил Р и γV является моментом остойчивости веса. Он обусловлен несовпадением точек приложения сил тяжести и плавучести (G и С) в исходном положении равновесия, вследствие чего при наклонениях линии действия этих сил расходятся, и силы Р и γV образуют пару.

Меры начальной остойчивости

Для практики недостаточно простой качественной оценки — остойчиво судно или неостойчиво, так как степень остойчивости может быть различной, в зависимости от размеров, нагрузки и величины наклонения. Величины, дающие возможность количественно оценить начальную остойчивость, называются мерами начальной остойчивости.

Использование восстанавливающего момента в качестве меры начальной остойчивости неудобно, так как он зависит от угла наклонения. При бесконечно малых углах крена восстанавливающий момент m_θ также стремится к нулю и по нему невозможно оценить остойчивость.

В связи с этим за меру начальной остойчивости принимается не сам восстанавливающий момент, а его первая производная по углу наклонения. Эта производная характеризует интенсивность нарастания восстанавливающего момента при наклонениях и называется коэфф ициентом остойчивости. При наклонениях в поперечной плоскости коэффициент поперечной остойчивости равен первой производной от восстанавливающего момента

, и при крене равном нулю K_θ = Ph.

Коэффициент остойчивости дает абсолютную оценку остойчивости, то есть непосредственно показывает то сопротивление, которое оказывает судно отклоняющим его от положения равновесия силам. Зависимость коэффициента остойчивости от веса судна ограничивает его использование, поскольку чем больше водоизмещение, тем больше коэффициент остойчивости. Для оценки степени совершенства судна с точки зрения его начальной остойчивости используется относительная мера остойчивости — метацентрическая высота, которую можно рассматривать как коэффициент остойчивости, приходящийся на тонну водоизмещения:

Благодаря своему простому геометрическому смыслу метацентрическая высота наиболее часто используется в качестве меры начальной остойчивости, хотя следует иметь в виду, что коэффициент остойчивости дает наиболее полную оценку этого мореходного качества.

Начальная продольная остойчивость

Продольная остойчивость определяется теми же зависимостями, что и поперечная.

Под воздействием внешнего дифферентующего момента M_диф судно, плавающее в положении равновесия на ровный киль (ватерлиния ВЛ), наклоняется в продольной плоскости на угол Ψ, (ватерлиния B₁Л₁). Перемещение центра величины вследствие изменения формы погруженного объема обеспечивает появление продольного восстанавливающего момента

где GK — плечо продольной остойчивости. Точка М является продольным метацентром, возвышение продольного метацентра над центром тяжести — продольной метацентрической высотой Н, а расстояние между продольным метацентром и центром величины — продольным метацентрическим радиусом R.

Продольный восстанавливающий момент при малых углах дифферента определяется по формулам: M_ψ = PH·sin ψ, M_ψ = РН·ψ, которые называются метацентрическими формулами продольной остойчивости. Эти зависимости для продольного восстанавливающего момента справедливы при углах дифферента до 0,5÷1,0°, поэтому продольная остойчивость рассматривается как начальная только в этих пределах.

Продольный метацентрический радиус определяется по формуле:

где: I_yf — момент инерции площади действующей ватерлинии относительно поперечной оси, проходящей через ее центр тяжести F, м 4 , а метацентрическая формула продольной остойчивости в развернутом виде получается так же, как формула (4),

Таким образом, продольный момент остойчивости формы М_ψ = γ I_yf· sin ψ, а момент остойчивости веса М_в = − Pa· sin ψ.

Сравнивая моменты остойчивости формы и веса при поперечных и продольных наклонениях по формулам (4) и (6), видим, что остойчивость веса в обоих случаях одинакова (при условии θ = ψ), но остойчивость формы сильно отличается.

Продольный момент остойчивости формы значительно больше поперечного, поскольку I_yf примерно на два порядка больше I_x. Действительно, момент инерции площади ватерлинии относительно продольной оси I_x пропорционален квадрату ширины этой площади, а момент инерции площади ватерлинии относительно поперечной оси I_yf — квадрату длины той же площади.

Если величина поперечной метацентрической высоты составляет десятые доли метра, то продольная метацентрическая высота лежит в пределах H = (0,8 ÷ 1,5) L, где L — длина по ватерлинии, м.

Доля моментов остойчивости формы и веса в обеспечении поперечной и продольной остойчивости неодинакова. При поперечных наклонениях, момент остойчивости веса составляет значительную долю от момента остойчивости формы. Поэтому поперечный восстанавливающий момент составляет ≈ 30 % от момента остойчивости формы. При продольных наклонениях момент остойчивости веса составляет всего лишь 0,5÷1,0 % от момента остойчивости формы, то есть продольный восстанавливающий момент практически равен моменту остойчивости формы.

Читайте также: