Елементи на начална напречна устойчивост. Странична стабилност Лодката се приземява права и върху равен кил

Чрез относителното положение на товара на кораба навигаторът винаги може да намери най-благоприятната стойност на метацентричната височина, при която корабът ще бъде достатъчно стабилен и по-малко подложен на търкаляне.

Кренящият момент е произведението на теглото на товара, преместен през кораба от рамо, равно на разстоянието на движение. Ако човек с тегло 75 килограма,седейки на брега, ще се премести през кораба с 0,5 м,тогава моментът на наклон ще бъде равен на 75 * 0,5 = 37,5 кг/м.

Фигура 91.Диаграма на статична стабилност

За да се промени моментът, който накланя кораба с 10 °, е необходимо да се натовари корабът до пълна водоизместимост, напълно симетрична спрямо диаметралната равнина.

Натоварването на кораба трябва да се проверява чрез газене, измерено от двете страни. Инклинометърът е поставен строго перпендикулярно на диаметралната равнина, така че да показва 0 °.

След това е необходимо да преместите товари (например хора) на предварително маркирани разстояния, докато наклономерът покаже 10 °. Трябва да се проведе експеримент за проверка, както следва: наклонете кораба от едната страна, а след това от другата страна.

Познавайки моментите на фиксиране на наклонения кораб при различни (до възможно най-големите) ъгли, е възможно да се изгради статична диаграма на стабилност (фиг. 91), която ще оцени устойчивостта на кораба.

Стабилността може да се увеличи чрез увеличаване на ширината на плавателния съд, намаляване на CG и инсталиране на кърма.

Ако центърът на тежестта на съда е разположен под центъра на величината, тогава съдът се счита за много стабилен, тъй като опорната сила по време на търкаляне не се променя по величина и посока, но точката на нейното приложение се измества към наклон на съда (фиг. 92, а).

Следователно при крен се образува двойка сили с положителен възстановяващ момент, стремящи се да върнат кораба в нормално вертикално положение на прав кил. Лесно се вижда, че h>0, докато метацентричната височина е 0. Това е типично за яхти с тежък кил и не е типично за по-големи кораби с конвенционална конструкция на корпуса.

Ако центърът на тежестта е разположен над центъра на величината, тогава са възможни три случая на стабилност, които навигаторът трябва да знае добре.

Първият случай на стабилност.

Метацентрична височина h>0. Ако центърът на тежестта е разположен над центъра на величината, тогава с наклоненото положение на съда линията на действие на опорната сила пресича диаметралната равнина над центъра на тежестта (фиг. 92, b).

Ориз. 92.Случаят на неподвижен съд

В този случай се образува и двойка сили с положителен възстановителен момент. Това е типично за повечето кораби с конвенционална форма. Стабилността в този случай зависи от тялото и положението на центъра на тежестта във височина.

При наклон наклонената страна навлиза във водата и създава допълнителна плаваемост, стремейки се да нивелира кораба. Въпреки това, когато плавателен съд се търкаля с течни и насипни товари, способни да се движат в посока на търкаляне, центърът на тежестта също ще се измества в посоката на търкаляне. Ако центърът на тежестта по време на търкаляне се премести отвъд отвеса, свързващ центъра на величината с метацентъра, тогава корабът ще се преобърне.

Вторият случай на нестабилен судок с безразлично равновесие.

Метацентрична височина h \u003d 0. Ако центърът на тежестта лежи над центъра на величината, тогава с ролка линията на действие на опорната сила преминава през центъра на тежестта MG \u003d 0 (фиг. 93).

В този случай центърът на величината винаги е разположен на същия вертикал с центъра на тежестта, така че няма възстановителна двойка сили. Без въздействието на външни сили корабът не може да се върне в права позиция.

В този случай е особено опасно и напълно неприемливо да се транспортират течни и насипни товари на кораб: при най-малкото люлеене корабът ще се преобърне. Това е типично за лодки с кръгла рамка.

Третият случай на нестабилен кораб в нестабилно равновесие.

Метацентрична височина 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).

Производителност на съда

Най-характерните експлоатационни качества за малък плавателен съд са: пътнически капацитет,товароносимост, денивелация и скорост.

Пътническият капацитет е показател, равен на броя оборудвани места за настаняване на хора на кораб. Капацитетът на пътниците зависи от товароносимостта:

П = G/100, хората (с багаж), или П =G/75, хората (без багаж)

Резултатът се закръгля до най-близкото цяло число. На кораб с малък размер наличието на оборудвани места трябва да съответства на пътническия капацитет, установен за този кораб.

Капацитетът на пътниците може да се изчисли приблизително по формулата:

N=Lnb Bnb/K, лица,

Където ДА СЕ -емпиричен коефициент се приема равен на: за моторни и гребни лодки - 1,60; за лодки - 2.15.

товароносимост- полезния товар на кораба, включително масата на хората и багажа според капацитета на пътниците. Правете разлика между собствено тегло и нетна товароносимост.

Дедвейт -е разликата между работните обеми при пълно и ненатоварено състояние.

Нетна товароносимост -това е масата само на полезния товар, който корабът може да поеме.

За големи кораби единицата за промяна на товароподемността е тон, за малки кораби - kg. Товароносимостта C може да се изчисли с помощта на формули или може да се определи емпирично. За да направите това, на кораба с празна водоизместимост, но със запаси и запас от гориво, товарът се поставя последователно, докато корабът достигне водолинията, съответстваща на минималния надводен борд. Масата на поставения товар съответства на товароносимостта на плавателния съд.

Изместване . Има два вида изместване - масово (тегло) и обемно.

Масово (тегло) изместване - е масата на плаващия кораб, равна на масата на водата, изместена от кораба. Мерната единица е тон.

Изместване V - е обемът на подводната част на кораба в m3. Изчислението се извършва чрез основните измервания:

V = SL WT,

където S е коефициентът на пълнота на изместване, равен на 0,35 - 0,6 за малки съдове, а по-малка стойност на коефициента е присъща на малки съдове с остри контури. За водоизместими лодки S = ​​0,4 - 0,55, глисинг S = 0,45 - 0,6, моторни лодки 5 - 0,35 - 0,5, за ветроходни кораби този коефициент варира от 0,15 до 0,4.

Скорост.

Скоростта е разстоянието, изминато от кораб за единица време. На морските кораби скоростта се измерва в възли (мили в час), а на корабите за вътрешно плаване се измерва в километри в час (km/h). На навигатора на малък кораб се препоръчва да знае три скорости: най-високата (максималната), която корабът развива при максимална мощност на двигателя; най-малката (минимум), при която корабът се подчинява на кормилото; среден - най-икономичният с относително големи преходи. Скоростта зависи от мощността на двигателя, размера и формата на корпуса, натоварването на плавателния съд и различни външни фактори: вълни, вятър, течение и др.

Мореспособност на плавателния съд

Способността на плавателния съд да остане на повърхността, да взаимодейства с водата, да не се преобръща или да отива на дъното, когато е наводнен, се характеризира с неговата мореходност. Те включват: плаваемост, стабилност и непотопяемост.

Плаваемост.Плаваемостта е способността на кораба да се задържи на повърхността на водата, имайки дадено газене. Колкото по-голяма е тежестта върху кораба, толкова по-дълбоко той ще потъне във водата, но няма да загуби плаваемост, докато водата не започне да тече в корпуса.

При теч в корпуса или дупка, както и при навлизане на вода в плавателния съд при бурно време, масата му се увеличава. Следователно корабът трябва да има запас от плаваемост.

Резерв на плаваемост -Това е водонепроницаемият обем на корпуса на кораба, разположен между товарната водолиния и горния ръб на борда. При липса на запас от плаваемост, корабът ще потъне, ако дори малко количество вода попадне в корпуса.

Резервът от плаваемост, необходим за безопасното плаване на кораба, се осигурява чрез осигуряване на достатъчен надводен борд на кораба, както и наличието на водонепроницаеми затваряния и прегради между отделенията и блоковете за плаваемост - структурни елементи вътре в корпуса на малък кораб под формата от твърд блок от материал (например пенопласт) с плътност по-малка от единица. При липса на такива прегради и плавателни блокове всяка дупка в подводната част на корпуса води до пълна загуба на плаваемост и смърт на кораба.

Резервът на плаваемост зависи от височината на надводния борд - колкото по-висок е надводният борд, толкова по-голям е резервът на плаваемост. Този резерв се нормализира от минималната височина на надводния борд, в зависимост от стойността на която се установява безопасна навигационна зона и допустимо разстояние от брега за конкретен малък кораб. Въпреки това е невъзможно да се злоупотребява с височината на надводния борд, тъй като това се отразява в друго също толкова важно качество - стабилност

Стабилност.Устойчивостта е способността на плавателния съд да устои на силите, които го карат да се накланя, и след прекратяването на тези сили (вятър, вълна, движение на пътници и др.) да се върне в първоначалното си равновесно положение. Същият съд може да има добра стабилност, когато товарът е разположен близо до дъното в него и може частично или напълно да загуби стабилност, ако товарът или хората са поставени малко по-високо.

Има два вида устойчивост: напречна и надлъжна. Страничната стабилност се проявява, когато съдът се търкаля, т.е. когато го накланяте на борда. По време на навигация върху кораба действат две сили: гравитация и опора. Резултантната D (фиг. 1, а) на гравитацията на кораба, насочена надолу, ще бъде условно приложена в точка G, наречена център на тежестта (CG), а резултантната A на опорните сили, насочена нагоре, ще бъде условно приложен в центъра на тежестта C на потопената част на съда, наречен център на величината (CV). Когато корабът не е подреден и наклонен, CG и CB ще бъдат разположени в централната линия на кораба (DP).

Фиг. 1 Местоположение на резултантните сили на гравитацията и опората една спрямо друга при различни позиции на кораба

Стойността ho характеризира устойчивостта на кораба при малки наклони. Положението на точка М при тези условия е почти независимо от ъгъла на наклон φ.

Силата D и равноопорната сила A образуват двойка сили с рамо /, което създава възстановителен момент MB=Dl. Този момент има тенденция да върне кораба в първоначалното му положение. Обърнете внимание, че CG е под точка M.

Сега си представете, че на палубата на същия кораб е поставен допълнителен товар (фиг. 1, в). В резултат на това CG ще бъде разположен много по-високо, а при наклон точката M ще бъде по-ниска от нея. Получената двойка сили вече няма да създава възстановяващ, а преобръщащ момент Mopr. Следователно корабът ще бъде нестабилен и ще се преобърне.

Страничната стабилност на плавателния съд е силно повлияна от ширината на корпуса: колкото по-широк е корпусът, толкова по-стабилен е корабът и, обратно, колкото по-тесен и по-висок е корпусът, толкова по-лоша ще бъде стабилността.

За малките високоскоростни кораби (особено когато се движат с висока скорост по време на вълни), проблемът с поддържането на надлъжна стабилност в никакъв случай не е решен проблем.

За малки лодки с кил първоначалната метацентрична височина е по правило 0,3 - 0,6 м. Стабилността на кораба зависи от натоварването на кораба, движението на стоки, пътници и други причини. Колкото по-голяма е метацентричната височина, толкова по-голям е моментът на изправяне и по-стабилен е корабът, но при висока стабилност корабът има рязко накланяне. Стабилността се подобрява от ниското разположение на двигателя, резервоара за гориво, седалките и подходящото разположение на стоките и хората.

При силен вятър, силен удар на вълна отстрани, а в някои други случаи ролката на кораба се увеличава бързо и възниква динамичен момент на крен. В този случай ролката на плавателния съд ще се увеличи дори след достигане на равенство на моментите на наклон и възстановяване. Това се дължи на действието на инерционната сила. Обикновено такова преобръщане е два пъти преобръщане от статичното действие на един и същ момент на наклон. Ето защо, плаването в бурно време, особено на малки лодки, е много опасно.

Надлъжна стабилностдейства, когато плавателният съд е наклонен към носа или кърмата, т.е. при накланяне. Тази стабилност трябва да се вземе предвид от навигатора при движение с високи скорости по време на вълни, т.к. След като „зарови“ носа си във водата, лодка или моторна лодка може да не възстанови първоначалната си позиция и да потъне, а понякога дори да се преобърне.

Фактори, влияещи върху устойчивостта на плавателния съд:

а) Стабилността на плавателния съд се влияе най-съществено от неговата ширина: колкото по-голяма е тя спрямо дължината, дълбочината и газенето, толкова по-висока е стабилността.

б) Устойчивостта на малък кораб се увеличава, ако формата на потопената част на корпуса се променя при големи ъгли на наклон. На това твърдение например се основава действието на страничните булеси и калниците от пяна, които при потапяне във вода създават допълнителен възстановяващ момент.

в) Стабилността се влошава, когато на кораба има резервоари за гориво с огледална повърхност от едната към другата страна, така че тези резервоари трябва да имат вътрешни прегради

d) Стабилността се влияе най-силно от разположението на пътниците и товара на кораба, те трябва да бъдат разположени възможно най-ниско. Невъзможно е да се допусне хората на борда и тяхното произволно движение да седят на малък кораб по време на неговото движение. Товарите трябва да бъдат здраво закрепени, за да се предотврати неочакваното им изместване от местата им за съхранение. Ако това не е възможно поради значителното разстояние до брега, тогава при бурни условия трябва да се опитате да задържите кораба „поклон на вятъра“, като изхвърлите плаващата котва и пуснете двигателя на ниска скорост.

Непотопяемост.Непотопяемостта е способността на плавателния съд да остане плаващ, след като част от плавателния съд е била наводнена.

Непотопяемостта се осигурява конструктивно - чрез разделяне на корпуса на водонепроницаеми отделения, оборудване на кораба с блокове за плаваемост и дренажни съоръжения.

Ненаводнените корпусни обеми най-често са блокове от пяна. Неговото необходимо количество и местоположение са изчислени така, че да осигурят авариен резерв на плаваемост и да поддържат авариен кораб в позиция "на равен кил".

Разбира се, в условията на тежко море не всяка моторна лодка и лодка, която е получила дупка, ще осигури изпълнението на тези изисквания.

Маневреност на малък кораб

Основните маневрени качества на кораба включват: управляемост, циркулация, задвижване и инерция

Управляемост.Управляемостта е способността на кораба да поддържа дадена посока на движение в движение с постоянно положение на кормилото (стабилност на курса) и да променя посоката на движение под въздействието на кормилото (пъргавина) в движение.

Стабилност на курсанарича свойството на съда да поддържа праволинейна посока на движение. Ако корабът се отклони от курса в директното положение на кормилото, тогава това явление обикновено се нарича отклонение на кораба.

Ако корабът се отклони от курса в директното положение на кормилото, тогава това явление обикновено се нарича отклонение на кораба.

Причините за гръбнака могат да бъдат постоянни или временни. Константите включват причини, свързани с конструктивните характеристики на кораба: тъпи линии на корпуса на носа, несъответствие между дължината на кораба и неговата ширина, недостатъчна площ на кормилото, ефект на въртене на витлото

Временното отклонение може да бъде причинено от неправилно натоварване на плавателния съд, вятър, плитка вода, неравномерно течение и др.

Понятията "стабилност на курса" и "пъргавина" са противоречиви, но тези качества са присъщи на почти всички кораби и характеризират тяхната управляемост.

Управляемостта се влияе от много фактори и причини, основните от които са действието на руля, работата на витлото и тяхното взаимодействие.

Ловкост- свойството на плавателния съд да променя посоката на движение под въздействието на руля. Това качество зависи преди всичко от правилното съотношение на дължината и ширината на корпуса, формата на неговите контури, както и от площта на перото на руля.

Характеристики на управляемостта на кораба по време на прехода от движение напред към заден ход

При извършване на операции по акостиране или необходимост от спешно спиране на плавателния съд (опасност от сблъсък, предотвратяване на засядане, помощ на човек зад борда и т.н.) е необходимо да се превключи от преден на заден ход. В тези случаи навигаторът трябва да вземе предвид, че в първите секунди, когато витлото с дясно въртене премине от предно на задно, кърмата ще се търкаля бързо наляво, а при лявото въртене на витлото - надясно .

Причини, влияещи върху управляемостта

В допълнение към руля и въртящия се витло, други причини също влияят върху стабилността и пъргавината на кораба, както и редица конструктивни характеристики на кораба: съотношението на основните размери, формата на контурите на корпуса, параметрите на руля и витлото. Управляемостта също зависи от навигационните условия: естеството на натоварването на кораба, хидрометеорологичните фактори.

ТиражАко, докато корабът се движи, кормилото се измести в която и да е посока, корабът ще започне да се върти и ще описва крива линия върху водата. Тази крива, описана от центъра на тежестта на кораба по време на завой, се нарича циркулационна линия (фиг. 2), а разстоянието между централната линия на кораба по прав курс и централната му линия след завиване на обратния курс ( 180) се нарича тактически диаметър на циркулацията. Колкото по-малък е тактическият диаметър на циркулация, толкова по-добра се счита пъргавината на кораба. Тази крива е близка до окръжност и нейният диаметър служи като мярка за подвижността на съда.

Диаметърът на циркулацията обикновено се измерва в метри. За малките моторни плавателни съдове размерът на тактическия циркулационен диаметър в повечето случаи е 2-3 дължини на кораба. Всеки шофьор трябва да знае диаметъра на циркулацията на плавателния съд, който трябва да управлява, тъй като от това до голяма степен зависи правилното и безопасно маневриране. Скоростта на плавателния съд върху циркулацията е намалена до 30%. Никога не трябва да се забравя, че при движение по крива върху кораба действа центробежна сила (фиг. 3), насочена от центъра на кривината навън и приложена към центъра на тежестта на кораба.

Фиг. 2 Циркулация / - циркулационна линия, 2 - тактически диаметър на циркулация, 3 - диаметър на постоянна циркулация

Дрейфът на съда, произтичащ от центробежната сила, се затруднява от силата на водно съпротивление - странично съпротивление, чиято точка на приложение е разположена под центъра на тежестта. В резултат на това възниква двойка сили, създаващи ролка от страната, противоположна на посоката на въртене. Списъкът се увеличава с увеличаването на центъра на тежестта на съда над центъра на странично съпротивление и с намаляване на метацентричната височина.

Увеличаването на скоростта при завъртане и намаляването на диаметъра на циркулацията значително ще увеличи списъка, което може да доведе до преобръщане на съда. Затова никога не правете резки завои, когато лодката се движи с висока скорост.

За разлика от конвенционалните водоизместващи съдове, съдовете с рендосани контури при циркулация получават списък отвътре (фиг. 4). Това идва от допълнителната повдигаща сила, която възниква върху корпуса по време на странично изместване поради плъзгащите се контури. В същото време се получава плъзгане под действието на центробежната сила навън, поради което циркулацията на плъзгащите се съдове е малко по-голяма от тази на водоизместващите съдове.

Освен диаметъра на циркулацията трябва да се знае и нейното време, т.е. времето, необходимо на кораба да направи завой на 360°.

Тези циркулационни елементи зависят от водоизместимостта на кораба и характера на разположението на товара по дължината му, както и от скоростта. При ниска скорост диаметърът на циркулацията е по-малък.

Проходимост.Задвижването е способността на кораба да се движи с определена скорост за дадена мощност на двигателя, като същевременно преодолява силите на съпротивление при движение.

Движението на съда е възможно само ако има определена сила, която е в състояние да преодолее съпротивлението на водата - ударение. При постоянна скорост стойността на стоп е равна на стойността на водоустойчивостта. Скоростта на плавателния съд и ударението са свързани със следната връзка:

Р. V=ho-N.Където: V - скорост на кораба; K - водоустойчивост; N - мощност на двигателя;хо - КПД = 0,5.

Това уравнение показва, че с увеличаването на скоростта се увеличава и съпротивлението на водата. Тази зависимост обаче има различен физически смисъл и характер за водоизместителните и рендосващите съдове.

Например, при скорост на водоизместващ съд до стойност, равна на V = 2 ÖL, km/h (L е дължината на съда, m), съпротивлението на водата K е сумата от съпротивлението на триене на вода срещу обшивката на корпуса и съпротивлението на формата, което се създава от турбуленцията на водата. Когато скоростта на този плавателен съд надвиши определената стойност, започват да се образуват вълни и към двете съпротивления се добавя трето – вълново съпротивление. Съпротивлението на вълната се увеличава рязко с увеличаване на скоростта.

За планиращите кораби естеството на водоустойчивостта е същото като за водоизместителните кораби и скоростта е V = 8 ÖL km/h. Въпреки това, с по-нататъшно увеличаване на скоростта, корабът получава значителен диферент към кърмата и носът му се издига. Този начин на движение се нарича преходен (от преместване към рендосване). Характерен признак за началото на плъзгането е спонтанното увеличаване на скоростта на кораба. Това явление се дължи на факта, че след повдигане на носа общата водоустойчивост на плавателния съд намалява, той сякаш „изплува“ и увеличава скоростта с постоянна мощност.

При плъзгане възниква друг вид водоустойчивост - пръскане, а съпротивлението на вълната и съпротивлението на формата рязко намаляват и техните стойности практически се свеждат до нула.

По този начин четири вида съпротивление влияят на задвижването на кораба:

устойчивост на триене- зависи от площта на мократа повърхност на кораба, от качеството на обработката му и степента на замърсяване (водорасли, мекотели и др.);

устойчивост на формата- зависи от рационализацията на корпуса, която от своя страна е толкова по-добра, колкото по-остър е задният край и колкото по-голяма е дължината на кораба спрямо ширината;

вълново съпротивление- зависи от формата на лъка и дължината на съда, колкото по-дълъг е съдът, толкова по-малко вълнообразуване;

устойчивост на пръски- зависи от съотношението на ширината на тялото към неговата дължина.

Заключение: 1. Водоизместващите кораби с тесен корпус, кръгли контури и заострени предни и задни краища изпитват най-малко водоустойчивост.

2. За плавателни съдове за рендосване, при липса на вълни, широк корпус с плоско дъно с транцева кърма осигурява най-малко водоустойчивост с най-голяма хидродинамична повдигаща сила.

По-пригодни за мореплаване глисиращи кораби с килен или полукилен корпус. Увеличаването на скоростта на тези кораби се постига чрез надлъжни стъпала и противопръскови предпазители.

Инерция.Много важно маневрено качество на кораба е неговата инерция. Обикновено е обичайно да се оценява по дължините на спирачния път, пътя на изтичане и ускорение, както и тяхната продължителност. Разстоянието, което плавателният съд изминава за периода от момента на превключване на двигателя от пълен напред на заден ход до окончателното спиране на кораба, се нарича спирачен път. Това разстояние обикновено се изразява в метри, по-рядко - в дължината на съда. Разстоянието, изминато от кораба през периода от момента на спиране на двигателя, работещ на предна предавка, до пълното спиране на кораба под действието на силата на съпротивлението на водата, се нарича изтичане. Разстоянието, което корабът изминава от момента на пускане на двигателя напред до момента, в който придобие пълна скорост при даден режим на работа на двигателя, се нарича път на ускорение. Точното познаване от водача на горните качества на неговия кораб до голяма степен гарантира безопасността на маневрирането в тесни пространства и по пътища с тесни навигационни условия. Помня! Моторизираните лодки нямат спирачки, така че често изискват значително повече разстояние и време за усвояване на инерцията, отколкото, да речем, автомобил.

Стабилностнаречена способност на съд, наклонен от действието на външни сили от позиция на равновесие, да се върне в състояние на равновесие след прекратяване на тези сили.

Наклонът на кораба може да възникне под въздействието на такива външни сили като движение, приемане или разход на товара, налягане на вятъра, действие на вълни, напрежение на буксира и др.

Устойчивостта, която корабът има при надлъжни наклони, измерена чрез ъгли на диферент, се нарича надлъжна. Обикновено е доста голям, така че опасността от преобръщане на кораба през носа или кърмата никога не възниква. Но изучаването е необходимо, за да се определи подстригването на съда под въздействието на външни сили. Устойчивостта, която корабът има при напречни наклони, измерена чрез ъглите на крен 6, се нарича напречна.

Страничната устойчивост е най-важната характеристика на кораба, която определя неговата мореходност и степента на безопасност на корабоплаването. При изследване на напречната стабилност се прави разлика между начална устойчивост (при малки наклони на съда) и устойчивост при големи ъгли на крен. първоначална стабилност. Когато корабът се търкаля под малък ъгъл, под действието на някоя от изброените външни сили, CV се премества поради движението на подводния обем (фиг. 149). Стойността на възстановителния момент, образуван в този случай, зависи от стойността на рамото л= GKмежду силите

тегло и опора на наклонения съд. Както се вижда от фигурата, моментът на възстановяване MV= Dl = Dh гряхθ, където ч- точкова кота Мнад CG на кораба ЖНаречен напречна метацентрична височина на кораба. Точка Мсе нарича напречен метацентър на кораба.

Ориз. 149. Действието на силите, когато корабът се търкаля

Метацентричната височина е най-важната характеристика на стабилността. Определя се от израза

h = z c + r - z g,

Където z c- елевация на CV над OL; r- напречен метацентричен радиус, т.е. издигането на метацентъра над CV; з г- кота на CG на кораба над OL.

Значение з гопределена при изчисляване на масата на товара. Приблизително възможно

приемам (за кораб с пълен товар) з г = (0,654-0,68) з, Където з- височина в средата на кораба.

Значение z cИ rопределен съгласно теоретичен чертеж или (за прогнозни изчисления) съгласно приблизителни формули, например:

Където IN- ширина на съда, m; T- газене, m; α е коефициентът на пълнота на водолинията; δ - коефициент на обща пълнота; ДА СЕ- коефициент в зависимост от формата на водолинията и нейната завършеност и вариращ в рамките на 0,086 - 0,089.

От горните формули се вижда, че напречната стабилност на съда се увеличава с увеличаване на B и α; с намаляване на T и δ; с повишаване на CV z c; с

намаляване на CG з г. Така широките съдове са по-стабилни, както и съдовете с ниско централно отопление. При понижаване на централното отопление, т.е. при поставяне на по-тежки товари - механизми и съоръжения - възможно най-ниско и с

улесняване на високо разположени конструкции (надстройки, мачти, тръби, които понякога са направени от леки сплави за тази цел), метацентричната височина се увеличава. И обратното, при тежки натоварвания на палубата, обледеняване на повърхността на корпуса, надстройки, мачти и др., докато корабът плава в зимни условия, устойчивостта на кораба намалява.

Накланящ опит. На построения съд първоначалната метацентрична височина се определя (използвайки формулата за метацентрична стабилност) емпирично - чрез наклон на съда, който се извършва под ъгъл 1,5-2 чрез прехвърляне на предварително претеглен товар от страна на страна. Схемата на наклонения опит е показана на фиг. 150.

Ориз. 150. Схема на наклонен опит.

1 - релса с разделения; 2 - тегло и риба лъв; 3 - баня с вода или масло; 4 - тегловна нишка; 5 - преносима закрепваща тежест

момент на наклон М крпричинени от прехвърлянето на товара Рот разстояние при: M cr = Ru. Според формулата за метацентрична стабилност h = M KP /Dθ (sin θ се заменя с θ поради малкия ъгъл на наклон θ). Но θ = d/l, Ето защо h = Pyl/Dd.

Стойностите на всички количества, включени в тази формула, се определят по време на теста за накланяне. Денивелацията се намира чрез изчисление от теченията, измерени по маркировките на удълбочаването.

На малки кораби прехвърлянето на товари (чугунени блокове, чували с пясък и др.) Понякога се заменя с бързане на хора с обща маса около 0,2-0,5% от водоизместимостта на празния кораб. Ъгълът на въртене θ се измерва с тежести, потопени в маслена баня. Наскоро тежестите бяха заменени със специални инструменти, които ви позволяват точно да измервате ъгъла на крен по време на теста за крен (като се вземе предвид люлеенето на кораба по време на прехвърлянето на товара), така наречените инклинографи.

Въз основа на първоначалната метацентрична височина, намерена чрез опита с наклона, позицията на CG на конструирания съд се изчислява с помощта на горните формули.

По-долу са приблизителните напречни метацентрични височини за различни типове напълно натоварени кораби:

Големи пътнически кораби …………………………… 0,3-1,5

Средни и малки пътнически кораби. . . ……………… 0,6-0,8

Големи сухотоварни кораби …………………………….. 0,7-1,0

Средно …………………………………………………….. 0,5-0,8

Големи танкери ………………………………… 2.0-4.0

Средно …………………………………………………... 0,7-1,6

Речни пътнически кораби …………………………….... 3.0-5.0

Шлепове ………………………………………………………… 2.0-10.0

Ледоразбивачи ……… …………………………………………… 1.5-4.0

Влекачи ……………………………………………………… 0,5-0,8

Риболовни кораби …………………………………. 0,7-1,0

Стабилност при високи ъгли на петата. С увеличаването на ъгъла на накланяне на кораба моментът на възстановяване първо се увеличава (фиг. 151, a-c), след това намалява, става равен на нула и вече не предотвратява, а напротив, допринася за по-нататъшния наклон на кораба (фиг. 151 , д).

Ориз. 151. Действието на силите, когато съдът се търкаля на големи ъгли

Тъй като изместването дза дадено състояние на натоварване остава постоянно, тогава моментът на възстановяване М все променя пропорционално на промяната в рамото лнапречна стабилност. Тази промяна в рамото на стабилност в зависимост от ъгъла на петата 8 може да бъде изчислена и показана графично във формата диаграми на статична стабилност(фиг. 152), който е изграден за най-типичните и опасни случаи на натоварване на кораба по отношение на устойчивостта.

Диаграмата на статичната устойчивост е важен документ, характеризиращ устойчивостта на кораба. С негова помощ е възможно, като се знае стойността на момента на кренене, действащ върху кораба, например от налягането на вятъра, определено по скалата на Бофорт (таблица 8), или от прехвърлянето на товара на борда, от баластната вода или запаси от гориво, получени асиметрично от DP и т.н. , - намерете стойността на получения ъгъл на въртене в случай, че този ъгъл е голям (повече от 10 °). Ъгълът на малкия наклон се изчислява без начертаване на диаграмата, като се използва горната метацентрична формула.

Ориз. 152. Диаграма на статичната устойчивост

От диаграмата на статичната устойчивост е възможно да се определи началната метацентрична височина на кораба, която е равна на сегмента между хоризонталната ос и точката на пресичане на допирателната към кривата на рамената на устойчивост в началото на координатите с вертикалата, начертана под ъгъл на петата, равен на един радиан (57,3 °). Естествено, колкото по-стръмна е кривата в началото, толкова по-голяма е първоначалната метацентрична височина.

Диаграмата на статичната устойчивост е особено полезна, когато е необходимо да се знае ъгълът на крена на кораба от действието на внезапно приложена сила - с така нареченото динамично действие на силата.

Ако някаква статично, т.е. плавно, без резки, приложена сила действа върху кораба, тогава образуваният от нея кренящ момент създава ъгъл на крен, който се определя от диаграмата на статичната стабилност (построена под формата на крива за промяна на възстановяващите моменти д(от ъгъла на ролката) в точката на пресичане с кривата на хоризонтална права линия, начертана успоредно на хоризонталната ос на разстояние, равно на стойността на момента на наклона (фиг. 153, а). В този момент (точка А) кренящ момент от действието на статиката

Характеристики на вятъра и морските вълни

силата е равна на възстановяващия момент, който възниква, когато корабът се търкаля и се стреми да върне търкулнатия кораб в първоначалното му право положение. Ъгълът на накланяне, при който моментите на накланяне и възстановяване са равни, е желаният ъгъл на накланяне от статично приложена сила.

Ако силата на крена действа върху кораба динамично, т.е. внезапно (порив на вятъра, рязък буксиращ кабел и т.н.), тогава ъгълът на крена, причинен от него, се определя от диаграмата на статичната стабилност по различен начин.

Ориз. 153. Определяне на ъгъла на въртене от статичното действие ( А) и динамично ( b) приложена сила

Хоризонталната линия на кренящия момент, например от действието на вятъра по време на буря, продължава вдясно от точка А (фиг. 153, b), докато площта ABC, отрязана от нея вътре в диаграмата, стане равна на ■ площ AODизвън него; докато ъгълът на въртене (точка Е), съответстващ на позицията на правата линия слънце, е желаният ъгъл на накланяне от действието на динамично приложена сила. Физически това съответства на ъгъла на наклона, при който работи моментът на наклон (графично представен от площта на правоъгълника ODCE) се оказва равна на работата на възстановителния момент (площта на фигурата И ДВЕТЕ).

Ако площта, ограничена от кривата на възстановяващия момент, е недостатъчна, за да се изравни с площта на фигурата, ограничена от момента на накланяне извън нея, тогава корабът ще се преобърне. Следователно една от основните характеристики на диаграмата, показваща устойчивостта на съда, е неговата площ, ограничена от кривата и хоризонталната ос. На фиг. 154 показва кривите на раменете на статична стабилност на два съда: с голяма начална стабилност, но с малка площ на диаграмата ( 1 ) и с по-малка начална метацентрична височина, но с по-голяма площ на диаграмата (2). Последният кораб може да издържи на по-силен вятър, по-стабилен е. Обикновено площта на картата е по-голяма за кораб с висок надводен борд и по-малка за кораб с нисък надводен борд.

Ориз. 154. Криви на статична устойчивост на кораб с висок (1) и нисък (2) надводен борд

Устойчивостта на морските плавателни съдове трябва да отговаря на стандартите за устойчивост на Регистъра на СССР, които предвиждат следното условие като основен критерий (наричан „метеорологичен критерий“): момент на преобръщане М деф, т.е. минималният динамично приложен момент, който при едновременното действие на търкаляне и най-лошото натоварване води до преобръщане на кораба, не трябва да бъде по-малък от динамично приложения към кораба кренящ момент М крвърху налягането на вятъра, т.е. K = М деф/М кр≥ л.00.

В този случай стойността на момента на преобръщане се намира от диаграмата на статичната стабилност по специална схема, а стойността (в kN∙m) на момента на наклона (фиг. 155) в сравнение с него се намира по формулата М кр = 0,001P в S p z n, Където R в- налягане на вятъра, MPa или kgf / m 2 (определено по скалата на Beaufort в колоната "по време на буря" или според таблицата на регистъра на СССР); S n- площ на платното (площ на страничната проекция на повърхностната част на кораба), m 2; z n- надморска височина на центъра на платното над водолинията, m

При изследване на диаграмата на статична устойчивост интерес представлява ъгълът, под който кривата пресича хоризонталната ос - т. нар. ъгъл на залез. Съгласно правилата на регистъра, за морските кораби този ъгъл не трябва да бъде по-малък от 60 °. Същите правила изискват максималните стойности на възстановяващите моменти на картата да се постигат при ъгъл на наклон най-малко 30°, а максималното рамо на стабилност трябва да бъде най-малко 0,25 m за кораби с дължина до 80 m и не по-малко от 0,20 m за кораби с дължина над 105 m.

Ориз. 155. Към определяне на кренящия момент от действието на силата на вятъра

при шквал (зоната на платната е засенчена)

Влияние на течните товари върху устойчивостта. Течните товари в резервоарите, когато резервоарите не са напълно напълнени, се движат по посока на наклона при крен на плавателния съд. Поради това CG на кораба се движи в същата посока (от точката G0точно ж), което води до намаляване на лоста на възстановяващия момент. На фиг. 156 показва как рамото на стабилността l 0при отчитане на водоизместимостта на течния товар намалява до л.В същото време, колкото по-широк е резервоарът или отделението със свободна течна повърхност, толкова по-голямо е изместването на CG и, следователно, толкова по-голямо е намаляването на страничната стабилност. Ето защо, за да се намали ефекта на течния товар, те се стремят да намалят ширината на резервоара, а по време на работа - да ограничат броя на резервоарите, в които се образуват свободни нива, т.е. да не изразходват запаси от няколко резервоара наведнъж , но последователно.

Влияние на насипните товари върху устойчивостта.Насипните товари включват зърно от всякакъв вид, въглища, цимент, руда, рудни концентрати и др.

Свободната повърхност на течните товари винаги остава хоризонтална.

За разлика от това, насипните товари се характеризират с ъгъла на откос, т.е. най-големия ъгъл между повърхността на товара и хоризонталната равнина, при който товарът все още е в покой и над който започва разсипването. За повечето насипни товари този ъгъл е от порядъка на 25-35°.

Насипният товар, натоварен на кораб, също се характеризира с порьозност или порьозност, тоест съотношението на обемите, директно заети от частиците на товара, и празнините между тях. Тази характеристика, която зависи както от свойствата на самия товар, така и от начина на натоварването му в трюма, определя степента на неговото свиване (уплътняване) по време на транспортиране.

Ориз. 156. Да се ​​определи влиянието на свободната повърхност на течен товар

за стабилност

При транспортиране на насипни товари (особено зърно), в резултат на образуването на кухини, тъй като те се свиват от треперене и вибрации на корпуса по време на пътуването, с резки или големи наклони на кораба под действието на шквал (надвишаващ ъгъла на почивка), те се изсипват на една страна и вече не се връщат напълно в първоначалното си положение след изправяне на съда.

Количеството на изсипания по този начин товар (зърно) постепенно се увеличава и предизвиква търкаляне, което може да доведе до преобръщане на плавателния съд. За да се избегне това, се предприемат специални мерки - те поставят торби със зърно върху зърното, изсипано в трюма (пакетиране на товара) или инсталират допълнителни временни надлъжни прегради в трюмовете - преместващи дъски (виж фиг. 154). Ако тези мерки не се вземат, се стига до сериозни аварии и дори гибел на кораби. Статистиката показва, че повече от половината кораби, загубени поради преобръщане, са превозвали насипни товари.

Особена опасност възниква по време на транспортирането на рудни концентрати, които при промяна на влажността им по време на пътуването, например при размразяване или изпотяване, придобиват висока подвижност и лесно се изместват настрани. Това все още слабо проучено свойство на рудните концентрати е причинило редица тежки корабни аварии.

Устойчивостта е способността на съд, отклонен от равновесно положение, да се върне в него след прекратяване на силите, предизвикали отклонението.

Наклоните на кораба могат да възникнат от действието на прииждащи вълни, поради асиметрично наводняване на отделения по време на дупка, от движение на стоки, налягане на вятъра, поради приемане или разходване на стоки.

Наклонът на кораба в напречната равнина се нарича ролка,и в надлъжната подстригвам.Ъглите, образувани в този случай, се означават съответно с θ и ψ

Устойчивостта, която корабът има при надлъжни наклони, се нарича надлъжно.По правило той е доста голям и никога не възниква опасност от преобръщане на кораба през носа или кърмата.

Устойчивостта на съда с напречни наклони се нарича напречен.Това е най-важната характеристика на кораба, която определя неговите мореходни качества.

Има първоначална напречна стабилност при малки ъгли на петата (до 10 - 15 °) и стабилност при големи наклони, тъй като моментът на възстановяване при малки и големи ъгли на петата се определя по различни начини.

първоначална стабилност.Ако съдът е под въздействието на външен кренящ момент М КР(например налягане на вятъра) ще се търкаля под ъгъл θ (ъгълът между оригиналния WL 0и ток WL 1водни линии), тогава поради промяна във формата на подводната част на съда, центърът на величината СЪСпридвижете се до точка от 1(фиг. 5). Поддържаща сила yVще се прилага в точката C1и насочен перпендикулярно на текущата водолиния WL 1 .Точка Мразположен в пресечната точка на диаметралната равнина с линията на действие на опорните сили и се нарича напречен метацентър. Сила на теглото на съда Ростава в центъра на тежестта Ж.Заедно със силата yVтой образува двойка сили, която предотвратява накланянето на съда от момента на накланяне М КР. Моментът на тази двойка сили се нарича възстановителен моментМ В.Стойността му зависи от рамото l=GKмежду силите на тежестта и опората на наклонен съд: M B \u003d Pl \u003d Ph sin θ, Където ч- точкова кота Мнад CG на кораба g,Наречен напречна метацентрична височина кораб.

Ориз. 5. Действието на силите по време на търкалянето на съда.

От формулата се вижда, че стойността на възстановителния момент е толкова по-голяма, колкото по-голяма ч.Следователно метацентричната височина може да служи като мярка за стабилност на даден съд.

Стойност чна даден кораб при определено газене зависи от положението на центъра на тежестта на кораба. Ако товарите се поставят така, че центърът на тежестта на кораба да заеме по-високо положение, тогава метацентричната височина ще намалее, а с нея рамото на статичната стабилност и възстановяващият момент, т.е. устойчивостта на кораба ще намалее. С намаляване на позицията на центъра на тежестта, метацентричната височина ще се увеличи, стабилността на съда ще се увеличи.

Тъй като за малки ъгли техните синуси са приблизително равни на ъглите, измерени в радиани, можем да запишем M B = Phθ.

Метацентричната височина може да се определи от израза h = r + zc - з г ,Където z c- елевация на CV над OL; r- напречен метацентричен радиус, т.е. издигането на метацентъра над CV; z ж- превишение на КГ на кораба над основната.

На построен кораб първоначалната метацентрична височина се определя емпирично - наклонен,т.е. напречният наклон на плавателния съд чрез преместване на товар с определено тегло, наречен рол-баласт.

Стабилност при високи ъгли на петата. С увеличаване на крена на кораба възстановяващият момент първо се увеличава, след това намалява, става равен на нула и след това не само не предотвратява наклона, но, напротив, допринася за него (фиг. 6).

Ориз. 6. Диаграма на статичната устойчивост.

Тъй като изместването за дадено състояние на натоварване е постоянно, моментът на възстановяване се променя само поради промяна в страничното рамо за стабилност l ул. Според изчисленията на напречната стабилност при големи ъгли на наклон, диаграма на статична стабилност, което представлява графика, изразяваща зависимостта l улот ъгъла на навиване. Диаграмата за статична устойчивост е изградена за най-типичните и опасни случаи на натоварване на кораба.

С помощта на диаграмата е възможно да се определи ъгълът на крена от известен момент на крена или, обратно, да се намери моментът на крена от известен ъгъл на крена. Първоначалната метацентрична височина може да се определи от диаграмата на статичната стабилност. За да направите това, радиан, равен на 57,3 °, се отлага от началото на координатите и перпендикулярът се възстановява до пресечната точка с допирателната към кривата на раменете на стабилността в началото. Сегментът между хоризонталната ос и пресечната точка в мащаба на диаграмата ще бъде равен на първоначалната метацентрична височина.

При бавно (статично) действие на кренящия момент, състоянието на равновесие по време на преобръщане възниква, ако се спазва условието за равенство на моментите, т.е. M KR \u003d M B(фиг. 7).

Ориз. 7. Определяне на ъгъла на въртене от действието на статично (а) и динамично (б) приложена сила.

С динамичното действие на момента на накланяне (порив на вятъра, дръпване на теглещия кабел на борда), корабът, накланяйки се, придобива ъглова скорост. По инерция той ще премине положението на статично равновесие и ще продължи да се крени, докато работата на кренящия момент стане равна на работата на възстановяващия момент.

Стойността на ъгъла на наклон под динамичното действие на кренящия момент може да се определи от диаграмата на статичната стабилност. Хоризонталната линия на наклонения момент се продължава надясно до областта ОДСЕ(работа на момента на наклон) няма да стане равна на площта на фигурата И ДВЕТЕ(възстановяване на моментна работа). В същото време областта OASEе често срещано, така че можем да се ограничим до сравняване на области О ДАИ ABC.

Ако площта, ограничена от кривата на възстановителния момент, е недостатъчна, корабът ще се преобърне.

Устойчивостта на морските кораби трябва да отговаря на изискванията на регистъра, според които е необходимо да се изпълни условието (т.нар. метеорологичен критерий): K \u003d M def min / M d max ≥ 1", където M def мин- минимален момент на преобръщане (минимален динамично приложен момент на крен, като се вземе предвид накланянето), под въздействието на който корабът все още няма да загуби стабилност; M d макс- динамично приложен наклонен момент от налягането на вятъра при най-лошия вариант на натоварване по отношение на стабилност.

В съответствие с изискванията на регистъра, максималното рамо на диаграмата за статична устойчивост lмакстрябва да бъде не по-малко от 0,25 m за кораби с дължина 85 m и не по-малко от 0,20 m за кораби над 105 m при ъгъл на наклон θ повече от 30°. Ъгълът на наклона на диаграмата (ъгълът, под който кривата на рамената за стабилност пресича хоризонталната ос) за всички съдове трябва да бъде най-малко 60°.

Влияние на течните товари върху устойчивостта.Ако резервоарът не е напълнен до върха, тоест има свободна течна повърхност, тогава при накланяне течността ще прелее по посока на ролката и центърът на тежестта на съда ще се измести на същата страна. Това ще доведе до намаляване на рамото на стабилност и съответно до намаляване на възстановителния момент. В същото време, колкото по-широк е резервоарът, в който има свободна повърхност на течността, толкова по-значително ще бъде намаляването на страничната стабилност. За да се намали влиянието на свободната повърхност, препоръчително е да се намали ширината на резервоарите и да се стремите по време на работа да има минимален брой резервоари със свободна повърхност на течността.

Влияние на насипните товари върху устойчивостта.При превоз на насипни товари (зърно) се наблюдава малко по-различна картина. В началото на наклона товарът не се движи. Само когато ъгълът на наклон надвишава ъгъла на покой, товарът започва да се разсипва. В този случай разсипаният товар няма да се върне в предишното си положение, но, оставайки отстрани, ще създаде остатъчен крен, който при повтарящи се моменти на наклон (например шквалове) може да доведе до загуба на стабилност и преобръщане на съдът.

За предотвратяване на разпиляване на зърно в трюмовете са монтирани окачени надлъжни полупрегради - разместващи се дъскиили натрупвайте чували със зърно върху зърното, изсипано в трюма (пакетиране на товари).

Влияние на окачен товар върху стабилността.Ако товарът е в трюма, тогава когато се повдига, например с кран, има, така да се каже, моментално прехвърляне на товара до точката на окачване. В резултат на това CG на кораба ще се измести вертикално нагоре, което ще доведе до намаляване на рамото на изправящия момент, когато корабът получи крен, т.е. до намаляване на стабилността. В този случай намаляването на стабилността ще бъде толкова по-голямо, колкото по-голяма е масата на товара и височината на неговото окачване.

Стабилностнаречена способност на кораба да устои на силите, които го отклоняват от равновесното положение, и да се върне в първоначалното си равновесно положение след прекратяването на тези сили.

Равновесните условия на плавателния съд, получени в глава 4 "Плаваемост", не са достатъчни, за да плава постоянно в дадено положение спрямо водната повърхност. Също така е необходимо балансът на съда да е стабилен. Свойството, което в механиката се нарича устойчивост на равновесие, в теорията на кораба обикновено се нарича стабилност. По този начин плаваемостта осигурява условията за равновесно положение на кораба при дадено кацане, а стабилността осигурява запазването на това положение.

Устойчивостта на съда се променя с увеличаване на ъгъла на наклона и при определена стойност се губи напълно. Следователно изглежда целесъобразно да се изследва стабилността на съда при малки (теоретично безкрайно малки) отклонения от равновесното положение с Θ = 0, Ψ = 0 и след това да се определят характеристиките на неговата стабилност, техните допустими граници при големи наклони.

Прието е да се прави разлика стабилност на съда при ниски ъгли на наклон (първоначална стабилност) и стабилност при големи ъгли на наклон.

При разглеждане на малки наклони е възможно да се направят редица предположения, които позволяват да се изследва първоначалната стабилност на съда в рамките на линейната теория и да се получат прости математически зависимости на неговите характеристики. Стабилността на кораба при големи ъгли на наклон се изучава с помощта на усъвършенствана нелинейна теория. Естествено, устойчивостта на кораба е унифицирана и възприетото деление е чисто методологично.

При изследване на устойчивостта на плавателния съд неговите наклони се разглеждат в две взаимно перпендикулярни равнини - напречна и надлъжна. Когато съдът е наклонен в напречната равнина, определена от ъглите на наклона, той се изследва странична стабилност; с наклони в надлъжната равнина, определени от ъглите на подрязване, проучете го надлъжна стабилност.

Ако наклонът на кораба се извършва без значителни ъглови ускорения (изпомпване на течен товар, бавен воден поток в отделението), тогава стабилността се нарича статичен.

В някои случаи силите, накланящи кораба, действат внезапно, причинявайки значителни ъглови ускорения (шквал на вятъра, вълна и др.). В такива случаи помислете динамиченстабилност.

Стабилността е много важно морско свойство на кораба; заедно с плаваемостта осигурява навигацията на кораба в дадено положение спрямо повърхността на водата, което е необходимо за осигуряване на задвижване и маневриране. Намаляването на стабилността на кораба може да причини аварийно накланяне и диферент, а пълната загуба на стабилност може да доведе до преобръщане.

За да се предотврати опасно намаляване на устойчивостта на кораба, всички членове на екипажа трябва:

винаги имайте ясна представа за стабилността на кораба;

познава причините, които намаляват стабилността;

знае и може да прилага всички средства и мерки за поддържане и възстановяване на стабилността.