Стабилността на кораба на вода. Елементи на начална напречна устойчивост

Способността на съда да устои на действието на външни сили, стремящи се да го наклонят в напречни и надлъжни посоки, и да се върне в право положение след прекратяване на действието им се нарича стабилност. Най-важното за всеки кораб е той странична стабилност, тъй като точката на приложение на силите, противодействащи на ролката, се намира в рамките на ширината на корпуса, която е 2,5-5 пъти по-малка от дължината му.

Първоначална стабилност (при малки ъгли на преобръщане).Когато кораб плава без ролка, тогава гравитацията ди плаваемост γ V, приложени съответно в CT и CV, действат по една и съща вертикала. Ако екипажът или други компоненти на тежестта не се движат по време на преобръщане под ъгъл θ, тогава при всеки наклон CG запазва първоначалното си положение в DP (точка гна фиг. 7), въртящ се с кораба. В същото време, поради променената форма на подводната част на корпуса, CV се движи от точката ° С 0 към страната на петата до позицията ° Седин . Поради това възниква момент на двойка сили ди γ Vрамо лравно на хоризонталното разстояние между CG и новия CG на кораба. Този момент има тенденция да върне кораба в права позиция и затова се нарича регенерираща.

Ориз. 7. Схема за определяне на раменете на напречна устойчивост при наклон под ъгъл θ.

С ролка CV се движи по извита траектория ° С 0 ° С 1 , радиусът на кривина на който се нарича напречен метацентричен радиус, и съответния център на кривината М - напречен метацентър.

Очевидно рамото на възстановяващия момент зависи от разстоянието GM- издигане на метацентъра над центъра на тежестта: колкото по-малък е, толкова по-малко се оказва с ролка и рамо л. В самия начален етап на наклона на кораба (до 10-15°) стойността GMили зсе разглежда от корабостроителите като мярка за стабилност на кораба и се нарича напречна метацентрична височина. Колкото повече з, колкото по-голяма е силата на крен, необходима за търкаляне на кораба под определен ъгъл на крен, толкова по-стабилен е корабът.

От триъгълник GMNлесно е да се установи, че възстановяващото рамо

л = GN = згрях θ m.

Моментът на възстановяване, като се вземе предвид равенството γ VИ д, е равно на

Мв = д · з· sin θ kgm.

Следователно стабилността на плавателния съд - величината на неговия възстановяващ момент - е пропорционална на изместването: по-тежкият съд е в състояние да издържи по-голям момент на накланяне от лекия, дори при еднакви метацентрични височини.

Възстановяващото рамо може да се представи като разлика между две разстояния (виж фиг. 7): л f - раменна стабилност на формата и л c - раменете за стабилност на тежестта. Не е трудно да се установи физическото значение на тези количества, тъй като първото от тях се определя от изместването към преобръщането на центъра на величината, а второто - от отклонението по време на въртене на линията на действие на тежестта сила дот първоначалната позиция точно над CV. Като се има предвид действието на силите ди γ Vотносително ° С 0 , може да се види, че силата дима тенденция да търкаля кораба още повече, а силата γ Vнапротив, изправете го.

От триъгълник ° С 0 GKможе да се намери това

лв = GK = ° С 0 г sin θ m,

където ° С 0 г = а- издигането на CG над CG в предно положение на кораба.

От това става ясно, че за да се намали отрицателното въздействие на силата на тежестта, е необходимо, ако е възможно, да се намали CG на кораба. В идеалния случай - понякога на състезателни яхти с баластен фалшив кил, чиято маса достига 45-60% от водоизместването на кораба, CG се намира под CG. При такива яхти стабилността на тежестта става положителна и допринася за изправянето на плавателния съд.

Ефект, подобен на намаляването на CG, дава кренът – движението на екипажа на борда, противоположно на наклона. Този метод се използва широко при леки ветроходни лодки, където екипажът, окачен зад борда на специално устройство - трапец, успява да премести общото CG на лодката толкова много, че линията на действие на силата дсе пресича с DP значително под CV и рамото за стабилност на теглото е положително (виж Фиг. 197).

Тъй като масата на екипажа на малки плавателни съдове съставлява по-голямата част от водоизместването, движението на хора в лодката значително влияе както на промяната в позицията на центъра на тежестта, така и на величината на момента на наклона. Достатъчно е, например, и четиримата пътници на моторната лодка да се изправят, така че центърът на тежестта да стане с 250-300 мм по-висок, а един човек, който седи на борда, причинява преобръщане с повече от 10 °. Още по-значителна роля играе масата на екипажа на леки гребни лодки и каяци, където ширината на корпуса е малка, а масата му е много по-малка от масата на човек. Поради това конструкторите и лицата, отговорни за експлоатацията на кораба, се стремят да поставят центъра на тежестта на екипажа възможно най-ниско.

На първо място трябва да се избягват високите седалки - височината на гребните кутии от подовата дъска е 150 мм, а седалките на моторните лодки са 250 мм. На единични, двугребни и сгъваеми лодки, например каяци, гребците могат да бъдат разположени на много ниска седалка (не повече от 70 мм) или директно на дъното на лодката. При леките лодки пайолите често се заменят с дървени дъски, залепени отвътре към дъното.

При модернизиране на серийни лодки или изграждане на домашно приготвени големи резерви от гориво (40-150 l), желателно е да се концентрирате под дъските на пода под формата на резервоар с напречно сечение, съответстващо на мъртвата точка на дъното. Ако корабът е оборудван с кабина, тогава е необходимо да се облекчи максимално конструкцията на надстройката и да се намали нейната височина, да се понижи нивото на платформата на пилотската кабина и мястото на рулевия. Неподвижният двигател на лодката също трябва да бъде монтиран възможно най-ниско.

Стабилността на лодката трябва да се помни, когато опаковате оборудване за дълго пътуване в нея; най-тежките неща трябва да бъдат поставени възможно най-ниско и компактно. В случаите, когато се изисква осигуряване на особено висока устойчивост, необходима за плаване или за компенсиране на влиянието на обемисти надстройки, е необходимо да се натовари корабът баласт. Оптималното му разположение е извън корпуса под формата на фалшив кил – оловна или желязна отливка, прикрепена към кила и подсилени подове с болтове. Колкото по-дълбоко е фиксиран фалшивият кил под водната линия, толкова повече намалява общият център на тежестта на кораба.

По-малко ефективен е вътрешният баласт от метални отливки, положени в трюма на съда. Той трябва да бъде здраво закрепен, за да се предотврати движението към страната на петата, тъй като в този случай баластът ще допринесе за преобръщането на съда. Освен това трябва да внимавате слитъците да не пробият тънката кожа на дъното при плаване на вълни.

При разработването на проект за нов кораб конструкторът има възможност да променя стойността на стабилността, като задава една или друга форма на корпуса. Например ширината на лодката по водната линия и коефициентът на нейната пълнота α са от голямо значение. Приблизителна стойност на метацентричния радиус rможе да се определи по формулата

Следователно, най-важното от стойността rи напречна метацентрична височина з = r − новлияе върху ширината на корпуса при ватерлинията Б, който трябва да бъде избран възможно най-голям от съображения за задвижване.

Следните средни съотношения могат да бъдат посочени като приблизителни цифри за избор на ширина на лодката Л/Б: туристически каяци и канута - 5,5÷8,5; гребни и моторни лодки с дължина до 2,5 м - 1,8÷2; гребни три-, четириместни лодки (фофанове, плоскодънни совалки и др.) - около 3,5, малки моторни лодки с дължина до 3 м - 2,4; големи рендосващи моторни лодки с дължина 4-5,5 м - 3 ÷ 3,4; глисинг лодки от открит тип - 3,2÷3,5; водоизместващи лодки с дължина 6-8 м - 3,5 ÷ 4,5.

Коефициентът α също е от голямо значение, особено за бавно движещи се гребни лодки и водоизместващи лодки, чиито водни линии често са направени твърде тесни, за да се намали водоустойчивостта. На малки лодки - tuziks, препоръчително е контурите на водната линия да се изпълняват с максимална пълнота - α \u003d 0,75 ÷ 0,85. При туристическите каяци е желателно да има коефициент α повече от 0,70; на големи гребни лодки и водоизместващи лодки α = 0,65÷0,72.

Ясно е, че най-благоприятната форма на водната линия за стабилност е правоъгълник, следователно, ако е необходима особено висока стабилност, корпуси с контури като "морска шейна", катамаран или тримаран, при които страните са почти успоредни по цялата дължина дължина, са подходящи. Колкото по-голяма част от обема на подводната част на корпуса е съсредоточена близо до бордовете, толкова повече центърът на величината се измества встрани по време на преобръщане и толкова по-голямо е рамото на възстановителния момент. Крайните полюси са двукорпусни плавателни съдове - катамарани и лодка с миден обход близо до кръг (фиг. 8), при които рамото за стабилност по време на въртене се променя много леко. Колкото по-изразена е скулата в напречните сечения на корпуса, толкова по-стабилна е лодката. За малки лодки оптимален е корпусът с издутини близо до скулите и контур на корпуса близо до правоъгълник.

Ориз. 8. Напречни сечения на малки плавателни съдове, подредени в ред на намаляваща първоначална стабилност (отгоре надолу).

Стабилност при големи ъгли на петата.Както е показано по-горе, рамото за възстановяване се променя с увеличаване на ролката пропорционално на синуса на ъгъла на ролката. Освен това напречната метацентрична височина също не остава постоянна. з, чиято стойност зависи от изменението на метацентричния радиус r. Очевидно е, че пълна характеристика на стабилността на кораба може да бъде графика на промяната във възстановяващото рамо или момента в зависимост от ъгъла на крена, който се нарича диаграма за статична стабилност(фиг. 9). Характерните точки на диаграмата са моментът на максимална стабилност на съда и граничният ъгъл на крена, при който съдът се преобръща (θ s - ъгълът на залез на диаграмата на статичната стабилност). При такава ролка центърът на тежестта отново се оказва разположен на една и съща вертикала с CV; следователно рамото за стабилност е нула.

Ориз. 9. Диаграма на статичната устойчивост

1 - лодка с висок борд с кабина; 2 - лодка от открит тип; 3 - мореходен моторна яхтас баласт; 4 - ръка на наклонния момент Мкр.

А(ъгъл на преобръщане θ = 16°) - стабилно положение на кораба под действието на момента Мкр; и (θ = 60°) - нестабилна позиция; ° С(θ = 33°) - ъгъл на наводняване на лодка; д(θ = 38°) - максимален възстановяващ момент; Е(θ = 82°) - ъгъл на залез на графиката за стабилност 1 .

Опасният момент обаче може да настъпи дори по-рано, ако корабът има отворена пилотска кабина, странични прозорци или палубни люкове, през които водата може да навлезе в кораба под по-нисък ъгъл на крен. Този ъгъл се нарича ъгъл на изливане.

Формата на диаграмата на статичната устойчивост и разположението на нейните характерни точки зависят от контурите на корпуса и позицията на корабния CG. Обикновено максималният изправящ лост се получава при ъгъла на крена, съответстващ на началото на потапяне на ръба на палубата във водата, когато ширината на наклонената ватерлиния е най-голяма. Следователно, колкото по-висок е надводният борд, толкова по-голям е ъгълът на крена, корабът запазва своята стабилност. В момента, когато килът напусне водата, ширината на наклонената ватерлиния започва да намалява; съответно стойността на метацентричния радиус също намалява r. В същото време рамото за стабилност на теглото също се увеличава със списък от 50-60 ° на повечето малки съдове, рамото за възстановяване лстава нула.

Изключението е ветроходни яхтис тежък фалшив кил, при който максималната стабилност се получава при преобръщане от 90 °, т.е. когато мачтата вече е на водата. Ако освен това всички отвори в палубата са запечатани, тогава моментът на загуба на стабилност ( л= 0) се случва приблизително при преобръщане от 130°, когато мачтата е насочена надолу под ъгъл от 40° спрямо водната повърхност. Има много случаи, когато яхти, които се преобърнаха с кила нагоре (ъгъл на петата 180 °), отново се връщаха в права позиция.

Същото свойство на самоизправяне от преобърнато положение може да бъде постигнато при лодки с големи обемни надстройки, снабдени с херметични капачки. Когато килът е позициониран нагоре, CG на такъв съд се оказва, че е разположен много по-високо от CG - достига се положение на нестабилно равновесие, от което лодката може да бъде изведена чрез действието на малка вълна или чрез напълване специален резервоар с извънбордова вода от едната страна.

При катамараните рамото за стабилност достига максималната си стойност, когато един от корпусите е напълно извън водата - това е малко по-малко от половината от разстоянието между DPs на корпуса. Тази позиция се постига в повечето катамарани със списък от 8-15 °. При по-нататъшно увеличаване на ролката, рамото за стабилност бързо намалява и при завъртане от 50-60° настъпва момент на нестабилно равновесие, след което стабилността на катамарана става отрицателна.

Използвайки диаграмата на статичната стабилност, проектантът и капитанът могат да оценят способността на кораба да издържа на определени сили на крен, които възникват, например при преместване на част от товара към една от страните, ефекта на вятъра върху платната и др. Наклонен момент М kr (или рамото му е равно на Мкр / д) се изобразява на диаграмата като крива (или права линия) в зависимост от ъгъла на наклона. Точката на пресичане на тази крива с диаграмата на възстановяващия момент съответства на ъгъла на крен, който корабът ще получи. Ако кривата М cr преминава над максимума на диаграмата на статичната стабилност, корабът ще се преобърне. Ако кривата М kr пресича кривата на възстановяващия момент, след това на възходящия клон на диаграмата (точка А) позицията му ще бъде стабилна - ако под действието на малък допълнителен наклонен момент търкалянето на кораба се увеличи, то с прекратяването на този допълнителен момент той се връща в предишната си позиция А. В долния клон на диаграмата в точката Бмалко увеличение на момента на крен ще доведе до значително увеличение на търкалянето, тъй като моментът на възстановяване ще бъде по-малък от момента на наклона; корабът може да се преобърне. С намаляване на наклонния момент, съдът от позицията Бще се премести в позиция А. Следователно, позицията на съда, съответстваща на точката Б, е нестабилна.

динамична стабилност.По-горе разгледахме статичното въздействие на момента на крен върху кораба, когато силите постепенно се увеличават. На практика обаче човек често трябва да се справя динамиченчрез действието на външни сили, при което наклонният момент достига крайната си стойност за кратък период от време - моментално. Това се случва например, когато шквал или вълна удари наветрената скула, човек скочи на борда на лодка от висок насип и т. н. В тези случаи е важна не само стойността на момента на наклона, но и кинетичната енергия предадена на кораба и погълната от работата на възстановяващия момент. Важна роля играе височината на надводния борд и ъгъла на наклона, при който е възможно да се наводни лодката с вода. Тези параметри, подобно на широчината, определят стабилността при динамично действие на външни сили: колкото по-висок е надводният борд и колкото по-късно водата започва да навлиза в корпуса, толкова по-голяма е енергията на креновите сили се поглъща от работата на възстановителния момент, когато съдът е наклонен.

При управление на малки плавателни съдове, по-специално при плаване, изпълнение спасителни операциии др., препоръчително е да се осигури поне тесен страничен кофраж (120-250 мм). При внезапно преобръщане палубата навлиза във водата, което е последвано от бърза реакция на екипажа, който с масата си накланя лодката още преди водата да влезе в нея.

Можете да увеличите стабилността на съда с помощта на странични фитинги - booley(виж фиг. 172), надуваема камера или калник от пяна, обграждащи стените на лодката близо до горния им ръб, плувки с достатъчно голям обем, фиксирани на скоби отстрани, или чрез свързване на две лодки в катамаран.

Повишаването на стабилността с помощта на твърд баласт не винаги е оправдано, особено на моторни кораби, където увеличаването на водоизместването е свързано с допълнителни разходи за мощност и гориво. На лодки за рендосване и лодки, извънбордовата вода може да се използва като временен баласт, запълвайки специални дънни резервоари чрез гравитация (фиг. 10). На лодка той е необходим само когато е неподвижно и при ниска скорост, когато динамичните опорни сили са незначителни. Водата от резервоара ще бъде отстранена през задния разрез на транца веднага щом се откъсне от водата. На лодка, напротив, баластът е необходим за увеличаване на стабилността под платна; когато плавате под мотор или когато се изкачвате на брега, водата може да се отстрани от резервоара с помощта на помпа. Обикновено се приема, че обемът на такива баластни танкове е 20-25% от водоизместването на кораба.

Ориз. 10. Баластен резервоар на рендосваща лодка.

1 - кухината на резервоара; 2 - вентилационна тръба; 3 - вход на вода в резервоара; 4 - второто дъно.

Мимоходом трябва да се спомене влиянието на водата в трюма на съд (или други течности в резервоари) върху стабилността. Ефектът се състои не толкова в движението на маси течности към наклонената страна, а в наличието на свободна повърхност на преливащата течност - нейния инерционен момент спрямо надлъжната ос. Ако например повърхността на водата в трюма има дължина л, и ширината б, тогава метацентричната височина намалява с

Водата е особено опасна в трюмовете на лодки с плоско дъно и моторни лодки, където свободната повърхност има голяма ширина. Ето защо, когато плавате в бурни условия, водата от корпуса трябва да се отстрани.

Свободната повърхност на течностите в резервоарите за гориво е разделена от надлъжни калници на няколко тесни части. В преградите се правят дупки за изтичане на течност.

Нормиране и проверка на стабилността на развлекателно-туристическите плавателни съдове.Опасно преобръщане на малък кораб може да бъде причинено от движението на екипажа на една страна, както и от влиянието на различни външни сили. По правило развлекателно-туристическите плавателни съдове се експлоатират в плитки крайбрежни зони на моретата и в резервоари с ограничена дълбочина. В тези райони вълната се характеризира с опасна стръмност и счупен гребен. В положение отстрани спрямо вълната, люлеенето на лодката може да изпадне в нежелан резонанс с периода на вълната; ако корабът не е достатъчно стабилен, той може да се преобърне.

Малките плавателни съдове също трябва да издържат на натоварвания, които са опасни за страничната стабилност, като например тръпки на теглещото въже, когато лодката се тегли от друг кораб; динамично действие на спиране на витлото на извънбордовия мотор при рязко изместване на руля; катерене в лодката през борда на човек; шквал при плаване и др. Всичко това налага налагането на много строги изисквания към устойчивостта на малките плавателни съдове.

Минималната стойност на напречната метацентрична височина, която осигурява безопасното плаване на лодка или лодка при най-леките условия - във вътрешна затворена водна зона, се счита за 0,25 м. Тази цифра обаче става критична, когато става въпрос за много светлина гребни лодки. В крайна сметка винаги е възможно един или двама пътници да се изправят до пълния си ръст и центърът на тежестта на лодката да се увеличи с 0,2-0,3 м. За кораби, които отиват в открити води, се препоръчва да се осигури метацентрична височина от най-малко 0,5 m; ако лодката е проектирана да плава с вълна до 3 точки, метацентричната височина трябва да бъде най-малко 0,7 m.

Точните измервания на метацентричната височина са свързани с доста трудоемко преживяване на крен на кораба, което за лодки с дължина 4-5 m не винаги дава точни резултати и не може да характеризира стабилността достатъчно пълно. В практиката на контрол и тестване на малки съдове се провежда по-визуален и прост експеримент, предвиден от GOST 19356-74 №. За тестване на лодката се монтират извънбордов двигател и резервоар за газ, напълнен с гориво, баластът се зарежда върху седалките, равна по тегло на носещия капацитет на табелата и по такъв начин, че 60% от него се намира отстрани с център на тежестта на разстояние 0,2 m от планшира по ширина и 0,3 m над седалката във височина. Останалите 40% от капацитета на полезен товар трябва да бъдат поставени в средната линия на кораба. При такова натоварване планширът от страната на петата не трябва да влиза във водата.

¹ ГОСТ 19356-74 „Лодки с винтови моторни лодки за отдих. Методи за изпитване»

Съгласно правилата на Det Norske Veritas се провеждат подобни тестове, но в същото време стабилността на лодката се проверява допълнително празна, тоест без извънбордов мотор и сменяемо оборудване, което обикновено не е фиксирано в лодката. На височина на планшира и на разстояние 0,5 Б nb от DP фиксирайте натоварването на крен с маса н 20 кг, къде н- пълен пътнически капацитет на плавателния съд. В този случай лодката не трябва да се наводнява с вода отстрани и ролката не трябва да надвишава 30 °.

• В зависимост от равнината на наклон, има странична стабилностпри наклоняване и надлъжна стабилностпри подстригване. По отношение на надводните кораби (корабове), поради удължаването на формата на корпуса на кораба, неговата надлъжна устойчивост е много по-висока от напречната, следователно за безопасността на корабоплаването е най-важно да се осигури правилна напречна устойчивост.

• В зависимост от големината на наклона, стабилността се различава при малки ъгли на наклон ( първоначална стабилност) и стабилност при големи ъгли на наклон.

• В зависимост от естеството активни силиправи разлика между статична и динамична стабилност.

Статична стабилност- се разглежда под действието на статични сили, тоест приложената сила не се променя по големина. Динамична стабилност- се разглежда под действието на променящи се (т.е. динамични) сили, например вятър, морски вълни, движение на товара и др.

Първоначална странична стабилност

При ролка стабилността се счита за начална при ъгли до 10-15 °. В тези граници силата на възстановяване е пропорционална на ъгъла на петата и може да бъде определена с помощта на прости линейни зависимости.

В този случай се приема, че отклоненията от положението на равновесие са причинени от външни сили, които не променят нито теглото на съда, нито положението на неговия център на тежестта (ЦГ). Тогава потопеният обем не се променя по големина, а променя формата си. Наклоните с еднакъв обем съответстват на равни по обем ватерлинии, отрязващи равни обеми на потопения корпус. Линията на пресичане на равнините на водната линия се нарича оста на наклона, която при равни обемни наклони минава през центъра на тежестта на зоната на ватерлинията. С напречни наклони той лежи в диаметралната равнина.

Свободни повърхности

Всички обсъдени по-горе случаи предполагат, че центърът на тежестта на кораба е неподвижен, тоест няма товари, които се движат при накланяне. Но когато има такива тежести, тяхното влияние върху стабилността е много по-голямо от останалите.

Типичен случай са течни товари (гориво, масло, баласт и котелна вода) в частично напълнени резервоари, тоест със свободни повърхности. Такива товари могат да се преливат при накланяне. Ако течният товар изпълва напълно резервоара, той е еквивалентен на твърд фиксиран товар.

Влияние на свободната повърхност върху стабилността

Ако течността не запълни резервоара напълно, тоест има свободна повърхност, която винаги заема хоризонтално положение, тогава когато съдът е наклонен под ъгъл θ течността прелива в посока на наклон. Свободната повърхност ще заеме същия ъгъл спрямо проектната линия.

Нивата на течен товар отрязват равни обеми танкове, тоест те са подобни на ватерлинии с еднакъв обем. Следователно, моментът, причинен от преливане на течен товар при наклон δm θ, може да се представи подобно на момента на стабилност на формата ме, само δm θпротивоположно м f по знак:

δm θ = − γ x i x θ,

където i x- инерционният момент на площта на свободната повърхност на течния товар спрямо надлъжната ос, преминаваща през центъра на тежестта на тази област, γ- специфично тегло на течния товар

Тогава моментът на възстановяване при наличие на течен товар със свободна повърхност:

m θ1 = m θ + δm θ = Phθ − γ x i x θ = P(h − γ x i x /γV)θ = Ph 1 θ,

където з- напречна метацентрична височина при липса на трансфузия, h 1 = h − γ g i x /γV- действителна напречна метацентрична височина.

Влиянието на преливащия товар дава корекция на напречната метацентрична височина δ h = − γ x i x /γV

Плътностите на водата и течния товар са относително стабилни, тоест основното влияние върху корекцията е формата на свободната повърхност, или по-скоро нейния инерционен момент. Това означава, че страничната стабилност се влияе главно от ширината и надлъжната дължина на свободната повърхност.

Физическият смисъл на отрицателната стойност на корекцията е, че наличието на свободни повърхности е винаги намалявастабилност. Поради това се предприемат организационни и конструктивни мерки за намаляването им:

Динамична стабилност на плавателния съд

За разлика от статичното, динамичният ефект на силите и моментите придава значителни ъглови скорости и ускорения на кораба. Следователно тяхното влияние се разглежда в енергиите, по-точно под формата на работа на силите и моментите, а не в самите усилия. В този случай се използва теоремата за кинетичната енергия, според която приращението на кинетичната енергия на наклона на кораба е равно на работата на силите, действащи върху него.

Когато на кораба се приложи момент на крен м кр, постоянна по големина, получава положително ускорение, с което започва да се търкаля. С увеличаване на наклона възстановяващият момент се увеличава, но в началото, до ъгъла θ ул, при което m cr = m θ, ще бъде по-малко наклонен. При достигане на ъгъла на статичното равновесие θ ул, кинетичната енергия на въртеливото движение ще бъде максимална. Следователно корабът няма да остане в равновесно положение, но поради кинетичната енергия ще се търкаля по-нататък, но по-бавно, тъй като моментът на възстановяване е по-голям от този на крен. Натрупаната преди това кинетична енергия се изплаща от излишната работа на възстановителния момент. Веднага щом големината на тази работа е достатъчна, за да изгаси напълно кинетичната енергия, ъгловата скорост ще стане равна на нула и корабът ще спре да се крене.

Най-големият ъгъл на наклон, който корабът получава от динамичния момент, се нарича динамичен ъгъл на крена. θ дин. За разлика от него, ъгълът на крен, с който корабът ще плава под действието на същия момент (според условието m cr = m θ), се нарича статичен ъгъл на наклона θ ул.

Позовавайки се на диаграмата на статичната стабилност, работата се изразява като площ под кривата на възстановяващия момент м в. Съответно, динамичният ъгъл на наклона θ динможе да се определи от равенството на площите OABИ BCDсъответстваща на излишната работа на възстановителния момент. Аналитично същата работа се изчислява като:

,

на интервала от 0 до θ дин.

Достигане на динамичен ъгъл на наклон θ дин, корабът не влиза в равновесие, но под въздействието на излишен възстановяващ момент започва бързо да се изправя. При липса на водоустойчивост, корабът ще влезе в незатихващи колебания около равновесното положение при крен θ st / изд. Физическа енциклопедия

Съд, способността на плавателния съд да устои на външни сили, които го карат да се накланя или подстригва, и да се върне в първоначалното си равновесно положение след прекратяване на тяхното действие; една от най-важните мореходни качества на кораб. О. при накланяне ... ... Голяма съветска енциклопедия

Качеството на кораба е да бъде в равновесие в изправено положение и, като бъде изваден от него под действието на някаква сила, да се върне отново в него след прекратяване на действието му. Това качество е едно от най-важните за безопасността на корабоплаването; Там имаше много… … Енциклопедичен речник F.A. Брокхаус и И.А. Ефрон

G. Способността на плавателния съд да плува изправен и да се изправя след накланяне. Тълковен речник на Ефрем. Т. Ф. Ефремова. 2000... Съвременен тълковен речник на руския език Ефремова

Стабилност, стабилност, стабилност, стабилност, стабилност, стабилност, стабилност, стабилност, стабилност, стабилност, стабилност, стабилност (

Стабилността на плавателния съд е негово свойство, поради което корабът, когато е изложен на външни фактори (вятър, вълни и др.) и вътрешни процеси (изместване на товара, движение на течни запаси, наличие на свободни течни повърхности в отделенията, и др.) не се преобръща. Най-обширната дефиниция за стабилността на кораба може да бъде следната: способността на кораба да не се преобръща, когато е изложен на естествени морски фактори (вятър, вълни, обледеняване) в определената му зона на плаване, както и в комбинация с „вътрешни” причини, породени от действията на екипажа

Тази характеристика се основава на естественото свойство на обект, плаващ на повърхността на водата - той има тенденция да се върне в първоначалното си положение след прекратяване на това въздействие. Така стабилността, от една страна, е естествена, а, от друга страна, изисква регулиран контрол от лицето, участващо в нейното проектиране и експлоатация.

Стабилността зависи от формата на корпуса и позицията на CG на кораба, така че по правилен избордизайнът на формата на корпуса и правилното поставяне на товара върху кораба по време на работа могат да осигурят достатъчна стабилност, за да се гарантира, че корабът няма да се преобърне при никакви условия на плаване.

Наклоните на кораба са възможни поради различни причини: от действието на насрещни вълни, поради асиметрично наводняване на отделения по време на дупка, от движение на стоки, налягане на вятъра, поради приемане или разход на стоки и др. Има два вида стабилност: напречна и надлъжна. От гледна точка на безопасността на навигацията (особено при бурно време) най-опасни са напречните наклони. Страничната стабилност се проявява при търкаляне на съда, т.е. когато го накланяте на борда. Ако силите, които карат съда да се накланя, действат бавно, тогава стабилността се нарича статична, а ако е бърза, тогава динамична. Наклонът на съда в напречната равнина се нарича ролка, а в надлъжната равнина - трим; образуваните в този случай ъгли се означават съответно с O и y. Стабилността при малки ъгли на наклон (10 - 12 °) се нарича начална стабилност.

(фиг.2)

Представете си, че под действието на външни сили корабът е получил преобръщане под ъгъл 9 (фиг. 2). В резултат на това обемът на подводната част на кораба запази стойността си, но промени формата си; от десния борд във водата е навлязъл допълнителен обем, а от левия борд е излязъл равен обем от водата. Центърът на величината се е преместил от начална позиция C към ролката на съда, към центъра на тежестта на новия обем - точка C1. Когато съдът е наклонен, гравитацията P, приложена в точка G, и опорната сила D, приложена в точка C, оставайки перпендикулярни на новата водна линия V1L1, образуват двойка сили с рамото GK, което е перпендикуляр, спуснат от точка G до посоката на поддържащите сили.

Ако продължим посоката на опорната сила от точка C1, докато тя се пресече с първоначалната си посока от точка C, тогава при малки ъгли на крен, съответстващи на условията на начална стабилност, тези две посоки ще се пресичат в точка M, наречена напречна метацентър.

Взаимното положение на точки M и G ви позволява да установите следния знак, характеризиращ страничната стабилност: (фиг. 3)

• А) Ако метацентърът е разположен над центъра на тежестта, тогава моментът на възстановяване е положителен и има тенденция да върне кораба в първоначалното му положение, т.е. при крен корабът ще бъде стабилен.
• Б) Ако точка M е под точка G, тогава при отрицателна стойност h0 моментът е отрицателен и ще има тенденция да увеличи търкалянето, т.е. в този случай съдът е нестабилен.
• В) Когато точките M и G съвпадат, силите P и D действат по една и съща вертикална линия, не възниква двойка сили и моментът на възстановяване е нула: тогава корабът трябва да се счита за нестабилен, тъй като не е склонен да се върне до първоначалното си равновесно положение (фиг. 3).

Фиг.3

Външни признаци на отрицателна първоначална устойчивост на кораба са:

• -- плаване на кораба с ролка при липса на кренови моменти;
• - желанието на кораба да се преобърне на противоположната страна при изправяне;
• - прехвърляне от страна на страна по време на циркулация, докато ролката остава дори когато корабът навлезе в директен курс;
• -- голямо количество вода в трюмовете, на платформи и палуби.

Устойчивост, която се проявява с надлъжните наклони на съда, т.е. когато е подрязан, се нарича надлъжно.

С надлъжния наклон на съда под ъгъл w около напречната ос Ts.V. ще се движи от точка C до точка C1 и опорната сила, чиято посока е нормална на текущата водна линия, ще действа под ъгъл w спрямо първоначалната посока. Линиите на действие на първоначалната и новата посока на опорните сили се пресичат в точка. Точката на пресичане, линията на действие на силите на опора при безкрайно малък наклон в надлъжната равнина се нарича надлъжен метацентър M. Seaworthy стабилност задвижващ кораб

Надлъжният инерционен момент на зоната на водната линия IF е много по-голям от напречния момент на инерция IX. Следователно, надлъжният метацентричен радиус R винаги е много по-голям от напречния r. Условно се счита, че надлъжният метацентричен радиус R е приблизително равен на дължината на съда. Тъй като стойността на надлъжния метацентричен радиус R е многократно по-голяма от напречния r, надлъжната метацентрична височина H на всеки съд е многократно по-голяма от напречната h. следователно, ако корабът има напречна устойчивост, тогава със сигурност е осигурена надлъжна устойчивост.

Фактори, влияещи върху стабилността на кораба, които оказват силно влияние върху стабилността на кораба.

Факторите, които трябва да се вземат предвид при управлението на малка лодка, включват:

• 1. Стабилността на плавателния съд се влияе най-значително от неговата ширина: колкото по-голяма е тя по отношение на дължината, височината и газенето, толкова по-висока е стабилността. По-широк съд има по-изправящ момент.
• 2. Стабилността на малък съд се увеличава, ако формата на потопената част на корпуса се промени при големи ъгли на крен. На това твърдение, например, се основава действието на страничните боларди и калниците от пяна, които при потапяне във вода създават допълнителен възстановяващ момент.
• 3. Стабилността се влошава, ако на кораба има резервоари за гориво с повърхностно огледало отстрани, следователно тези резервоари трябва да имат прегради, монтирани успоредно на централната равнина на кораба, или да бъдат стеснени в горната си част.
• 4. Стабилността се влияе най-силно от поставянето на пътници и товари на кораба, те трябва да бъдат поставени възможно най-ниско. Невъзможно е да се позволи на хора на борда и тяхното произволно движение да седят на малък плавателен съд по време на неговото движение. Товарите трябва да бъдат здраво закрепени, за да се предотврати неочакваното им изместване от обичайните им места.
• 5. При силни ветрове и вълни действието на наклонния момент (особено динамично) е много опасно за плавателния съд, следователно с влошаване метеорологични условияе необходимо да вземете кораба в подслон и да изчакате лошото време. Ако това не е възможно поради значителното разстояние до брега, тогава при бурни условия трябва да се опитате да задържите кораба "поклон към вятъра", изхвърляйки плаващата котва и пускайки двигателя с ниска скорост.

Прекомерната стабилност причинява бързо накланяне и увеличава риска от резонанс. Следователно регистърът задава граници не само за долната, но и за горната граница на стабилност.

За да се повиши стабилността на кораба (увеличаване на възстановителния момент на единица ъгъл на крена), е необходимо да се увеличи метацентричната височина h чрез подходящо поставяне на товари и припаси на кораба (по-тежък товар на дъното и по-лек товар на върха). За същата цел (особено при плаване в баласт - без товар) прибягват до пълнене на баластни резервоари с вода.

Стабилността (стабилността) е една от най-важните мореходни качества на кораба, която е свързана с изключително важни въпроси, свързани с безопасността на корабоплаването. Загубата на стабилност почти винаги означава смъртта на кораба и много често на екипажа. За разлика от промените в други мореходни качества, намаляването на стабилността не се проявява по видим начин и екипажът на кораба по правило не осъзнава непосредствената опасност до последните секунди преди преобръщането. Следователно на изучаването на този раздел от теорията на кораба трябва да се обърне най-голямо внимание.

За да може корабът да плава в дадено равновесно положение спрямо водната повърхност, той трябва не само да удовлетворява условията на равновесие, но и да може да устои на външни сили, които се стремят да го изведат от равновесното положение и след прекратяването на тези сили се връщат в първоначалното си положение. Следователно, балансът на кораба трябва да бъде стабилен, или, с други думи, корабът трябва да има положителна устойчивост.

По този начин стабилността е способността на кораб, изваден от равновесие от външни сили, да се върне в първоначалното си равновесно положение след прекратяване на тези сили.

Стабилността на съда е свързана с неговия баланс, който служи като характеристика на последния. Ако балансът на кораба е стабилен, тогава корабът има положителна стабилност; ако равновесието му е безразлично, тогава корабът има нулева устойчивост и накрая, ако равновесието на кораба е нестабилно, тогава той има отрицателна устойчивост.

Танкер Капитан Ширяев
Източник: fleetphoto.ru

Тази глава ще разгледа напречните наклони на кораба в равнината на средната рамка.

Устойчивостта по време на напречни наклони, т.е. при преобръщане, се нарича напречно. В зависимост от ъгъла на наклона на съда напречната устойчивост се разделя на устойчивост при малки ъгли на наклон (до 10-15 градуса), или така наречената начална устойчивост, и устойчивост при големи ъгли на наклон.

Наклоните на съда възникват под действието на двойка сили; моментът на тази двойка сили, който кара кораба да се върти около надлъжната ос, ще се нарече крен Mcr.

Ако Mcr, приложен към съда, се увеличава постепенно от нула до крайна стойност и не причинява ъглови ускорения и следователно инерционни сили, тогава стабилността с такъв наклон се нарича статична.

Креновият момент, действащ върху съда, моментално води до възникване на ъглово ускорение и инерционни сили. Стабилността, която се проявява с такава склонност, се нарича динамична.

Статичната стабилност се характеризира с възникването на възстановяващ момент, който има тенденция да върне кораба в първоначалното му равновесно положение. Динамичната стабилност се характеризира с работата на този момент от началото до края на неговото действие.

Помислете за равния обем напречен наклон на съда. Ще приемем, че в изходно положение корабът има директно кацане. В този случай опорната сила D' действа в DP и се прилага в точка C - център на размера на кораба (Center of pluyancy-B).

Ориз. един

Да приемем, че корабът под действието на кренящия момент е получил напречен наклон под малък ъгъл θ. Тогава центърът на величината ще се премести от точка C към точка C 1 и опорната сила, перпендикулярна на новата ефективна водна линия B 1 L 1, ще бъде насочена под ъгъл θ спрямо диаметралната равнина. Линиите на действие на първоначалната и новата посока на опорната сила ще се пресичат в точка m. Тази точка на пресичане на линията на действие на опорната сила при безкрайно малък равен обем наклон на плаващ съд се нарича напречен метацентър (метацентър).

Можете да дадете друго определение на метацентъра: центърът на кривината на кривата на изместване на центъра на величината в напречната равнина се нарича напречен метацентър.

Радиусът на кривината на кривата на изместване на центъра на величината в напречната равнина се нарича напречен метацентричен радиус (или малък метацентричен радиус) (Радиус на метацентра). Определя се от разстоянието от напречния метацентър m до центъра на величината C и се обозначава с буквата r.

Напречният метацентричен радиус може да се изчисли по формулата:

т.е. напречният метацентричен радиус е равен на инерционния момент Ix на зоната на водната линия спрямо надлъжната ос, минаваща през центъра на тежестта на тази област, разделен на обемното изместване V, съответстващо на тази ватерлиния.

Условия за стабилност

Да приемем, че плавателният съд, който се намира в пряко равновесно положение и плава по водната линия на ВЛ, в резултат на действието на външния наклонен момент Mkr, се е наклонил така, че началната водна линия на ВЛ с новата активна водна линия B 1 L 1 образува малък ъгъл θ. Поради промяната на формата на частта от корпуса, потопена във вода, разпределението на силите на хидростатичното налягане, действащи върху тази част от корпуса, също ще се промени. Центърът на величината на кораба ще се премести в посоката на въртене и ще се премести от точка C до точка C 1 .

Поддържащата сила D', оставайки непроменена, ще бъде насочена вертикално нагоре, перпендикулярно на новата ефективна водна линия, и нейната линия на действие ще пресича DP в оригиналния напречен метацентър m.

Положението на центъра на тежестта на кораба остава непроменено, а силата на тежестта P ще бъде перпендикулярна на новата водна линия B 1 L 1 . По този начин силите P и D', успоредни една на друга, не лежат на една и съща вертикала и следователно образуват двойка сили с рамо GK, където точка K е основата на перпендикуляра, спуснат от точка G към посока на действие на поддържащата сила.

Двойката сили, образувана от тежестта на кораба и опорната сила, която има тенденция да върне кораба в първоначалното му равновесно положение, се нарича възстановяваща двойка, а моментът на тази двойка се нарича възстановяващ момент Мθ.

Въпросът за стабилността на наклонения кораб се решава от посоката на действие на възстановяващия момент. Ако възстановяващият момент има тенденция да върне кораба в първоначалното му равновесно положение, тогава възстановяващият момент е положителен, стабилността на кораба също е положителна - корабът е стабилен. На фиг. 2 е показано разположението на силите, действащи върху кораба, което съответства на положителен момент на възстановяване. Лесно е да се провери, че такъв момент възниква, ако CG лежи под метацентъра.

Ориз. 2 Ориз. 3

На фиг. 3 е показан обратният случай, когато възстановяващият момент е отрицателен (ЦГ лежи над метацентъра). Той има тенденция да отклонява кораба от равновесното положение още повече, тъй като посоката на неговото действие съвпада с посоката на действие на външния наклонен момент Mkr. В този случай корабът не е стабилен.

Теоретично може да се приеме, че моментът на възстановяване при наклон на кораба е равен на нула, т.е. силата на тежестта на кораба и силата на опора са разположени на една и съща вертикала, както е показано на фиг. 4.

Ориз. 4

Липсата на възстановяващ момент води до факта, че след края на момента на крен корабът остава в наклонено положение, т.е. корабът е в безразлично равновесие.

Така, според взаимното положение на напречния метацентър m и C.T. G може да се съди по знака на възстановяващия момент или, с други думи, по стабилността на кораба. Така че, ако напречният метацентър е над центъра на тежестта (фиг. 2), тогава корабът е стабилен.

Ако напречният метацентър е разположен под центъра на тежестта или съвпада с него (фиг. 3, 4), корабът не е стабилен.

Оттук възниква концепцията за метацентрична височина (Метацентрична височина): напречната метацентрична височина е издигането на напречния метацентър над центъра на тежестта на съда в първоначалното положение на равновесие.

Напречната метацентрична височина (фиг. 2) се определя от разстоянието от центъра на тежестта (точка G) до напречния метацентър (точка m), т.е. отсечката mG. Този сегмент е постоянна стойност, тъй като и C.T. , а напречният метацентър не променят позицията си при ниски наклони. В тази връзка е удобно да се приеме като критерий за първоначална стабилност на съда.

Ако напречният метацентър е над центъра на тежестта на кораба, тогава напречната метацентрична височина се счита за положителна. Тогава условието за стабилност на кораба може да бъде дадено в следната формулировка: корабът е стабилен, ако неговата напречна метацентрична височина е положителна. Такава дефиниция е удобна с това, че позволява да се прецени стабилността на кораба, без да се взема предвид неговият наклон, т.е. при ъгъл на крена, равен на нула, когато изобщо няма възстановяващ момент. За да установим какви данни трябва да са налични, за да получим стойността на напречната метацентрична височина, нека се обърнем към фиг. 5, която показва относителното разположение на центъра на величината C, центъра на тежестта G и напречния метацентър m на съда, който има положителна начална напречна устойчивост.

Ориз. пет

Фигурата показва, че напречната метацентрична височина h може да се определи по една от следните формули:

h = Z C ± r - Z G ;

Напречната метацентрична височина често се определя с помощта на последното уравнение. Приложението на напречния метацентър Zm може да се намери от метацентричната диаграма. Основните трудности при определяне на напречната метацентрична височина на кораба възникват при определяне на приложението на центъра на тежестта ZG, което се определя с помощта на обобщената таблица на натоварването на масите на кораба (въпросът беше разгледан в лекцията -) .

В чуждата литература обозначаването на съответните точки и параметри на стабилност може да изглежда, както е показано по-долу на фиг. 6.

Ориз. 6

• където K е точката на кила;
• B - център на плаваемост;
• G - център на тежестта;
• M - напречен метацентър (метацентър);
• KV - приложение на центъра на величината;
• KG - приложим център на тежестта;
• CM — апликация на напречния метацентър;
• VM - напречен метацентричен радиус (Radius of metacentre);
• BG - издигане на центъра на тежестта над центъра на величината;
• GM - напречна метацентрична височина (Метацентрична височина).

Рамото на статичната стабилност, означено в нашата литература като GK, се обозначава в чуждата литература като GZ.

Препоръчително четене:

Основната характеристика на стабилността е възстановителен момент, което трябва да е достатъчно, за да може корабът да издържи на статично или динамично (внезапно) действие на моменти на крен и подрязване, произтичащи от изместване на товари, под въздействието на вятър, вълни и други причини.

Моментите на наклона (подрязването) и възстановяващите действат в противоположни посоки и са равни в равновесното положение на съда.

Разграничаване странична стабилностсъответстваща на наклона на съда в напречната равнина (рол на съда), и надлъжна стабилност(облицовка на кораба).

Надлъжна стабилност морски корабиочевидно е предвидено и нарушаването му е практически невъзможно, докато поставянето и движението на стоките води до промени в страничната стабилност.

Когато съдът е наклонен, неговият център на величината (CV) ще се движи по определена крива, наречена CV траектория. При малък наклон на кораба (не повече от 12°) се приема, че траекторията на CV съвпада с плоска крива, която може да се счита за дъга с радиус r, центрирана в точка m.

Радиусът r се нарича напречен метацентричен радиус на кораба, а центърът му m - начален метацентър на кораба.

Метацентър - центърът на кривината на траекторията, по който се движи центърът на стойността C в процеса на накланяне на кораба. Ако наклонът се случва в напречната равнина (ролка), метацентърът се нарича напречен или малък, докато наклонът в надлъжната равнина (обрез) - надлъжно, или голямо.

Съответно има напречни (малки) r и надлъжни (големи) R метацентрични радиуси, представляващи радиусите на кривината на траекторията C по време на преобръщане и тримиране.

Разстоянието между началния метацентър t и центъра на тежестта на кораба G се нарича начална метацентрична височина(или просто метацентрична височина) и се обозначава с буквата h. Началната метацентрична височина е мярка за стабилността на кораба.

h = zc + r - zg; h = zm ~ zc; h = r - a,

където a е височината на центъра на тежестта (CG) над CG.

Метацентрична височина (m.h.) - разстоянието между метацентъра и центъра на тежестта на кораба. M.v. е мярка за първоначалната стабилност на плавателния съд, която определя възстановяващите моменти при малки ъгли на крен или трим.
С увеличаване на м.в. стабилността на кораба е подобрена. За положителната стабилност на кораба е необходимо метацентърът да е над CG на кораба. Ако m.v. е отрицателен, т.е. метацентърът е разположен под CG на кораба, силите, действащи върху кораба, образуват по-скоро наклонен, отколкото възстановяващ момент и корабът плава с първоначално преобръщане (отрицателна устойчивост), което не е разрешено.

OG - издигане на центъра на тежестта над кила; OM е издигането на метацентъра над кила;

GM - метацентрична височина; CM е метацентричният радиус;

m е метацентърът; G е центърът на тежестта; C - център на величината

Има три възможни случая на местоположението на метацентъра m спрямо центъра на тежестта G на кораба:

метацентърът m се намира над CG на съда G (h > 0). При малък наклон силите на гравитацията и плаваемостта създават двойка сили, чийто момент има тенденция да върне кораба в първоначалното му равновесно положение;

CG на съда G се намира над метацентъра m (h< 0). В этом случае момент пары сил веса и плавучести будет стремиться увеличить крен судна, что ведет к его опрокидыванию;

CG на кораба G и метацентъра m съвпадат (h = 0). Съдът ще се държи нестабилно, тъй като няма рамо на двойката сили.

Физическият смисъл на метацентъра е, че тази точка служи като граница, до която центърът на тежестта на кораба може да бъде повдигнат, без да се лишава корабът от положителна първоначална стабилност.