Готовые ответы по ТУСу

Второй случай. Затопление несимметричное относительно ДП, начальная остойчивость положительная (К_Θ > 0), судно плавает с креном Θ₀, вызванным несимметричностью затопления.Задача спрямления поврежденного судна – ликвидация или уменьшение крена, в результате чего может быть существенно увеличен запас остойчивости. Поперечное спрямление обязательно необходимо при угрозе ухода в воду кромки открытой палубы или затопления внутренней палубы через пробоины в надводном борту. Для спрямления судна достаточно приложить спрямляющий момент, величина которого при Θ = 0 должна быть равной кренящему моменту затопленных отсеков m_спр = m₀.

Третий случай. Затопление симметрично относительно ДП, начальная поперечная остойчивость отрицательная. Этот случай может быть при затоплении группы отсеков с образованием больших свободных поверхностей воды и при пустых днищевых цистернах. Прямо положение судна неостойчиво (m₀ = 0, К_Θ < 0), так как плавать при Θ = 0 судно не может. Остойчивое положение равновесия судна в этом случае отвечает крену Θ₀´ на правый борт или крену Θ₀´´ на левый борт. Переход из одного равновесного положения в другое может быть вызван случайными причинами. Задачей спрямления поврежденного судна в данном случае будет восстановление его начальной остойчивости до положительного значения. Восстановление остойчивости – необходимая и достаточная мера ликвидации крена. Спрямление судна приложением к нему поперечных спрямляющих моментов недопустимо, так как может вызвать переваливание судна.

Четвертый случай. Затопление несимметричное относительно ДП, так что ЦТ затопленных объемов смещен в сторону борта, вошедшего в воду. Начальная остойчивость поврежденного судна отрицательная.В этом случае крен судна вызван как наличием отрицательной начальной остойчивости, так и несимметричностью затопления. Если момент от затопленных отсеков m₀ невелик, то для поврежденного судна существуют два остойчивых положения равновесия с углами крена Θ₀´ и Θ₀´´ (как и в третьем случае), первый из которых увеличен под действием момента m_0., а второй – уменьшен по той же причине. Судно в этом случае сохраняет способность к переваливанию, что является признаком наличия отрицательной начальной остойчивости.Задача спрямления та же, что и в предыдущем случае, но метод их решения меняется, так как восстановление остойчивости не приводит к полному спрямлению судна. Оставшийся крен, созданный несимметричностью нагрузки, ликвидируется приложением спрямляющего момента m_спр = m₀. Порядок спрямления может быть изменен и спрямляющий момент m_спр приложен к судну до восстановления начальной остойчивости при условии, что его величина не превысит величины момента m₀. В противном случае при спрямлении возможно переваливание судна на противоположный борт. Отсюда важна достоверность величины m₀.

Пятый случай. Затопление несимметричное относительно ДП со стороны вышедшего из воды борта. Начальная остойчивость отрицательная. Подобный случай может иметь место, когда на судне затоплены широкие высокорасположенные помещения с образованием больших свободных поверхностей воды и дополнительно затоплены отсеки со стороны вышедшего из воды борта (например, при попытке спрямить крен, обусловленный отрицательной начальной остойчивостью судна). Поврежденное судно плавает с начальным креном Θ₀´, обусловленный отрицательной начальной остойчивостью и уменьшенный за счет несимметричности затопления, поскольку момент m₀ действует в сторону, противоположную крену. Особая опасность этого случая в том, что восстановление остойчивости приведет к переваливанию судна без приложения спрямляющих моментов. Спрямление судна в этом случае следует проводить в особой последовательности. Восстановление остойчивости допустимо при выполнении обязательного условия – поддержания у поврежденного судна крена, равного крену до начала восстановления остойчивости Θ₀´. Это обеспечивается намеренным затоплением отсеков на вышедшем из воды борту одновременно с восстановлением остойчивости удалением фильтрационной воды, балластировкой днищевых цистерн и т.п. Для безопасности спрямления достаточно обеспечить равенство m_0б = m₀. Тогда к концу восстановления остойчивости судно будет плавать без крена.

22. Продольное горизонтальное перемещение груза приводит к изменению дифферента судна и поперечной метацентрической высоты. На практике продольные наклонения чаще оценивают величиной дифферента D_f = Ψ⁰ L /57,3, тогда D_f = m l_х L /ΔН, где L – длина судна. Используя момент дифференующий судно на 1 см (входящий в состав грузовой шкалы и КЭТЧ) m_Д = 0,01 γV Н/ L (кН м/см) ; m_Д = 0,01 ΔН/ L = 0,01 ΔR / L (т м/см), так как Н  R получим D_f = m l_х / m_Д (см). Изменение осадок при продольном перемещении груза: δd_н = (0,5L – x_f ) Df/ L, δd_к = – (0,5L + x_f ) Df/ L. Тогда новые осадки судна будут: d_н = d + δd_н = d + (0,5L – x_f ) Df/ L, d_к = d + δd_к = d – (0,5L + x_f ) Df/ L; где x_f – абсцисса оси продольных наклонений.Влияние дифферента на метацентрическую высоту судна подробно рассмотрено

24. Сопротивление трения. Сопротивление трения судна есть результирующая сила, обусловленная касательными напряжениями на смоченной поверхности корпуса, в проекции на направление v скорости судна. При определении сопротивления трения судна, принято разделять на сопротивление трения гидродинамической гладкой поверхности корпуса R_тп и сопротивление, обусловленное его шероховатостью R_ш. R_т = R_тп + R_ш = 0,5 (ζ_тп + ζ_ш) ρv²Ω, где ζ_тп - коэффициент сопротивления трения гидродинамической гладкой поверхности корпуса; ζ_ш - коэффициент шероховатости поверхности корпуса (надбавка на шероховатость). При определении коэффициент ζ_тп принимают, что ζ_тп = ζ_тгп, где -коэффициент учитывающий кривизну корпуса; ζ_тгп- коэффициент сопротивления трения гидродинамической гладкой эквивалентной пластины. Поскольку сопротивление трения обусловлено вязкостью жидкости, коэффициент ζ_тп зависит от числа Рейнольдса. Для турбулентного потока, характерного для движения промысловых судов, коэффициент сопротивления гладкой поверхности корпуса можно подсчитать по формуле Прандтля-Шлихтинга: ζ_тп = 0,455 (lg Re)^-2,58 Число Рейнольдса Re = vL /ν рассчитывается при заданной скорости судна v и коэффициенте кинематической вязкости ν, который может быть принят равным 1,57·10^-6 м²/с для стандартной температуры воды 4⁰ С. Для промысловых судов коэффициент ζ_тп составляет 1,52,3·10^-3. Влияние шероховатости учитывается коэффициентом шероховатости ζ_ш. Различают общую и местную шероховатость поверхности корпуса. Примерно 60% надбавки на шероховатость составляет сопротивление от окраски наружной обшивки; 20% - сопротивление сварных швов;15% - вырезов и ниш и 5% - волнистости на поверхности. После года эксплуатации за счет коррозии корпуса, надбавка на шероховатость увеличивается в 34 раза, что приводит к увеличению сопротивление трения судна на 30%.

25. Сопротивление формы? Сопротивление формы есть составляющая полного сопротивления, которая обусловлена превышением силы суммарного гидродинамического давления на носовую смоченную поверхность корпуса судна по сравнению с кормовой за счет влияния вязкости воды. Причины возникновения и физическая сущность сопротивления формы могут быть объяснены следующим образом. При обтекании судна потоком жидкости давление в ней падает от носа до миделя и нарастает от миделя в корму. В области отрицательного градиента давления, т.е. от носа до миделя, частицы жидкости движутся с положительным ускорением. В области мидель-шпангоута скорость частиц достигает максимального значения, и в потоке устанавливается минимальное давление. Далее, от миделя в корму движение происходит против возрастающего давления, т.е. с отрицательным ускорением. Если бы жидкость была идеальной (невязкой), то переход энергии давления потока в кинетическую энергию и обратный ее переход в энергию давления, совершался без потерь и запаса кинетической энергии частиц хватило бы для преодоления противодавления на пути от миделя в корму и каждая частица достигла бы ахтерштевн. В условиях же реальной жидкости при движении частиц внутри пограничного слоя затрачивается дополнительная энергия на преодоление сил вязкостного трения. У частиц движущихся внутри пограничного слоя вблизи поверхности судна на малых скоростях, мал запас кинетической энергии, который может быть недостаточным для преодоления положительного градиента давления при движении их от миделя в корму. В результате некоторые частицы под действием возрастающего давления могут начать двигаться в обратном направлении, т.е. против набегающего потока. Такой обратный поток оттесняет пограничный слой от поверхности корпуса. Точку А, в которой начинается это оттеснение, называют точкой отрыва пограничного слоя. Отрыв пограничного слоя с образованием вихрей искажает картину обтекания судна в его кормовой части по сравнению с той, которая наблюдалась бы при обтекании идеальной жидкостью. Давление в кормовой части судна уменьшается и, следовательно, появляется результирующая нормального давления, направленная в сторону, противоположную движению судна. Эта результирующая и является сопротивлением формы судна. Суда имеющие хорошо обтекаемую форму, обтекаются потоком без отрыва пограничного слоя и образованием сосредоточенных вихрей. Пограничный слой плавно сходит с кормовой оконечности, превращаясь в гидродинамический след. Сопротивление формы в данном случае обусловлено только потерей части энергии потока на преодоление сил вязкости в пограничном слое. Снижение сопротивления формы судов достигают путем уменьшения коэффициента общей полноты, улучшая плавность обводов и отрабатывая форму кормовой оконечности. Основным способом определения сопротивления формы являются испытания модели судна в опытовом бассейне.

26. Волновое сопротивление при движении судна? На поверхности воды возникают волны, которые являются причиной появления волнового сопротивления. Возникновение волн обусловлено в основном весомостью воды и мало зависит от ее вязкости. Из рассмотрения характера распределения гидродинамических давлений по длине корпуса при движении судна видно, что давление в оконечностях выше, чем давление в невозмущенной области, а в средней части - ниже. Это является причиной деформации свободной поверхности воды, так как давление на ней всегда равно атмосферному. В районе носа и кормы повышенное давление вызывает местное повышение уровня воды, а пониженное давление в средней части корпуса - понижение его. Такая деформация дает начало колебаниям воды под действием сил тяжести, которые наблюдаются в виде судовых волн двух групп - носовой и кормовой. Каждая из этих групп разделяется в свою очередь на две системы волн - расходящихся (с короткими гребнями) и поперечных (рис.95). Гребни расходящихся волн носовой и кормовой групп располагаются по обоим бортам судна в эшелонном порядке, и если соединить их середины, то получаются практически прямые линии, направленные под углом α = 1820⁰ к ДП судна. Каждый гребень расходящихся волн составляет с ДП угол β = 2α. Поперечные волны располагаются между расходящимися волнами по нормали к ДП судна. Носовая поперечная волна возникает несколько позади форштевня и начинается с вершины. Кормовая поперечная волна возникает в районе кормовой оконечности судна и начинается с впадины. Длина гребня каждой последующей поперечной волны больше, чем предыдущей, а высоты волн соответственно уменьшаются. Носовая группа волн обладает большей интенсивностью - уровень воды в носовой оконечности судна поднимается на большую высоту и этот подъем распределяется на большей площади, чем в кормовой оконечности. Длина поперечной волны (расстояние между соседними гребнями) зависит от скорости судна и определяется по формуле:λ = 0,64v²,где v - скорость судна, м/с. Для достижения благоприятной интерференции волн на скорости полного хода на некоторых судах сужают носовые обводы в районе ватерлинии с одновременным вытягиванием вперед в виде бульба погруженной части оконечности. Волновое сопротивление определяется по формулеR_в = 0,5 ζ_в ρv²Ω, где ζ_в - коэффициент волнового сопротивления. В результате модельных испытаний проводимых в опытовом бассейне определяется коэффициент ζ_в обычно в совокупности с коэффициентом сопротивления формы ζ_ф. Коэффициент волнового сопротивления зависит от числа Фруда Fr = v

27. Влияние условий плавания на остойчивость судна? Статическое и динамическое давление ветра. Давление ветра на судно распределяется неравномерно и зависит от высоты расположения данной части судна над уровнем моря, степени ее обтекаемости и направления ветра по отношению к судну. На практике, принято считать, что давление ветра приводится к одной равнодействующей силе Р_v = 0,0001 р_v А_v, где р_v – давление ветра, Па; А_v – площадь парусности судна, м². Давление ветра принимают по таблице приводимой в Правилах Регистра, в зависимости от категории судна (ограниченного или неограниченного плавания) и возвышения центра парусности (ЦП), т.е. центра тяжести площади А_v над уровнем ватерлинии z. Под площадью парусности понимают площадь проекции надводной части судна на диаметральную плоскость в прямом положении. Статическое давление ветра вызывает дрейф судна, т.е. его движение в направлении, перпендикулярном ДП, с некоторой скорость V. При этом возникающие силы сопротивления воды R, с некоторым приближением можно считать, приложенным на половине осадки судна. В таком случае при статическом давлении ветра кренящий момент равен: m _кр.ст. = 0,0001 р_v А_v (z_п – d/2), или m _кр.ст. = 0,0001 р_v А_v (z + d/2), где z_п – аппликата центра парусности судна над основной плоскостью. При динамическом давлении ветра, когда при налетевшем шквале сила давления ветра Р_v прикладывается к судну практически мгновенно, силы сопротивления воды еще не успевают развиться. Поступательному перемещению судна препятствуют силы инерции самого судна Р_ин.с, равнодействующая которых приложена в ЦТ судна, и сила инерции присоединенной массы воды Р_ин.в, которую судно увлекает за собой.

Можно считать, что точка приложения равнодействующих инерционных сил Р_ин находится на уровне ватерлинии, поэтому кренящий момент от динамического приложенного давления ветра может быть найден по формуле m _кр.дин. = 0,0001 р_v А_v z . Углы крена Θ_ст и Θ_дин при действии статических или динамических кренящих моментов определяется при помощи диаграммы статической остойчивости. Обледенение судов. Для судов, плавающих в зимних сезонных зонах, установленных Правилами Регистра СССР о грузовой марке, учитывают возможность обледенения, влияние которого равносильно приему высоко расположенного груза, увеличивающего водоизмещение, аппликату ЦТ и площадь парусности и ухудшающего остойчивость. Особенно опасно асимметричное обледенение, создающее кренящий момент, действие которого в условиях пониженной остойчивости может приводить к возникновению значительных углов крена. Малые суда обмерзают сильнее, чем крупные, что объясняется большей заливаемостью и забрызгиванием их при шторме, а также более крупными относительными размерами такелажа, рангоута, комингсов люков и других надводных частей судна. Помимо этого, верхние участки корпуса малых судов обмерзают интенсивнее соответствующих участков крупных судов, что приводит к неблагоприятному распределению ледовой нагрузки. Таким образом, даже при одинаковой скорости обмерзания, обледенение тем опаснее, чем меньше судно. Статистика гибели судов от обледенения включает главным образом сравнительно небольшие промысловые суда, поэтому эксплуатация малых судов (длиной менее 20 м) в условиях возможного обледенения, как правило, не допускается.

Для судов, плавающих севернее параллели 66,3⁰ N и южнее параллели 60⁰S, а также в Беринговом и Охотском морях, в Татарском проливе, Правила Регистра устанавливают расчетные нормы обледенения. Масса льда на квадратном метре площади общей горизонтальной проекции открытых палуб, включающих сумму горизонтальных проекций всех открытых палуб и переходов независимо от наличия навесов, принимают равным 30 кг. Момент по высоте горизонтальной нагрузки определяют по возвышениям ЦТ соответствующих участков палуб и переходов. Масса льда на квадратный метр площади парусности - 15 кг. Для судов, плавающих в зимнее время в остальных районах зимней сезонной зоны, нормы обледенения принимают вдвое меньшими.Диаграмма статической остойчивости, построенная с учетом обледенения, должна отвечать следующим требованиям: угол заката должен быть не менее 55⁰, максимальное плечо статической остойчивости для ограниченного района плавания – не менее 0,2 м. При крене не менее 25⁰.

28. Изменение посадки при приеме или расходовании “малого груза”. При приеме малого груза (массой m), происходит увеличение водоизмещения судна на величину ρdv. Считаем, что судно прямобортное и поэтому в процессе приема меняется средняя осадка dd, а площадь действующей ватерлинии S не изменяется. Δ = ρdv, т.к. dv = dd·S, Получим формулу изменения средней осадки: dd = m / ρS (м), где: S – площадь ватерлинии находят по кривой S(d) входящей в КЭТЧ (кривые элементов теоретического чертежа). При расходовании груза перед m ставится знак минус. В грузовой шкале (рис.23.), а также в кривых элементов теоретического чертежа приведены значения q_см (d) = 0,01 ρS (число тонн на 1 см осадки) и моментов дифферентующий на 1 см (m_Д), при помощи которых можно быстро определить изменение средней осадки и дифферента: dd = m /q_см (см). Использование данной формулы при приеме (расходовании) большого груза, за исключением судов с α = 1, не обеспечивает необходимую точность расчета, т.к. q_см и S меняется в зависимости от осадки судна. Изменение осадок при приеме “малого груза” массой m с абсциссой х определяют по моменту дифферентующему на 1 см, m_Д: dD_f = m (х –x_f)/100 m_Д; δd_н = δd +(0,5L – x_f ) dDf/ L; δd_к = δd – (0,5L + x_f ) dDf/ L.

29. Динамическая остойчивость судна?Динамической остойчивостью называется способность судна противостоять, не опрокидываясь, динамическому воздействию внешних моментов. До сих пор при рассмотрении вопросов остойчивости предполагалось, что кренящий момент действует на судно статически, т.е. кренящий момент m_кр был равен восстанавливающему моменту m_Θ. Это могло быть: 1) либо при столь медленном нарастании m_кр, что в любой момент осуществлялось равенство m_кр = m_Θ; 2) либо в положении судна, когда с момента m_кр приложения прошло достаточно много времени. В действительности во многих случаях кренящий момент прикладывается к судну динамически (накат волны, шквальный ветер и т.п.). В этих случаях нарастание кренящего момента происходит быстрее, чем восстанавливающий момент и равенство между моментами не соблюдается. В результате процесс наклонения судна совершается с ускорением. Наибольший угол крена, которого достигает судно при наклонении с ускорением, называется динамическим углом крена Θ_дин. Величина Θ_дин значительно превышает величину статического угла крена Θ_с (при m_кр.дин = m_кр.ст). Возможен случай, когда при значительном угловом ускорении величина Θ_дин окажется настолько большой, что судно опрокинется (при неопасном для судна статическом приложении равного по величине m_кр). В теории судна при изучении динамических наклонений обычно делается допущение, что вода и воздух не оказывают сопротивления такому наклонению; это допущение привод к погрешности в безопасную сторону.

30. Ходкость судна. Составляющие полного сопротивления судна. Относительная скорость? Способность судна перемещаться с заданной скоростью под действием приложенной к нему движущей силы, создаваемой судовыми движителями или внешней тягой, называется ходкостью. Ходкость обеспечивается судовой энергетической установкой и движителем, создающими силу тяги, которая передается на корпус и преодолевает сопротивление движению судна. Судовой движитель - устройство, преобразующее работу двигателя (или естественного источника энергии) в движение транспортного средства. При проектировании судна стремятся получить заданную скорость хода при наименьшей затрате мощности двигателей за счет выбора оптимальных характеристик корпуса и движителей. С точки зрения ходкости основной интерес представляет прямолинейное движение судна с постоянной скоростью v. Чтобы обеспечить такое движение, сила тяги судового движителя Р_е должна быть равна по величине и противоположная по направления силе буксировочного сопротивления R движению судна:Р_е = R, или Р_е v = R v. Полезная мощность, развиваемая движителем называется буксировочной мощностью N_б (EPS), затрачивается на преодоление сопротивления R:N_б = R v (кВт). Мощность, которую необходимо подвести от двигателя к судовому движителю для создания им требуемой тяги, называется валовой мощностью или мощностью на гребном валу N_р:N_р = N_б/η_д, где η_д - пропульсивный коэффициент движителя, который равен произведению коэффициента полезного действия движителя - η_р на коэффициент влияния корпуса η_к (§11.7.4.), зависящий от формы кормовых обводов, расположения гребного винта и ряда других факторов. Для современных судов: η_р = 0,50 0,75, η_к = 0,951,10. Мощность, вырабатываемая главным двигателем, определяется по формуле N_е:N_е = N_б/η_д η_в η_п = N_б/η, где η_в- коэффициент полезного действия валопровода (0,950,99); η_п - коэффициент полезного действия передачи (редуктора, гидромуфты и т.п.), η_п = 0,940,98; η - пропульсивный коэффициент судна. Чем выше пропульсивные качества судна, тем меньше требуется мощность двигателя для обеспечения заданной скорости хода, тем совершеннее судно с точки зрения ходкости. Для приближенной оценки мощности двигателя, необходимого для обеспечения заданной скорости, можно использовать формулу адмиралтейских коэффициентов:N_е = Δ^2/3v³ / С_е, где Δ - водоизмещение (масса) судна; v - скорость судна (уз); С_е - адмиралтейский коэффициент. Значение С_е определяется по известным величинам N_е и v близких по размерам однотипных судов. Обычно у морских промысловых судов С_е = 350540.

31.Воздушное сопротивление и сопротивление выступающих частей? Выступающими частями называются детали, которые выходят за пределы плавных очертаний смоченной поверхности корпуса судна. К ним относят гребные валы с кронштейнами, вертикальные и скуловые кили, шахты лага и эхолота и т.п. Судовые движители к выступающим частям не относятся, поскольку их сопротивление учитывается при расчете создаваемого ими упора. Сопротивление выступающих частей считают вязкостным, полагая, что они расположены достаточно глубоко под водой, и волновым сопротивлением их можно пренебречь. Сопротивление выступающих частей определяют по формуле: R_вч = 0,5 ζ_вч ρv²Ω.Воздушное сопротивлениеПри обтекании потоком воздуха надводной части судна возникает аэродинамическая сила R_а. Проекция этой силы на направление движения судна представляет собой воздушное сопротивление R_возд , которое определяется по формуле: R_возд = 0,5 ζ_возд ρ_в v_в²S, где ζ_возд - коэффициент воздушного сопротивления; ρ_в - плотность воздуха; S- площадь проекции надводной части судна на плоскость мидель-шпангоута; v_в- скорость обтекания воздухом надводной части судна. В случае движения судна при ветре скорость подсчитывается по формуле: v_в = , в которой: - скорость ветра, определяемая по шкале Бофорта - скорость судна; - угол между направлением ветра и диаметральной плоскостью судна. Коэффициент воздушного сопротивления, определяемый по результатам продувки моделей судов в аэродинамических трубах, практически не зависит от скорости воздушного потока. Основное влияние на него оказывают форма надводной части судна, расположение надстроек, рубок, судовых устройств и палубного оборудования. Коэффициент воздушного сопротивления при углах более 90⁰ принимает отрицательное значение, т.е. R_возд совпадает с направлением движения судна. Однако даже при попутном ветре (свыше 56 баллов) скорость судна снижается из-за возрастания сопротивления на волнении, которое происходит вследствие ухудшения обтекаемости корпуса судна при качке, отражения волн от корпуса и взаимодействия набегающих волн и создаваемых судном. При встречном ветре коэффициент воздушного сопротивления промысловых судов ζ_возд = 0,71,1. В сравнительно тихую погоду воздушное сопротивление составляет 1,53,0% полного, при ветре в 45 баллов оно может достигать 1015%, а при сильном шторме - 3040%.

33.Для обеспечения движения судна необходимо приложить к его корпусу движущую силу - силу тяги, равную по величине и противоположную по направлению силе сопротивления среды (воды и воздуха). Для преобразования энергии двигателей в энергию поступательного движения судна используют специальные механизмы, называемые движителями. Самым распространенным судовым движителем является гребной винт. Это объясняется простотой конструкции гребного винта, малым весом, надежностью и высоким КПД. . Гребные винты располагаются обычно в корме и только у некоторых специальных типов судов (ледоколов и паромов челночного типа) - в носу.