§ 29. « Задача о корабле на камне »

Рисунок 50

К задаче о корабле на камне.

Решение задачи по остойчивости судна, севшего на мель, сводится к определению силы реакции камня и координат точки касания. Рассмотрим, что произойдет с судном в таком случае.

При попадании на мель судно полностью меняет свою посадку: изменяется объем погруженной части корпуса, судно приобретает крен и дифферент. Эта ситуация пред-ставлена на рисунке 50. При соприкосновении с любой опорой появляется некая сила, на-зываемая реакцией опоры. Как известно, если тело давит на опору с определенной силой, то и опора с такой же силой действует на тело. В нашем случае можно сказать, что камень как бы принял на себя часть веса судна, то есть судно как будто стало «легче» на величи-ну, равную силе реакции камня R. Координаты точки приложения, то есть точки касания судна с камнем, которого ( x ; у ; 0). Соответственно, величину этой силы можно по-считать, исходя из того, что именно она изменяет водоизмещение, а, следовательно, и среднюю осадку судна.

R = γ ΔV = γ S ΔTср, (142)

где S – площадь действующей ватерлинии в м²,

ΔТср – изменение средней осадки судна в м;

γ – удельный вес воды в т/м³.

Кроме того, сила R создает кренящий и дифферентующий моменты (см. рисунок 50), которые определяются по формулам:

Мкр = R у

Мдиф = R х (143)

Координата z точки касания влияет на величину метацентрической высоты, уменьшая ее. При этом поправка к метацентрической высоте рассчитывается по формуле (112), так как сила реакции камня ведет себя так же, как груз весом R, снятый из точки с координатами ( x ; у ; 0)

или

(144)

Следует отметить, что подобная задача имеет и чисто практическое значение. Так, например, нахождение координат точки касания судна с камнем необходимо для опреде-ления места, с которого надо выгружать грузы из трюма для осмотра днища судна с целью установления степени повреждения и возможности заделки полученной пробоины.

§ 30. Подъем оконечности судна на плаву

На практике приходится обнажать корму с целью осмотра или ремонта винтов или рулей эту операцию можно произвести следующими способами:

1) перемещением грузов на судне с кормы в нос;

2) принятием груза в носовую часть судна;

3) подъемом кормы краном.

Рисунок 51

Подъем кормы судна на плаву

Первые два способа не всегда эффективны. Решение таких задач сводится к реше-нию задачи по изменению остойчивости и посадки судна при перемещении или приеме и снятии груза, которые уже были нами рассмотрены. Третий способ ставит задачу по опре-делению необходимой грузоподъемности крана Q, способного изменить осадку в корме на величину

ΔТк = Тк - Тк'',

а также оценить остойчивость судна после получения им данного дифферента.

Силу Р в этом случае можно рассматривать, как снимаемый груз, а координату xр – как координату центра тяжести снимаемого груза. Подобная задача уже была нами рас-смотрена ранее в § 25.

§ 31. Опыт кренования

Ранее мы рассматривали, как можно рассчитать координаты центра тяжести судна, используя теорему статических моментов (см. § 22). Именно так определяют положение центра тяжести судна при проектировании. Однако в процессе постройки судна возможно некоторое перераспределение весов, что приводит к изменению положения расчетного центра тяжести, что может привести к изменению посадки и остойчивости судна.

Когда судно построено, положение его центра тяжести определяют опытным пу-тем, проводя так называемое опытное кренование. Его проводят также и после ремонта или переоборудования судов, связанного с изменением его нагрузки, например, после замены наружной обшивки, смены двигателей, перемещения механизмов и др.

При проведении опыта кренования необходимо, чтобы нагрузка судна была воз-можно близкой к порожнему весу. Все избыточные или недостающие грузы заносят в спе-циальные ведомости, где указывается их вес и положение на судне. Судно должно быть поставлено в таком месте, где оно будет защищено от ветра, волнения и течения. Для обеспечения свободных наклонений судна с борта на борт трапы и сходни убирают, и судно ставят только на концы, поданные прямо с носа и кормы, причем концы располагаются вдоль ДП судна. Все находящиеся на судне цистерны запрессовывают (заполняют доверху) или осушают.

На судно доставляют крен-балласт, состоящий из чугунных болванок определен-ного веса. Общий вес крен-балласта составляет 0,5-1,5% от водоизмещения судна. крен-балласт располагают четырьмя группами на верхней палубе таким образом, чтобы обес-печить удобный перенос их группами с борта на борт (рисунок 52- а). во время опыта на судне находятся только члены команды и люди, проводящие опыт.

В трюмах судна (рисунок 52-б) оборудуют 2-4 веска´ (отвеса) как можно большей длины. Чтобы весок при крене не колебался, грузик погружают в сосуд с водой или мас-лом. На сосуд перпендикулярно ДП судна кладут гладкую деревянную рейку, на которую накалывают полоску миллиметровки, на ней во время опыта отмечают отклонения веска.

Перед началом опыта следует как можно точнее определить осадку судна и его во-доизмещение.

Суть опыта заключается в том, что при переносе крен-балласта с одного борта на другой судно получает крен. При этом наблюдатели у весков отмечают на рейках положе-ние нити весков при их отклонениях.

Угол крена после каждого перемещения груза определяется по формуле

tg θ = a / l или θ = a / l ,

где a – расстояние по рейке между отсчетами,

l – длина веска от точки подвеса до рейки в первоначальном положении.

Если вес крен-балласта Р, а плечо переноса – ly, то угол крена, определяемый по метацентрической формуле остойчивости, будет равен:

, (145)

а, следовательно,

(146)

При креновании груз переносят несколько раз, и каждый раз определяют метацен-трическую высоту, затем определяют среднее арифметическое значение метацентриче-ской высоты, а затем по ее значению определяют аппликату центра тяжести.

Для определения аппликаты центра тяжести судна используют формулу

h = ρ + zc - zg

откуда

zg = ρ + zc - h

значения метацентрического радиуса ρ и аппликаты центра величины, как известно, мож-но вычислить.

Проведение опыта кренования и обработка результатов значительно упрощается при применении специальных приборов – инклинографов, которые записывают отклоне-ние судна на ленте.

Иногда вместо переноса груза применяют накренение судна перебежкой команды. В этом случае значение метацентрической высоты определяют на основании данных о пе-риоде свободных колебаний судна.