11) Равнообъемные наклонения

• Равнообъемные наклонения – такие, при которых величина погруженного объема судна не меняется.

• При равнообъемных наклонениях изменяется только форма погруженного объема, но не его величина.

• Произвольное наклонение судна - это равнообъемное наклонение и вертикально-поступательное перемещение

Две формулировки теоремы Эйлера

Бесконечно близкие равнообъемные ватерлинии пересекаются по оси, проходящей через их общий центр тяжести.

- Ось бесконечно малого равнообъемного наклонения проходит через центр тяжести площади ватерлинии.

• Теорема Эйлера выполняется для бесконечно малых наклонений, приближенно она верна и для небольших конечных наклонений

• Теорема Эйлера используется в практических задачах уточнения посадки и определения ЭПО судна, сидящего с дифферентом

Нормаль к кривой С перпендикулярна плоскости соответствующей ватерлинии и совпадает с направлением действия силы плавучести.;

5. Кривые с, соответствующие меньшим водоизмещениям, охватывают кривые с, соответствующие большим водоизмещениям;

12.Метацентром называется центр кривизны кривой С;

Метацентрическим радиусом называется радиус кривизны кривой С;

Метацентр - это точка пересечения линий действия сил плавучести при бесконечномалых равнообъемных наклонениях

Метацентр m и метацентрический радиус r при поперечных наклонениях

Метацентр M и метацентрический радиус R при продольных наклонениях

Поперечные и продольные наклонения

Поперечным наклонениям отвечает поперечный метацентр m и поперечный метацентрический радиус

Продольным наклонениям отвечает продольный метацентр М и продольный метацентрический радиус

I_x и I_yf - поперечный и продольный моменты инерции площади ватерлинии

I_x определяется формой ватерлинии: чем шире ватерлиния, тем он больше

I_yf – наибольший, а I_x - наименьший из всех моментов инерции ватерлинии

Метацентрические радиусы

R – наибольший метацентрический радиус

r – наименьший метацентрический радиус

У обычных грузовых судов r имеет порядок метров, а R – сотен метров

Метацентрические высоты

Метацентрической высотой называется возвышение метацентра над центром тяжести судна в положении равновесия

Поперечным наклонениям соответствует поперечная метацентрическая высота h

Продольным наклонениям соответствует продольная МЦВ H

Поперечная метацентрическая высота h иначе называется малой МЦВ, продольная H – большой МЦВ

H для грузовых судов имеет порядок сотен метров (200-300, до 500м и более)

h для грузовых судов в полном грузу имеет порядок 1,0 – 3 м.; для наливных судов – 3 и более (до 10-13 м).

h = z_m – z_g = z_c + r – z_g = r – a;

H = z_M – z_g = z_c + R – z_g = R – a;

a – это возвышение центра тяжести над центром величины. Порядок величины a – у судов средних и крупных размеров – несколько метров.

Для обычных судов H и R близки по величине

13.Восстанавливающие моменты

Восстанавливающим моментом называют момент сил тяжести и плавучести, возникающий при наклонении судна

Если судно остойчиво, этот момент препятствует наклонению и стремится вернуть судно в исходное положение

У неостойчивого судна восстанавливающий момент действует в сторону наклонения

Знак восстанавливающего момента совпадает со знаком угла наклонения, если момент препятствует наклонению

Иначе: у остойчивого судна поперечный восстанавливающий момент при наклонении на ПБ имеет знак «+», на ЛБ – знак «-».

Плечо статической остойчивости – это расстояние между линиями действия сил тяжести и плавучести судна

Плечо статической остойчивости – это плечо восстанавливающего момента

Поперечным наклонениям отвечает плечо поперечной остойчивости l_q, продольным наклонениям – плечо продольной остойчивости l_y

m_q = Pl_q,

l_q = h sinq

Отсюда:

m_q = Ph sinq

Метацентрические формулы статической остойчивости

Для небольших углов наклонения sinq=q и siny = y. Тогда:

l_q = h q

l_y = H y

m_q = Ph q

M_y = PHy

Формулы называются метацентрическими формулами статической остойчивости

Метацентрические формулы – это линейные соотношения, связывающие восстанавливающие моменты и плечи статической остойчивости с углами наклонения.

Значения углов в метацентрических формулах подставляют в безразмерных единицах – радианах (1 рад = 57,3°)

Пределы применимости метацентрических формул

С ростом угла наклонения точность метацентрических формул убывает.

Формулы можно использовать при углах наклонения, не превышающих значений:

|q|< 10° и |y|< 1,5°

При этом в воду не должна войти палуба или оголиться скула или кормовой подзор

14. Наклонения судна

Внешнее воздействие, вызывающее наклонения судна – это ветер, перемещение груза и т.п.

Внешний момент, наклоняющий судно, может быть представлен в виде двух составляющих:

Кренящий момент, наклоняющий судно в поперечной плоскости m_кр

Дифферентующий момент, действующий в продольной плоскости М_диф

Кренящий момент m_кр >o, если он действует в сторону ПБ

Дифферентующий момент М_диф >o, если он действует в сторону носовой оконечности

Равновесное положение судна

Наклонению судна, происходящему под воздействием кренящего момента, препятствует поперечный восстанавливающий момент, увеличивающийся с ростом угла крена

Судно перестанет наклоняться, когда восстанавливающий момент станет равен кренящему моменту.

m_q = m_кр - это уравнение равновесия накрененного судна.

Уравнение равновесия для продольных наклонений: M_y = M_диф

Если в эти уравнения подставить m_q и M_y в соответствии с метацентрическими формулами, можно определить равновесные углы крена и дифферента судна

Использование метацентрических формул

Phq = m_кр, отсюда:

q_р = m_кр/(Ph)

(2.2)

q_р = 57,3° m_кр/(Ph)

Для продольных наклонений:

y_р = M_диф/(PH)

(2.3)

y _р = 57,3° M_диф /(PH)

Формулами (2.2) и (2.3) широко пользуются в расчетах посадки судна.

Формулы можно применять только при положительной начальной остойчивости судна

Пределы применения этих формул те же, что и для метацентрических формул.

15. Остойчивость веса и формы

Восстанавливающий момент можно представить состоящим из двух составляющих.

Как будет показано далее, одна из этих составляющих зависит от расположения ЦТ и ЦВ судна до наклонения

Вторая составляющая зависит только от смещения ЦВ при наклонении судна

l_вq= -a sinq

l_фq= r sinq

m_вq= -Pa sinq

m_фq= Pr sinq

Моменты остойчивости формы и веса

m_вq называют моментом остойчивости веса, а плечо l_q - плечом остойчивости веса

Момент остойчивости веса всегда отрицателен (у судов ЦТ лежит выше, чем ЦВ)

Чем больше ЦТ судна возвышается над ЦВ погруженного объема, тем меньше остойчивость судна

m_фq зависит от смещения ЦТ судна при наклонении.

Смещение ЦВ судна при равнообъемных наклонениях происходит вследствие изменения формы погруженного объема.

Момент m_фq называют моментом остойчивости формы.

Тогда m_фq= gI_x sinq

Для продольных наклонений :

l_вy= -a sinq l_фy= r sinq

M_вy= -Pa sinq M_фy= Pr sinq

С учетом малости углов q и y:

l_вy= -a q l_фy= r q

M_вy= -Pa q M_фy= Pr q

16. Условие статической остойчивости судна

В данном положении равновесия судно остойчиво, если соответствующая этому положению поперечная метацентрическая высота положительна h > 0

Иначе говоря, судно остойчиво, если его поперечный метацентр лежит выше центра тяжести

Меры начальной остойчивости

Меры начальной остойчивости – это ее численные характеристики

Меры начальной остойчивости:

Абсолютные – зависящие от величины водоизмещения;

Относительные, не зависящие от величины водоизмещения

Абсолютные меры начальной остойчивости

Коэффициенты статической остойчивости – это начальные производные от восстанавливающих моментов по углам наклонения

Моменты, кренящие судно на 1° и дифферентующие судно на 1 см:

Смысл этих величин в следующем: это восстанавливающие моменты, соответствующие крену судна в 1° и дифференту в 1см.

Относительные меры начальной остойчивости

Для получения относительных мер начальной остойчивости нужно отнести коэффициенты статической остойчивости к силе тяжести судна

Выполнение этого действия приводит к метацентрическим высотам:

Метацентрические высоты – меры начальной остойчивости

Если у двух судов k₁ = k₂, при воздействии одинаковых кренящих моментов они приобретут одинаковые углы крена q₁ = q₂

Если у двух судов h₁ = h₂, они приобретут одинаковые углы крена q₁ = q₂ при воздействии кренящих моментов, пропорциональных их водоизмещениям

17. Большие наклонения – это наклонения, при которых метацентрические формулы дают неверные значения величин восстанавливающих моментов

Для определения истинных значений восстанавливающих моментов и плеч статической остойчивости необходимо использовать точные формулы

Расчеты выполняются на компьютерах с использованием специальных программ и данных об ординатах теоретического чертежа судна

Результаты представляются в виде диаграмм статической остойчивости (ДСО)

Диаграмма статической

остойчивости (ДСО)

ДСО судна, соответствующая наклонениям

на оба борта

Диаграмма поперечной статической остойчивости симметрична относительно начала координат, если судно сидит без крена

В морской практике поперечную ДСО изображают в виде одной ее ветви, соответствующей наклонению на ПБ

Для практических целей используют ДСО в масштабе плеч l_q(q)

Для целей анализа остойчивости судна иногда удобнее использовать ДСО в масштабе восстанавливающих моментов m_q(q)

Диаграмма поперечной статической

Остойчивости

Общие характеристики ДСО

• q_m – угол максимума ДСО;

• q_з – угол заката ДСО;

• l_qm (m_qm) – максимальное плечо статической остойчивости максимальный восстанавливающий момент).

l_qm и m_qm называют запасом статической остойчивости судна.

• У грузовых судов в полном грузу углы максимума и заката поперечной ДСО лежат в пределах:

  • |q_m| = 25¸50^°;

  • |q_з| = 60¸100^°

• Угол максимума ДСО обычно близок к углу входа в воду кромки верхней палубы при наклонении.

18. Связь ДСО с мерами начальной остойчивости

• Меры начальной остойчивости:

• Производная функции равна тангенсу угла наклона касательной к графику функции (в нашем случае в точке q=0)

• Метацентрическая высота h равна тангенсу угла наклона касательной к ДСО в масштабе плеч g₁ в точке q=0;

• Коэффициент статической остойчивости k равен тангенсу угла наклона касательной к ДСО в масштабе моментов g₂ в точке q=0.

h = m_h tgg₁; k = m_k tgg₂

m_h [м/град] и m_k [кН м/град] - масштабные коэффициенты (пояснения – см. учебник «Статика судна», 2009г.)

Связь ДСО с метацентрическими формулами

• Уравнение начальной касательной к ДСО – это уравнение прямой линии, проходящей через начало координат

• В общем виде такое уравнение имеет вид:

F(x) = K·x,

где х – независимая переменная, K = tgx.

• Уравнения начальных касательных к ДСО имеют вид:

l_q = h q и m_q = k q

Но это - уже известные метацентрические формулы статической остойчивости

Вывод: Начальные касательные к ДСО изображают метацентрические формулы статической остойчивости

19. Определение равновесных положений судна

• По действием кренящего момента m_кр судно наклонится, заняв новое равновесное положение.

• Кренящий момент уравновесится восстанавливающим: m_кр = m_q

• Для определения равновесного положения нужно на ДСО нанести график кренящего момента m_кр(q)

• Точки пересечения ДСО с этим графиком дадут значения равновесных углов крена q_р

Уравнению m_кр = m_q удовлетворяют

два угла крена: q_р' и q_р''

Означает ли это, что:

1.При воздействии на судно статического кренящего момента, судно приобретает сразу два равновесных положения?

Ответ: Да!

2. Судно может плавать неограниченно долго, имея любой из этих равновесных углов крена?

Ответ: Нет!

Необходимо исследовать остойчивость судна в каждом из равновесных углов крена

Пределы статической остойчивости

Выводы

При действии на судно постоянных или мало меняющихся кренящих моментов остойчивые положения возможны только при углах, не превышающих угла максимума ДСО q_m

Кратковременные наклонения судно может выдержать до углов, не превышающих угла заката ДСО q_з

Максимальный восстанавливающий момент m_qm равен величине предельного постоянного кренящего момента, который может выдержать судно.

Поэтому его называют «Запас статической остойчивости»

Угол максимума ДСО близок к углу входа в воду кромки верхней палубы судна

При небольших осадках угол q_з примерно соответствует углу оголения скулы судна при крене.

Уход в воду кромки верхней палубы судна или оголение скулы при крене – это признаки возможной близкой потери остойчивости судном, что очень опасно.

Наибольший допустимый крен судна на практике – меньший из двух: угол ухода в воду кромки ВП, либо угол заливания водой внутренних помещений судна

Сохранение непроницаемости надводного борта судна необходимо не только для поддержания запаса плавучести, но и запаса статической остойчивости .

20. Динамическое наклонение – это наклонение, происходящее с заметной угловой скоростью, которой нельзя пренебречь

Примеры динамических наклонений:

Порыв шквального ветра;

Рывок буксирного троса;

Воздействие на судно одиночной волны

Основные определения:

Динамический кренящий момент m_{кр д} – это внешний момент, действующий кратковременно

Динамический угол крена q_д – это наибольший угол крена, которого достигнет судно при воздействии m_{кр д}

Динамическая остойчивость – это способность судна выдерживать, не опрокидываясь, динамическое воздействие m_{кр д}

Динамическое наклонение:

Под действием момента m_крд и препятствующего ему восстанавливающего момента m_q судно наклоняется, при этом его угловая скорость сначала увеличивается, затем уменьшается.

При достижении креном величины q_д, судно останавливается: угловая скорость равна нулю

• При достижении креном величины q_д кинетическая энергия судна (КЭ) равна нулю:

• При q = q_д КЭ = 0

• Кинетическая энергия накапливается за счет работы, совершаемой динамическим кренящим m_крд и восстанавливающим m_q моментами

• При достижении судном угла динамического крена работа кренящего момента, совершенная над судном, становится равной работе восстанавливающего момента:

A_q = U_q

• Это условие используется для определения величины угла динамического крена

Выводы::

1. Динамические наклонения всегда опаснее статических: q_д > q_ст

2. Как правило, q_д > 2 q_ст. В упрощенных оценках часто полагают q_д = 2 q_ст

3. Динамический момент m_крд может привести судно к гибели, наклонение же судна под действием m_крст = m_крд не создаст опасности гибели

4. Площадь, ограниченная ДСО и осью углов, характеризует способность судна выдерживать динамические наклонения

5. Запас динамической остойчивости судна – это вся площадь, ограниченная ДСО и осью углов в пределах от q=0 до q=q_з

32 Влияние жидкого груза на остойчивость рассматривается только при наличии свободной поверхности груза (частичном заполнении объема)

Приращение восстанавливающего момента:

dm_qж = М(g_жdv' , g_жdv'')

Момент действует в сторону наклонения,

уменьшая остойчивость судна

m_qф = gI_x q

dm_qж = -g_жi_x q

I_x – момент инерции площади ватерлинии;

i_x – момент инерции площади свободной поверхности жидкости.

Влияние на посадку и остойчивость нескольких жидких грузов

Цистерны с жидким грузом, не сообщающиеся между собой

• Переливание жидкости в каждой из них происходит независимо друг от друга

• Изменения мер остойчивости определятся, как суммы соответствующих поправок, найденные для каждой цистерны отдельно

• Влияние на остойчивость сообщения между цистернами Количество переливающейся жидкости между сообщающимися бортовыми цистернами при наклонении судна возрастает

Возрастают и потери остойчивости, причем, тем больше, чем дальше друг от друга расположены цистерны.

Действенное и недейственное влияние жидкого груза на остойчивость

• Влияние переливающегося жидкого груза на остойчивость судна может быть недейственным:

  • Если цистерна заполнена менее, чем на 5% своего объема

  • Если цистерна заполнена более, чем на 95% своего объема

• Действенное влияние переливания жидких грузов на остойчивость приводит к существенному уменьшению как начальной остойчивости, так и остойчивости на больших наклонениях

• При недейственном влиянии заметно уменьшается только начальная остойчивость

31.Нейтральные плоскости мер начальной остойчивости

• Нейтральные плоскости – это горизонтальные плоскости, прием – снятие груза в которых не изменяет соответствующей меры начальной остойчивости

• Прием груза выше НП меру остойчивости уменьшает, ниже НП – увеличивает

• При снятии груза - наоборот

Уравнения нейтральных плоскостей:

Положив dd/2 = 0 (груз мал), получим уравнения предельных нейтральных плоскостей (ПНП):

• Прием груза ниже ПНП_h увеличивает h

• Прием груза выше ПНП_h уменьшает h

• Снятие груза - изменения h противоположны

• Любой прием груза уменьшает H

• Любое снятие груза увеличивает H

1.h уменьшилась, H уменьшилась

2.h увеличилась, H уменьшилась

3.h увеличилась, H увеличилась

4.h уменьшилась, H увеличилась

30Расчет посадки и остойчивости судна по его нагрузке

Постановка задачи

• Изменение нагрузки судна произошло вследствие приема грузов и судовых запасов

• Расчет нагрузки: определение D, x_g, y_g, z_g выполняется в процессе составления грузового плана

• Прежде, чем грузовой план будет утвержден, рассчитываются ожидаемые параметры посадки и остойчивости.

Порядок расчета

• Параметры нагрузки D, x_g, y_g, z_g рассчитаны

• Рассчитываются меры статической и динамической остойчивости: h, H, ДСО и ДДО

• Рассчитываются параметры посадки судна: d_н, d_к, d_н – d_к, y, q.

Выполнение расчета в судовых условиях

1. Вручную, с использованием судовой документации, либо

2. Бортовым компьютером с установленной на нем одобренной классификационным обществом программой расчета

• Наличие компьютера не освобождает судоводителя от необходимости уметь выполнять расчет вручную

Приращение средней осадки определяется:

1. С помощью «Грузового размера» - точно;

2. Приближенно по соотношениям:

q – число тонн на см. осадки

m – масса принимаемого груза

d₀ – исходная осадка (до приема груза)

Расчет мер остойчивости

1. В кривые элементов ТЧ (гидростатические кривые) войти с осадкой d и определить:

z_m, z_c, R, x_c, x_f

2. Рассчитать:

h = z_m – z_g; H = z_c +R – z_g

3. Воспользоваться пантокаренами, либо универсальной ДСО и построить ДСО и ДДО судна

Расчет угла дифферента

• Продольный восстанавливающий момент:

M_y = DgH y

• Приравняв восстанавливающий момент дифферентующему, получим:

Расчет параметров посадки

• Осадки носом и кормой:

• Дифферент = d_н - d_к

• Угол крена определяется с помощью ДСО, на которую наносится график плеча кренящего момента l_кр = y_g

• П риближенно угол крена определяется с помощью метацентрической формулы

29. Поперечно – горизонтальное перемещение груза

• Груз массой m перемещен в поперечном направлении на расстояние dy_p = y_p2 – y_p1

- y_p1 – ордината ЦТ груза перед перемещением

- y_p2 - ордината ЦТ груза после перемещения

• Такое перемещение создаст кренящий момент:

m_кр = mg (y_p2 – y_p1)

• Судно начнет крениться до тех пор, пока восстанавливающий момент m_q не станет равен кренящему

• Из уравнения m_q = m_кр определяется равновесный угол крена

• При углах крена, не превышающих 10 -12^°, можно воспользоваться метацентрической формулой для m_q:

m_q = g D q

Из уравнения m_q = m_кр :

• Если ожидаемый угол крена велик, либо остойчивость судна невысока, для определения угла нужно воспользоваться ДСО:

  • Построить ДСО, пользуясь пантокаренами либо универсальной ДСО

  • Нанести на ДСО график кренящего момента

  • Точка пересечения даст искомый угол крена

Продольно – горизонтальное перемещение груза

Задача решается аналогично задаче о поперечно-горизонтальном перемещении груза

• Расстояние, на которое перемещен груз массой m: dx_p = x_p2 – x_p1

x_p1 – ордината ЦТ груза перед перемещением

x_p2 - ордината ЦТ груза после перемещения

• Дифферентующий момент:

M_диф = mg (x_p2 – x_p1)

• Судно наклоняется до тех пор, пока восстанавливающий момент M_y не станет равен дифферентующему

• Из уравнения M_y = M_диф определяется равновесный угол дифферента:

• Осадки носом и кормой определяются по соотношениям:

Т очно:

Приближенно:

• Перемещение груза m из т. А₁ (x_p1,y_p1,z_p1) в т. А₂ (x_p2,y_p2,z_p2) приведет к следующим изменениям посадки и остойчивости:

28 Вертикальное перемещение груза

• Груз массой m перемещен вертикально на расстояние dz = z_p2 – z_p1

• Осадка судна не изменилась

• Крен и дифферент у судна не изменились

• Изменилась только остойчивость судна вследствие изменения положения центра тяжести – z_g.

• Поперечная метацентрическая высота после перемещения груза равна:

h₁ = z_m – z_g1 = z_m – (z_g + d z_g) = h - d z_g

Но h₁ = h + dh, следовательно:

dh = - d z_g

• Приращение метацентрической высоты равно приращению координаты ЦТ судна с обратным знаком

• Приращение координаты z_g ЦТ и метацентрических высот судна:

• Перемещение груза вверх приводит к снижению начальной остойчивости судна

Влияние подвешенного груза на остойчивость судна

• Если груз поднимается судовым грузовым устройством (краном, стрелой), то в момент отрыва груза от палубы, его центр тяжести мгновенно перемещается на ось верхнего блока грузового устройства

• Происходит мгновенное вертикальное перемещение груза

25. . Поперечное спрямление судна, имеющего отрицательную начальную остойчивость

Потеря начальной остойчивости

• Судно не остойчиво в прямом положении при q₀ = 0

• Судно имеет два остойчивых равновесных положения:

  • С креном q_р1> 0 (на ПБ)

  • С креном q_р2< 0 (на ЛБ)

• При симметричной нагрузке |q_р1| = |q_р2|

• Судно плавает с креном либо на ПБ, либо на ЛБ в зависимости от случайных обстоятельств

• Под действием одиночной волны или др. причин судно может перевалиться на противоположный борт

• Способность к переваливанию является признаком потери начальной остойчивости

Спрямление судна, потерявшего начальную остойчивость

• Причина крена - потеря остойчивости

• Для спрямления судна нужно восстановить остойчивость (например, принять балласт в цистерны второго дна)

• Прикладывание спрямляющих моментов (перекачка жидких грузов с борта на борт) не только бесполезно, но и опасно

23.

• При создании кренящего момента шквальным ветром, наибольший угол динамического крена судно приобретет в случае посадки с креном на наветренный борт.

• Наименьший угол динамического крена будет у судна, сидящего с креном на подветренный борт

24. Расчёт ветрового крена состоит из двух задач:

-определение статического ветрового крена;

-определение динамического ветрового крена.

Расчётную схему первой задачи представим в виде:судно находится в свободном дрейфе, без хода, лагом к направлению действия установившегося постоянного по величине ветра.В этих условиях судно будет дрейфовать, имея статический крен(рис. 2.56 а). Практика эксплуатации и эксперименты с моделями кораблей показывают, что на сомом деле в этих условиях судно будет разворачиваться так, чтобы принять положение навстречу направлению ветра либо носовой, либо кормовой оконечностью.

Равнодействующая ветрового давления Fу будет приложена в точке, называемой центром парусности судна. Центр парусности – это центр площади боковой проекции надводной части корпуса, включая надстройки, на вертикальную плоскость. Высота центра парусности над основной плоскостью – Zп. При дрейфе на подводную часть корпуса со стороны воды будет действовать равнодействующая сил гидродинамического давления Fд. Приближенно можно считать, что высота точки ёё приближения над основной плоскостью Zf=d/2. В установившемся движении судно дрейфует с постоянным креном, определяемым условием равновесия: кренящий момент, создаваемый силой ветра и гидродинамической силой, равен поперечному восстанавливающему моменту. Кренящий момент можно считать не зависящим от угла крена. Тогда его величина.

(2.46.)

Динамический ветровой крен является следствием действия на судно шквально ветра. Нас интересует первый размах движения судна, т.е. величина динамического угла крена. Ввиду кратковременности процесса наклонения, у судна не успеет развиться дрейф, поэтому сила реакции со стороны воды будет действовать в плоскости ватерлинии (рис. 2.56 б).

Динамический ветровой кренящий момент определиться как

Сила определятся как произведение удельного ветрового давления установившегося и шквального ветра на площадь парусности судна . Удельные ветровые давления можно найти в справочной литературе, в частности, воспользовавшись так называемой шкалой Бофорта, в которой приведены удельные давления установившегося и шквального ветра, приведенные к высоте 6 м над уровнем моря, для ветра различной балльности (от 1 до 12). Отличие аппликат центра парусности от 6 м, для которых приведены данные в шкале, учитывается с помощью коэффициента .

(2.48)

Статический угол крена определится из условия приближенное, с помощью метацентрической формулы, или точно – с помощью ДСО.

Динамический угол крена определить из условия равенства работ восстанавливающего и динамического кренящего моментов с помощью ДСО или ДДО.

33) Учет переливания жидких грузов при расчете нагрузки судна.

• Метацентрическая высота с учетом переливания жидких грузов:

h_испр = z_m – z_g + dh_жг

• Иным образом МЦВ можно представить в виде:

h_испр = z_m – (z_g + d z_g),- исправленная метацентрическая высота

где d z_g = - dh_жг

• Статический момент водоизмещения судна M_z = D·z_g должен быть увеличен на dM_h :

M_{z испр} = M_z + dM_h.

Где: dM_h = -D· dh_жг, [т м]

D - водоизмещение судна, [т]

• dM_hi вычисляются для каждой цистерны и заносятся в таблицы данных по судовым запасам и балластным танкам в «Информации капитану…»

• При расчете нагрузки судна эти поправки суммируются и прибавляются к статическому моменту дедвейта:

dM_h =S dM_hi

Влияние на остойчивость сообщения между цистернами.

• Количество переливающейся жидкости между сообщающимися бортовыми цистернами при наклонении судна возрастает

• Возрастают и потери остойчивости, причем, тем больше, чем дальше друг от друга расположены цистерны.

Выводы

1. Наличие большого количества цистерн, частично заполненных жидкостью, может существенно снизить остойчивость судна

2. Судовая инструкция по расходованию запасов запрещает одновременное расходование жидких грузов из многих цистерн

34)Влияние на посадку и остойчивость перемещения и приема жидких грузов.

• Расчет посадки и остойчивости при перемещении жидкого груза выполняется в том же порядке, что и расчет для перемещения твердого груза

• Плотность перемещаемого груза принимается равной r_ж.

• Отличие состоит в определении мер статической остойчивости.

• К найденным метацентрическим высотам прибавляются поправки на переливание жидкого груза dh_жг и dH_жг

Р асчетные соотношения имеют вид:

• Расчет изменений посадки и остойчивости судна вследствие приема жидкого груза

• выполняется в том же порядке, что и расчет в случае приема твердого груза той же массы

• В дополнение к обычному расчету вычисляются поправки к метацентрическим высотам на переливание жидкого груза

35) Понятие об общих принципах нормирования остойчивости.

Общие принципы нормирования остойчивости

• Остойчивость судна - это одно из важнейших свойств, обеспечивающих безопасность мореплавания

• Минимальные требования к остойчивости судов содержатся в «Международном Кодексе остойчивости неповрежденных судов» IMO

• Правила классификации и постройки морских судов Российского морского Регистра включают и требования к остойчивости судов различных классов

Требования к остойчивости судов: ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ, ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ.

Общие требования к остойчивости:

1. Критерий погоды – физический критерий достаточности остойчивости судна

2. Набор требований к отдельным характеристикам остойчивости:

   1. Требования к ДСО

   2. Требования к метацентрической высоте

   3. Учет обледенения судна

Критерий погоды

• Критерием погоды называется отношение опрокидывающего момента к кренящему моменту от давления ветра:

• M_c – опрокидывающий момент

• M_v – динамически приложенный кренящий момент от давления ветра

36)Критерий погоды

• Критерием погоды называется отношение опрокидывающего момента к кренящему моменту от давления ветра:

• M_c – опрокидывающий момент

• M_v – динамически приложенный кренящий момент от давления ветра

Суда, построенные после 1 июля 2002 г

• Проверка выполнения критерия погоды выполняется на основе анализа вида ДСО с нанесенным на нее графиком динамического кренящего момента

• Ситуация, для которой проверяется выполнение требований к остойчивости, усложнена

37)Требования к ДСО

• В интервале от 0 до 30° площадь под положительной частью ДСО должна быть не менее 0,055 м рад

• В интервале от 0 до 40° площадь под положительной частью ДСО должна быть не менее 0,09 м рад

• В интервале от 30° до 40° площадь под положительной частью ДСО должна быть не менее 0,03 м рад

Требования к ДСО и метацентрической высоте

• Установлены требования к максимальному плечу ДСО, углу максимума ДСО и углу заката

• Исправленная начальная поперечная метацентрическая высота всех судов для всех вариантов нагрузки, за исключением «судна порожнем» должна быть не менее 0,15м.

38)Дополнительные требования к остойчивости :

Пассажирские суда:

• Угол статического крена при скоплении пассажиров на верхней палубе у одного борта должен быть не более угла входа в воду палубы или выхода из воды скулы

• Угол крена от совместного действия кренящего момента от скопления пассажиров у борта и кренящего момента на установившейся циркуляции не должен превышать угла, при котором палуба входит в воду или скула выходит из воды; во всяком случае, он должен быть не более 12°

Лесовозы

• Исправленная начальная МЦВ лесовоза в течение всего рейса должна быть не менее 0,1м – 0,15м для вариантов нагрузки, оговоренных в «Правилах»

• Площадь под ДСО до угла 40° должна быть не менее 0,08м рад

• Максимальное плечо ДСО должно быть не менее 0,25м

• Угол статического крена от действия ветра должен быть не более 16°

Контейнеровозы

• Определенный по ДСО угол крена на циркуляции или под действием постоянного бокового ветра должен быть не более половины угла, при котором палуба входит в воду; в любом случае он не должен превышать 16°

Суда смешанного (река-море) плавания

• Остойчивость этих судов должна удовлетворять всем требованиям в соответствии с назначением судна (как для морских судов)

• Кроме того, остойчивость судов ограниченного плавания должна проверяться по критерию ускорения.

• Ускорения при качке судна не должны превышать определенной величины, что обеспечивается ограничением величины МЦВ «сверху».

39)Контроль и поддержание остойчивости судна

Изменения остойчивости судна в эксплуатации:

• Увеличение нагрузки вследствие накопления изменений постоянных грузов (модернизации, реновации, окраска, установка дополнительного оборудования и т.п.)

• Текущие изменения нагрузки (прием-расходование судовых запасов, балласта, прием груза и т.п.)

Контроль остойчивости судна

• Периодический контроль

• Текущий контроль, совмещаемый с расчетом и контролем текущих изменений нагрузки и посадки судна

Текущий контроль и поддержание остойчивости судна

• Контроль изменений нагрузки и остойчивости осуществляется, руководствуясь «Информацией капитану об остойчивости судна»

• «Информация» состоит из разделов:

1. Общие сведения о судне

2. Указания капитану

3. Техническая информация

4. Справочная информация

1. Общие сведения о судне

• Название

• Тип

• Место и время постройки

• Класс. Кем присвоен

• Флаг

• Главные размерения

• Эскиз грузовой марки

• Данные о креновании и т.п.

2. Указания капитану

• Цель раздела: обеспечить капитана информацией о посадке и остойчивости судна при загрузке, выгрузке и др. операциях

• Содержатся указания по выполнению требований нормативных документов

• Приводится перечень критериев остойчивости с указанием допустимых пределов

• Сведения о посадке, остойчивости и прочности судна порожнем

• Указания по расходованию запасов, их распределению, по балластировке в рейсе, схемы балластировки

• Указания об ограничениях, связанных с погрузкой, разгрузкой, балластировкой и т.п.

• Приведены типовые случаи загрузки судна

• Методика расчета нагрузки, посадки и остойчивости

• Сведения о компьютере для расчетов нагрузки и остойчивости, имеющемся на судне и о приборах контроля остойчивости

40)Основные понятия и определения непотопляемости

Непотопляемостью называется способность судна оставаться на плаву и не опрокидываться при затоплении части водонепроницаемых отсеков, сохраняя хотя бы в ограниченных пределах свои мореходные качества

Требования к непотопляемости

• До тех пор, пока судно не утонуло или не опрокинулось, оно не утратило непотопляемости.

• Требования к непотопляемости проектируемых судов задаются в «Правилах Регистра» и других классификационных обществ.

Структура требований к непотопляемости

«Нормативное» повреждение (выдерживаемое

судном): 1) Предельные изменения остойчивости (МЦВ, характеристики ДСО) 2) Предельные изменения посадки: осадки носом, кормой; угол крена, дифферент

Требования к непотопляемости

• Изменения посадки и остойчивости судна при таком повреждении не должны превзойти определенных пределов, задаваемых требованиями к проектированию.

• Проверка выполнения требований к непотопляемости производится расчетом посадки и остойчивости поврежденного судна

• Начальная МЦВ судна в конечной стадии затопления должна быть не менее 0,05м

• Угол крена при несимметричном затоплении не должен превышать:

  • 20° - до принятия мер по спрямлению и срабатыванию перетоков

  • 12° - после принятия мер по спрямлению

• В конечной стадии затопления протяженность участка ДСО с положительными плечами должна быть не менее 20°

• Значение максимального плеча ДСО должно быть не менее 0,1м в пределах указанной протяженности

• Площадь положительного участка ДСО должна быть не менее 0,0175м рад.

• Аварийная ватерлиния во все периоды должна проходить по крайней мере на 0,3м ниже отверстий в переборках, палубах и бортах, через которые возможно дальнейшее распространение воды по судну.

• Для грузовых судов допускается вход в воду палубы переборок и даже открытой палубы.

• Количество затопленных смежных отсеков, выдерживаемых судном, указывается в символе класса:

• 1 один отсек

• 2 два отсека

• 3 три отсека

при наихудшем возможном варианте нагрузки

41)Категории поврежденных отсеков

• 1 кат. - отсеки, заполненные полностью;

• 2 кат. - отсеки, заполненные частично (отсеки с фильтрационной водой)

• 3 кат.- отсеки, заполненные через пробоину, уровень воды совпадает с ватерлинией;

• 4 кат. – отсеки, заполненные через пробоину, но сохраняющие герметичность. Поступление воды в них ограничивает подушка сжатого воздуха;

Влияние отсеков различных категорий на непотопляемость

• Затопление отсеков 1 категории (полностью) – обычно происходит ниже ватерлинии:

  • Остойчивость судна возрастает;

  • Запас плавучести уменьшается на величину объема затопленного отсека

  • Затопление несимметричных относительно ДП отсеков вдет к появлению крена

  • Затопление отсеков в оконечностях вызывает дифферент

Затопление отсеков 2 категории (фильтрационных)

• Свободная поверхность воды в отсеке приводит к снижению остойчивости

• Снижение остойчивости тем больше, чем удаленнее отсек от ДП в сторону борта судна

• Запас плавучести уменьшается на величину объема воды в отсеке

• Наибольшую опасность представляет многоярусное затопление отсеков фильтрационной водой

Затопление отсеков 3 категории (по ватерлинию)

• Вода в отсеках 3 категории одновременно:

  • Увеличивает остойчивость – как груз, принятый ниже ватерлинии

  • Уменьшает остойчивость вследствие наличия свободной поверхности

• Изменение остойчивости зависит от размеров отсека, его места расположения, формы и размеров свободной поверхности.

• При затоплении отсека 3 категории запас плавучести судна уменьшается на величину полного объема отсека, включая незаполненную водой его часть

42) Цели и содержание организационно-технического обеспечения непотопляемости

Кодекс торгового мореплавания РФ

• «На капитана судна возлагается управление судном, в том числе….принятие мер по обеспечению безопасности плавания судна…..»

• Организационно-технические мероприятия по обеспечению непотопляемости выполняются в процессе эксплуатации судна.

• Цель мероприятий - создание и постоянное поддержание оптимальных условий для наиболее полного использования конструктивных возможностей и технических средств обеспечения непотопляемости судна, определяемых его проектом.

Организационно-технические мероприятия

1. Мероприятия, обеспечивающие правильную эксплуатацию неповрежденного судна;

2. Мероприятия, обеспечивающие готовность экипажа судна и его технических средств к активной борьбе за непотопляемость.

Мероприятия на судне в эксплуатации

• Контроль и поддержание запасов плавучести и остойчивости судна в нормативных пределах;

• Поддержание водонепроницаемости и прочности корпуса судна (включая переборки, палубы, платформы, комингсы люков);

• Обеспечение комплектности и исправности аварийно-спасательного имущества;

• Маркировка помещений и водонепроницаемых закрытий, соблюдение правил их задраивания и периодическая проверка герметичности закрытий.

Мероприятия на судне в эксплуатации

• Обеспечение комплектности и исправности аварийно-спасательного имущества;

• Маркировка помещений и водонепроницаемых закрытий, соблюдение правил их задраивания и периодическая проверка герметичности закрытий.

Поддержание готовности экипажа судна к борьбе за непотопляемость

1. Организация и подготовка экипажа к борьбе за непотопляемость;

2. Поддержание технических средств борьбы за непотопляемость в состоянии немедленной готовности к использованию;

3. Снабжение капитана судна полной информацией об остойчивости и непотопляемости судна.

Предупредительные мероприятия, обеспечивающие непотопляемость

• Систематические проверки водонепроницаемости корпуса, палуб, переборок, иллюминаторов, портов, дверей и других отверстий;

• Содержание в исправном состоянии стационарных и переносных водоотливных средств, а также балластной системы судна;

• Контроль равномерности нагрузки и остойчивости судна в процессе его эксплуатации;

Периодические проверки для обеспечения непотопляемости

• Периодическим проверкам подвергаются водонепроницаемые закрытия, иллюминаторы, запорные устройства вентиляционных трубопроводов и наружных грибков.

• Проверяется исправность действия и герметичность водонепроницаемых дверей с дистанционным приводом и др.

21)Диаграмма динамической остойчивости

• Диаграмма динамической остойчивости (ДДО) – это зависимость плеча динамической остойчивости (работы восстанавливающего момента) от угла наклонения при постоянной нагрузке судна

• ДДО – это интегральная кривая по отношению к ДСО

Определение угла динамического крена судна

• Угол динамического крена судна – это угол, при достижении которого работа, совершенная кренящим моментом равна работе, совершенной восстанавливающим моментом

• Для определения угла динамического крена нужно на ДДО нанести график работы кренящего момента

Кренящий момент, не зависящий от угла крена

• Если динамический кренящий момент постоянен, его работа равна:

A_q= m_{кр д} ·q

• Относительная работа динамического кренящего момента:

• График этой работы – прямая линия, проходящая через начало координат. Ее можно построить по двум точкам:

т.1: q = 0 l_д = 0

т.2: q = 1 (57,3^°) l_д = l _крд ·1

• Точка пересечения ДДО и графика работы кренящего момента даст динамический угол крена

22)Предельный, выдерживаемый судном динамический кренящий момент

• Из точки, соответствующей начальному положению судна, нужно провести касательную к ДДО.

• Это будет график работы предельного момента, выдерживаемого судном.

• Сам момент будет равен ординате графика работы, соответствующей q=1рад = 57,3^°