ЦИКЛ ЛЕКЦИЙ ПО ДИНАМИКЕ КОРАБЛЯ
Лекция 9. Качка судна
1. Общие понятия о качке
В разделе «Качка корабля», корабль рассматривается как твердое колеблющееся тело, обладающее 6 степенями свободы. Колебания могут быть собственными, так и вынужденными, под действием внешних периодических сил.
Поэтому законы, определяющие качку судна, базируются на общих законах теоретической механики и теории колебаний. В то же время качка происходит в жидкости, обладающей определенными физическими свойствами, и также влияющими на исследуемый процесс. Поэтому при рассмотрении задач о качке корабля необходимо учитывать законы гидромеханики, теории волн и основные положения «Статики корабля».
Таким образом, качкой корабля называется колебательное движение, совершаемое им как абсолютно твердым телом при движении в водоизмещающем режиме либо под поверхностью (для подводных аппаратов) спокойной или взволнованной воды.
При качке могут возникать следующие отрицательные явления:
1) опрокидывание вследствие чрезмерных наклонений при бортовой качке или вследствие значительной потери остойчивости;
2) перелом корпуса вследствие изгиба при килевой качке;
3) местные разрушения обшивки корпуса, разрушения крыльевых систем для судов на подводных крыльях или гибкого ограждения для судов на воздушной подушке и других элементов под действием сил инерции и ударов волн;
4) нарушение нормальной работы устройств и механизмов вследствие действия сил инерции и заливания палубы;
5) перемещение недостаточно закрепленных и пересыпающихся грузов из-за больших наклонений и воздействия сил инерции;
6) нарушение работы движителей и условий управляемости;
7) морская болезнь пассажиров и команды, нарушение нормальной работы команды;
8) затруднение, а иногда и невозможность выполнения работ, для которых корабль предназначен (грузовые операции для плавучих кранов и крановых судов, торпедная, ракетная и орудийная стрельба для военных кораблей, буровые работы для плавучих буровых установок и т.д.).
Таким образом, качка представляет собой отрицательное явление и целью работ по ее исследованию является умерение качки.
Как было сказано выше, колебания судна могут быть как собственными, так и вынужденными. Вынуждающей силой – будет сила от действия волн. Рассмотрим структуру волны, действующую на корпус.
Классификация волн.
Морские волны могут быть разбиты по группам по причинам их возникновения. Выделяют три типа морских волн: ветровые, волны зыби, прибойные. По структуре волны они могут быть регулярными и нерегулярными.
Ветровые волны возникают вследствие воздействия на водную поверхность изменяющегося во времени давления. Сформировавшиеся таким образом волны распространяются в море в направлении, близком к направлению ветра. Различие направлений ветра и волнения не может превышать 45о. Ветровые волны имеют явно выраженный нерегулярный характер.
При очень сильных возмущениях поверхности воды, которое наблюдается во время ураганов, тайфунов, цунами могут возникнуть волны гигантских размеров. Высота волны при тайфуне или урагане может превышать 30 – 40 м. При этом направление волн не зависит от направления ветра. Волны могут перемещаться даже навстречу ветру. Волны цунами могут носить единичный характер.
Волны зыби появляются в процессе затухания ветровых волн. Они имеют правильный регулярный характер.
Прибойные волны возникают вблизи берегов на отмелях, когда глубина водоема оказывается менее половины длины волны. Это крутые, большой разрушающей силы волны.
Ветровые волны – наиболее распространенный тип волнения.