Раздел 1. Основы проектирования и расчёта общесудовых систем Тема 1.1. Назначение и классификация общесудовых систем.
1.1.1. Мореходные качества и обитаемость судна
Мореходные качества судна – это качества, определяющие способность судна безопасно совершать плавание, сохраняя живучесть в случае повреждения.
К мореходным качествам относятся:
Плавучесть – способность судна плавать при заданной нагрузке в заданном положении относительно поверхности воды.
Положение судна относительно поверхности воды называется посадкой. Посадка характеризуется тремя величинами: средней осадкой Тср, углом крена и углом дифферента (рис. 1.1.1).
Рис. 1.1.1. Посадка судна
Если то говорят, что судно сидит прямо, если - судно сидит на ровный киль.
Необходимым условием плавания судна в равновесии является равенство силы тяжести и выталкивающей силы (силы Архимеда):
, (1.1.1)
где m – масса судна, V – объёмное водоизмещение (объём погружённой части судна). Выражение (1.1.1.) – уравнение плавучести.
D = Pпор. + DW, где Рпор. – водоизмещение порожнем (собственная масса судна), DW – дедвейт судна (грузоподьёмность), включающий в себя все массы, не входящие в водоизмещение судна порожнем DW = Pгр. + Рзап.. + Pэк..
Сила тяжести, как известно, приложена к центру тяжести (ЦТ) судна, а сила Архимеда – к геометрическому центру погружённого объёма, называемому центром величины (ЦВ).
Для плавания прямо и на ровный киль необходимо, чтобы векторы сил Архимеда и тяжести находились на одной вертикали, то есть должны выполняться следующие условия для координат ЦТ и ЦВ:
(1.1.2)
(1.1.3)
Так как ЦВ лежит в диаметральной плоскости (ДП) судна, (1.1.3) принимает вид:
Объём водонепроницаемых отсеков выше ватерлинии называется запасом плавучести.
Остойчивость – способность судна, выведенного из положения равновесия (получившего крен или дифферент) под воздействием внешних сил, возвращаться в исходное положение по окончании этого воздействия.
Остойчивость при крене называется поперечной, при дифференте – продольной.
Рис. 1.1.2. Поперечная остойчивость
При крене (рис. 1.1.2) ЦВ смещается из положения C0 в положение C. На пересечении линии действия силы Архимеда с ДП находится так называемый метацентр М. По своему смыслу метацентр – это предельное положение ЦТ, при котором судно ещё сохраняет остойчивость. Таким образом, судно обладает остойчивостью, только если ЦТ G расположен ниже метацентра М.
Расстояние межу М и G называется метацентрической высотой.
Непотопляемость – способность судна оставаться на плаву и не опрокидываться в условиях затопления водой одного или нескольких отсеков. Таким образом, требование непотопляемости - сохранение остойчивости до полного исчерпания запаса плавучести.
Ходкость – способность судна двигаться с заданной скоростью при эффективном использовании мощности энергетической установки.
Качка – колебания судна под действием волн и других периодических сил. Характеризуется амплитудой и периодом.
Управляемость – способность судна по мере необходимости изменять или сохранять курс.
Обитаемость судна – это комплексная характеристика судна, показывающая степень приспособленности его к жизнедеятельности человека в условиях плавания.
Элементы обитаемости: размеры помещений, расположение оборудования, микроклимат, обеспечение бытовых нужд, а так же показатели качки, вибрации и шума.
Для обеспечения упомянутых качеств в процессе эксплуатации судов приходится решать следующие задачи:
обеспечение приёма и перекачивания жидкого балласта для спрямления крена и дифферента и замещения переменных грузов,
откачивание воды из затопленных помещений в ходе борьбы за непотопляемость,
поддержание необходимых параметров воздушной среды,
обеспечение санитарно-бытовых нужд (подача воды и удаление продуктов жизнедеятельности личного состава),
борьба с пожарами.
Перечисленные задачи решаются посредством общесудовых систем.