Лекции / УТСК-лекция_04_v01

Остойчивость при больших углах крена.

По мере увеличения угла крена судна восстанавливающий момент сначала растет, затем уменьшается, становится равным нулю и затем меняет свой знак (становится опрокидывающим).

Остойчивость при поперечных наклонениях, измеряемых углами крена, называют поперечной.

Головин учения Эйлера.

Продольная остойчивость изучается для определения дифферента судна при воздействии внешних сил. Продольная остойчивость очень велика и опасность переворота судна через нос или корму отсутствует.

Рис. 2.5.

ρПоперечная остойчивость является важнейшей характеристикой судна, определяющей его мореходные качества и степень безопасности плавания.

Основы учения об остойчивости судов были разработаны Леонардом Эйлером – членом Петербургской Академии Наук в работе «Корабельная наука» 1749 г. (на латыни).

Термин «остойчивость» применил Головин М.Е. при переводе трудов своего учителя на русский язык.

Различают начальную остойчивость (при малых наклонениях) и остойчивость при больших наклонениях.

Начальная остойчивость.

Рассмотрим крен судна на малый угол.

Рис. 2.6.

Рис. 2.7.

Рис. 2.8.

(2.7)

Восстанавливающий момент

(2.8)

Точка М называется поперечным метацентром.

h – поперечная метацентрическая высота

r – поперечный метацентрический радиус

(2.9)

Для обеспечения безопасности плавания судно должно обладать запасом плавучести, который представляет собой объем водонепроницаемого корпуса выше грузовой ватерлинии. Этот объем образуется помещениями под водонепроницаемой (обычно верхней) палубой, а так же водонепроницаемыми надстройками.

Рис. 2.9. Схема к определению плавучести

Транспортные сухогрузные суда имеют запас плавучести 30-50% водоизмещения, на танкерах 15-25%, на пассажирских судах 80-100%. На гражданских судах запас плавучести обеспечивается назначением судну минимально допустимой высоты надводного борта и нанесением на борту грузовой марки.

2.5. Остойчивость

Остойчивостью называют способность судна, наклоненного действием внешних сил, возвращаться к состоянию равновесия после прекращения действия этих сил.

Остойчивость, которую имеет судно при продольных наклонениях, измеряемых углами дифферента ψ, называют продольной.

(2.10)

(2.11)

(2.12)

Рис. 2.10.

2.4. Плавучесть

П

(2.13)

лавучестью называют способность судна плавать в определенном положении относительно поверхности воды при заданном количестве находящихся на нем грузов.

Вес плавающего судна равен весу вытесненной воды.

где V – объемное водоизмещение (объем подводной части корпуса), D – масса судна (водоизмещение судна), ρ – плотность воды.

ρ=1025 кг/м³ – для морской воды.

Равнодействующая сил веса приложена в ЦТ (центре тяжести) и направлена вертикально вниз.

Равнодействующая сил давления (сил поддержания), действующих на погруженную часть судна, равная водоизмещению судна, приложена в ЦТ, погруженного объема корпуса, называемом ЦВ (центром величины), и направлена вертикально вверх.

Рис. 2.11.

Рис. 2.12.

(2.14)

Если ЦТ и ЦВ находятся на одной вертикали, то судно плавает без крена и дифферента. Если ЦТ и ЦВ расположены в ДП, но не на одной вертикали, то судно плавает с дифферентом на корму (если ЦТ расположен в корму от ЦТ) или с дифферентом на нос. Если ЦТ расположен не в ДП, то судно плавает с креном на тот борт, в сторону которого смещен ЦТ.

График, связывающий осадку и водоизмещение, называется грузовым размером.

Рис. 2.13.

Для определения как водоизмещения, так и дедвейта по осадке используют таблицу, называемую грузовой наклон.

Таблица 2.1

Грузовой наклон

Грузовая шкала
Осадка, м	Дедвейт, т	Водоизмещение, т	Число Т на 1 см осадки	Момент дифферента на 1 см

Правила Регистра РД требуют, чтобы угол заката у морских судов был не меньше 60^о, а максимальный восстанавливающий момент достигался при углах крена не менее 30^о.

Влияние жидких и сыпучих грузов на остойчивость.

Имеющиеся в цистернах жидкие грузы, при неполном заполнении цистерн в случае наклонения судна смещаются в сторону наклонения. В следствие этого, ЦТ смещается в сторону наклонения и плечо восстанавливающего момента уменьшается.

l<l_o

∆

Рис. 2.14. Влияние свободной поверхности жидкого груза на остойчивость.

Для уменьшения влияния жидких грузов уменьшают ширину цистерн, а во время эксплуатации – ограничивают число цистерн, в которых образуют свободные уровни.

При перевозке сыпучих грузов в результате тряски и вибрации корпуса, резких наклонениях судна возможно смещение груза на борт и опрокидывание груза. Статистика показывает, что более половины опрокинувшихся судов перевозили сыпучие грузы.

Для исключения смещения сыпучего груза в трюмах устанавливают временные продольные переборки или, например, сверху укладывают мешки с зерном (мешкование груза).

2.6. Непотопляемость

Непотопляемостью судна называют его способность после затопления части помещений оставаться на плаву и сохранять остойчивость, а так же некоторый запас плавучести.

Массу влившейся в судно воды можно рассматривать как массу дополнительного груза, вызвавшего увеличение осадки. Можно рассматривать объем, поврежденной части, куда поступила вода, как объем уже не принадлежащий судну и не участвующий в создании сил поддержания. А так как для сохранения силы поддержания равной силе веса требуется погрузить дополнительный объем, который восстановит утраченную часть силы поддержания. Чем больше запас плавучести, тем больше воды оно может принять, тем выше степень его непотопляемости.

Главное направление в борьбе за непотопляемость является увеличение запаса плавучести и принятия мер, ограничивающих поступления воды в корпус судна при его повреждении.

Первая задача решается увеличением высоты борта до верхней водонепроницаемой палубы.

Рис. 2.15. Изменение осадки судна при затоплении отсека

∆Т – изменение осадки после затопления.

Рис. 2.16. Образование крена при несимметричном заполнении

Для уменьшения крена при затоплении бортовых отсеков:

1. устанавливают переточные трубы между отсеками,

2. используют креновую систему (корабли, ледоколы).

В конце прошлого века знаменитым русским адмиралом и ученым Макаровым С.О. был предложен способ спрямления корабля путем затопления отсека противоположного борта, если позволяет запас плавучести. Способ в дальнейшем был разработан академиком Крыловым А.Н. – таблицы непотопляемости.

Непотопляемость.

При проектировании гражданских судов проверяют посадку при различных вариантах затопления и полученные результаты сравнивают с требованиями Международной конвенции по охране человеческой жизни на море 1974 (СОЛАС – 74) и требованиями Регистра РФ. В частности, судно считается удовлетворяющим нормам непотопляемости, если после затопления любого одного отсека (для пассажирских и атомных судов два смежных отсека) верхняя водонепроницаемая палуба, до которой доведены все водонепроницаемые переборки, не входит в воду. Высота надводного борта в месте максимального погружения должна быть не менее трех дюймов (76 мм).

Рис. 2.17.

Изменение плеча остойчивости в зависимости от угла крена называют диаграммой статической остойчивости.

Рис. 2.18. Диаграмма статической остойчивости

Диаграмма статической остойчивости позволяет узнать угол крена при действии постоянно приложенных и внезапно приложенных сил.

S_ODCE=S_OABE – условие, когда работа кренящего момента (М_кр) равна работе восстанавливающего момента.

Рис. 2.19. Определение угла крена от действия статически и динамически приложенных сил

(2.15)

(2.16)

при θ=0

(2.17)

(2.18)

Кривую, выражающую зависимость работы восстанавливающего момента от угла крена называют диаграммой динамической остойчивости. Эта диаграмма является интегральной кривой по отношению к диаграмме статической остойчивости.

Рис. 2.20. Диаграммы статической и динамической остойчивости

9