3.3. Определение остойчивости судна методом кренования

Цель работы. Ознакомиться студентов с явлением крена и дифферента на модельном судне, а также методикой определения малой метацентрической высоты h и аппликаты центра тяжести Zg.

Общие сведения. Кренование судна в натуре при вводе судна в эксплуатацию производится с целью определения его остойчивости и расчета метацентрической высоты h и аппликаты центра тяжести Zg [13]. При проектировании судна возможны некоторые неточности в подсчетах h и Zg, а при строительстве - некоторые отклонения от проекта. Поэтому, полученные при креновании судна значения h и Zg являются окончательными для данного состояния нагрузки судна. Знание их очень важно при изучении ряда качеств судна, особенно его остойчивости.

Цикл кренования для устранения случайных результатов состоит из девяти наблюдений на судах речного флота и из тринадцати - на судах морского плавания. Кренование проводят на спокойной воде. Для того, чтобы судно подвергнуть кренованию, на него погружается специальный груз, называемый крен-балластом, который составляет всего 0,5…1,0% от водоизмещения судна (рис. 3.12).

Рис. 3.12. Схема кренования судна

Меньший вес крен-балласта назначается для судов, имеющих меньшую метацентрическую высоту h =0,2...0,3 м [13].Балласт на судне укладывается в определенном порядке. При девяти наблюдениях он разделяется на четыре приблизительно равные части и укладывается по две на каждый борт. Расстояние между грузами, измеренное вдоль суд-

50

на на одном борту, несколько больше, чем на другом; это необходимо, чтобы при переносе груза в плоскости шпангоута с одного борта на другой (для образования крена судна) для него напротив, на другом борту, было свободное место. Вообще крен-балласт в исходном положении размещается так, чтобы судно не имело каких-либо наклонений относительно свободной поверхности воды. В плоскости ДП подвешивается несколько весков для определения угла крена, их может быть два, три и более. Весок вместе с горизонтальной линейкой составляет прибор - кренометр, который позволяет определить тангенс угла крена. Расчетный tgθ угла крена принимается как средний арифметический из показаний всех кренометров.

Процесс кренования состоит в том, что в спокойной обстановке грузы в определенном порядке переносятся на другой борт и обратно в исходное положение (табл. 3.5). При каждом переносе одного груза определяется tgθ как разность последующего и предыдущего значений тангенсов угла крена. При подсчете tgθi каждый раз за противолежащий катет принимается отсчет, отмечаемый веском на горизонтальной масштабной линейке, а за прилежащий катет - длина веска от точки подвеса до линейки в ненаклоненном положении судна.

Лабораторное оборудование: мерный бак с водой, модель судна, кренометр, набор грузов в качестве крен-балласта, мелкие грузы для выравнивания судна на воде, рулетка, угольник для измерения осадки, мерная линейка, счетная машинка.

Порядок выполнения работы. При проведении лабораторной работы соблюдаем, по возможности, тот же порядок кренования, что и в натуре [8]. В опытах применяется один кренометр.

1.Судно-модель осторожно опускается на воду и выравнивается мелкими грузами до правильной посадки на равный киль без крена и дифферента. Не нарушая правильной посадки судна, укладываем грузы крен-балласта по два на каждый борт, как показано в табл. 3.5 (стро-

ка 1).

2.После выравнивания судна на воде приступаем к замерам и переносам грузов по форме табл.3.5.

При каждом переносе замеряем плечи переноса грузов и длину противолежащего катета (рис. 3.12) по веску кренометра (табл. 3.6). Вес гру-

зов (Р1, Р2, Р3, Р4) определяем до кренования.

Подсчитанный момент М=Рl записываем в столбец 5 табл. 3.5, а изменение тангенса угла Δtg θ записываем в столбец 6.

Обработка экспериментальных данных. При проведении лабора-

торной работы все подсчеты проводим в табличной форме (табл. 3.7),

51

причем все величины, полученные на модели, переводятся на натуру

(табл. 3.6).

1. Для геометрического подобия модели и натуры необходимо, чтобы имело место равенство

lн lм ,

где lн, lм- линейные размеры натуры и модели; λ - масштаб модели, равный 50.

2.Для динамического подобия явления кренования судна на модели и

внатуре необходимо, чтобы было соблюдено равенство

Рн Рм 3 ,

где Рм - вес груза на модели, Н; Рн - вес груза в натуре, Н.

В табл. 3.7 производится расчет метацентрической высоты по

где D=γV - весовое водоизмещение судна, Н; V – где объемное водоиз- ме-щение судна определяется по графику V=f(Т), полученному в предыдущей работе;

Мi =Рi·li - момент перемещения при каждом переносе груза, Н∙м; Δtgθi - изменение тангенса угла крена.

Объемное V и весовое D водоизмещение можно определить по формулам

V LBT , D V ,

52

53

где γ - объемный вес воды, Н/м3; Т – осадка, м (измеряем ее у судна на воде только после раскладки грузов крен-балласта и выравнивания судна относительно воды их взаимным перемещением); L - длина судна по действующей ватерлинии, м; В - ширина судна в сечении мидельшпангоута по действующую ватерлинию, м; δ - коэффициент водоизмещения (по лабораторной работе 3.2); D - весовое водоизмещение, Н; V- объемное водоизмещение, м3.

4. В табл. 3.7 определяются также элементы формулы для расчета метацентрической высоты по способу наименьших квадратов

Суммируя значения колонки 6 табл. 2.7, получаем числитель формулы, а знаменатель находим, суммируя значения данных колонки 7.

5. Далее в табл. 3.7 определяется ошибка каждого наблюдения

а ошибка всего цикла наблюдений рассчитывается по формуле

где числитель подкоренного выражения сумма значений данных колонки 6.

6. Далее вычисляем аппликату центра тяжести судна

где ρ - метацентрический радиус, м; zс - аппликата центра водоизмещения судна, м.

В данной лабораторной работе допускается приближенное определение ρ и z по формулам И.А.Яковлева и академика В.Л. Поздюнина

где α - коэффициент полноты площади ватерлинии; δ - коэффициент полноты водоизмещения; В - ширина судна в миделе при осадке Т.

Все значения величин, входящих в формулы (3.16; 3.17) рассчитываются аналогично лабораторной работы 3.2 для действующей ватерлинии.

Сделать выводы по лабораторной работе.

54