Глава 4 Плавучесть судна

§ 4.1. Условие плавучести судна

Плавучестью называется способность судна плавать в состоянии равновесия в заданном положении относительно поверхности воды при заданной нагрузке.

На судно, плавающее без хода на спокойной воде, действуют две категории сил: силы тяжести и силы избыточных гидростатических давлений (рис.26). Силы тяжести представляют собой силы тяжести корпуса, механизмов, систем и устройств, запасов, экипажа и др. Силы тяжести приводятся к одной равнодействующей -силе тяжести судна Р, которая направлена вертикально вниз и приложена в центре тяжести судна(ЦТ) - в точке G с координатамиx_g , y_g , z_g .

Рис. 26. К составлению уравнений равновесия плавающего судна

Силы избыточных гидростатических давлений, действующие на поверхность погруженной части корпуса судна, также приводятся к одной равнодействующей – гидростатической силе поддержания (силе плавучести).

Сила плавучести направлена вертикально вверх и приложена в центревеличины судна (ЦВ) - в точке С с координатамиx_с,y_с,z_с. Центр величины представляет собой геометрический центр подводного объема суднаVи его положение зависит от формы корпуса судна и его посадки.

Условия равновесия плавающего судна:

1.Сила тяжести (масса) судна равна весу (массе) вытесненной им воды:

Р = γV; Δ = ρV.

где V- объемное водоизмещение судна м³,

γ - удельный вес воды (.γ = 10,05 кН/м³- для морской и γ = 9,81 кН/м³ - для пресной воды),

ρ - плотность воды (ρ = 1,025 т/м³- для морской и ρ = 1,0 т/м³- для пресной воды).

2.Центр тяжести (ЦТ) и центр величины (ЦВ) судна лежат на одной вертикали, перпендикулярной к плоскости ватерлинии (рис.26);

(x_с - x_g) + (z_c – z_g) tg  = 0;

(y_с - y_g) + (z_c – z_g) tg  = 0,

где x_с, y_с и z_c – координаты центра величины судна;

x_g ,y_g и z_g – координаты центра тяжести судна.

Если судно сидит прямо и на ровный киль ( =  = 0), то уравнение принимает вид:

x_g = x_с; y_g = y_с.

В практических расчетах судна, плавающего с дифферентом, часто пренебрегают величиной (z_c – z_g) tg  по сравнению x_с, т.е. полагают, что x_с ≈ x_g. Принятое допущение дает незначительную ошибку при определении элементов плавучести судна.

§ 4.2. Вычисление массы и координат центра тяжести судна

Для вычисления массы и координат центра тяжести судна в эксплуатационных условиях необходимо знать массу и координаты центра тяжести порожнего судна Δ₀, x_g0 и z_g0, а также массы находящихся на судне переменных грузов m_i и координаты их центров тяжести x_i, y_i и z_i.

Масса и координаты центра тяжести порожнего судна определяется при проектировании расчетным путем. В процессе постройки судна расчетные данные проверяют взвешиванием отдельных корпусных конструкций, механизмов, оборудования и т.д. После постройки судна его массу и координаты центра тяжести определяют путем проведения кренования. Полученные значения Δ₀,x_g0иz_g0приводят в судовой эксплуатационной документации.

Составляющая нагрузки	m, т	x, м	z, м м	mx, тм	m z, тм
Экипаж, провизия	14	13,50	8.80	189	123
Запасы	379	- 1,63	1,42	-617	536
Груз в трюмах	1152	-1,61	5,80	- 1834	6625
Груз на палубе	100	- 24,0	11,0	- 2400	1100
Жидкий балласт	0
Обледенение	0
Поправка на свободные поверхности					318
Судно порожнем	2147	- 0,64	6,25	- 1374	13418
Водоизмещение	3792	- 1,59	5,83	- 6036	22120

Таблица 3

С целью определения масс и координат центров масс переменных грузов во время эксплуатации судна производят их тщательный учет. Координаты центра масс системы (табл.3) определяются как отношение статического момента масс системы к ее суммарной массе. Поэтому, зная параметры порожнего судна и расположение переменных грузов на судне, массу Δ и координаты центра тяжести судна x_g,y_g,z_gдля произвольной загрузки можно определить по формулам:

Δ= Δ₀+ ∑m_i;

x_g= (Δ₀x_g0+ ∑m_ix_i) / Δ;

z_g= (Δ₀z_g0+ ∑m_iz_i) / Δ.

Поскольку подводный объем судна симметричен относительно ДП, то определять ординату ЦТ y_gнет необходимости, так как она должна быть равна или близка нулю. В противном случае судно получит крен, наличие которого не допустимо.

Для определения координат ЦТ однородного генерального или насыпного груза в грузовых помещениях (трюмах и твиндеках) служит чертеж размещения грузов на судне, представляющий собой продольный разрез судна, вычерчиваемый в искаженном (сжатом по длине) масштабе (рис.28), на который наносят кривую с двумя шкалами – шкалой объемов генерального груза в данном помещении при данном уровне его заполнения и шкалой аппликат его ЦТ. В нижней части чертежа

нанесена горизонтальная шкала, позволяющая определить абсциссу ЦТ груза.