Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Готовые ответы по ТУСу

.doc
Скачиваний:
257
Добавлен:
08.02.2016
Размер:
772.1 Кб
Скачать

20. Начальная остойчивость. Метацентрическая формула начальной остойчивости. 3 случая остойчивости. Условие начальной остойчивости судна. Метацентрические высоты. Возможны три характерных случая состояния судна для которых воздействие на него момента сил Р и γV качественно различно. Рассмотрим их на примере поперечных наклонений. 1-й случай - метацентр располагается выше ЦТ, т.е. zm > zg. В данном случае возможно различное расположение центра величины относительно центра тяжести. I. В начальном положении центр величины (точка С0), располагается ниже центра тяжести (точка G), но при наклонении центр величины смещается в сторону наклонения настолько сильно, что метацентр (точка m) располагается выше центра тяжести судна. Момент сил Р и γV стремится вернуть судно в исходное положение равновесия, и поэтому оно остойчиво. Подобное расположение точек m, G и С0 встречается на большинстве судов. II. В начальном положении центр величины (точка С0), располагается выше центра тяжести (точка G). При наклонении судна возникающий момент сил Р и γV выпрямляет судно, и поэтому оно остойчиво. В данном случае, независимо от размеров смещения центра величины при наклонении, пара сил всегда стремится выпрямить судно. Это объясняется тем, что точка G лежит ниже точки С0. Такое низкое положение центра тяжести обеспечивающая безусловную остойчивость на судах трудно осуществить конструктивно. Такое расположение центра тяжести можно встретить в частности, на парусных яхтах. 2-й случай (рис. 39,а) – метацентр располагается ниже ЦТ, т.е. zm < zg. В этом случае при наклонении судна момент сил Р и γV стремится еще больше отклонить судно от исходного положения равновесия, которое, следовательно, является неустойчивым. В этом случае наклонения судно имеет отрицательный восстанавливающий момент, т.е. оно не остойчиво. 3-й случай (рис. 39,б) – метацентр совпадает с ЦТ, т.е. zm = zg. В этом случае при наклонении судна силы Р и γV продолжают действовать по одной вертикали, момент их равен нулю – судно и в новом положении будет находиться в состоянии равновесия. В механике – этот случай безразличного равновесия. Итак, условием начальной остойчивости судна является расположение метацентра выше ЦТ. Судно обладает поперечной остойчивостью, если zm > zg, и продольной остойчивостью, если zм > zg. Отсюда становится ясным физический смысл метацентра. Эта точка является пределом, до которого можно поднимать центр тяжести не лишая судно положительной начальной остойчивости. Расстояние между метацентром и ЦТ судна при Ψ = Θ = 0 называют начальной метацентрической высотой или просто метацентрической высотой. Поперечной и продольной плоскости наклонения судна отвечают соответственно поперечная h и продольная H метацентрические высоты. Очевидно, что h = zm – zg и H = zм – zg, или h = zc + r – zg и H = zc + R – zg, h = r – α и H = R – α, где α = zg – zc – возвышение ЦТ над ЦВ. Как видно h и H различаются только метацентрическими радиусами, т.к. α является одной и той же величиной. r/R1/100, поэтому H значительно больше h. α=(1/3%)*R,поэтому на практике считают, что H = R.

11. Изменение параметров осадки при горизонтально – поперечном переносе груза? . Изменение посадки при перемещении грузов. Пусть осадки судна массой Δ с абсциссой хс до перемещения груза были dн и dк. На диаграмме Г.А. Фирсова операция перемещения груза массой m на расстояние lx лежит на кривой Δ = const. хс1 = (m lx + Δ хс)/ Δ. По известному хg1≈ хс1 находим новые значения осадок dн1 и dк1. В случае определения массы перемещаемого груза при заданных осадках dн1 и dк1 используют уравнение: m lx = Δ (хс1 - хс).

12. Остойчивость на больших углах крена. ДСО и ее свойства. Построение ДСО? Осто́йчивость — способность плавучего средства противостоять внешним силам, вызывающим его крен или дифферент и возвращаться в состояние равновесия по окончании возмущающего воздействия. При изучении остойчивости судна рассматривают его наклонения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях – поперечной и продольной. При наклонениях судна в поперечной плоскости, определяемых углами крена, изучают его поперечную остойчивость; при наклонениях в продольной плоскости, определяемых углами дифферента, изучают его продольную остойчивость. Диаграмма статической остойчивости. Для определения мер остойчивости судна при больших углах наклонения (mΘ или lΘ) используют диаграмму статической остойчивости (ДСО). ДСО представляет собой кривую mΘ (Θ) или lΘ (Θ), выражающую зависимость восстанавливающего момента mΘ или плеча статической остойчивости lΘ от угла крена. На рис. показан вид ДСО при наклонении на оба борта судна, обладающего положительной начальной остойчивостью. Поскольку судно симметрично относительно ДП, то ветви диаграммы, отвечающие наклонениям на правый и левый борт, имеют одинаковую форму. Поэтому принято изображать ДСО только для наклонения судна на один борт – правый. Поскольку mΘ = γV lΘ и V = const, т.е. между восстанавливающим моментом и плечом остойчивости существует линейная зависимость, то при построении диаграммы масштабы для lΘ и mΘ могут выбраны таким образом, чтобы одна кривая выражала как lΘ (Θ), так и mΘ (Θ). Из рассмотрения ДСО следует, что с увеличением угла Θ от Θ = 0 восстанавливающий момент mΘ вначале увеличивается, достигает максимального значения mΘ max при Θ = Θm, а затем уменьшается, при Θ = Θзак становится равным нулю, после чего меняет знак. Точка максимума диаграммы указывает наибольшее значение восстанавливающего момента или плеча статической остойчивости, точка заката – предел положительной остойчивости. Углы Θm и Θзак называются соответственно углом максимума и углом заката ДСО. Для судов Θm = 25  500, Θзак = 60  1000. Определение мер начальной остойчивости с помощью ДСО.

Из метацентрической формулы остойчивости mΘ = γV h Θ0/57,3 = К Θ Θ0/57,3 или mΘ = γV h Θ = К Θ Θ (где угол Θ в рад.), следует, что при Θ = 1 рад ордината начальной касательной, измеренная в масштабе плеч lΘ , равна по величине метацентрической высоте h, а измеренная в масштабе моментов mΘ – коэффициенту остойчивости К Θ. Для определения метацентрической высоты, следует провести касательную к диаграмме статической остойчивости в начале координат и из конца отрезка на оси абсцисс, равного одному радиану, восстановить перпендикуляр до пересечения с касательной. Отрезок, заключенный между осью абсцисс и касательной, будет равен начальной метацентрической высоте судна. а) – с положительной начальной остойчивостью( h > 0);б) – с нулевой начальной остойчивостью ( h = 0); в) – с отрицательной начальной остойчивостью ( h < 0); С помощью ДСО можно легко решить и обратную задачу – определить величину кренящего момента m кр, который необходимо приложить к судну, чтобы накренить его на заданный угол.

13 Нормирование и контроль остойчивости судна? Нормирование остойчивости эксплуатируемых, строящихся, а также капитально ремонтируемых и переоборудуемых судов регламентируется Правилами классификации и постройки морских судов (часть IV) Российского Регистра Судоходства. Данные Правила предъявляют к остойчивости судов общие и дополнительные требования. Общим требованиям должны удовлетворять все суда независимо от их назначения. Дополнительные требования дифференцированы в зависимости от назначения судна. Общие требования к остойчивости включают требования к так называемому критерию погоды, элементам диаграммы статической остойчивости, начальной метацентрической высоте, а также требования учета обледенения. Остойчивость судна считается достаточной по критерию погоды К, если при наихудшем, в отношении остойчивости, варианте нагрузки динамически приложенный кренящий момент от давления ветра mкр.дин. равен или меньше опрокидывающего момента mопр , т.е. если mкр.дин.< mопр или К = mопр / mкр.дин.≥1,0.

14. Начальная остойчивость судна сидящего на мели? При наклонении судна, сидящего на мели, на малый угол крена (рис.70) на него действует восстанавливающий момент mΘ = γ (Vг zmг – V zg )sinΘ, или mΘ = 9,81(г zmг zg )sinΘ, где V () и Vг (г) – объемы подводной части судна (масса вытесненной судном воды) до аварии и после посадки судна на мель;zmг – аппликата поперечного метацентра судна на мели. Значения определяют по диаграмме Фирсова – Гундобина для аварийных осадок судна носом dнг и кормой dкг. Как видно из приведенного выражения, судно сидящее на мели будет иметь положительную начальную остойчивость при г zmг > zg. С понижением уровня воды (например, при отливе) первое слагаемое уменьшается и может наступить момент, когда гzmг = zg и судно начнет валиться на борт.

15.Влияние на остойчивость жидкого груза. Поправки на свободные поверхности? При наклонении судна на малый угол Θ, свободная поверхность жидкости также наклонится, а центр тяжести жидкости q переместится в новое положение q1. Вследствие малости угла Θ можно считать, что данное перемещение происходит по дуге окружности радиуса r0 c центром в точке m0, в которой пересекаются линии действия веса жидкости до и после наклонения судна. По аналогии с метацентрическим радиусом r = Jx/V; r0 = ix /vж, где ix – собственный момент инерции свободной поверхности жидкости относительно продольной оси (параллельной координатной оси ОХ). случай оказывает влияние на остойчивость такое же, как и подвешенный, где l = r0, а m=ρжvж. Используя формулу для подвешенного груза, получим формулу влияния на остойчивость свободной поверхности жидкости: 6h=-Pжix/ .Как видно из формулы, именно ix оказывает влияние на остойчивость. Момент инерции свободной поверхности вычисляется по формуле ix = k l b3, где l и b – длина и ширина поверхности, а k – безразмерный коэффициент, учитывающий форму свободной поверхности. В данной формуле следует обратить внимание на последний множитель - b3, что ширина поверхности в большей мере, чем длина, оказывает влияние на ix и следовательно на δh. Таким образом, особо опасаться необходимо свободных поверхностей в широких отсеках. Установка одной переборки уменьшает влияние свободной поверхности на остойчивость в 4 раза, двух – в 9 раз и т.д. Для проведения практических расчетов коэффициент k, независимо от формы площади поверхности, целесообразно принимать как для прямоугольных поверхностей k = 1/12.В зависимости от вида поправок метацентрическую высоту судна с учетом влияния жидких грузов в частично заполненных цистернах находят по формулам: h = zm – zg – δh; h = zm – zg – δmh / .Свободные поверхности как бы повышают центр тяжести судна или снижают его поперечный метацентр. Проявление свободной поверхности жидкого груза также влияет и на продольную остойчивость судна. Поправка к продольной метацентрической высоте будет определяться формулой δН = – ρж iу /, где iу – собственный момент инерции свободной поверхности жидкости относительно поперечной оси (параллельной координатной оси ОУ). Рассматриваемое изменение остойчивости от свободной поверхности жидкости происходит при наличии ее объема от 5  95% объема цистерны. В таких случаях говорят, что свободная поверхность приводит к действенной потере остойчивости. Для уменьшения отрицательного влияния на остойчивость судна переливающихся жидких грузов на нем могут, предусматриваются следующие конструктивные и организационные мероприятия: - установка в цистернах продольных или поперечных переборок, что позволяет резко уменьшить собственные моменты инерции iх и iу; - установка в цистернах продольных или поперечных диафрагм-переборок, имеющих в нижней и верхней части небольшие отверстия. При резких наклонениях судна (например, при качки) диафрагма выполняет роль переборки, так как жидкость протекает через отверстия достаточно медленно. С конструктивной точки зрения диафрагмы более удобны, чем непроницаемые переборки, так как при установки последних значительно усложняются системы заполнения, осушения и вентиляции цистерн. Однако при длительных наклонениях судна диафрагмы, будучи проницаемыми, не могут уменьшить влияние переливающейся жидкости на остойчивость; - при приеме жидких грузов обеспечивать полное заполнение цистерн без образования свободных поверхностей жидкости;- при расходовании жидких грузов обеспечивать полное осушние цистерн; «мертвые запасы» жидких грузов должны быть минимальными; - обеспечивать сухость трюмов в отсеках судна, где может скапливаться жидкость с большой площадью свободной поверхности; - неукоснительно выполнять инструкцию по приему и расходовании жидких грузов на судне.

16.Подвешенные грузы? появляются на судне в результате подъема груза из трюма на палубу, приемом улова, выборкой сетей с помощью грузовых стрел и т.п. Влияние на остойчивость судна подвешенный груз (рис.46) оказывает аналогично вертикально переме-щенного, только изменение остойчивости происходит мгновенно в момент отрыва его от опоры. При подъеме груза, когда натяжение в шкентеле станет равным весу груза, происходит перемещение центра тяжести груза из точки 1 в точку подвеса (точку 2) и дальнейший подъем не будет оказывать влияние на остойчивость судна. Оценить изменение метацентрической высоты можно по формуле 6h=-m/ *l. где l = (z2 – z1) – первоначальная длина подвеса груза. На небольших судах, в условиях пониженной остойчивости, подъем груза судовыми стрелами может представлять значительную опасность.

17. Вертикальное перемещение груза? из точки 1 в точку 2 не создает момента, способного наклонить судно, и следовательно, его посадка не меняется (если только остойчивость судна при этом остается положительной). Такое перемещение приводит только к изменению по высоте положения центра тяжести судна. Можно сделать вывод, что данное перемещение приводит к изменению остойчивости нагрузки при неизменной остойчивости формы. Перемещение центра тяжести определяется по известной теореме теоретической механики: 6zg=m/*(z2-z1). где m – масса перемещаемого груза, Δ - масса судна, z1 и z2 - аппликаты ЦТ груза до и после перемещения. Приращение метацентрических высот составит: 6h= 6H= -6zg= -m/*(z2-z1). Судно после перемещения груза будет иметь поперечную метацентрическую высоту: h1 = h + δh. Вертикальное перемещение груза не приводит к значительному изменению продольной метацентрической высоты, ввиду малости δН по сравнению с величиной Н.

18.Остойчивость формы и остойчивость нагрузки? Рассмотрение этого вопроса позволяет установить природу остойчивости, выяснить физические причины возникновения восстанавливающего момента при наклонениях судна. В соответствии с метацентрическими формулами остойчивости (углы Θ и Ψ выражены в радианах): mΘ = γV h Θ = γV (r – α) Θ = γV r Θ – γV α Θ; МΨ = γV Н Ψ = γV (R – α) Ψ = γV R Ψ – γV α Ψ. Таким образом, восстанавливающие моменты mΘ , МΨ и плечи статической остойчивости lΘ, l Ψ представляют собой алгебраическую сумму их составляющих: mΘ = mф + mн; МΨ = Мф + Мн; lΘ = lфΘ + lнΘ ; l Ψ = l фΨ + l нΨ, где моменты mф = γV r Θ; Мф= γV R Ψ, принято называть моментами остойчивости формы, моменты mн = – γV α Θ; Мн = – γV α Ψ, моментами остойчивости нагрузки, а плечи lфΘ = mф / γV; lфΨ = Мф / γV, поперечными и продольными плечами остойчивости формы, плечи lнΘ = – mн / γV; lнΨ = – Мн / γV, поперечными и продольными плечами остойчивости нагрузки. Так как: r =Jx/V; R = Jyf/V; α = zg – zc, где Jx и Jyf – момент инерции площади ватерлинии относительно поперечной и продольной центральной оси соответственно, то моменты формы и нагрузки можно представить в виде: mф = γ Jx Θ, Мф= γ Jyf Ψ; mн = – γV (zg – zc) Θ , Мн = – γV(zg – zc) Ψ. По своей физической природе момент остойчивости формы всегда действует в сторону, противоположную наклонению судна, и, следовательно, всегда обеспечивает остойчивость. Он вычисляется через момент инерции площади ватерлинии относительно оси наклонения. Именно остойчивость формы предопределяет значительно большую продольную остойчивость по сравнению с поперечной т.к. Jyf » Jx. Момент остойчивости нагрузки из-за положения ЦТ выше ЦВ α = (zg – zc ) > 0, всегда уменьшает остойчивость судна и по существу она обеспечивается только остойчивостью формы. Можно предположить, что в случае отсутствия ватерлинии, например, у подводной лодки в подводном положении, момент формы отсутствует (Jx = 0). В подводном положении подводная лодка за счет балластировки специальных цистерн, имеет положение ЦТ ниже ЦВ, в результате ее остойчивость обеспечивается остойчивостью нагрузки.

19.Общее понятие о непотопляемости? Непотопляемостью называется способность судна после затопления части помещений сохранять достаточную плавучесть и остойчивость. Непотопляемость, в отличие от плавучести и остойчивости, не является самостоятельным мореходным качеством судна. Непотопляемостью можно назвать свойство судна сохранять свои мореходные качества при затоплении части водонепроницаемого объема корпуса, а теорию непотопляемости можно характеризовать как теорию плавучести и остойчивости поврежденного судна. Судно, обладающее хорошей непотопляемостью, при затоплении одного или нескольких отсеков должно, прежде всего, оставаться на плаву и обладать достаточной остойчивостью, не допускающей его опрокидывания. Кроме того, судно не должно утрачивать ходкость, которая зависит от осадки, крена и дифферента. Увеличение осадки, значительный крен и дифферент повышают сопротивление воды движению судна и ухудшают эффективность работы винтов и судовых механизмов. Судно должно также сохранять управляемость, которая при исправном рулевом устройстве зависит от крена и дифферента. Непотопляемость является одним из элементов живучести судна, поскольку потеря непотопляемости связана с тяжелейшими последствиями – гибелью судна и людей, поэтому ее обеспечение является одной из важнейших задач, как для судостроителей, так и для экипажа. На практике непотопляемость обеспечивается на всех этапах жизни судна: судостроителями на стадиях проектирования, постройки и ремонта судна; экипажем в процессе эксплуатации неповрежденного судна; экипажем непосредственно в аварийной ситуации. Из такого подразделения следует, что непотопляемость обеспечивается тремя комплексами мероприятий: конструктивными мероприятиями, которые проводятся при проектировании, постройке и ремонте судна; организационно-техническими мероприятиями, которые являются предупредительными и проводятся во время эксплуатации судна; мероприятиями по борьбе за непотопляемость после аварии, направленными на борьбу с поступлением воды, восстановление остойчивости и спрямление поврежденного судна. Конструктивные мероприятия. Эти мероприятия осуществляются на стадиях проектирования и постройки судна и сводятся к назначению таких запасов плавучести и остойчивости, чтобы при затоплении заданного числа отсеков изменение посадки и остойчивости аварийного судна не выходило из минимально допустимых пределов. Наиболее эффективным средством для использования запаса плавучести при повреждении корпуса, является деление судна на отсеки водонепроницаемыми переборками и палубами.

20. Категории и затопления отсеков и их влияние на запас плавучести и остойчивость? При затоплении отсеков судна возможны различные варианты их заполнения. В зависимости от характера затопления различают пять категорий затопленных отсеков (рис.79):Схема классификации затопленных отсеков. I категория (отсеки 1и 6) – отсеки затопленные полностью (имеют или не имеют сообщения с забортной водой); II категория (отсеки 3 и 5) – частично затопленные отсеки (имеющие свободную поверхность), не сообщающиеся с забортной водой; III категория (отсек 7) – частично затопленные отсеки, сообщающиеся с забортной водой и атмосферой; IV категория (отсек 2) – частично затопленные отсеки, сообщающиеся с забортной водой, но не имеющие сообщения с атмосферой (воздушная подушка), т.е. в этих отсеках уровень воды не совпадает с аварийной ватерлинией. V категория (отсек 4) – отсеки, затопленные частично по кромку пробоины или открытого забортного отверстия. На практике, рассматривают влияние на посадку и остойчивость судна только первых четырех категорий. Отсеки затопленные по V категории рассматривают как затопленные по II. К отсекам первой категории относят поврежденные отсеки расположенные ниже ватерлинии (цистерны двойного дна, диптанки), а также неповрежденные отсеки, целиком заполненные забортной водой. Объем таких помещений не значителен (для обычных судов не превышает 15% объемного водоизмещения судна), поэтому опасаться потери судном запаса плавучести, нет оснований. Расход запаса плавучести судна равен объему воды влившейся в отсек. Остойчивость судна при этой категории затопления улучшается (отсеки расположены ниже нейтральной плоскости). Большую опасность для судна представляет несимметричное затопление отсеков, при котором допустимый угол крена не должен превышать 200. Если аварийный угол крена окажется больше допустимого, необходимо принять меры по спрямлению судна. Расчет параметров посадки и остойчивости аварийного судна при затоплении отсеков первой категории, может быть выполнен методом приема малого груза, или по диаграммам КТИРПиХ, Фирсова-Гундобина и др. К отсекам второй категории относят отсеки, имеющие фильтрационную воду из смежных поврежденных отсеков или через заделанную пробоину. Вода в этих отсеках, может появиться в результате тушения пожаров или частичного затопления из поврежденных судовых систем. Очевидно, что отсеки второй категории, могут находиться ниже и выше ватерлинии. Расчет посадки и остойчивости судна после затопления отсека второй категории выполняют методом приема жидкого груза. Изменение плавучести при затоплении отсека второй категории аналогично изменению плавучести при затоплении отсека первой категории. Учитывая значительные объемы отсеков, которые могут быть затоплены по второй категории, следует опасаться потери судном запаса плавучести. Свободная поверхность ухудшает остойчивость судна, причем потеря остойчивости будет больше в высоко расположенных широких отсеках. Затопление отсеков по третьей категории, свободно сообщающихся с забортной водой, происходит через пробоину или при аварии забортной арматуры. В отсеке третьей категории вода всегда находится на одном уровне с забортной водой, поэтому ее количество меняется с изменением посадки судна. Параметры аварийного судна при затоплении таких отсеков рассчитывают методом постоянного водоизмещения. Весь отсек исключается из запаса плавучести судна, так как вода может беспрепятственно заполнять надводный объем отсека. Изменение начальной остойчивости определяется влиянием геометрии и координат центра тяжести потерянной площади ватерлинии. Степень падения остойчивости увеличивается с увеличением ширины судна. При затоплении отсеков третьей категории у широких судов (B/d > 3,5) следует опасаться как потери остойчивости, так и потери плавучести, а у узких судов – только потери плавучести. Затопление отсека четвертой категории может возникнуть при поступлении воды через низкорасположенное повреждение при герметичности отсека. При затоплении герметичного отсека четвертой категории потеря запаса плавучести определяется количеством влившейся воды, а потеря остойчивости будет промежуточной между потерями остойчивости при затоплении аналогичных отсеков второй и третьей категорий при равных объемах влившейся воды. Для отсеков второй, третьей и четвертой категорий при рассмотрении отрицательного влияния свободных поверхностей воды необходимо учитывать изменение не только начальной остойчивости судна, но и остойчивости на больших углах крена. Таким образом, наибольшую опасность для судна представляет затопление отсеков второй и третьей категории, особенно, если они имеют большую ширину и длину. Велика также опасность затопления высоко расположенных отсеков. Поэтому, в процессе в процессе борьбы с водой, воду из затопленных помещений на верхних палубах необходимо спустить в лежащий ниже отсек. После заделки пробоины в отсеке третьей категории, он переходит в отсек второй категории. При этом переходе может измениться остойчивость судна. Существенное изменение остойчивости будет происходить в процессе откачки воды из отсека второй категории. Поэтому прежде, чем приступить к откачке воды, следует тщательно оценить остойчивость судна при различных уровнях воды в отсеке.

21. 5 типовых случаев поврежденного судна. Организация действия экипажа при аварии? Первый случай. Затопление симметрично относительно ДП (Θ = 0), начальная остойчивость положительная (КΘ > 0). Задачи спрямления (в широком смысле) поврежденного судна: поддержание и, если необходимо, увеличение остойчивости; сохранение и возможное восстановление запаса плавучести; уменьшение в необходимой мере дифферента, если такой возник в результате повреждения. Первый типовой случай состояния поврежденного судна.При выборе мероприятий по восстановлению запаса плавучести следует, прежде всего, удалять фильтрационную воду из широких и высокорасположенных помещений. К осушению полностью затопленных низкорасположенных отсеков следует прибегать в последнюю очередь, предварительно оценив состояние поврежденного судна и возможное уменьшение ее в результате осушения отсека. Целесообразно спрямлять дифферент за счет перемещения жидких запасов (топлива, пресной воды) и осушения после заделки пробоин затопленных в поврежденной оконечности отсеков. Если возникает угроза ухода под воду верхней открытой палубы в оконечности судна, продольное спрямление контрзатоплением совершенно необходимо. Спрямляющие отсеки следует затапливать последовательно, не допуская образования больших свободных поверхностей воды одновременно в нескольких отсеках.