4.5. Понятие о плавучести и посадке.

Плавающее судно должно обладать рядом мореходных качеств, в понятие которых входят: плавучесть, остойчивость, непотопляемость, ходкость, управляемость, качка и прочность.

Плавучестью называется способность судна поддерживать вертикальное равновесие относительно поверхности воды при заданной нагрузке (количестве грузов).

На плавающее на поверхности воды судно действуют две системы противоположно направленных сил: силы тяжести судна и Архимедовы силы – силы поддержания.

Посадкой называется положение судна относительно поверхности воды. Судно, как твердое тело, имеет 3 степени свободы относительно поверхности (плоскости) воды, поэтому его посадку должны определять 3 параметра. Обычно используются следующие варианты параметров:

а) осадка носом: (Т_н), осадка кормой (Т_к) и угол крена ()

(осадка носом – заглубление носа, осадка кормой - заглубление кормы, угол крена– угол наклонения судна в поперечной плоскости);

б) осадка на миделе (Т_м), угол крена (), угол дифферента ()

или дифферент (d = Т_н – Т_к) (угол дифферента – угол наклонения судна в продольной плоскости).

Дифферент на нос и крен на правый борт считают положительными. Варианты посадки судна:

а) судно с креном и дифферентом ( ≠ 0,  ≠ 0);

б) судно сидит прямо и на ровный киль ( = 0,  = 0);

в) судно сидит прямо, но с дифферентом ( = 0,  ≠ 0);

г) судно сидит на ровный киль, но с креном ( ≠ 0,  = 0).

Осадки судна определяют по маркам осадок, которые наносят на правом и левом бортах судна в носу, корме и на миделе, как можно ближе к перпендикулярам и миделю судна соответственно (рис.4.3.).

Рис.4.3. Марки углубления.

Необходимым и достаточным условием равновесия судна на поверхности воды, имеющего дифферент, является равенство сил тяжести и сил поддержания, а также когда центр тяжести и центр величины окажутся на одной вертикали, рис.4.4.

Рис.4.4. Силы действующие на судно

4.6 Понятие об остойчивости судна

Остойчивостью называется способность судна сопротивляться воздействию внешнего кренящего момента и возвращаться в исходное положение равновесия после прекращения действия момента, вызвавшего наклонение.

Понятие остойчивости связывается с действием на судно только моментов (пар сил) и, следовательно, равнообъемными наклонениями - наклонениями, при которых не меняется объем подводной части судна.

Если кренящий момент, приложенный к судну, возрастает постепенно и не вызывает угловых ускорений и, следовательно, и сил инерции, то при рассмотрении равновесия судна можно пользоваться условиями статического равновесия. Остойчивость при таких наклонениях называется статической.

В зависимости от того, какие наклонения рассматриваются, различают поперечную и продольную остойчивость.

В зависимости от величины угла крена поперечную остойчивость разделяют на остойчивость при малых углах наклонения или начальную остойчивость, и остойчивость на больших углах крена.

Остойчивое и неостойчивое судно. Восстанавливающий момент.

При наклонении судна изменяется положение центра подводного объема судна (центра величины наклоненного судна) - С₁, следовательно, равнодействующая сил поддержания будет приложена в точке С₁ (рис.4.5 и 4.6). Если равнодействующие сил тяжести (Р) и поддержания (Q) образуют момент, стремящийся увеличить угол крена судна (рис.4.5) - то судно не остойчиво.

Если возникает момент M_в, стремящийся вернуть судно в исходное прямое положение, то судно остойчиво (рис.4.6).

Момент M_в называется восстанавливающим моментом и равен он произведению одной из сил пары на плечо l_ст

, (4.1)

где: Р=D·g;

D – массовое водоизмещение;

g-гравитационное ускорение.

С целью упрощения и совмещения рисунков в теории корабля обычно изображают судно в прямом положении, а ватерлинию, соответствующую наклонному положению судна (В₁Л₁), наклонной (рис.4.6.б). Очевидно, что Рис.4.6.а и 4.6.б эквиваленты, только следует помнить, что линии действия сил тяжести (Р) и поддержания (Q) перпендикулярны действующей ватерлинии (как для прямой, так и для наклонной). Мерой начальной остойчивости является метацентрическая высота h, равная Gm. На тех же рисунках видно, что h = Zc + ρ – Zg, где Zc - аппликата центра величины, ρ - радиус окружности, по которой точка Со переместилась в точку С1, Zg – аппликата цетра тяжести судна.

Чем больше h, тем остойчивее судно. Величина h зависит в основном от положения центра тяжести судна, т.е. от расположения груза. По этой причине балкер и буксир остойчивее, чем контейнеровоз и пассажирское судно. Метацентрическая высота характеризует начальную остойчивость (при углах крена до 10°-12^о).

Характеристикой остойчивости при больших углах крена является диаграмма статической остойчивости (ДСО), которая строится для каждого варианта загрузки судна (рис.4.7.)

Рис.4.7. Диаграмма статической остойчивости

По горизонтальной оси откладываются углы крена, а по вертикальной восстанавливающие моменты или плечи остойчивости. Точка А диаграммы соответствует максимальному восстанавливающему моменту, когда во время качки ватерлиния доходит до скулы и до ширстрека, точка В соответствует углу потери остойчивости судном, т.н. «угол заката диаграммы».

Остойчивость судна, при мгновенно приложенном кренящем моменте называется динамической остойчивостью, которая характеризуется диаграммой динамической остойчивости (ДДО). О построении и использовании ДДО речь пойдет в последующих курсах — теории корабля и управлении мореходными качествами судна.

При продольных наклонениях судна применяется аналогичный подход и используется понятие продольной метацентрической высоты H, которая почти на два порядка больше h (H ~ L). По этой причине суда значительно чаще теряют поперечную, а не продольную остойчивость.