2.10 Хитавиця суден

Хитавиця – коливання судна від дії хвиль або інших зовнішніх сил.

Судно. як вільно плаваюче тіло, має шість ступенів свободи. Відповідно до цього розрізняють шість видів хитавиці - три зворотно - поступальні (вертикальна, повздовжня і поперечна) і три обертальні (бортова, кільова і рискання).

Рисунок… - Види хитавиць

1 –повздовжня вісь, 2 – поздовжній рух, 3 – бортова (бокова) хитавиця. 4 – поперечна вісь. 5 – поперечний рух (дрейф), 6 – кильова хитавиця, 7 – вертикальна вісь. 8 – вертикальна хитавиця, 9 – рискання.

Хитавиця, як любий коливальний рух, характеризується періодом Т і амплітудою Θ. яка вимірюється або в градусах, або в метрах.

По мірі впливу на судно ці шість видів хитавиці розташовуються в наступному порядку:

• бортова – обертальні коливання навколо повздовжньої осі судна;

• кільова - обертальні коливання навколо поперечної осі судна;

• вертикальна – зворотно –поступальні коливання вздовж вертикальної осі;

• поздовжня - зворотно –поступальні коливання вздовж поздовжньої осі;

• поперечна - зворотно –поступальні коливання вздовж поперечної осі;

• рискання - обертальні коливання навколо вертикальної осі судна

Три останні види мало впливають на судно і їх майже не вивчають.

Періоди хитавиць:

- бортової Т =(капітанська формула),

де с = 0,373 + 0,023B/d - 0,043L/100 – інерційний коефіцієнт,

В – ширина судна в м,

L – довжина судна в м,

d – осадка судна в м.

h – метацентрична висота в м;

- кільової і вертикальної Тφ ≈ Тζ ≈ 2,5√d.

Хитавиця судна із-за опору води дуже швидко затухає, якщо немає збуджуючих факторів.

Основна причина хитавиці суден – хвилювання води від дії вітру.

Хвилі, які спостерігаються на поверхні моря, виникають головним чином від дії вітру.

Катинка из ВМФ портала

Основні параметри морських хвиль:

• вершина хвилі – найвища точка гребеня хвилі;

• підошва – найнижча точка улоговини хвилі;

• висота (h) – відстань по вертикалі між вершиною і підошвою хвилі;

• довжина (λ) – відстань по горизонталі між гребенями суміжних хвиль;

• період (τ) – час, за який хвиля проходить відстань, рівну її довжині;

• крутизна έ = - відношення висоти хвилі до її довжини;

• швидкість(с) – швидкість переміщення гребеня хвилі в напрямі її бігу.

Для відкритих районів океану τ = 0,8 √λ , с =1,25√λ.

Відповідно λ =

Коли судно рухається, то на нього набігають хвилі не з істинним періодом, а з відносним ( який здається). Відносний період залежить від швидкості судна і напряму руху відносно хвиль.

Відносний період набігання хвиль

τв =,

де v – швидкість судна в вузлах,

α – курсовий кут до фронту гребенів хвиль( на зустрічному чи попутному хвилюванні α = 90´).

(+) відноситься до руху судна проти хвиль, ( - ) – до руху за хвилями.

На зустрічному хвилюванні τв =,

При плаванні на судно діє комбінація всіх видів хитавиць. Але в залежності від напряму руху судна відносно хвиль може переважати бортова або кільова хитавиця.

Хитавиця негативно впливає як на саме судно, так і на людей на ньому. До шкідливих наслідків хитавиці відносять:

• зменшення швидкості судна через збільшення опору руху;

• погіршення режиму роботи двигунів та гребних гвинтів;

• поява додаткових зусиль від сил інерції і ударів хвиль;

• можливе ослаблення розкріплення вантажів;

• шкідливий фізіологічний вплив на людей

Поведінка судна при хвилюванні моря залежить від форми і розмірів корпусу,завантаження, швидкості руху, .характеру хвилювання. курсового кута руху судна відносно руху хвиль, характеристик вітру, глибини моря і рельєфу дна.

Виділяють два режими плавання судна при хвилюванні моря.

Перший – коли судно не змінює курс. Може тільки трохи збавити швидкість, щоб зменшити удари хвиль, заливання палуби і амплітуду хитавиці.

Другий – режим штормування. При ньому для безпеки плавання змінюють курс і швидкість судна.

При русі судна на хвилюванні можуть виникати наступні явища.

Основний/гармонічний резонанс - значне збільшення амплітуд хитавиці судна. яке спостерігається , коли збігаються період хвилювання, і період власних коливань судна. Гармонічний резонанс виникає, коли є поновлююча сила або момент. Найбільш небезпечним вважається резонанс бортової хитавиці. Резонанси кільової і вертикальної хитавиці менш небезпечні, але вони можуть створювати ряд явищ. таких як слемінг, заливання, збільшення навантаження за рахунок сил інерції і параметричний резонанс.

Слемінг – явище гідродинамічного удару в носовій частині судна в результаті взаємодії з хвилею.

Заливання – явище попадання води на палубу, коли хвиля більша за надводний борт судна.

Брочінг – явище захвата судна хвилею, яке супроводжується втратою керованості. розворотом судна лагом до хвиль і перевертанням. Виникає при значній швидкості судна на попутному хвилюванні. Найбільш вірогідний, коли довжина судна близька до довжини хвилі і швидкість судна близька до швидкості бігу хвиль.

Параметричний резонанс - різке збільшення коливань при періодичному прикладенні незначних зусиль з частотою, рівною частоті власних коливань.

Зміною швидкості і напряму руху судна відносно хвиль можна вийти із резонансної зони. Для цього існують спеціальні штормові діаграми. Одна з таких діаграм – універсальна штормова діаграма Ю.В.Ремеза.

Різні судна на хвилюванні ведуть себе по різному. Але є певна закономірність. Ступінь вірогідності виникнення наслідків руху судна на хвилюванні (дуже мала, мала, середня і велика) при різних напрямах руху хвиль по відношенню до курсу судна приведена в таблиці

Таблиця - Вірогідність виникнення наслідків руху судна на хвилюванні

Параметр	Напрям хвиль
	Зустрічний 0˚	Скуловий 45˚ / 315˚	Лагом 9 0˚	Раковина 135˚/ 215˚	Попутний 180˚
Втрата швидкості	велика	середня	мала	мала	мала
Вертикальна хитавиця	середня	середня	велика	середня	середня
Кільова хитавиця	велика	середня	середня	середня	мала
Слємінг	велика	велика	дуже мала	дуже мала	дуже мала
Навантаження на корпус	велика	велика	середня	середня	середня
Дрейф	мала	середня	велика	середня	мала
Бортова хитавиця	дуже мала	дуже мала	велика	велика	середня
Основний резонанс бортової хитавиці	дуже мала	дуже мала	середня	велика	велика
Параметричний резонанс	мала	середня	середня	мала	мала
Втрата остійності	дуже мала	дуже мала	середня	велика	велика
Брочінг	дуже мала	дуже мала	дуже мала	середня	велика
Заливання	велика	велика	середня	мала	мала
Розгін гвинта	мала	мала	мала	велика	велика
Рискання	дуже мала	середня	середня	велика	мала

Приклад 2.11. Визначити періоди власних коливань при бортовій , кільовій і вертикальній хитавицях суховантажного судна “TIMBER NAVIGATOR” з однорідним вантажем щільністю 0,685т/м³ і 100% запасів.

В суховантажного судна “TIMBER NAVIGATOR” з однорідним вантажем щільністю 0,685т/м³ і 100% запасів осадка d = 7,22 м, метацентрична висота h = 0,38 м. (див. приклад 2.2 ).

Період бортової хитавиці Т ==

де с= 0,373+0,023B/d-0,043L/100=0,373+0,023·15,9/7,22–0,043·112,29/100 = = 0,375 - інерційний коефіцієнт.

Періоди кільової і вертикальної хитавиць Тφ ≈ Тζ ≈2,5√d =2,5√7,22=6,7 с.

Приклад 2.12. Визначити довжину резонансних хвиль при бортовій , кільовій і вертикальній хитавицях суховантажного судна “TIMBER NAVIGATOR” з однорідним вантажем щільністю 0,685т/м³ і 100% запасів при стоянці .

Довжина резонансної хвилі при бортовій хитавиці при стоянці судна

λ =м.

Довжина резонансної хвилі при кільовій і вертикальній хитавицях при стоянці судна

λ =м.