Глава 3. Качка судов

3.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ КАЧКИ.

Качкой называется совокупность колебательных движений около положения равновесия, совершаемых судном под действием внешних сил.

При рассмотрении малых колебаний судна на волнах малой амплитуды эти гидродинамические внешние силы можно разделить на следующие четыре составляющие.

1. Инерционные силы, возникающие вследствие изменения кинетической энергии жидкости, вызванного качающимся судном. Эти силы пропорциональны ускорением качки судна и в их составе учитываются присоединенные массы и моменты инерции жидкости.

2. Восстанавливающие силы или гидростатические, возникающие как реакция воды на перемещение судна, стремящиеся вернуть судно в положение равновесия.

3. Силы сопротивления или демпфирующие силы, возникающие вследствие рассеивания энергии качающегося судна, обусловленные вязкостью и весомостью воды.

4. Возмущающие силы, возникающие вследствие непрерывной передачи судну энергии волнение воды.

Такое разделение сил позволяет описывать и изучать процесс качки судна на волнении с помощью системы линейных дифференциальных уравнений второго порядка.

Как всякое свободное тело, плавающее судно имеет шесть степеней свободы и может совершать столько же видов движения - три поступательных вдоль взаимно перпендикулярных осей и три вращательных относительно тех же осей. Из этих движений любые перемещения и вращение в горизонтальной плоскости не приводят к появлению восстанавливающих сил, и, по отношению к ним, судно находится в состоянии безразличного равновесия. В отношении же вертикальных перемещений и вращений относительно горизонтальных осей равновесие судна устойчиво. Поэтому на тихой воде судно может совершать три вида качки, называемых основными видами:

- бортовую качку, при которой колебания совершаются вокруг продольной оси оХ, проходящей через центр тяжести судна;

- килевую качку , при которой колебания совершаются вокруг поперечной оси ОУ, проходящей через тот же центр;

- вертикальную качку, при которой колебания совершаются вдоль вертикальной оси ОZ , относительно ватерлинии статического равновесия .

На морском волнении судно, как правило, испытывает все три основных вида качки одновременно.

Качка характеризуется следующими параметрами:

- амплитуда – максимальное отклонение (угловое в градусах для бортовой θ° и килевой качки ψ°, линейное в метрах ζ , для вертикальной качки) от положения равновесия;

- период – время совершения одного полного колебания, измеряемое в секундах

- круговая (угловая) частота-число колебаний за 2π секунд.

Последствия, которые может вызвать качка, разнообразны по своему характеру и степени опасности. Главнейшие из них состоят в следующем:

- появлению опасного крена, который может привести к потере остойчивости и опрокидыванию судна;

- смещению сыпучих грузов, срыву недостаточно закрепленных грузов и судовых механизмов, вследствие наклонений и сил инерции;

- перелому корпуса судна, вызванному возникшими опасными напряжениями и деформациями, в связях и перекрытиях судового корпуса, из-за появившихся во время качки чрезмерных дополнительных инерционных сил;

- деформации корпуса от ударов оконечности о воду при продольной качке (явление слеминга);

- заливанию палубы при зарывании корпуса под поверхность волн, что ухудшает условия работы экипажа и может привести к затоплению отсеков судна через грузовые люки и двери надстроек и рубок;

- потере скорости хода суда и увеличению расхода топлива главным двигателем из-за возрастания сопротивления движения судна и ухудшения работы движителя;

- ухудшению условий работы судовых механизмов и приборов из-за

- затруднению обслуживания судовых механизмов и управления судном;

- оказанию вредного физиологического воздействия на экипаж и пассажиров.