§ 15. Изменение осадки судна при приеме или расходовании малого груза

Малым принято считать груз, вес которого не превышает 10% веса судна. При приеме груза вес судна увеличивается, что приводит к увеличению водоизмещения судна, а, следовательно, и средней осадки судна. Для определения величины изменения средней осадки судна определим одну и ту же величину разными способами. Мы будем опреде-лять приращение водоизмещения ΔV по закону Архимеда и геометрически.

Итак, определимся со всеми величинами до и после приема груза весом р. Прини-маем сразу, что в случае приема груза вес его будет положительный, если груз расходует-ся, вес его будет отрицательный, т.е. в этом случае мы принимаем отрицательный груз.

Таблица 2

Параметры судна

до приема груза Параметры судна

после приема груза

Вес судна

D D + р

Водоизмещение

V V + ΔV

Осадка

T T + ΔT

Определим, как изменится водоизмещение ΔV. По закону Архимеда

D = γ V (23)

После приема груза по аналогии

D + p = γ (V + ΔV) (24)

Отсюда определим ΔV:

(25)

(26)

Но по закону Архимеда

(27)

Следовательно, получаем следующее выражение:

(28)

Теперь определим изменение водоизмещения судна, исходя из геометрии судна. Учитывая, что груз малый, можно предположить, что ватерлиния судна при погружении не изменилась. Следовательно, объем части корпуса, вошедшей в воду, определяем, как объем цилиндра, основание которого – площадь ватерлинии, а высота – изменение осадки ΔT. Объем такой фигуры равен произведению площади основания на высоту, т.е.

ΔV = S ΔT, (29)

где S – площадь действующей ватерлинии, которая определяется по формуле:

S = αLB, (30)

где α – коэффициент полноты ватерлинии,

L – длина судна,

B – ширина судна.

Приравняв ΔV, полученное разными путями, получим следующее:

(31)

(32)

Новая осадка судна будет:

Т'' = Т + ΔТ (33)

При решении судоводителями задач, связанных с изменениями средней осадки судна при приеме и снятии малого груза на практике пользуются величиной q, которая определяет массу груза, которая меняет осадку данного судна на 1см. Зная величину груза, меняющего осадку на 1см, легко определить изменение осадки в сантиметрах:

(34)

Или в метрах соответственно:

(35)

Из приведенных формул видно, что q прямо пропорционально площади ватерли-нии S. Поэтому, применив к строевой по ватерлиниям масштаб в виде величины 0,01γ, можно построить кривую числа тонн на см осадки. По этой кривой, зная осадку судна, можно определить величину q, а, следовательно, рассчитать возможное изменение осадки при приеме малого груза.

§ 16. Изменение осадки судна при переходе из пресной воды в соленую и наоборот

Суда смешанного река-море плавания постоянно осуществляют переходы из мор-ских районов в речные и обратно. При таких переходах при неизменном весе самого судна меняется удельный вес воды, а, следовательно, изменится осадка самого судна.

Для упрощения расчетов будем пользоваться следующей схемой: судно переходит из водоема 1 в водоем 2. При этом параметры судна будут следующими:

Таблица 3

Параметры судна

в водоеме 1 Параметры судна

в водоеме 2

Вес судна

D D

Водоизмещение

V1 V 2

Удельный вес воды

γ1 γ2

Осадка

T T + ΔТ

Как и в предыдущем параграфе, будем определять величину изменения водоизме-щения ΔV двумя разными способами: используя закон Архимеда и геометрически.

ΔV = V 2 - V1 (36)

В свою очередь

(37)

(38)

(39)

Геометрически

ΔV = S ΔT. (40)

Приравнивая правые части этих двух выражений, получим следующее:

(41)

Или

(42)

где ΔТ – изменение осадки при переходе из одного водоема в другой,

D – весовое водоизмещение судна (вес судна),

S – площадь действующей ватерлинии,

γ1 - удельный вес воды в 1 водоеме,

γ2 – удельный вес воды во 2 водоеме.

Если разделить D на γ1, то получаем водоизмещение судна в 1 водоеме V1, кото-рое можно вычислить, используя коэффициент общей полноты водоизмещения и главные размерения судна:

V1 = δ L В Т (43)

В свою очередь площадь ватерлинии может быть определена через коэффициент полноты ватерлинии:

S = α L В (44)

Учитывая, что D = γV, и, подставляя приведенные значения, получим следующее:

(45)

где δ – коэффициент общей полноты водоизмещения судна,

α – коэффициент полноты ватерлинии,

Т1 – первоначальная осадка судна.

Знак ΔТ зависит от направления перехода, что видно из данной формулы. Если судно переходит из пресной воды в соленую (γ1 < γ2), то величина ΔТ будет отрицатель-ной, а новая осадка будет меньше первоначальной. Если же судно переходит из морской воды в пресную (γ1 > γ2), то величина ΔТ будет положительной, и новая осадка будет больше первоначальной.

Запас плавучести.

До сих пор мы рассматривали и рассчитывали объем только погруженной части корпуса – водоизмещения. Но, как известно, весь корпус – это водонепроницаемая часть судна, а значит, судно не потеряет плавучести до тех пор, пока корпус не уйдет в воду. Тем не менее, предел погружения судна – грузовая ватерлиния. Почему? Просто непогру-женная часть корпуса является как бы «аварийным запасом» на случай, если судно будет вынуждено увеличить свое водоизмещение, например, при приеме воды в случае получе-ния пробоины. Поэтому надводная часть корпуса так и называется – запас плавучести.

Запас плавучести судна можно определить по следующей формуле:

VЗП = SКВЛ (Н – Т)(1 + k), (46)

где VЗП – запас плавучести;

SКВЛ – площадь грузовой ватерлинии;

Н – высота борта;

T – осадка судна;

k – коэффициент, учитывающий развал бортов, седловатость палубы, наличие водоне-проницаемых надстроек и рубок.

Степень непотопляемости судна тем выше, чем выше относительный запас плаву-чести судна, который определяется как отношение запаса плавучести к расчетному водо-измещению судна. Относительный запас плавучести зависит от типа судна и составляет для танкеров 15-25%, для сухогрузов – 25-50%, для пассажирских судов около 80%.

Очевидно, что запас плавучести судна зависит от величины надводного борта суд-на, который определяется, как (Н – T). Чем больше высота надводного борта судна, тем больше запас плавучести. Высота надводного борта – мера запаса плавучести судна, вели-чина которой устанавливается для всех судов Правилами Речного Регистра.

Необходимым условием назначения высоты надводного борта является удовле-творение требований правил Регистра к прочности, остойчивости и непотопляемости суд-на. Речной Регистр, исходя из этого, назначает судну в зависимости от его размеров, на-значения и района плавания, минимальный надводный борт, который фиксируется путем нанесения на борту грузовой марки.