§ 27. Определение кренящего момента от давления ветра

В этой главе мы рассмотрим, как можно рассчитать кренящий момент, создавае-мый силой давления ветра. Как известно, наибольшее воздействие и, соответственно, наи-больший кренящий момент будет в случае, когда ветер дует в борт судно, то есть, когда судно расположено лагом к ветру. Именно этот случай мы и будем рассматривать.

Сила давления ветра зависит от площади поверхности, противостоящей ветру. оче-видно, что судно, имеющее развитые надстройки, как, например, пассажирское, больше подвержено действию ветровой нагрузки, нежели судно с относительно небольшой над-стройкой. То же самое можно сказать и про суда, имеющие высокий или низкий надвод-ный борт.

Площадь проекции надводной части судна на диаметральную плоскость называет-ся площадью парусности. В случае расчета кренящего момента от давления ветра, равно-мерно распределенную нагрузку заменяем на равнодействующую силу, равную суммар-ной нагрузке и приложенную в точке, называемой центром парусности ( на рисунке 47 – ЦП). Центр парусности является геометрическим центром тяжести площади парусно-сти.

Обратимся к рисунку 47. Мы заменили действие распределенной нагрузки равно-действующей, точка приложения которой – центр парусности. Эту силу можно рассчитать по формуле:

Рв = 0,001 рв Sп (133)

где Рв – полное давление ветра в тоннах;

Sп – площадь парусности в м²;

рв – удельное давление ветра в кг/м² (определяется по шкале Бофорта);

0,001 – коэффициент пересчета, переводящий килограммы в тонны.

И при статическом (при постоянном ветре), и при динамическом (при шквале) воз-действии точка приложения силы давления ветра – центр парусности, аппликата которого – zп. Величина же этой силы меняется, так как удельное давление ветра при статическом воздействии и при шквале имеет разное значения при одинаковой бальности ветра. Кроме того , при расчете кренящего момента плечи этих моментов определяются по-разному.

Рисунок 47

Определение кренящего момента от ветровой нагрузки

На рисунке 47-б показана схема, соответствующая статическому воздействию вет-ра. В этом случае кренящий момент образуется парой сил:

1. Р – сила давления ветра при статическом воздействии;

2. К – сила бокового сопротивления воды, которая приложена в центре бокового со-противления, аппликату которого можно приближенно принять равной половине осадки.

Тогда

М = Р (zп – Т/2) (134)

При шквале ( рисунок 47-в), а это резко появляющаяся нагрузка, плечо кренящего момента определяется как кратчайшее расстояние между траекторией силы давления вет-ра и центром тяжести судна G, аппликата которого zg:

М = Р (zn – zg) (135)

Углы крена, возникающие при давлении ветра, определяются по формуле (59)

§ 28. Определение кренящего момента от натяжения буксира

Если буксирное судно идет прямым курсом,, то на него действуют сила упора дви-жителей Р и сила F на гаке, с которой буксир тянет буксируемое судно ( рисунок 49-а), причем, если судно движется равномерно, то эти силы равны и противоположно направ-лены, то есть Р=F.

Если же буксир, повернет на некоторый угол φ (рисунок 49-б), то сила F на гаке уменьшится и станет

F'' = F = P cos φ (136)

Разложим силу F на составляющие, идущие вдоль диаметральной плоскости – R, которая уменьшает скорость движения судна, и перпендикулярную ей – Q:

Q = F sin φ (137)

Подставим выражение (136) в (137):

Q = P cos φ sin φ = ½Р sin 2φ (138)

Максимальное значение сила Q приобретает, при угле φ = 45º, когда синус двойно-го угла будет равен единице – максимальному для синуса значению. В этом случае

Qmax= ½Р (139)

Рисунок 49

Определение кренящего момента от натяжения буксира

Кренящий момент от натяжения буксира определяется умножением силы Q на плечо, которое, как и в случае определения кренящего момента от ветровой нагрузки, оп-ределяется для статической нагрузки – (случая натяжения буксира) и динамической на-грузки (рывка буксира) определяется по-разному:

1. lz = zб - ½Т – при натяжении буксирного троса (рисунок 49-в). тогда

Мкр = Q ( zб - ½Т ),

где zб – аппликата буксирного гака, ½Т - аппликата точки приложения силы бокового сопротивления.

2. lz = zб – zg – при рывке буксира (рисунок 49-г). Тогда, учитывая, что при динамическом воздействии величина силы удваивается, получим

Мкр = 2Q ( zб – zg ),

где zg– аппликата центра тяжести судна.

Силу Р в тоннах можно приближенно рассчитать по формуле:

Р = 0,01 Ni , (140)

где Ni – индикаторная мощность главных механизмов буксира в лошадиных силах.

Из всего выше сказанного следует, что максимальный угол крена буксира будет при рывке буксира, если он направлен под углом 45º к ДП, значит, максимальный креня-щий момент от рывка буксира будет:

М = P(zб – zg), (141)

а соответствующий ему угол крена будет: