1. Статика корабля

Статика корабля изучает навигационные качества судна, присущие ему как в состоянии покоя, так и в ходу -- плавучесть, остойчивость и непотопляемость. Основное допущение, используемое при изучении этих качеств и выводе расчетных соотношений -- представление корабля, как недеформируемого твердого тела, ограниченного поверхностью непроницаемого корпуса, масса которого равняется массе всего судна, а центр тяжести совпадает с центром масс судна. Этот объект изучения носит название теоретического корпуса. Все выводы и расчетные выражения, полученные в отношении этого объекта, оказываются вполне приемлемыми для оценки плавучести, остойчивости и непотопляемости реального судна во всех возможных ситуациях, связанных с его эксплуатацией.

Основной задачей статики корабля является определение положения корабля относительно поверхности воды, назначение и нормирование величин, характеризующих навигационные качества, и оценка влияния различного рода внешних воздействий на эти характеристики. Решения поставленной задачи позволяют расчетным путем предсказать поведение судов каких угодно формообразований в любых реально возможных ситуациях, дают возможность устанавливать оптимальные соотношения конструктивных параметров корпуса для достижения наилучших качеств судна, а также указывают пути для принятия рациональных решений при аварийных ситуациях, когда навигационные качества частично утрачиваются.

1.1 Геометрия корпуса

Главными размерениями судна являются длина, ширина, высота борта, осадка средняя и высота надводного борта. Эти величины измеряются в главных проектирующих плоскостях (см.рис.1.1), имеющих названия: плоскость грузовой ватерлинии - ГВЛ, диаметральная плоскость - ДП, плоскость мидель - шпангоута. Дополнительно используется основная плоскость - ОП, касающаяся корпуса в нижней его точке и параллельная ГВЛ. Собственные (связанные с судном) оси координат принимаются на пересечениях вертикальных проектирующих плоскостей и ОП.

Рис.1.1. Главные размерения судна

Форму подводной части корпуса характеризуют коэффициенты полноты ватерлинии – , мидель - шпангоута -- , полноты водоизмещения (общей) -- , продольной -- и поперечной (вертикальной) -- полноты.

(1)

Здесь V-- объем подводной части (объемное водоизмещение) в м³. S и -- соответственно, площади ГВЛ и подводной части миделя в м².

Полное и точное представление о форме корпуса дает теоретический чертеж - ТЧ (см.рис.1.2), представляющий собой совокупность сечений корпуса тремя семействами плоскостей, параллельных главным проектирующим плоскостям и составляющих три проекции -- бок, корпус и полушироту. ТЧ является базовым материалом для всех расчетов, определяющих навигационные качества судна в статике.

Упражнения

1.1. Определить объемное водоизмещение и коэффициенты полноты кругового цилиндра диаметром 2 м и длиной l=10 м, плавающего: а) вертикально с осадкой T₁=5 м; б) горизонтально с осадкой T₂=1,0 м.

Решение:

Определим главные размерения плавающих объектов:

а) длина и ширина L₁=B₁=2,0 м, осадка T₁=5 м, высота борта H₁=10 м, высота надводного борта F₁=5 м;

б) длина L₂=10 м, ширина B₂=2 м, осадка T₂=1,0 м, высота борта H₂=2 м, высота надводного борта F₂=1 м.

Объемное водоизмещение для обоих вариантов:

Рис. 1.2. Рис. 1.2. Теоретический чертеж

=15,7 м³.

Площади сечений равны - площадь ГВЛ:

а) =3,14 м²; б) =20 м².

Площади погруженной части мидель - шпангоута:

а) =10 м²; б) =1,57 м.

Коэффициенты полноты:

а) =0,785; =1,0; =0,785;

=1,0; =0,785;

б) =1,0; =0,785; =0,785;

=0,785; =1,0.

1.2. Известны следующие данные грузового судна: V=2340м³; F=1,2 м; T=2,5 м; B/T=4,5; =0,70; =0,80; =0,98.

Определить недостающие главные размерения и коэффициенты полноты, а также площади ГВЛ и погруженной части мидель - шпангоута.

Решение:

Высота борта H=F+T=1,2+2,5=3,7 м.

Ширина судна B=4,5T=4,5*2,5=11,25 м.

Длина судна L=V/ BT=2340/(0,70*11,25*2,5)=118,9 м.

Площадь ГВЛ S= LB=0,80*118,9*11,25=1070 м².

Площадь погруженной части миделя = BT=0,98*11,25*2,5=27,6м².

Коэффициент вертикальной полноты

=0,875.

Коэффициент продольной полноты

=0,714.

Контрольные вопросы

1. Каким методом пользуются при построении теоретического чертежа судна?

2. Как называются кривые, образующиеся при пересечении поверхности корпуса с плоскостями, параллельными ДП, плоскости ГВЛ и плоскости мидель - шпангоута?

3. На каких проекциях теоретического чертежа изображаются в неискаженном виде шпангоуты, ватерлинии, батоксы?

4. Какие величины называются основными размерениями судна?

5. Что характеризуют коэффициенты полноты судна? Перечислите пять коэффициентов полноты.

6. Какой из коэффициентов полноты судна обычно имеет наименьшее значение?

7. С увеличением осадки судна коэффициенты полноты уменьшаются или увеличиваются?

8. Что называется объемным водоизмещением судна?

Задачи

1.1. Определить коэффициенты полноты судна с прямостенными бортами, у которого =0,795 (рис.1.3.а).

1.2. Определить коэффициенты полноты судна призматической формы с поперечным сечением подводной части корпуса в виде треугольника с углом при вершине 90⁰ (рис.1.3.б).

1.3. Найти коэффициенты полноты конусного буя (рис.1.3.в).

а) б) в)

Рис.1.3. К задачам 1.1-1.3

1.4. Определить коэффициенты полноты сферического понтона, плавающего с осадкой, равной половине диаметра.

1.5. Известны следующие данные контейнерного судна: V=1340 м³; T=1,84 м; B/T=5,78; =0,821; =0,893; =0,985. Подсчитать длину, ширину, площадь ВЛ и площадь погруженной части мидель -шпангоута судна.

1.6. Известно, что высота борта буксирного теплохода H=3,3 м, высота надводного борта F=0,72 м, коэффициенты полноты =0,540 и =0,900, площадь ватерлинии S=45 м² и отношение L/B=3,65. Определить объемное водоизмещение и главные размерения L, B, T.

1.7. По заданным характеристикам судна определить величину коэффициента продольной полноты: V=100 м³; L=20 м; B=5 м; H=2,5 м; F=1,0 м; =6,0 м².

1.8. Дизель-электрический туер для Казачинского порога имеет водоизмещение в полном грузу V=620 м³, расчетную длину L=55 м, расчетную ширину B=10 м, осадку T=1,48 м. Вычислить коэффициент общей полноты корпуса туера.

1.9. Речной буксирный пароход имеет следующие элементы: длина L=40 м, ширина B=8 м, осадка T=1,24 м, площадь ГВЛ S=256 м², площадь мидель -шпангоута =8,4 м². Определить коэффициенты полноты ГВЛ и площади миделя.

1.10. Речное судно имеет следующие элементы: водоизмещение в полном грузу V=830 м³, площадь ГВЛ S=672 м², площадь мидель -шпангоута =14,1 м² и коэффициенты полноты =0,755, =0,850, =0,960. Найти главные размерения судна.

1.11. Коэффициент вертикальной полноты сухогрузного теплохода =0,923, площадь ГВЛ S=767 м², осадка в грузу T=2,36 м, коэффициент полноты ГВЛ =0,891. Определить водоизмещение теплохода V и главные размерения L и B, если известно отношение L/B=7,1.

12. Площадь мидель -шпангоута парома-теплохода равна =21 м². Коэффициент продольной полноты =0,665, коэффициент полноты мидель -шпангоута =0,975 и ширина судна B=10,8 м. Определить объемное водоизмещение парома-теплохода V и главные размерения L и T, если известно, что отношение L/T=28,6.

13. Известны следующие элементы сухогрузного теплохода: =0,815, =0,823, =7,42 м², B/T=7,49, L/B=5,6 и высота надводного борта F=1,0 м. Определить V, L, T и H.