Д И Н А М И К А С У Д Н А

I.Качка судна

МОДУЛЬ 8.1

ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О КАЧКЕ, ВРЕДНЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ КАЧКИ

Качкой называется колебательное движение, совершаемое кораблем как абсолютно твердым телом при плавании его на поверхности (или для подводных аппаратов под поверхностью) спокойной или взволнованной воды.

Качка корабля – явление отрицательное, поэтому мореходным качеством будет умеренность качки.

Качку корабля могут сопровождать следующие отрицательные явления:

1. опрокидывание вследствие чрезмерных наклонений при бортовой качке или вследствие значительной потери остойчивости;

2. перелом корпуса вследствие изгиба при килевой качке;

3. местные разрушения обшивки корпуса, разрушения крыльевых систем для судов на подводных крыльях или гибкого ограждения для судов на воздушной подушке и т.д. под действием сил инерции и ударов волн;

4. нарушение нормальной работы устройств и механизмов вследствие действия сил инерции и заливания палубы;

5. перемещение недостаточно закрепленных и пересыпающихся грузов вследствие больших наклонений и воздействия сил инерции;

6. нарушение работы движителей и условий управляемости;

7. морская болезнь пассажиров и команды, нарушение нормальной работы команды;

8. затруднение, а иногда и невозможность выполнения кораблем работ, для которых он предназначен (грузовые операции для плавучих кранов и крановых судов, торпедная, ракетная и орудийная стрельба для военных кораблей, буровые работы для плавучих буровых установок и т.д.).

Изучение качки позволяет предопределить характер поведения корабля в условиях волнения, учесть ее нежелательные последствия и разработать мероприятия по их предотвращению. Этого можно достичь следующими способами:

1. при проектировании корабля выбрать его элементы таким образом, чтобы обеспечивались плавная и малая его качка;

2. применить рациональные успокоители качки;

3. перемещением грузов на корабле добиться улучшения параметров качки;

4. получить умерение качки соответствующим изменением курса и скорости хода корабля.

1. Системы координат. Виды качки

Для описания движения качающегося судна применяются обычно 3 основные системы координат.

1. Абсолютно неподвижная в пространстве система координат 0⁰⁰⁰⁰ (рис. 1).Ось 0⁰⁰ параллельна скорости бега волн , ось 0⁰⁰ параллельна фронту волн, ось 0⁰⁰ направлена вертикально вниз, плоскость 0⁰⁰⁰ - невозмущенная поверхность воды.

2. Первая подвижная система координат 0. Плоскость 0 совпадает с невозмущенной поверхностью воды. Ось 0 направлена вертикально вниз. Начало координат 0 движется вместе с кораблем поступательно с постоянной скоростью . Угол  между скоростями и называется "курсовым".

Рис. 1. Первая и вторая системы координат

Если качки нет, начало координат 0 находится на одной вертикали с центром тяжести (ЦТ) корабля и расположено в плоскости ватерлинии (ВЛ). Ось 0 лежит в диаметральной плоскости (ДП) и направлена в нос параллельно , ось 0 направлена на правый борт, плоскость 0 - плоскость ВЛ.

Ввиду того, что система координат 0 участвует только в поступательном движении корабля и не участвует в качке, ее называют также полунеподвижной.

3. Вторая подвижная система координат Gxyz жестко связана с кораблем и при качке движется вместе с ним. Начало координат – центр тяжести корабля G лежит в ДП. Ось Gx направлена в нос, ось Gy - на правый борт, ось Gz - вниз (рис. 2). Система координат 0 служит для описания колебательного движения корабля, а система координат Gxyz - для описания самого корабля.

Рис. 2. Вторая и третья системы координат

В соответствии с принятыми системами координат существует 6 видов качки (рис. 3):

1) продольно - горизонтальная качка - поступательное колебательное движение корабля вместе с ЦТ по направлению оси 0. Характеризуется перемещением ЦТ , скоростью перемещения и ускорением . Положительное направление движения в нос;

2) поперечно - горизонтальная качка - поступательное колебательное движение корабля вместе с ЦТ по направлению оси 0. Характеризуется соответственно перемещением ЦТ, скоростью и ускорением , , . Положительное направление движения на правый борт;

3) вертикальная качка – поступательное колебательное движение по направлению оси 0. Характеризуется соответственно перемещением ЦТ, ско-ростью перемещения и ускорением . Положительное направление движения вниз;

4) бортовая качка – вращательное колебательное движение относительно оси Gx. Характеризуется углом крена , угловой скоростью и угловым ускорением . Положительное наклонение происходит на правый борт;

5) килевая качка – вращательное колебательное движение относительно оси Gy с углом дифферента , угловой скоростью и угловым ускорением . Положительное наклонение происходит на корму;

6) рыскание – вращательное колебательное движение относительно оси Gz с углом рыскания , угловой скоростью и угловым ускорением . Поло-жительное движение при рыскании происходит направо.

Для кораблей, плавающих в свободном (незаякоренном, непришвартованном, и вообще, без каких-либо связей с другими объектами) состоянии, восстанавливающие силы существуют только для вертикальной, бортовой и килевой качки, поэтому эти виды качки называют основными. Другие виды качки называются дополнительными.

Рис. 3.

Продольно-горизонтальная, вертикальная и килевая качка в комплексе называются продольной качкой (происходят в плоскости ДП), а поперечно-горизонтальная, бортовая ,вертикальная и рысканье– называются в комплексе боковой (поперечной) качкой, так как происходят в плоскости, перпендикулярной ДП.