|
Остойчивостью называется
способность судна, отклоненного от положения равновесия, возвращаться к нему
после исчезновения причины, вызвавшей отклонение. По виду наклонения (крен,
дифферент) различают поперечную и продольную остойчивость, по величине углов
(малые и большие) — начальную остойчивость и остойчивость на больших углах,
по характеру отклоняющих сил (постоянные или переменные) — статическую и
динамическую.
Продольная остойчивость (по углу дифферента), как правило,
не вызывает осложнений в деятельности судна, поэтому большее внимание всегда
уделяется поперечной остойчивости судна.
Поперечная начальная остойчивость. Равновесие судна,
плавающего без воздействия внешних факторов, определяется двумя силами —
силой тяжести, равной весу судна с находящимися на нем грузами, и силой
давления воды, равной водоизмещению судна. Сила тяжести судна — это
равнодействующая сил веса корпуса, механизмов, запасов, груза и т. п. Точка
ее приложения G — центр тяжести судна ( 39, а). Сила давления воды (сила
поддержания), равная весовому водоизмещению, — равнодействующая сил давления
воды на корпус судна. Точка С приложения этой силы находится в центре
величины судна (в геометрическом центре объема подводной части корпуса
судна). Когда судно на спокойной воде находится в равновесном положении, то
обе силы лежат на одной вертикали, компенсируя одна другую.
Если какая-либо причина вызовет наклонение судна, то
погруженный объем у одного борта увеличится, а у другого уменьшится (), при
этом центр величины судна переместится в сторону накрененного борта в точку
С1 (изменится форма погруженной в воду части судна, и, следовательно,
изменится положение ее геометрического центра). Линии действия силы тяжести и
силы поддержания разойдутся, что приведет к появлению восстанавливающего
момента, который будет стремиться вернуть судно в исходное вертикальное
положение.
Для увеличения остойчивости судна (увеличения
восстанавливающего момента на единицу угла крена) необходимо увеличить
метацент- рическую высоту h путем соответствующего размещения на судне грузов
и запасов (более тяжелые грузы внизу, а легкие наверху). С этой же целью
(особенно при плавании в балласте — без груза) прибегают к заполнению водой
балластных танков.
Чрезмерно большая величина метацентрической высоты
нежелательна, так как судно в этом случае подвергается резкой качке, что
плохо влияет на людей и механизмы.
Малая метацентрическая высота соответствует малому запасу
остойчивости. В этом случае длительное воздействие даже небольших кренящих
моментов будет вызывать большие углы .крена. Такое положение опасно и также
нежелательно, особенно когда метацентрическая высота h становится
отрицательной (центр тяжести G выше метацентра М). Такое судно неостойчиво, а
это значит, что малейшее отклонение его от неустойчивого положения равновесия
приводит к опрокидыванию.
Оптимальные значения метацентрических высот для судов
различных типов следующие: промысловые 0,4-0,8 м, пассажирские 0,5 — 0,8 м, грузовые 0,4 — 1,5 м, танкеры 0,8 — 1,5 м, лесовозы 0,1 —0,3 м.
Остойчивость на больших углах крена. Положение метацентра
М и, следовательно, величину метацентрической высоты h можно считать
постоянными лишь при малых углах крена. При больших углах крена, когда борт
судна полностью, а затем и палуба входят в воду, возвышение метацентра над
центром тяжести судна начинает уменьшаться, приводя к уменьшению
метацентрической высоты h и плеча остойчивости Iq. При дальнейшем крене и
погружении палубы наступает момент ( 40), когда линии действия силы тяжести и
силы поддержания совпадают, а плечо остойчивости становится равным нулю.
Дальнейший крен приводит к тому, что сила тяжести судна и сила поддержания
создают не восстанавливающий момент, а опрокидывающий и судно окончательно
переворачивается.
Факторы остойчивости судна. На изменение метацентрической
высоты влияют следующие факторы: перемещение грузов в вертикальном
направлении, прием и снятие грузов, наличие на судне жидких грузов со
свободными поверхностями, наличие сыпучих и подвешенных грузов.
При перемещении грузов вверх центр тяжести поднимается, а
ме- тацентрическая высота уменьшается, и наоборот.
При приеме грузов грубую оценку изменения остойчивости
можно произвести, учитывая, что при приеме груза выше исходной ватерлинии
метацентрическая высота будет уменьшаться, и наоборот. Снятие груза выше
исходной ватерлинии увеличивает метацентрическую высоту, и наоборот.
Наличие на судне жидких грузов со свободными поверхностями
ухудшает остойчивость судна из-за перетекания жидкости с борта на борт и
создания опрокидывающего момента, который уменьшает величину
восстанавливающего момента судна. Если жидкий груз не имеет свободной
поверхности (цистерна заполнена полностью), то этот груз можно рассматривать
как обычный твердый груз.
Подвешенные грузы, имеющие возможность перемещаться в
горизонтальном направлении, также отрицательно влияют на остойчивость, и это
влияние тем сильнее, чем большие линейные перемещения груза допускает подвес.
Сыпучие грузы (зерно, уголь, руда и т. п.) в условиях
качки опасны из-за возможности перемещения их на один борт и возникновения
опасного крена, а иногда и опрокидывания судна.
В условиях забрызгивания, осадков в виде дождя и снега,
изморози в сочетании с морозом возникает обледенение надводной части судна,
что приводит к повышению его центра тяжести и уменьшению метацентрической
высоты. Обледенение — опасное явление, и с ним борются всеми возможными
средствами. Особую опасность оно представляет для малых судов.
Продольная остойчивость судна. Продольные отклонения судна
никогда не выходят за пределы малых углов. По этой причине все теоретические
положения, относящиеся к поперечной начальной остойчивости, распространяются
на продольную остойчивость. Отличие состоит лишь в том ( 41), что продольная
метацентрическая высота — это однопорядковая величина с длиной судна и часто
превышает ее. Это означает, что запас продольной остойчивости у любого судна
настолько велик, что его опрокидывание через нос или корму исключается в
принципе.
В расчетах, связанных с продольными наклонениями,
остойчивость как таковая не оценивается, а практический интерес представляет
лишь угловая ориентация судна — дифферент, измеряемый углом \р. Чтобы не
оперировать при оценке дифферента малыми угловыми величинами, дифферент
определяют как разность осадок носом и кормой. Обычно суда строят так, чтобы
при полной загрузке однородным грузом судно стояло "на ровный
киль". Для улучшения ходкости и управляемости обычно придают судну небольшой
дифферент на корму, что позволяет также уменьшить заливаемость судна.
Вопросы для самоконтроля
1. Дайте определение главных размерений.
2. Дайте определение коэффициентов полноты
ватерлинии, миделыипангоута, общей полноты судна.
3. Дайте определение всех весовых эксплуатационных
характеристик судна.
4. Дайте определение всех объемных
эксплуатационных характеристик судна.
5. Нарисуйте грузовую марку и расшифруйте
буквенные обозначения у гребенки.
6. Что называется непотопляемостью судна?
7. Каковы требования Международной конвенции по
охране человеческой жизни на море к непотопляемости судов?
8. Какие организационно-технические мероприятия
обеспечивают непотопляемость?
9. Что называется остойчивостью судна?
10. Дайте определение метацентрической высоты.
11. Назовите основные факторы, определяющие
остойчивость судна.
|