§ 12. Kuģu jūrasspēja. 1. daļa

Jūras derīgumam jābūt civilie kuģi kā arī karakuģi.

Šo īpašību izpēti, izmantojot matemātisko analīzi, veic speciāls zinātniskā disciplīna - kuģu teorija.

Ja problēmas matemātisks risinājums nav iespējams, viņi izmanto pieredzi, lai atrastu nepieciešamo atkarību un pārbaudītu teorijas secinājumus praksē. Tikai pēc visaptverošas izpētes un kuģa kuģošanas spējas pieredzes pārbaudes viņi sāk to izveidot.

Kuģošanas spēja priekšmetā "Kuģu teorija" tiek pētīta divās sadaļās: kuģa statika un dinamika. Statika pēta peldoša kuģa līdzsvara likumus un ar to saistītās īpašības: peldspēju, stabilitāti un nenogremdējamību. Dinamika pēta kuģa kustību un ņem vērā tā īpašības, piemēram, vadāmību, slīpumu un piedziņu.

Iepazīsimies ar kuģa kuģošanas spēju.

Kuģa peldspēja sauca tās spēju noturēties uz ūdens pie noteiktas iegrimes, pārvadājot paredzēto kravu atbilstoši kuģa mērķim.

Uz peldošu kuģi vienmēr iedarbojas divi spēki: a) no vienas puses, svara spēki, kas vienāds ar paša kuģa un visas uz tā esošās kravas svara summu (rēķinot tonnās); tiek pielikts rezultējošais atsvara spēks kuģa smaguma centrs(CG) punktā G un vienmēr ir vērsta vertikāli uz leju; b) no otras puses uzturošie spēki, vai peldspējas spēki(izteikts tonnās), t.i., ūdens spiediens uz iegremdēto korpusa daļu, ko nosaka iegremdētās korpusa daļas tilpuma un ūdens tilpuma svara reizinājums, kurā kuģis peld. Ja šos spēkus izsaka ar rezultāto, kas pielikts kuģa zemūdens tilpuma smaguma centrā punktā C, saukts lieluma centrs(CV), tad šis rezultants visām peldošā kuģa pozīcijām vienmēr būs vērsts vertikāli uz augšu (10. att.).

Nobīde ir iegremdētās ķermeņa daļas tilpums, kas izteikts kubikmetros. Tilpuma pārvietojums kalpo kā peldspējas mērs, un tā izspiestā ūdens svaru sauc svara nobīde D) un ir izteikts tonnās.

Saskaņā ar Arhimēda likumu peldošā ķermeņa svars ir vienāds ar šī ķermeņa izspiestā šķidruma tilpuma svaru,

Kur y ir tilpuma svars jūras ūdens, t / m 3, kas ņemti aprēķinos, kas vienādi ar 1000 par saldūdens un 1,025 jūras ūdenim.

Rīsi. 10. Spēki, kas iedarbojas uz peldoša kuģa, un šo spēku rezultanta pielietošanas punkti.

Tā kā peldošā kuģa P svars vienmēr ir vienāds ar tā svara pārvietojumu D un to rezultanti ir vērsti pretēji viens otram pa vienu un to pašu vertikāli, un, ja mēs apzīmējam punktu G un C koordinātas visā kuģa garumā, attiecīgi x g un x c, platumā y g un y c un gar augstumu z g un z c , tad peldoša kuģa līdzsvara nosacījumus var formulēt ar šādiem vienādojumiem:

P = D; x g \u003d x c.

Sakarā ar kuģa simetriju attiecībā pret DP ir acīmredzams, ka punktiem G un C jāatrodas šajā plaknē, tad

Y g = y c = 0.

Parasti virszemes kuģu smaguma centrs G atrodas virs smaguma centra C, tādā gadījumā

Dažkārt ir ērtāk izteikt korpusa zemūdens daļas tilpumu, ņemot vērā kuģa galvenos izmērus un kopējās pilnības koeficientu, t.i.

Tad svara nobīdi var attēlot kā

Ja ar V n apzīmējam visu korpusa tilpumu līdz augšējam klājam, ja visas sānu atveres ir ūdensnecaurlaidīgas, iegūstam

Atšķirību V n - V, kas atspoguļo noteiktu ūdensnecaurlaidīga korpusa tilpumu virs kravas ūdenslīnijas, sauc par peldspējas rezervi. Ūdens avārijas iekļūšanas gadījumā kuģa korpusā palielināsies tā iegrime, bet peldspējas dēļ kuģis paliks virs ūdens. Tādējādi peldspējas robeža būs lielāka, jo lielāks ir brīvās ūdensnecaurlaidīgās puses augstums. Tāpēc peldspējas rezerve ir svarīga kuģa īpašība, kas nodrošina tā nenogremdēšanu. To izsaka procentos no parastā ūdensizspaida, un tam ir šādas minimālās vērtības: upju kuģiem 10-15%, tankkuģiem 10-25%, sauskravas kuģiem 30-50%, ledlaužiem 80-90% pasažieru kuģi 80-100 %.

Rīsi. 11. Urbt uz rāmjiem

Kuģa svars P (svara krava) Un smaguma centra koordinātas tiek noteiktas ar aprēķinu, kurā ņemts vērā katras korpusa daļas svars, mehānismi, aprīkojums, krājumi, krājumi, krava, cilvēki, viņu bagāža un viss uz klāja. Aprēķinu vienkāršošanai paredzēts apvienot atsevišķas preces pa specialitātēm rakstos, apakšgrupās, grupās un kravas sadaļās. Katram no tiem tiek aprēķināts svars un statiskais moments.

Ņemot vērā, ka rezultējošā spēka moments ir vienāds ar veidojošo spēku momentu summu attiecībā pret vienu un to pašu plakni, pēc svaru un statisko momentu summēšanas pa visu kuģi tiek noteiktas kuģa smaguma centra G koordinātas. augstumu no galvenās līnijas z c nosaka no teorētiskā rasējuma ar trapecveida metodi tabulas veidā.

Tam pašam nolūkam tiek izmantotas palīglīknes, tā sauktās urbšanas līknes, kas arī zīmētas saskaņā ar teorētisko zīmējumu.

Ir divas līknes: urbt gar rāmjiem un urbt pa ūdenslīnijām.

Urbšana uz rāmjiem(11. att.) raksturo korpusa zemūdens daļas tilpuma sadalījumu pa kuģa garumu. Tas ir uzbūvēts šādā veidā. Izmantojot aptuveno aprēķinu metodi, no teorētiskā rasējuma nosaka katra rāmja iegremdētās daļas laukumu (w). Uz abscisu ass tiek attēlots trauka garums izvēlētajā mērogā, un uz tā tiek attēlots teorētiskā zīmējuma rāmju novietojums. Uz ordinātām, kas atgūtas no šiem punktiem, noteiktā mērogā tiek attēloti aprēķināto kadru attiecīgie laukumi.

Ordinātu galus savieno gluda līkne, kas ir urbis gar rāmjiem.

Rīsi. 12. Urbšana pa ūdenslīnijām.

Urbšana uz ūdenslīnijas(12. att.) raksturo korpusa zemūdens daļas tilpuma sadalījumu pa kuģa augstumu. Lai to uzbūvētu pēc teorētiskā rasējuma, tiek aprēķināti visu ūdenslīniju laukumi (5). Šie apgabali izvēlētā mērogā tiek uzzīmēti pa atbilstošajiem horizontāliem, kas atrodas atbilstoši kuģa iegrimei, atbilstoši dotās ūdenslīnijas stāvoklim. Iegūtos punktus savieno gluda līkne, kas ir kaujinieks gar ūdenslīnijām.

Rīsi. 13. Kravas izmēru līkne.

Šīs līknes kalpo kā šādas īpašības:

1) katra kaujinieka laukumi atbilstošā mērogā izsaka kuģa tilpuma ūdensizspaidu;

2) kaujas zonas smaguma centra abscisi gar rāmjiem, mērot pēc kuģa garuma skalas, ir vienāda ar kuģa izmēra centra abscisu x c;

3) kaujas zonas smaguma centra ordinātas gar ūdenslīnijām, mērot pēc iegrimes skalas, ir vienādas ar kuģa lieluma centra ordinātām z c . Kravas izmērs attēlo līkni (13. att.), kas raksturo kuģa tilpuma ūdensizspaidu V atkarībā no tā iegrimes T. Pēc šīs līknes var noteikt kuģa pārvietojumu atkarībā no tā iegrimes vai atrisināt apgriezto problēmu.

Šī līkne ir veidota taisnstūra koordinātu sistēmā, pamatojoties uz iepriekš aprēķinātām tilpuma nobīdēm katrai teorētiskā rasējuma ūdenslīnijai. Uz y ass izvēlētā mērogā katrai no ūdenslīnijām tiek uzzīmētas kuģa iegrimes, un caur tām tiek novilktas horizontālas līnijas, uz kurām arī noteiktā mērogā tiek uzzīmēta attiecīgajām ūdenslīnijām iegūtā pārvietojuma vērtība. Iegūto segmentu galus savieno gluda līkne, ko sauc par kravas izmēru.

Izmantojot kravas izmēru, ir iespējams noteikt vidējās iegrimes izmaiņas no kravas pieņemšanas vai izlietošanas, vai noteikt kuģa iegrimi no dotā ūdensizsaukuma utt.

Stabilitāte sauc par kuģa spēju pretoties spēkiem, kas izraisīja tā sasvēršanos, un pēc šo spēku pārtraukšanas atgriezties sākotnējā stāvoklī.

Kuģu slīpumi ir iespējami dažādu iemeslu dēļ: no pretimnākošu viļņu darbības, nodalījumu asimetriskas applūšanas cauruma laikā, preču kustības, vēja spiediena, preču saņemšanas vai iztērēšanas dēļ utt.

Kuģa slīpumu šķērsplaknē sauc roll, un garenplaknē - d secināms; šajā gadījumā izveidotie leņķi apzīmē attiecīgi O un y,

Atšķirt sākotnējo stabilitāti, t.i., stabilitāte nelielos papēža leņķos, pie kuriem mala Augšējais klājs sāk iekļūt ūdenī (bet ne vairāk kā 15° virszemes kuģiem ar augstu malu), un stabilitāte pie lieliem slīpumiem .

Iedomāsimies, ka ārēju spēku iedarbībā kuģis saņēma gājienu 9 leņķī (14. att.). Rezultātā kuģa zemūdens daļas tilpums saglabāja savu vērtību, bet mainīja formu; labajā pusē ūdenī ieplūda papildu tilpums, bet labajā pusē no ūdens iznāca līdzīgs tilpums. Lieluma centrs ir pārvietojies no sākotnējās pozīcijas C virzienā uz kuģa ripošanu uz jaunā tilpuma smaguma centru - punktu C 1 . Kad kuģis ir slīps, punktā G pieliktais gravitācijas spēks P un punktā C pieliktais atbalsta spēks D, paliekot perpendikulāri jaunajai ūdenslīnijai B 1 L 1, veido spēku pāri ar plecu GK, kas ir perpendikuls, kas nolaists no. punkts G atbalsta spēku virzienā .

Ja turpināsim atbalsta spēka virzienu no punkta C 1 līdz tas krustojas ar sākotnējo virzienu no punkta C, tad pie nelieliem sānsveres leņķiem, kas atbilst sākotnējās stabilitātes nosacījumiem, šie divi virzieni krustosies punktā M, t.s. šķērsvirziena metacentrs .

Tiek saukts attālums starp metacentru un MC lieluma centru šķērsvirziena metacentriskais rādiuss, apzīmē ar p, un attālumu starp punktu M un kuģa smaguma centru G - šķērsvirziena metacentriskais augstums h 0. Pamatojoties uz datiem attēlā. 14 jūs varat izveidot identitāti

H 0 \u003d p + z c - z g.

Taisnleņķa trijstūrī GMR leņķis virsotnē M būs vienāds ar leņķi 0. No tā hipotenūzas un pretējā leņķa var noteikt kāju GK, kas ir atjaunojošā pāra plecu m GK=h 0 sin 8, un atjaunošanas moments būs Mrest = DGK. Aizstājot plecu vērtības, iegūstam izteiksmi

Mrest = Dh 0 * sin 0,

Rīsi. 14. Spēki, kas iedarbojas, kuģim ripojot.

Punktu M un G savstarpējā pozīcija ļauj konstatēt šādu sānu stabilitāti raksturojošu zīmi: ja metacentrs atrodas virs smaguma centra, tad atjaunošanas moments ir pozitīvs un tiecas atgriezt kuģi sākotnējā stāvoklī, t.i. sasveroties kuģis būs stabils, gluži otrādi, ja punkts M atrodas zem punkta G, tad ar negatīvu vērtību h 0 moments ir negatīvs un tam būs tendence palielināt ripošanos, t.i., šajā gadījumā kuģis ir nestabils. Iespējams, ka punkti M un G sakrīt, spēki P un D darbojas pa vienu vertikālo līniju, spēku pāru nav, un atjaunošanas moments ir nulle: tad kuģis jāuzskata par nestabilu, jo tam nav tendence lai atgrieztos sākotnējā līdzsvara stāvoklī (15. att.).

Metacentriskais augstums tipiskiem slodzes gadījumiem tiek aprēķināts kuģa projektēšanas procesā un kalpo kā stabilitātes mērs. Šķērsvirziena metacentriskā augstuma vērtība galvenajiem kuģu tipiem ir robežās no 0,5 līdz 1,2 m, un tikai ledlaužiem tas sasniedz 4,0 m.

Lai palielinātu kuģa šķērsenisko stabilitāti, ir jāsamazina tā smaguma centrs. Šis ārkārtīgi svarīgais faktors vienmēr ir jāatceras, it īpaši, braucot ar kuģi, un stingri jārēķinās ar dubultdibena tvertnēs uzglabātās degvielas un ūdens patēriņu.

Gareniskais metacentriskais augstums H 0 tiek aprēķināts līdzīgi kā šķērsvirziena, bet tā kā tā vērtība, izteikta desmitos vai pat simtos metros, vienmēr ir ļoti liela - no viena līdz pusotram kuģa garumam, tad pēc verifikācijas aprēķina kuģa garenstabilitāte tiek iegūta. praktiski nav aprēķināts, tā vērtība ir interesanta tikai gadījumā, ja tiek noteikta kuģa priekšgala vai pakaļgala iegrime kravas garenvirziena kustības laikā vai arī tad, kad kuģa garumā tiek appludināti nodalījumi.

Rīsi. 15. Kuģa sānu stabilitāte atkarībā no kravas atrašanās vietas: a - pozitīva stabilitāte; b - līdzsvara stāvoklis - kuģis ir nestabils; c - negatīva stabilitāte.

Kuģa stabilitātes jautājumi ir norādīti tikai nozīmi, un tāpēc parasti papildus visiem teorētiskajiem aprēķiniem pēc kuģa uzbūves tiek pārbaudīts tā smaguma centra patiesais stāvoklis ar eksperimentālu slīpumu, t.i., kuģa šķērsslīpumu, pārvietojot noteikta svara kravu. , zvanīja roll balasts .

Visi iepriekš iegūtie secinājumi, kā jau minēts, praktiski ir spēkā sākotnējai stabilitātei, t.i., sasveroties caur maziem leņķiem.

Aprēķinot šķērsenisku stabilitāti pie lieliem sānsveres leņķiem (garenvirziena slīpumi praksē nav lieli), dažādiem kuģa sānsveres leņķiem nosaka lieluma centra, metacentra, šķērseniskā metacentriskā rādiusa un atjaunojošā momenta pleca GK mainīgās pozīcijas. Šāds aprēķins tiek veikts, sākot no taisna stāvokļa pa 5-10 ° līdz papēža leņķim, kad atjaunojošais plecs pagriežas uz nulli un kuģis iegūst negatīvu stabilitāti.

Saskaņā ar šo aprēķinu tie tiek veidoti, lai vizuāli attēlotu kuģa stabilitāti lielos papēža leņķos statiskās stabilitātes diagramma(saukta arī par Rīda diagrammu), kas parāda statiskās stabilitātes pleca (GK) jeb atjaunošanas momenta Mrest atkarību no papēža leņķa 8 (16. att.). Šajā diagrammā pa abscisu asi ir attēloti slīpuma leņķi, bet pa ordinātu asi - atjaunošanas momentu vai atjaunošanas pāra plecu vērtības, jo ar vienādiem tilpuma slīpumiem, pie kuriem kuģa ūdensizspaids D paliek nemainīgs, atjaunošanas momenti ir proporcionāli stabilitātes pleciem.

Rīsi. 16. Statiskās stabilitātes diagramma.

Statiskās stabilitātes diagramma ir veidota katram tipiskam kuģa iekraušanas gadījumam, un tā raksturo kuģa stabilitāti šādi:

1) visos leņķos, kuros līkne atrodas virs abscisu ass, iztaisnošanas pleci un momenti ir pozitīvi, un kuģim ir pozitīva stabilitāte. Šajos papēža leņķos, kad izliekums atrodas zem abscisu ass, kuģis būs nestabils;

2) kartes maksimums nosaka sānsveres robežleņķi 0 max un ierobežojošo sasvēršanās momentu pie kuģa statiskā slīpuma;

3) sauc par leņķi 8, kurā līknes lejupejošais atzars krustojas ar x asi. diagrammas saulrieta leņķis. Šajā papēža leņķī atjaunojošais plecs kļūst vienāds ar nulli;

4) ja uz abscisu ass ir novietots leņķis, kas vienāds ar 1 radiānu (57,3 °), un no šī punkta tiek uzcelts perpendikuls, līdz tas krustojas ar pieskari, kas novilkta līknei no sākuma, tad šis perpendikuls skalā diagramma būs vienāda ar sākotnējo metacentrisko augstumu h 0 .

Stabilitāti lielā mērā ietekmē kustīgas, t.i., beramās, kā arī lejamās un beramās kravas, kurām ir brīva (atvērta) virsma. Kad kuģis ir sasvērts, šīs kravas sāk kustēties ripojuma virzienā, un rezultātā visa kuģa smaguma centrs vairs neatradīsies fiksētā punktā G, bet arī sāks kustēties tajā pašā virzienā, izraisot šķērseniskās stabilitātes sviras samazināšanos, kas ir līdzvērtīga metacentriskā augstuma samazinājumam ar visām no tā izrietošajām sekām. Lai novērstu šādus gadījumus, visas kravas uz kuģiem ir jānostiprina, un šķidrā vai beramkrava ir jāiegremdē konteineros, kas izslēdz jebkādu kravas pārliešanu vai izliešanu.

Lēnām darbojoties spēkiem, kas rada sasvēršanās momentu, kuģis, sasveroties, apstāsies, kad sasvēršanās un atjaunošanas momenti būs vienādi. Pēkšņi iedarbojoties ārējiem spēkiem, piemēram, vēja brāzma, velkona pavilkšana uz kuģa, sānsvere, lāpstiņa no lielgabaliem utt., kuģis, sasveroties, iegūst leņķisko ātrumu un pat ar šo spēku izbeigšanos turpinās ripot pēc inerces papildu leņķī, līdz tiks izmantota visa kuģa rotācijas kustības kinētiskā enerģija (dzīvspēks) un tā leņķiskais ātrums kļūst nulle. Šo kuģa slīpumu pēkšņi pieliktu spēku iedarbībā sauc dinamisks slīpums. Ja ar statisku sānsveres momentu kuģis peld tikai ar noteiktu 0 ST gājienu, tad tāda paša sasvēršanās momenta dinamiskas darbības gadījumā tas var apgāzties.

Analizējot dinamisko stabilitāti katram kuģa pārvietojumam, tie veido dinamiskās stabilitātes diagrammas, kuru ordinātas noteiktā mērogā attēlo laukumus, ko veido statiskās stabilitātes momentu līkne attiecīgajiem sānsveres leņķiem, t.i., tās izsaka atjaunojošā pāra darbu, kuģim sasverot 0 leņķī, izteiktu radiānos. Rotācijas kustībā, kā zināms, darbs ir vienāds ar momenta un griešanās leņķa reizinājumu, kas izteikts radiānos,

T 1 \u003d M kp 0.

Pēc šīs diagrammas visus ar dinamiskās stabilitātes noteikšanu saistītos jautājumus var atrisināt šādi (17. att.).

Papēža leņķi ar dinamiski pielietotu sasvēršanās momentu var atrast, diagrammā uzzīmējot sasvēršanās pāra grafiku tādā pašā mērogā; šo divu grafiku krustošanās punkta abscisa dod vajadzīgo leņķi 0 DIN.

Ja konkrētā gadījumā fiksācijas momentam ir nemainīga vērtība, t.i., M kr \u003d const, tad darbs tiks izteikts

T 2 \u003d M kp 0.

Un grafiks izskatīsies kā taisna līnija, kas iet caur izcelsmi.

Lai izveidotu šo taisni uz dinamiskās stabilitātes diagrammas, ir nepieciešams uzzīmēt leņķi, kas vienāds ar radiānu pa abscisu asi, un no iegūtā punkta uzzīmēt ordinātas. Uzzīmējot uz tā ordinātu skalā M cr vērtību segmenta Nn formā (17. att.), ir jānovelk taisne ON, kas ir sasvēršanās pāra vēlamais darba grafiks.

Rīsi. 17. Papēža leņķa un ierobežojošā dinamiskā slīpuma noteikšana pēc dinamiskās stabilitātes diagrammas.

Tā pati diagramma parāda dinamisko slīpumu 0 DIN, kas definēts kā abu grafiku krustošanās punkta abscisa.

Palielinoties momentam M cr, sekants ON var ieņemt ierobežojošo pozīciju, pārvēršoties par ārējo tangensu OT, kas novilkta no sākuma uz dinamiskās stabilitātes diagrammu. Tādējādi saskares punkta abscisa būs dinamisko slīpumu dinamiskais ierobežojošais leņķis 0. Šīs pieskares ordināta, kas atbilst radiānam, izsaka ierobežojošo sasvēršanās momentu pie dinamiskām slīpumiem M krms.

Kuģojot, kuģis bieži tiek pakļauts dinamiskiem ārējiem spēkiem. Tāpēc liela praktiska nozīme ir spējai noteikt dinamisko sasvēršanās momentu, lemjot par kuģa stabilitāti.

Kuģu bojāejas cēloņu izpēte liek secināt, ka kuģi galvenokārt tiek zaudēti stabilitātes zuduma dēļ. Lai ierobežotu stabilitātes zudumu atbilstoši dažādiem kuģošanas apstākļiem, PSRS reģistrs izstrādāja Stabilitātes standartus transporta un zvejas flotes kuģiem. Šajos standartos galvenais rādītājs ir kuģa spēja saglabāt pozitīvu stabilitāti kombinētā ripošanas un vēja iedarbībā. Kuģis atbilst Stabilitātes standartu pamatprasībai, ja sliktākajā gadījumā ielādējot to M CR paliek mazāks par M ODA.

Vienlaikus no statiskās vai dinamiskās stabilitātes diagrammām tiek noteikts minimālais kuģa apgāšanās moments, ņemot vērā lejamkravu brīvās virsmas ietekmi, ripošanos, kuģa buru aprēķinu elementus dažādiem kuģu kravas gadījumiem.

Standarti paredz vairākas stabilitātes prasības, piemēram: M KR

metacentriskajam augstumam jābūt ar pozitīvu vērtību, statiskās stabilitātes diagrammas saulrieta leņķim jābūt vismaz 60°, bet, ņemot vērā apledojumu - vismaz 55° utt. Obligāta šo prasību ievērošana visos slodzes gadījumos dod tiesības uzskatīt kuģi par stabilu.

Nenogremdējams kuģis sauca tās spēju saglabāt peldspēju un stabilitāti pēc tam, kad daļa no iekšpuses ir appludināta ar ūdeni, kas nāk no aiz borta.

Kuģa nenogremdējamību nodrošina peldspējas rezerve un pozitīvas stabilitātes saglabāšana ar daļēji applūdušām telpām.

Ja kuģis ir saņēmis caurumu ārējā korpusā, tad caur to plūstošo ūdens daudzumu Q raksturo izteiksme

kur S ir urbuma laukums, m²;

G - 9,81 m/s²

H - urbuma centra attālums no ūdenslīnijas, m.

Pat ar nelielu caurumu ūdens daudzums, kas nonāks korpusā, būs tik liels, ka tilpnes sūkņi ar to netiek galā. Tāpēc drenāžas līdzekļi tiek novietoti uz kuģa, pamatojoties uz aprēķinu tikai par ūdens noņemšanu, kas ieplūst pēc cauruma aizzīmogošanas vai caur šuvēm.

Lai novērstu ūdens izplatīšanos, kas ieplūst caurumā caur kuģi, ir paredzēti konstruktīvi pasākumi: korpuss ir sadalīts atsevišķos nodalījumos. ūdensnecaurlaidīgas starpsienas un klāji. Ar šādu sadalījumu bedres gadījumā tiks appludināts viens vai vairāki ierobežoti nodalījumi, kas palielinās kuģa iegrimi un attiecīgi samazināsies kuģa brīvsāni un peldspēja.

Uz priekšu
Satura rādītājs
Atpakaļ

Stabilitāte (stabilitāte) ir viens no svarīgākajiem kuģa kuģošanas spējām, kas saistīts ar ārkārtīgi svarīgiem ar kuģošanas drošību saistītiem jautājumiem. Stabilitātes zudums gandrīz vienmēr nozīmē kuģa un ļoti bieži apkalpes nāvi. Atšķirībā no pārējās kuģošanas spējas izmaiņām, stabilitātes samazināšanās neizpaužas redzamā veidā, un kuģa apkalpe, kā likums, neapzinās draudošās briesmas līdz pat pēdējām sekundēm pirms apgāšanās. Tāpēc šīs kuģa teorijas sadaļas izpētei ir jāpievērš vislielākā uzmanība.

Lai kuģis varētu peldēt noteiktā līdzsvara stāvoklī attiecībā pret ūdens virsmu, tam ne tikai jāatbilst līdzsvara nosacījumiem, bet arī jāspēj pretoties ārējiem spēkiem, kas cenšas to izvest no līdzsvara stāvokļa, un pēc izbeigšanās. no šiem spēkiem atgriezties sākotnējā stāvoklī. Tāpēc kuģa līdzsvaram ir jābūt stabilam, jeb, citiem vārdiem sakot, kuģim jābūt ar pozitīvu stabilitāti.

Tādējādi stabilitāte ir kuģa spēja, ko ārējie spēki izved no līdzsvara, atgriezties sākotnējā līdzsvara stāvoklī pēc šo spēku izbeigšanās.

Kuģa stabilitāte ir saistīta ar tā līdzsvaru, kas ir raksturīgs pēdējam. Ja kuģa līdzsvars ir stabils, tad kuģim ir pozitīva stabilitāte; ja tā līdzsvars ir vienaldzīgs, tad kuģim ir nulle stabilitāte, un, visbeidzot, ja kuģa līdzsvars ir nestabils, tad tam ir negatīva stabilitāte.

Tankuģis Kapitans Širjajevs

Šajā nodaļā tiks aplūkoti kuģa šķērseniskie slīpumi kuģa viduslīnijas plaknē.

Stabilitāti šķērsvirziena slīpumu laikā, t.i., kad notiek ripošanās, sauc par šķērsvirzienu. Atkarībā no kuģa slīpuma leņķa šķērsenisko stabilitāti iedala stabilitātē pie maziem slīpuma leņķiem (līdz 10-15 grādiem) jeb tā sauktajā sākotnējā stabilitātē un stabilitātē pie lieliem slīpuma leņķiem.

Kuģa slīpumi rodas spēku pāra iedarbībā; šī spēku pāra moments, kas liek kuģim griezties ap garenasi, tiks saukts par sasvēršanos Mcr.

Ja Mcr, uzliekot uz trauka, pakāpeniski palielinās no nulles līdz galīgajai vērtībai un neizraisa leņķiskos paātrinājumus un līdz ar to arī inerces spēkus, tad stabilitāti ar šādu slīpumu sauc par statisku.

Sasvēršanās moments, kas iedarbojas uz kuģi, uzreiz noved pie leņķiskā paātrinājuma un inerces spēku parādīšanās. Stabilitāti, kas izpaužas ar šādu slīpumu, sauc par dinamisku.

Statisko stabilitāti raksturo atjaunošanas momenta iestāšanās, kas tiecas atgriezt kuģi tā sākotnējā līdzsvara stāvoklī. Dinamisko stabilitāti raksturo šī brīža darbs no darbības sākuma līdz beigām.

Apsveriet vienāda tilpuma kuģa šķērsvirziena slīpumu. Mēs pieņemsim, ka sākotnējā stāvoklī kuģim ir tieša nosēšanās. Šajā gadījumā atbalsta spēks D' darbojas DP un tiek pielietots punktā C - kuģa izmēra centrā (Center of buoyancy-B).

Rīsi. 1

Pieņemsim, ka kuģis sasvēršanās momenta ietekmē saņēma šķērsvirziena slīpumu nelielā leņķī θ. Tad lieluma centrs pārvietosies no punkta C uz punktu C 1 un atbalsta spēks, perpendikulāri jaunajai efektīvajai ūdenslīnijai B 1 L 1, tiks vērsts leņķī θ pret diametrālo plakni. Atbalsta spēka sākotnējā un jaunā virziena darbības līnijas krustosies punktā m. Šo atbalsta spēka darbības līnijas krustpunktu pie bezgalīgi maza vienāda tilpuma peldošā kuģa slīpuma sauc par šķērsenisko metacentru (metacentru).

Varat dot citu metacentra definīciju: lieluma centra pārvietošanās līknes izliekuma centru šķērsplaknē sauc par šķērsvirziena metacentru.

Lieluma centra nobīdes līknes izliekuma rādiusu šķērsplaknē sauc par šķērsvirziena metacentrisko rādiusu (vai mazo metacentrisko rādiusu) (Radius of metacentre). To nosaka attālums no šķērseniskā metacentra m līdz C lieluma centram, un to apzīmē ar burtu r.

Šķērsvirziena metacentrisko rādiusu var aprēķināt, izmantojot formulu:

i., šķērsvirziena metacentriskais rādiuss ir vienāds ar ūdenslīnijas laukuma inerces momentu Ix attiecībā pret garenisko asi, kas iet caur šīs zonas smaguma centru, dalīts ar šai ūdenslīnijai atbilstošo tilpuma nobīdi V.

Stabilitātes apstākļi

Pieņemsim, ka kuģis, kas atrodas tiešā līdzsvara stāvoklī un peld pa gaisvadu līnijas ūdenslīniju, ārējā sasvēršanās momenta Mkr darbības rezultātā ir sasvēries tā, ka gaisvadu līnijas sākotnējā ūdenslīnija ar jaunā efektīvā ūdenslīnija B 1 L 1 veido nelielu leņķi θ. Mainoties ūdenī iegremdētās korpusa daļas formai, mainīsies arī hidrostatiskā spiediena spēku sadalījums, kas iedarbojas uz šo korpusa daļu. Kuģa lieluma centrs pārvietosies ripas virzienā un pārvietosies no punkta C uz punktu C 1 .

Atbalsta spēks D', paliekot nemainīgs, tiks vērsts vertikāli uz augšu perpendikulāri jaunajai efektīvajai ūdenslīnijai, un tā darbības līnija šķērsos DP sākotnējā šķērsvirziena metacentrā m.

Kuģa smaguma centra pozīcija paliek nemainīga, un svara spēks P būs perpendikulārs jaunajai ūdenslīnijai B 1 L 1 . Tādējādi spēki P un D', kas ir paralēli viens otram, neatrodas uz vienas un tās pašas vertikāles un tāpēc veido spēku pāri ar plecu GK, kur punkts K ir pamats perpendikulam, kas nomests no punkta G uz atbalsta spēku darbības virziens.

Spēku pāri, ko veido kuģa svars un atbalsta spēks, kas tiecas atgriezt kuģi tā sākotnējā līdzsvara stāvoklī, sauc par atjaunojošo pāri, un šī pāra momentu sauc par atjaunošanas momentu Мθ.

Jautājumu par papēžu kuģa stabilitāti izšķir atjaunošanas momenta darbības virziens. Ja atjaunošanas moments tiecas atgriezt kuģi sākotnējā līdzsvara stāvoklī, tad atjaunošanas moments ir pozitīvs, arī kuģa stabilitāte ir pozitīva - kuģis ir stabils. Uz att. 2 parādīts uz kuģi iedarbojošo spēku izkārtojums, kas atbilst pozitīvam atjaunošanas momentam. Ir viegli pārbaudīt, vai šāds brīdis rodas, ja CG atrodas zem metacentra.

Rīsi. 2

Rīsi. 3

Uz att. 3 parādīts pretējs gadījums, kad atjaunošanas moments ir negatīvs (CG atrodas virs metacentra). Viņam ir tendence vēl vairāk novirzīt kuģi no līdzsvara stāvokļa, jo tā darbības virziens sakrīt ar ārējā sasvēršanās momenta Mkr darbības virzienu. Šajā gadījumā kuģis nav stabils.

Teorētiski var pieņemt, ka atjaunošanas moments, kad kuģis ir sasvērts, ir nulle, t.i., kuģa svara spēks un atbalsta spēks atrodas uz vienas vertikāles, kā parādīts att. 4.

Rīsi. 4

Atjaunošanas momenta neesamība noved pie tā, ka pēc sasvēršanās momenta beigām kuģis paliek slīpā stāvoklī, t.i., kuģis atrodas vienaldzīgā līdzsvarā.

Tādējādi saskaņā ar šķērseniskā metacentra m savstarpējo stāvokli un C.T. G var spriest pēc atjaunošanas momenta zīmes vai, citiem vārdiem sakot, pēc kuģa stabilitātes. Tātad, ja šķērsvirziena metacentrs atrodas virs smaguma centra (2. att.), tad kuģis ir stabils.

Ja šķērsvirziena metacentrs atrodas zem smaguma centra vai sakrīt ar to (3., 4. att.), trauks nav stabils.

Tādējādi rodas metacentriskā augstuma (Metacentric height) jēdziens: šķērsvirziena metacentriskais augstums ir šķērseniskā metacentra pacēlums virs kuģa smaguma centra sākotnējā līdzsvara stāvoklī.

Šķērsvirziena metacentrisko augstumu (2. att.) nosaka attālums no smaguma centra (punkts G) līdz šķērsvirziena metacentram (punkts m), t.i., segments mG. Šis segments ir nemainīga vērtība, jo un C.T. , un šķērsvirziena metacentrs nemaina savu pozīciju pie zemiem slīpumiem. Šajā sakarā ir ērti to uzskatīt par kuģa sākotnējās stabilitātes kritēriju.

Ja šķērsvirziena metacentrs atrodas virs kuģa smaguma centra, tad šķērsvirziena metacentriskais augstums tiek uzskatīts par pozitīvu. Tad kuģa stabilitātes nosacījumu var dot šādā formulējumā: kuģis ir stabils, ja tā šķērsvirziena metacentriskais augstums ir pozitīvs. Šāda definīcija ir ērta ar to, ka tā ļauj spriest par kuģa stabilitāti, neņemot vērā tā slīpumu, t.i., pie sānsveres leņķa, kas vienāds ar nulli, kad vispār nav atjaunošanas momenta. Lai noteiktu, kādiem datiem jābūt pieejamiem, lai iegūtu šķērsvirziena metacentriskā augstuma vērtību, pievērsīsimies att. 5, kas parāda C lieluma centra, smaguma centra G un šķērsvirziena metacentra m relatīvo atrašanās vietu kuģim ar pozitīvu sākotnējo šķērsenisko stabilitāti.

Rīsi. 5

Attēlā parādīts, ka šķērsenisko metacentrisko augstumu h var noteikt ar vienu no šīm formulām:

h = Z C ± r – Z G ;

h = Z m – Z G .

Šķērsvirziena metacentrisko augstumu bieži nosaka, izmantojot pēdējo vienādību. Šķērsvirziena metacentra Zm aplikāciju var atrast no metacentriskās diagrammas. Galvenās grūtības kuģa šķērsvirziena metacentriskā augstuma noteikšanā rodas, nosakot smaguma centra ZG aplikāciju, ko nosaka, izmantojot kuģa masas slodzes kopsavilkuma tabulu (jautājums tika apskatīts lekcijā -).

Ārzemju literatūrā atbilstošo punktu un stabilitātes parametru apzīmējumi var izskatīties tā, kā parādīts zemāk attēlā. 6.

Rīsi. 6

kur K ir ķīļa punkts;
C – peldspējas centrs;
G - smaguma centrs;
M - šķērsvirziena metacentrs (metacentrs);
KV - lieluma centra aplikācija;
KG - piemērot smaguma centru;
CM — šķērseniskā metacentra aplikācija;
VM ir šķērsvirziena metacentriskais rādiuss (Radius of metacentre);
BG - smaguma centra pacēlums virs lieluma centra;
GM - šķērsvirziena metacentriskais augstums (Metacentric height).

Statiskās stabilitātes plecs, kas mūsu literatūrā apzīmēts kā GK, ārvalstu literatūrā ir apzīmēts kā GZ.

Ieteicamā literatūra:

nosūtīt to gareniskā stabilitāte ievērojami augstāks par šķērsvirzienu, tāpēc kuģošanas drošībai vissvarīgāk ir nodrošināt pareizu šķērsenisko stabilitāti.

Atkarībā no slīpuma lieluma stabilitāti izšķir nelielos slīpuma leņķos ( sākotnējā stabilitāte) un stabilitāte lielos slīpuma leņķos.

Atkarībā no iedarbīgo spēku rakstura izšķir statisko un dinamisko stabilitāti.

Statiskā stabilitāte- tiek uzskatīts statisko spēku iedarbībā, tas ir, pieliktā spēka lielums nemainās. Dinamiskā stabilitāte- tiek uzskatīts mainīgu (t.i., dinamisku) spēku iedarbībā, piemēram, vējš, jūras viļņi, kravas kustība utt.

Sākotnējā sānu stabilitāte

Sākotnējā šķērseniskā stabilitāte. Spēku sistēma, kas iedarbojas uz kuģi

Ar ruļļu stabilitāte tiek uzskatīta par sākotnējo leņķos līdz 10-15 °. Šajās robežās atjaunojošais spēks ir proporcionāls papēža leņķim, un to var noteikt, izmantojot vienkāršas lineāras attiecības.

Šajā gadījumā tiek pieņemts, ka novirzes no līdzsvara stāvokļa izraisa ārējie spēki, kas nemaina ne kuģa svaru, ne tā smaguma centra (CG) stāvokli. Tad iegremdētais tilpums nemainās pēc lieluma, bet mainās forma. Vienāda tilpuma slīpumi atbilst vienāda tilpuma ūdenslīnijām, nogriežot vienādus iegremdēto korpusa tilpumus. Ūdenslīniju plakņu krustošanās līniju sauc par slīpuma asi, kas ar vienādiem tilpuma slīpumiem iet caur ūdenslīnijas zonas smaguma centru. Ar šķērsvirziena slīpumiem tas atrodas diametrālajā plaknē.

Brīvas virsmas

Visos iepriekš aplūkotajos gadījumos tiek pieņemts, ka kuģa smaguma centrs ir nekustīgs, tas ir, nav slodzes, kas kustas sasverot. Bet, ja ir šādi svari, to ietekme uz stabilitāti ir daudz lielāka nekā citiem.

Tipisks gadījums ir lejamkravas (degviela, eļļa, balasts un katlu ūdens) daļēji piepildītās tvertnēs, tas ir, ar brīvām virsmām. Šādas kravas var pārplūst, kad tās ir sasvērtas. Ja lejamkrava pilnībā piepilda tvertni, tā ir līdzvērtīga cietai fiksētai kravai.

Brīvās virsmas ietekme uz stabilitāti

Ja šķidrums pilnībā nepiepilda tvertni, t.i. ir brīva virsma, kas vienmēr ieņem horizontālu stāvokli, tad, kad kuģis ir sasvērts leņķī θ šķidrums pārplūst slīpuma virzienā. Brīvā virsma ieņems tādu pašu leņķi attiecībā pret dizaina līniju.

Lejamkravu līmeņi nogriež vienādus tanku tilpumus, t.i. tās ir kā vienāda tilpuma ūdenslīnijas. Tāpēc moments, ko izraisa lejamkravas pārliešana, sasveroties δm θ, var attēlot līdzīgi formas stabilitātes momentam m f, tikai δm θ pretī m f ar zīmi:

δm θ = - γ f i x θ,

Kur es x- lejamkravas brīvās virsmas laukuma inerces moments attiecībā pret garenisko asi, kas iet caur šīs zonas smaguma centru, γ- lejamkravas īpatnējais svars

Tad atjaunošanas moments šķidruma slodzes klātbūtnē ar brīvu virsmu:

m θ1 = m θ + δm θ = Phθ − γ x i x θ = P(h − γ x i x /γV) θ = Ph 1 θ,

Kur h- šķērsvirziena metacentriskais augstums bez pārliešanas, h 1 = h − γ g i x /γV- faktiskais šķērsvirziena metacentriskais augstums.

Pārplūstošās slodzes ietekme dod šķērsvirziena metacentriskā augstuma korekciju δ h \u003d - γ w i x / γV

Ūdens un lejamkravu blīvumi ir samērā stabili, tas ir, galvenā ietekme uz korekciju ir brīvās virsmas formai vai drīzāk tās inerces momentam. Tas nozīmē, ka sānu stabilitāti galvenokārt ietekmē brīvās virsmas platums un gareniskais garums.

Korekcijas negatīvās vērtības fiziskā nozīme ir tāda, ka brīvo virsmu klātbūtne vienmēr ir samazina

Atšķirībā no statiskā, spēku un momentu dinamiskā ietekme kuģim piešķir ievērojamus leņķiskos ātrumus un paātrinājumus. Tāpēc to ietekme tiek aplūkota enerģijās, precīzāk spēku un momentu darba formā, nevis pašos centienos. Šajā gadījumā tiek izmantota kinētiskās enerģijas teorēma, saskaņā ar kuru kuģa slīpuma kinētiskās enerģijas pieaugums ir vienāds ar spēku darbu, kas uz to iedarbojas.

Kad kuģim tiek piemērots sasvēršanās moments m kr, nemainīga lieluma, tas saņem pozitīvu paātrinājumu, ar kādu tas sāk ripot. Pieaugot slīpumam, atjaunošanās moments palielinās, bet sākumā līdz leņķim θ st, kurā m cr = m θ, būs mazāk sasvēršanās. Sasniedzot statiskā līdzsvara leņķi θ st, rotācijas kustības kinētiskā enerģija būs maksimāla. Līdz ar to kuģis nepaliks līdzsvara stāvoklī, bet gan kinētiskās enerģijas dēļ ripos tālāk, bet lēnāk, jo atjaunošanas moments ir lielāks nekā sasvēršanās moments. Iepriekš uzkrātā kinētiskā enerģija tiek atmaksāta ar atjaunojošā momenta lieko darbu. Tiklīdz šī darba apjoms ir pietiekams, lai pilnībā nodzēstu kinētisko enerģiju, leņķiskais ātrums kļūs vienāds ar nulli un kuģis pārtrauks sasvēršanos.

Lielāko slīpuma leņķi, ko kuģis saņem no dinamiskā momenta, sauc par dinamisko sānsveres leņķi. θ dyn. Pretstatā tam, sānsveres leņķis, ar kādu kuģis brauks tā paša momenta iedarbībā (atbilstoši nosacījumam m cr = m θ), sauc par statisko sānsveres leņķi θ st.

Atsaucoties uz statiskās stabilitātes diagrammu, darbs tiek izteikts kā laukums zem atjaunošanas momenta līknes m in. Attiecīgi dinamiskais sānsveres leņķis θ dyn var noteikt pēc platību vienlīdzības OAB Un BCD kas atbilst atjaunošanas momenta pārpalikumam. Analītiski to pašu darbu aprēķina šādi:

intervālā no 0 līdz θ dyn.

Dinamiskā sānsveres leņķa sasniegšana θ dyn, kuģis nenonāk līdzsvarā, bet pārmērīga atjaunošanas momenta ietekmē sāk strauji taisnoties. Ja nav ūdens pretestības, kuģis, sasveroties, nonāktu neslāpētās svārstībās ap līdzsvara stāvokli. θ st Jūras vārdnīca — Refrižeratorkuģa Ivory Tirupati sākotnējā stabilitāte ir negatīva Stabilitāte ir peldošas iekārtas spēja izturēt ārējos spēkus, kas izraisa tā ripošanu vai apgriešanu un atgriešanos līdzsvara stāvoklī traucējošās darbības beigās ... ... Wikipedia

Kuģis, kura korpuss, kustoties, paceļas virs ūdens, iedarbojoties pacelšanas spēkam, ko rada ūdenī iegremdētie spārni. Patents S. uz p. to. Krievijā tika izdots 1891. gadā, tomēr šos kuģus sāka izmantot no 20. gadsimta 2. puses ... ... Lielā padomju enciklopēdija

Apvidus transportlīdzeklis, kas spēj pārvietoties gan pa sauszemi, gan pa ūdeni. Amfībijas automašīnai ir palielināts hermētiskas virsbūves tilpums, kas labākai peldspējai dažreiz tiek papildināts ar uzstādītiem pludiņiem. Kustība uz ūdens...... Tehnoloģiju enciklopēdija

- (malajiešu) buru kuģa tipa, sānu stabilitāti pret ragu nodrošina balsta pludiņš, piestiprināts. uz galveno korpuss ar šķērssijām. Kuģis ir kā buru katamarāns. Senatnē P. kalpoja kā saziņas līdzeklis ar Klusā okeāna salām ... ... Lielā enciklopēdiskā politehniskā vārdnīca

abinieks Enciklopēdija "Aviācija"

abinieks- (no grieķu vārda amphíbios, kas vada dubultu dzīvesveidu) hidroplāns, kas aprīkots ar sauszemes šasiju un var bāzēties gan uz ūdens virsmas, gan uz sauszemes lidlaukiem. Visizplatītākās A. laivas. Paceļoties no ūdens,...... Enciklopēdija "Aviācija"

Galvenā stabilitātes īpašība ir atjaunošanas brīdis, kam vajadzētu būt pietiekamam, lai kuģis izturētu statisku vai dinamisku (pēkšņu) sasvēršanās un apgriešanas momentu darbību, kas rodas no kravu pārvietošanas, vēja, viļņu un citu iemeslu ietekmē.

Sasvēršanās (apgriešanas) un atjaunošanas momenti darbojas pretējos virzienos un ir vienādi kuģa līdzsvara stāvoklī.

Atšķirt sānu stabilitāte kas atbilst kuģa slīpumam šķērsplaknē (kuģa ruļļos), un gareniskā stabilitāte(kuģa apdare).

Gareniskā stabilitāte jūras kuģi ir acīmredzami nodrošināts un tā pārkāpums praktiski nav iespējams, savukārt preču izvietošana un pārvietošana rada sānu stabilitātes izmaiņas.

Kad kuģis ir sasvērts, tā lieluma centrs (CV) pārvietosies pa noteiktu līkni, ko sauc par CV trajektoriju. Ar nelielu kuģa slīpumu (ne vairāk kā 12°) tiek pieņemts, ka CV trajektorija sakrīt ar plakanu līkni, ko var uzskatīt par loku ar rādiusu r, kura centrs ir punktā m.

Tiek saukts rādiuss r kuģa šķērsvirziena metacentriskais rādiuss, un tā centrs m - kuģa sākotnējais metacentrs.

Metacentrs - trajektorijas izliekuma centrs, pa kuru pārvietojas vērtības C centrs kuģa slīpuma procesā. Ja slīpums notiek šķērsplaknē (rullī), metacentru sauc par šķērsvirzienu jeb mazu, savukārt slīpumu garenplaknē (apgriešanu) - par garenvirziena vai lielu.

Attiecīgi ir šķērseniski (mazi) r un gareniskie (lielie) R metacentriskie rādiusi, kas atspoguļo trajektorijas C izliekuma rādiusus gājiena un apgriešanas laikā.

Attālumu starp sākotnējo metacentru t un kuģa smaguma centru G sauc sākotnējais metacentriskais augstums(vai vienkārši metacentrisks augstums) un apzīmēts ar burtu h. Sākotnējais metacentriskais augstums ir kuģa stabilitātes mērs.

h = zc + r - zg; h = zm ~ zc; h = r - a,

kur a ir smaguma centra (CG) augstums virs CG.

Metacentriskais augstums (m.h.) - attālums starp metacentru un kuģa smaguma centru. M.v. ir kuģa sākotnējās stabilitātes mērs, kas nosaka atjaunošanas momentus mazos sānsveres vai apdares leņķos.
Palielinoties m.v. uzlabojas kuģa stabilitāte. Lai nodrošinātu pozitīvu kuģa stabilitāti, ir nepieciešams, lai metacentrs būtu virs kuģa CG. Ja m.v. ir negatīvs, t.i. metacentrs atrodas zem kuģa CG, spēki, kas iedarbojas uz kuģi, veido sasvēršanās, nevis atjaunošanas momentu, un kuģis peld ar sākuma gājienu (negatīvu stabilitāti), kas nav pieļaujams.

OG - smaguma centra pacēlums virs ķīļa; OM ir metacentra pacēlums virs ķīļa;

GM - metacentriskais augstums; CM ir metacentriskais rādiuss;

m ir metacentrs; G ir smaguma centrs; C - lieluma centrs

Ir trīs iespējamie metacentra m atrašanās vietas gadījumi attiecībā pret kuģa smaguma centru G:

metacentrs m atrodas virs kuģa G CG (h > 0). Ar nelielu slīpumu gravitācijas un peldspējas spēki rada spēku pāri, kura moments tiecas atgriezt kuģi sākotnējā līdzsvara stāvoklī;

Kuģa G CG atrodas virs metacentra m (h< 0). В этом случае момент пары сил веса и плавучести будет стремиться увеличить крен судна, что ведет к его опрокидыванию;

Kuģa G CG un metacentrs m sakrīt (h = 0). Kuģis izturēsies nestabili, jo nav spēku pāra.

Metacentra fiziskā nozīme ir tāda, ka šis punkts kalpo kā robeža, līdz kurai var pacelt kuģa smaguma centru, neatņemot kuģim pozitīvu sākotnējo stabilitāti.

Attiecībā uz virszemes kuģiem (kuģiem), pateicoties kuģa korpusa formas pagarinājumam, tā garenstabilitāte ir daudz augstāka nekā šķērseniskajam, tāpēc kuģošanas drošībai vissvarīgākais ir nodrošināt pareizu šķērsenisko stabilitāti.

Atkarībā no slīpuma lieluma stabilitāti izšķir nelielos slīpuma leņķos ( sākotnējā stabilitāte) un stabilitāte lielos slīpuma leņķos.

Atkarībā no iedarbīgo spēku rakstura izšķir statisko un dinamisko stabilitāti.

Statiskā stabilitāte- tiek uzskatīts statisko spēku iedarbībā, tas ir, pieliktā spēka lielums nemainās. Dinamiskā stabilitāte- tiek uzskatīts mainīgu (tas ir, dinamisku) spēku iedarbībā, piemēram, vējš, jūras viļņi, kravas kustība utt.

Sākotnējā sānu stabilitāte

Šajā gadījumā tiek pieņemts, ka novirzes no līdzsvara stāvokļa izraisa ārējie spēki, kas nemaina ne kuģa svaru, ne tā smaguma centra (CG) stāvokli. Tad iegremdētais tilpums nemainās pēc lieluma, bet mainās forma. Vienāda tilpuma slīpumi atbilst vienāda tilpuma ūdenslīnijām, nogriežot vienāda izmēra iegremdēto korpusa tilpumus. Ūdenslīniju plakņu krustošanās līniju sauc par slīpuma asi, kas ar vienādiem tilpuma slīpumiem iet caur ūdenslīnijas zonas smaguma centru. Ar šķērsvirziena slīpumiem tas atrodas diametrālajā plaknē.

Brīvas virsmas

Ja šķidrums nepiepilda tvertni pilnībā, tas ir, tam ir brīva virsma, kas vienmēr ieņem horizontālu stāvokli, tad, kad trauks ir noliekts leņķī θ šķidrums pārplūst slīpuma virzienā. Brīvā virsma ieņems tādu pašu leņķi attiecībā pret dizaina līniju.

Lejamkravas līmeņi nogriež vienādus tilpumus tvertnēm, tas ir, tie ir līdzīgi vienāda tilpuma ūdenslīnijām. Tāpēc moments, ko izraisa lejamkravas pārliešana, sasveroties δm θ, var attēlot līdzīgi formas stabilitātes momentam m f, tikai δm θ pretī m f ar zīmi:

δm θ = − γ x i x θ,

Kur es x- lejamkravas brīvās virsmas laukuma inerces moments attiecībā pret garenisko asi, kas iet caur šīs zonas smaguma centru, γ- lejamkravas īpatnējais svars

Tad atjaunošanas moments šķidruma slodzes klātbūtnē ar brīvu virsmu:

m θ1 = m θ + δm θ = Phθ − γ x i x θ = P(h − γ x i x /γV) θ = Ph 1 θ,

Kur h- šķērsvirziena metacentriskais augstums bez pārliešanas, h 1 = h − γ g i x /γV- faktiskais šķērsvirziena metacentriskais augstums.

Pārplūstošās slodzes ietekme dod šķērsvirziena metacentriskā augstuma korekciju δ h = − γ x i x /γV

Korekcijas negatīvās vērtības fiziskā nozīme ir tāda, ka brīvo virsmu klātbūtne vienmēr ir samazina stabilitāte. Tāpēc tiek veikti organizatoriski un konstruktīvi pasākumi to samazināšanai:

pilna tvertņu presēšana, lai izvairītos no brīvām virsmām
ja tas nav iespējams, pildījums zem kakla, vai otrādi, tikai apakšā. Šajā gadījumā jebkurš slīpums krasi samazina brīvās virsmas laukumu.
tvertņu ar brīvām virsmām skaita kontrole
cisternu sadalīšana ar iekšējām necaurlaidīgām starpsienām, lai samazinātu brīvās virsmas inerces momentu es x

Dinamiskā stabilitāte

A θ = ∫ 0 θ m θ ∂ θ (\displaystyle A_(\theta )=\int _(0)^(\theta )m_(\theta )\partial \theta ) ,

intervālā no 0 līdz θ dyn.

Dinamiskā sānsveres leņķa sasniegšana θ dyn, kuģis nenonāk līdzsvarā, bet pārmērīga atjaunošanas momenta ietekmē sāk strauji taisnoties. Ja nav ūdens pretestības, kuģis, sasveroties, nonāktu neslāpētās svārstībās ap līdzsvara stāvokli. θ st ar amplitūdu no 0 līdz θ dyn. Bet praksē, pateicoties ūdens pretestībai, svārstības ātri izzūd un atliek peldēt ar statisku papēža leņķi. θ st.

Sasvēršanās momenta dinamiskais efekts vienmēr ir bīstamāks par statisko, jo tas noved pie būtiskākiem slīpumiem. Statiskās stabilitātes diagrammas taisnvirziena daļā dinamiskais sānsveres leņķis ir aptuveni divas reizes lielāks par statisko leņķi: θ dyn ≈ 2 θ st.