При эксплуатации водоизмещающего судна следить за ходовым дифферентом так же важно, как и на глиссирующем.
Далеко не всегда удается скомпоновать судно при проектировании и загрузить при выходе в плавание так, чтобы обеспечивались оптимальная центровка и оптимальный дифферент. Как известно , чрезмерный ходовой дифферент приводит к потере скорости, ухудшает экономические показатели.
Я столкнулся с указанной проблемой, когда стал проводить испытания своей водоизмещающей лодки «Утенок», переделанной из малой (№ 1) спасательной шлюпки (длина - 4,5 м; ширина - 1,85 м). Как только я давал полный газ двигателю «СМ-557Л», дифферент на корму сразу же возрастал до величин, явно превышающих допустимые 5-6°: увеличивалось волнообразование, а скорость не прибавлялась.
Стал искать способ уменьшить ходовой дифферент. По аналогии с быстроходными катерами решил применить транцевые плиты. Вырезал из бакелизированной фанеры две транцевые плиты разной формы с изменяемым углом наклона и по очереди испытал их на «Утенке». Первые же выходы показали, что при малых углах наклона плиты неэффективны, а при больших - дифферент, действительно, уменьшают, но одновременно начинают работать как тормоз. При ходе на попутной волне из-за плит появляется сильная рыскливость; на заднем ходу плита преграждает поступление воды к гребному винту. Как бы там ни было, но имея мощность 13,5 л. с., развить скорость выше 10 км/ч не удавалось ни с плитами, ни без них. Относительная скорость - число Фруда по длине - колебалась где-то около 0,4.
После неудачных испытаний транцевых плит я решил попробовать установить на гребной винт специально спрофилированную кольцевую насадку. Насадка, отклоняющая струю от винта вниз, по моим расчетам, должна была не только создавать на корпусе дополнительную подъемную силу, уменьшающую ходовой дифферент, но и одновременно повышать КПД гребного винта, поскольку двигатель «СМ-557Л» развивает слишком большое число оборотов для возможной скорости.
Гребной вал «Утенка» имеет наклон относительно КВЛ около 8°. Передняя часть насадки - от носовой кромки до плоскости диска гребного винта - выполнена соосно с гребным валом. В плоскости диска гребного винта осевая линия насадки имеет излом - наклонена вниз на 8° (здесь угол наклона к КВЛ уже равен 16°).
Как видно из схемы, за плоскостью диска винта в верхней части насадки ее внутренняя образующая имеет вид прямой. Результирующая сила Р с раскладывается на силу упора и подъемную силу. Сила упора была замерена динамометром и оказалась равной 200 кгс. Подъемная сила Р п, непосредственно уменьшающая ходовой дифферент, примерно равна 57 кгс.
Теперь об изготовлении насадки. Из пенопласта были нарезаны рейки трапецеидального сечения, которые затем склеивались в цилиндр при помощи эпоксидного клея. Обработка велась острым ножом и рашпилем с проверкой профиля по шаблонам. Снаружи готовая насадка была оклеена двумя слоями стеклоткани на эпоксидном клее. Внутренняя поверхность насадки покрыта эпоксидной шпаклевкой, в которую для уменьшения трения втерт чешуйчатый графит.
Сверху и снизу закреплены по два алюминиевых угольника, стягиваемых болтами М6. Эти болты и круговые стропы из стального троса 0 2 мм надежно скрепляют в одно целое насадку и угольники. Передние концы угольников прикреплены к ахтерштевню, задние-к стойке руля (рудерпосту).
Концы лопастей гребного винта обрезаны по внутреннему диаметру насадки с кольцевым зазором 2-3 мм.
С насадкой «Утенок» успешно проходил уже две навигации. За этот срок установлено следующее:
- скорость увеличилась с 10 до 12 км/ч (число Фруда ок. 0,5);
- ходовой дифферент практически отсутствует;
- даже на крутой попутной волне лодка хорошо слушается руля, а гребной винт почти не оголяется;
- лодка надежно идет и удовлетворительно слушается руля на заднем ходу.
Установка подвесного мотора на любую водоизмешающую лодку, будь то фофан, тузик либо четырехвесельный ял, всегда вызывает сильный дифферент на корму, увеличивающийся с увеличением скорости. В в статье о лодке «Пелла» отмечалось, что скорость ее под мотором «Ветерок» (8 л. с.) составляет 9,16 км/ч, когда водитель сидит на кормовой банке, и 11,2 км/ч, когда он сидит в носу. Вот четкий показатель, того, как сказывается ходовой дифферент на скорости. Но есть и другие минусы такой посадки. Достаточно на мысленно провести прямую линию от глаз рулевого, сидящего на корме, вперед через верхнюю точку форштевня, чтобы убедиться: предметы, находящиеся на воде впереди, ему не видны. С таким плохим обзором по курсу эксплуатация любого судна запрещается. Можно предложить два выхода; уложить в носовую часть лодки балласт либо установить на гребной винт насадку.
Если заводы, выпускающие подвесные моторы, освоят и выпуск профилированных антидифферентных насадок, будет сэкономлено немало бензина, а главное - улучшатся условия эксплуатации лодок, повысится безопасность плавания; во всяком случае - уменьшится опасность столкновения с плавающими препятствиями.
На устойчивость грузового судна при движении большое влияние оказывает его загрузка. Управление судном значительно легче, когда оно загружено не полностью. Судно, вообще не имеющее груза, легче слушается руля, но так как винт судна находится близко от поверхности воды, оно обладает повышенной рыскливостью.
При приемке груза, и следовательно, увеличение осадки судно становится менее чувствительным к взаимодействию ветра и волны и более устойчиво удерживается на курсе. От загрузки так же зависит положение корпуса относительно поверхности воды. (т.е. имеет судно крен или дифферент)
От распределения груза по длине судна относительно вертикальной оси зависит момент инерции массы судна. Если большая часть груза сосредоточена в кормовых трюмах, момент инерции становится большим и судно становится менее чувствительным к возмущающим воздействиям внешних сил, т.е. более устойчивым на курсе, но в то же время труднее приводится к курсу.
Улучшение поворотливости можно достичь сосредоточением наиболее тяжелых грузов в средней части корпуса, но при одновременном ухудшении устойчивости движения.
Размещение грузов, особенно тяжеловесов, наверху вызывает валкость и крен судна, что отрицательно влияет на устойчивость. В частности, отрицательное влияние на управляемость оказывает наличие воды под сланями трюма. Эта вода будет перемещаться от борта к борту даже при отклонении руля.
Дифферент судна ухудшает обтекаемость корпуса, снижает скорость и приводит к смещению точки приложения боковой гидродинамической силы на корпусе в нос или корму в зависимости от разности осадок. Влияние этого смещения аналогично изменению диаметральной плоскости за счет изменения площади носового подзора или кормового дейдвуда.
Дифферент на корму смещает в корму центр гидродинамического давления, повышает устойчивость движения на курсе и уменьшает поворотливость. Напротив, дифферент на нос, улучшая поворотливость, ухудшает устойчивость на курсе.
При дифферентах эффективность действия рулей может ухудшиться или улучшиться. При дифференте на корму центр тяжести смещается к корме (рис. 36,а), плечо поворачивающего момента руля и сам момент уменьшаются, поворотливость ухудшается, а устойчивость движения увеличивается. При дифференте на нос, наоборот, при равенстве «рулевых сил» и , плечо и момент увеличиваются, поэтому поворотливость улучшается, но устойчивость на курсе становится хуже (рис. 36, б).
При дифференте на нос у судна улучшается поворотливость, повышается устойчивость движения на встречной волне, и наоборот, появляются сильные раскаты кормы на попутной волне. Кроме этого, при дифференте на нос судна появляется стремление к выходу на ветер на переднем ходу и прекращение уваливания носа под ветер на заднем ходу.
При дифференте на корму судно становится менее поворотливо. На переднем ходу судно устойчиво на курсе, но при встречном волнении легко укланяется с курса.
При сильном дифференте на корму у судна появляется стремление к уваливанию носом под ветер. На заднем ходу судно управляется с трудом, оно постоянно стремится привестись кормой к ветру, особенно при боковом его направлении.
При небольшом дифференте на корму повышается эффективность действия движителей и у большинства судов повышается скорость хода. Однако дальнейшее увеличение дифферента приводит к уменьшению скорости. Дифферент на нос из-за увеличения сопротивления воды движению, как правило, приводит к потере скорости переднего хода.
В практике судовождения дифферент на корму иногда специально создают при буксировках, при плавании во льдах, для уменьшения возможности повреждения винтов и рулей, для повышения устойчивости при движении по направлению волн и ветра и в других случаях.
Иногда судно совершает рейс, имея некоторый крен на какой-либо борт. Крен могут вызывать следующие причины: неправильное расположение грузов, неравномерное расходование топлива и воды, конструктивные недостатки, боковое давление ветра, скопление пассажиров на одном борту и др.
Рис.36 Влияние дифферента Рис. 37 Влияние крена
Крен оказывает различное влияние на устойчивость одновинтового и двухвинтового судна. При крене одновинтовое судно не идет прямо, а стремится уклонится с курса в сторону, противоположную крену. Это объясняется особенностями распределения сил сопротивления воды движению судна.
При движении одновинтового судна без крена на скулы обоих бортов будут оказывать сопротивление две силы и , равные друг другу по величине и направлению (рис. 37, а). Если разложить эти силы на составляющие, то силы и будут направлены перпендикулярно бортам скул и они будут равны друг другу. Следовательно судно будет идти ровно по курсу.
При крене судна на площадь «л» погруженной поверхности скулы накрененного борта больше площади «п» скулы приподнятого борта. Следовательно, большее сопротивление встречной воды будет испытывать скула накрененного борта и меньшее – скула приподнятого борта (рис. 37,б)
Во втором случае силы сопротивления воды и , приложенные к одной и другой скуле, параллельны друг другу, но разные по величине (рис 37,б). При разложении этих сил по правилу параллелограмма на составляющие (так чтоб одна из них была параллельна, а другая перпендикулярна борту), убедимся, что составляющая перпендикулярная борту , больше соответствующей составляющей противоположного борта.
В результате этого можно сделать вывод о том, что нос одновинтового судна при крене уклоняется в сторону приподнятого борта (противоположную крену), т.е. в сторону наименьшего сопротивления воды. Поэтому, чтобы удержать одновинтовое судно на курсе, приходится руль перекладывать в сторону крена. Если на накрененном одновинтовом судне руль будет в положении «прямо», судно совершит циркуляцию в сторону, противоположную крену. Следовательно, при совершении оборотов диаметр циркуляции в сторону крена увеличивается, в противоположную сторону - уменьшается.
У двухвинтовых судов уклонение от курса вызывается совместным воздействием неодинакового лобового сопротивления воды движению корпуса со стороны бортов судна, а так же различной величиной воздействия разворачивающих усилий левой и правой машин при одном числе оборотов.
У судна без крена точка приложения сил сопротивления воды движению находится в диаметральной плоскости, поэтому сопротивление с обоих бортов оказывает равное воздействие на судно (см. рис. 37,а). Кроме того, у судна не имеющего крена, разворачивающие моменты относительно центра тяжести судна, создаваемые упором винтов и , практически одинаковы, так как плечи упоров равны, а поэтому .
Если, например, у судна имеется постоянный крен на левый борт, то углубление правого винта уменьшится и увеличится углубление винтов на правом борту. Центр сопротивления воды движению сместится в сторону накрененного борта и займет положение (см. рис. 37,б) на вертикальной плоскости относительно которой будут действовать упоры движителей с неравными плечами приложения. т.е. тогда < .
Несмотря на то, что правый винт из-за меньшего заглубления будет работать менее эффективно по сравнению с левым, однако с увеличением плеча общий разворачивающий момент от правой машины станет значительно больше чем от левой, т.е. тогда < .
Под воздействием большего момента от правой машины судно будет стремиться уклониться в сторону левого, т.е. накрененного борта. С другой стороны, увеличение сопротивления воды движению судна со стороны скул предопределит стремление уклонить судно в сторону повышенного, т.е. правого борта.
Эти моменты по величине соизмеримы между собой. Практика показывает, что каждый тип судна в зависимости от различных факторов при крене уклоняется в определенную сторону. Кроме того, установлено, что величины уклоняющих моментов весьма малы и их легко компенсировать перекладкой руля на 2-3° в сторону борта, противоположного стороне уклонения.
Коэффициент полноты водоизмещения. Его увеличение приводит к уменьшению силы и уменьшению демпфирующего момента , а следовательно, к улучшению устойчивости на курсе.
Форма кормы. Форма кормы характеризуется площадью кормового подзора (подреза) кормы (т.е. площадью дополняющей корму до прямоугольника)
Рис.38. К определению площади кормового подреза:
а) корма с подвесным или полуподвесным рулем;
б)корма с рулем расположенным за рудерпостом
Площадь ограничивается кормовым перпендикуляром, линией киля (базовой линией) и контуром кормы (на рис. 38 заштрихована). В качестве критерия подреза кормы можно использовать коэффициент :
где - средняя осадка, м.
Параметр является коэффициентом полноты площади ДП.
Конструктивное увеличение площади подреза кормовой оконечности в 2,5 раза может уменьшить диаметр циркуляции в 2 раза. Однако при этом резко ухудшится устойчивость на курсе.
Площадь руля . Увеличение увеличивает поперечную силу руля , но в то же время возрастает и демпфирующее действие руля. Практически получается, что увеличение площади руля приводит к улучшению поворотливости лишь при больших углах перекладки.
Относительное удлинение руля . Увеличение при неизменной его площадиприводит к возрастаниюпоперечной силы руля, что приводит к некоторому улучшению поворотливости.
Расположение руля. Если руль расположен ввинтовой струе, то скорость натекания воды на руль возрастает за счет дополнительной скорости потока, вызванной винтом, что обеспечивает значительное улучшение поворотливости. Этот эффект особенно проявляется на одновинтовых судах в режиме разгона, а по мере приближения скорости к установившемуся значению уменьшается.
На двухвинтовых судах руль, расположенный в ДП, обладает относительно малой эффективностью. Если же на таких судах установлены два пера руля за каждым из винтов, то поворотливость резко возрастает.
Влияние скорости судна на его управляемость появляется неоднозначно. Гидродинамические силы и моменты на руле и корпусе судна пропорциональны квадрату скорости набегающего потока, поэтому при движении судна с установившейся скоростью независимо от её абсолютного значения, соотношения между указанными силами и моментами остаются постоянными. Следовательно, на разных установившихся скоростях траектории (при одинаковых углах перекладки руля) сохраняют свою форму и размеры. Это обстоятельство неоднократно подтверждалось натурными испытаниями. Продольный размер циркуляции (выдвиг) существенно зависят от начальной скорости движения (при маневрировании с малого хода выбег на 30% меньше выбега с полного хода). Поэтому, чтобы совершить оборот на ограниченной акватории при отсутствии ветра и течения, целесообразно перед началом маневра сбавить ход и выполнить оборот на пониженной скорости. Чем меньше акватория,на которой совершается циркуляция судна, тем меньше должна быть первоначальная скорость его хода. Но если в процессе маневра изменить частоту вращения винта, то изменится скорость потока, набегающего на руль, расположенный за винтом. При этом момент, создаваемый рулем. Изменится сразу же, а гидродинамический момент на корпусе судна будет изменяться медленно по мере изменения скорости самого судна, поэтому прежнее соотношение между этими моментами временно нарушится, что приведет к изменению кривизны траектории. При увеличении частоты вращения винта кривизна траектории увеличивается (радиус кривизны уменьшается), и наоборот. Когда скорость судна придет в соответствие с носовой частотой вращения винта, кривизна траектории снова станет равной первоначальному значению.
Все сказанное выше справедливо для случая штилевой погоды. Если же судно подвергается воздействию ветра определенной силы, то в этом случае управляемость существенно зависит от скорости судна: чем скорость меньше, тем больше влияние ветра на управляемость.
Когда по какой-либо причине нет возможности допустить увеличение скорости, но необходимо уменьшить угловую скорость поворота, лучше быстро уменьшить частоту вращения движителей. Это эффективнее, чем перекладка рулевого органа на противоположный борт.
Крен и дифферент могут образовываться в результате перемещения людей, грузов, при качке , поворотах. Возникновение ходового дифферента у маломерных судов на нос или корму возникает в результате неправильного положения (угла наклона) подвесного мотора на транце судна. Углы крена и дифферента могут дойти до опасно критических, особенно при наличии в корпусе судна воды и ее переливании. Переливание воды в сторону малейшего наклонения судна способствует образованию еще большего крена или дифферента и может вызвать опрокидывание судна. Воды в корпусе быть не должно.
При крене сопротивление со стороны накрененного борта больше и судно стремится уклониться в противоположную сторону, то есть меньшего сопротивления. Поэтому чтобы удержать судно на курсе, приходится перекладывать руль в сторону накрененного борта, что увеличивает силу сопротивления и соответственно уменьшает скорость хода.
При резких поворотах водоизмещающих судов крен особенно велик и направлен во внешнюю сторону. Люди, находящиеся на борту, при внезапном маневре, могут переместиться в сторону крена и тем самым еще больше усугубить положение судна. Может возникнуть реальная опасность опрокидывания. Судоводителю необходимо знать зависимость скорости своего судна и максимально возможного, с точки зрения безопасности, угла перекладки руля. Перед маневрированием необходимо убедиться, что люди находятся на своих местах, и нет предпосылок перемещения их и грузов.
Глиссирующие суда, в силу формы обводов корпуса, кренятся во внутреннюю сторону поворота. Это более безопасно потому, что сила инерции направлена в противоположную сторону поворота и стремится уменьшить крен. Следует помнить, что люди, находящиеся в кокпите, особенно стоя, могут упасть или вывалиться за борт. Надо избегать резких поворотов, а при необходимости, обязательно предупреждать людей, находящихся на борту.
Для малого водоизмещающего судна нормальным считается дифферент на корму не более 5 см либо положение «Ровный киль». При дифференте на корму больше 5 см уменьшается скорость, т. к. значительное погружение кормы увеличивает увлекаемую массу воды и лобовое сопротивление судна. Дифферент на корму вызывает повышенную устойчивость судна на курсе. При необходимости изменить направление движения оно плохо реагирует на перекладку руля, склонно уваливаться под ветер.
При дифференте на нос так же увеличивается сопротивление воды и уменьшается скорость. Дифферент на нос ухудшает устойчивость судна на курсе и вызывает повышенную его чувствительность к перекладке руля. При малейшей перекладке судно начинает отклоняться от прямолинейного курса и становится трудно управляемым на прямолинейных участках пути. Эти явления объясняются тем, что при наличии дифферента гидродинамическое воздействие на корпус судна по его длине значительно отличается от обычных эксплуатационных условий.
При дифференте на нос корма судна, имеющая меньшее сопротивление окружающей воды, становится более подвижной и чрезмерно чувствительной к перекладке рулей, а при дифференте на корму - наоборот.
У глиссирующих судов дифферент на корму затрудняет выход на глиссирование. Судно может не преодолеть «горб» сопротивления. При глиссировании возможно явление «дельфинирования», периодические вертикальные перемещения носовой части.
Это явление легко прекратить, сместив часть груза в нос. В случае затруднения выхода на глиссирование судна с перегруженной кормой бывает достаточно даже временного перемещения части груза в нос. При дифференте на нос глиссирующего судна форштевень почти не поднимается над водой. Это увеличивает смоченную поверхность судна, следовательно, уменьшается скорость. Кроме того, на курсе под углом к волне возможно резкое зарыскивание судна. Это происходит в результате того, что если с левого борта при входе в волну будет большая часть волны, то судно рыскнет вправо и наоборот.
Следует помнить, что при буксировке у буксируемого судна дифферент на нос не допустим. В этом случае судно будет постоянно зарыскивать, и в момент его возвращения на первоначальный курс возможно опрокидывание. Вместе с тем дифферент на корму дает возможность судну идти строго в кильватер буксировщику.
Дифферент судна
(от лат. differens, родительный падеж differentis - разница)
наклон судна в продольной плоскости. Д. с. характеризует посадку судна и измеряется разностью его осадок (углублений) кормой и носом. Если разность равна нулю, говорят, что судно «сидит на ровный киль», при положительной разности - судно сидит с дифферентом на корму, при отрицательной - с дифферентом на нос. Д. с. влияет на поворотливость судна, условия работы гребного винта, проходимость во льдах и пр. Д. с. бывает статический и ходовой, возникающий при больших скоростях движения. Д. с. обычно регулируют приёмом или удалением водяного Балласт а.
Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .
Смотреть что такое "Дифферент судна" в других словарях:
ДИФФЕРЕНТ судна - Происхождение: от лат. differens, differentis разница наклон судна в продольной плоскости (вокруг поперечной оси, проходящей через центр тяжести площади ватерлинии) … Морской энциклопедический справочник
- (Trim difference) угол продольного наклонения судна, вызывающий разность в осадках носа и кормы. Если углубление носа и кормы одинаково, то судно сидит на ровный киль. Если углубление кормы (носа) больше, чем носа (кормы), то судно имеет… … Морской словарь
- (лат., от differe различать). Разность глубины погружения в воду кормы и носа корабля. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ДИФФЕРЕНТ лат., от differre, различествовать. Разность погружения в воду кормы… … Словарь иностранных слов русского языка
- (судна) наклон корабля в продольной вертикальной плоскости относительно поверхности моря. Измеряется дифферентометрами в градусах для подводной лодки или разность между углублениями кормы и носа для надводных кораблей. Влияет на поворотливость… … Морской словарь
- (от лат. differens разница) разница в осадке (углублении) судна носом и кормой … Большой Энциклопедический словарь
Морской термин, угол отклонения корпуса судна от горизонтального положения в продольном направлении, разница осадок кормы и носа судна. В авиации для обозначения такого же угла, задающего ориентацию летательного аппарата, используется термин… … Википедия
А; м. [лат. differens] 1. Спец. Разница в осадке носа и кормы судна. 2. Финанс. Разница в цене на товар при заказе и получении его в процессе торговых операций. * * * дифферент (от лат. differens разница), разница в осадке (углублении) судна… … Энциклопедический словарь
Дифферент - ДИФФЕРЕНТЪ, разность углубленія (посадки) судна носомъ и кормою; если, напр., корма углублена на 1 фт. больше носа, то говорятъ: судно имѣетъ Д. на корму 1 фт. Д. имѣлъ особое значеніе въ парус. флотѣ, гдѣ хорошій парусникъ д. б. имѣть Д. на… … Военная энциклопедия
- [от лат. differens (differentia) разница] судна наклон судна в продольной плоскости. Д. определяет посадку судна и измеряется разностью между осадками кормы и носа. Если разность равна нулю, говорят, что судно сидит на ровном киле; если разность … Большой энциклопедический политехнический словарь
Дифферент корабля (судна) - наклон корабля (судна) в продольной плоскости. Измеряется с помошью прибора дифферентометра как разница осадок ио са и кормы в метрах (для ПЛ в градусах). Возникает при затоплении помещений или отсеков в оконечностях корабля, неравномерном… … Словарь военных терминов
ВВЕДЕНИЕ. 2
1. ПОНЯТИЕ О ПРОДОЛЬНОЙ ОСТОЙЧИВОСТИ СУДНА.. 3
2. ДИФФЕРЕНТ СУДНА И УГОЛ ДИФФЕРЕНТА.. 6
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 9
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.. 10
ВВЕДЕНИЕ
Остойчивость - способность плавучего средства противостоять внешним силам, вызывающим его крен или дифферент и возвращаться в состояние равновесия по окончании воздействия внешних сил (Внешнее воздействие может быть обусловлено ударом волны, порывом ветра, сменой курса и т. п.). Это одно из важнейших мореходных качеств плавучего средства.
Запасом остойчивости называется степень защищённости плавучего средства от опрокидывания.
В зависимости от плоскости наклонения различают поперечную остойчивость при крене и продольную остойчивость при дифференте. Применительно к надводным судам, из-за удлинённости формы корпуса судна его продольная остойчивость значительно выше поперечной, поэтому для безопасности плавания наиболее важно обеспечить надлежащую поперечную остойчивость.
В зависимости от величины наклонения различают остойчивость на малых углах наклонения (начальную остойчивость) и остойчивость на больших углах наклонения.
В зависимости от характера действующих сил различают статическую и динамическую остойчивость.
Статическая остойчивость - рассматривается при действии статических сил, то есть приложенная сила не изменяется по величине.
Динамическая остойчивость - рассматривается при действии изменяющихся (то есть динамических) сил, например ветра, волнения моря, подвижки груза и т. п.
Важнейшими факторами, влияющими на остойчивость, являются расположение центра тяжести и центра величины судна (ЦВ).
1. ПОНЯТИЕ О ПРОДОЛЬНОЙ ОСТОЙЧИВОСТИ СУДНА
Остойчивость, которая проявляется при продольных наклонениях судна, т. е. при дифференте, называется продольной .
Несмотря на то, что углы дифферента судна редко достигают 10 град., а обычно составляют 2-3 град, продольное наклонение приводит к значительным линейным дифферентам при большой длине судна. Так, у судна длиной 150 м угол наклонения 1 град. соответствует линейному дифференту, равному 2,67 м. В связи с этим в практике эксплуатации судов вопросы, относящиеся к дифференту, более важны, чем вопросы продольной остойчивости, поскольку у транспортных судив с нормальными соотношениями главных размерений продольная остойчивость всегда положительна .
При продольном наклонении судна па угол ψ вокруг поперечной оси Ц. В. переместится из точки С в точку C1 и сила поддержания, направление которой нормально к действующей ватерлинии, будет действовать под углом ψ к первоначальному направлению. Линии действия первоначального и нового направления сил поддержания пересекаются в точке.
Точка пересечения линии действия сил поддержания при бесконечно малом наклонении в продольной плоскости называется продольным метацентром М
.
Радиус кривизны кривой перемещения Ц. В. в продольной плоскости называется продольным метацентрическим радиусом R
, который определяется расстоянием от продольного метацентра до Ц. В.
Формула для вычисления продольного метацентрического радиуса R аналогична поперечному метацентрическому радиусу;
где IF момент инерции площади ватерлинии относительно поперечной оси, проходящей через ее Ц. Т. (точка F); V - объемное водоизмещение судна.
Продольный момент инерции площади ватерлинии IF значительно больше поперечного момента инерции IX. Поэтому продольный метацентрический радиус R всегда значительно больше поперечного r. Ориентировочно считают, что продольный метацентрический радиус R приблизительно равен длине судна .
Основное положение остойчивости заключается в том, что восстанавливающий момент является моментом пары, образованной силой веса судна и силой поддержания. Как видно из рисунка в результате приложения действующего в ДП внешнего момента, называемого дифферентующим моментом Мдиф, судно получило наклонение на малый угол дифферента ψ. Одновременно с появлением угла дифферента возникает восстанавливающий момент Мψ, действующий в сторону, противоположную действию дифферентующего момента.
Продольное наклонение судна будет продолжаться до тех пор, пока алгебраическая сумма обоих моментов не станет равной нулю. Поскольку оба момента действуют в противоположные стороны, условие равновесия можно записать в виде равенства:
Мдиф = Мψ.
Восстанавливающий момент в этом случае будет:
Мψ = D" × GK1 (1)
где GK1 - плечо этого момента, называемое плечом продольной остойчивости .
Из прямоугольного треугольника G M K1 получаем:
GK1 = MG × sinψ = H × sinψ (2)
Входящая в последнее выражение величина MG = Н определяет возвышение продольного метацентра над Ц. Т. судна и называется продольной метацентрической высотой .
Подставив выражение (2) в формулу (1), получим:
Мψ = D" × H × sinψ (3)
где произведение D" × H - коэффициент продольной остойчивости. Имея в виду, что продольная метацентрическая высота Н = R - а, формулу (3) можно записать в виде:
Мψ = D" × (R - a) × sinψ (4)
где а - возвышение Ц. Т. судна над его Ц. В.
Формулы (3), (4) являются метацентрическими формулами продольной остойчивости.
Ввиду малости угла дифферента в указанных формулах, вместо sin ψ можно подставить угол ψ (в радианах) и тогда:
Мψ = D" × H × ψ или Мψ = D" × (R - a) × ψ.
Поскольку величина продольного метацентрического радиуса R во много раз больше поперечного r, продольная метацентрическая высота H любого судна во много раз больше поперечной h. поэтому, если у судна обеспечена поперечная остойчивость, то продольная остойчивость обеспечена заведомо .
2. ДИФФЕРЕНТ СУДНА И УГОЛ ДИФФЕРЕНТА
В практике расчетов наклонений судна в продольной плоскости, связанных с определением дифферента, вместо углового дифферента принято пользоваться линейным дифферентом, значение которого определяется как разность осадок судна носом и кормой, т. е d = ТН - ТК.
Дифферент принято считать положительным, если осадка судна носом больше, чем кормой; дифферент на корму корму считается отрицательным. В большинстве случаев суда плавают с дифферентом на корму.
Предположим, что судно, плавающее на ровный киль по ватерлинию ВЛ, под действием некоторого момента получило дифферент и его новая действующая ватерлиния заняла положение В1Л1. Из формулы для восстанавливающего момента имеем:
ψ = Мψ / (D" × H).
Проведем пунктирную линию АВ, параллельную ВЛ, через точку пересечения кормового перпендикуляра с В1Л1. Дифферент d - определяется катетом ВЕ треугольника ABE. Отсюда:
tg ψ ≈ ψ = d / L
Сравнив последние два выражения, получим:
d / L = Мψ / (D" × H), отсюда Мψ = (d / L) × D" × H.
Рассмотрим методы определения осадок судна при действии на него дифферетующего момента, возникающего в результате перемещения груза в продольно-горизонтальном направлении.
Допустим, что груз р перемещен вдоль судна на расстояние lx. Перемещение груза, как уже указывалось, может быть заменено приложением к судну момента пары сил. В нашем случае этот момент будет дифферентующим и равным: Мдиф = Р × lx × cos ψ уравнение равновесия при продольном перемещении груза (равенство дифферентуюшего и восстанавливающего моментов) имеет вид:
P × lx × cosψ = D" × H × sinψ
откуда tgψ = (P × lx) / (D" × H)
Поскольку малые наклонения судна происходят вокруг оси, проходящей через Ц. Т. F площади ватерлинии, можно получить следующие выражения для изменения осадок носом и кормой:
Следовательно, осадки носом и кормой при перемещении груза вдоль судна будут:
Если учесть, что tgψ = d/L и что D" × H × sinψ = Mψ, можно записать:
где Т - осадка судна при положении на ровный киль;
М1см - момент, дифферентующий судно на 1 см.
Значение абсциссы ХF находят по "кривым элементов теоретического чертежа", причем необходимо строго учитывать знак перед XF: при расположенииточки F в нос от миделя величина XF считается положительной, а при расположении точки F в корму от миделя - отрицательной.
Плечо lx также считается положительным, если груз переносится по направлению к носовой части судна; при переносе груза в корму плечо lx считается отрицательным .
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Остойчивость - одно из важнейших мореходных качеств плавучего средства. Применительно к судам используется уточняющая характеристика остойчивость судна. Запасом остойчивости называется степень защищённости плавучего средства от опрокидывания.
Внешнее воздействие может быть обусловлено ударом волны, порывом ветра, сменой курса и т. п.
В практике расчетов наклонений судна в продольной плоскости, связанных с определением дифферента, вместо углового дифферента принято пользоваться линейным дифферентом.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. И., А., С. Контроль за посадкой, остойчивостью и напряжениями корпуса судна: Учеб. пособие - Владивосток, МГУ им. адм. Г. И. Невельского, 2003. - 136 с.
2. Н. Эксплуатационные расчеты мореходных характеристик судна - М.: Транспорт, 1990, 142с.
3. К., С. Общее устройство судов. - Ленинград: "Судостроение". - 1987. - 160с.
4. Г. Теория и устройство судна. - Учебник для речных училищ и техникумов. М.: Транспорт, 1992. - 248с.
5. Г. Устройство судна: Учебник. - 5-е изд., стереотип: - Л.: Судостроение, 1989. - 344 с.
