§ 12. Spôsobilosť lodí na plavbu. Časť 1

Námorná spôsobilosť musí byť: civilné lode a vojnové lode.

Štúdium týchto vlastností pomocou matematickej analýzy vykonáva špecialista vedeckej disciplíne - teória lodí.

Ak je matematické riešenie problému nemožné, potom sa uchýlia k experimentu, aby našli potrebnú závislosť a otestovali závery teórie v praxi. Až po komplexnom štúdiu a skúsenostnom testovaní celej plavebnej spôsobilosti plavidla ho začnú vytvárať.

Námorná spôsobilosť v predmete „Teória lodí“ sa študuje v dvoch častiach: statika a dynamika plavidla. Statika študuje zákony rovnováhy plávajúceho plavidla a súvisiace vlastnosti: vztlak, stabilitu a nepotopiteľnosť. Dynamika študuje loď v pohybe a zvažuje jej vlastnosti, ako je ovládateľnosť, sklon a pohon.

Zoznámime sa so spôsobilosťou plavidla na plavbu.

Vztlak plavidla sa nazýva jeho schopnosť plávať na vode pri určitom ponore a niesť zamýšľané zaťaženie v súlade s účelom plavidla.

Na plávajúcu loď vždy pôsobia dve sily: a) na jednej strane, sila hmotnosti rovná súčtu hmotnosti samotného plavidla a celého nákladu na ňom (vypočítané v tonách); výslednica váhových síl sa aplikuje na ťažisko lode(CG) v bode G a smeruje vždy kolmo nadol; b) na druhej strane, udržiavanie síl, alebo vztlakové sily(vyjadrené v tonách), teda tlak vody na ponorenú časť trupu, určený súčinom objemu ponorenej časti trupu a objemovej hmotnosti vody, v ktorej loď pláva. Ak sú tieto sily vyjadrené výslednicou pôsobiacou v ťažisku podvodného objemu plavidla v bode C, tzv. ťažisko(CV), potom bude táto výslednica smerovať vždy vertikálne nahor vo všetkých polohách plávajúcej nádoby (obr. 10).

Objemový posun je objem ponorenej časti trupu vyjadrený v metroch kubických. Objemový výtlak slúži ako miera vztlaku a hmotnosť ním vytlačenej vody sa nazýva hmotnostný posun D) a vyjadruje sa v tonách.

Podľa Archimedovho zákona sa hmotnosť plávajúceho telesa rovná hmotnosti objemu kvapaliny vytlačenej týmto telesom,

Kde y je objemová hmotnosť morská voda, t/m 3, brané vo výpočtoch rovné 1 000 pre sladkej vody a 1,025 pre morskú vodu.

Ryža. 10. Sily pôsobiace na plávajúcu loď a miesta pôsobenia výsledných síl.

Keďže hmotnosť plávajúceho plavidla P sa vždy rovná jeho hmotnostnému výtlaku D a ich výslednice smerujú proti sebe pozdĺž tej istej vertikály, a ak označíme súradnice bodov G a C pozdĺž dĺžky plavidla, resp. x g a x c, pozdĺž šírky y g a y c a pozdĺž výšky z g a z c , potom môžu byť podmienky rovnováhy plávajúceho plavidla formulované nasledujúcimi rovnicami:

P = D; x g = x c.

Vzhľadom na symetriu lode voči DP je zrejmé, že body G a C musia ležať v tejto rovine, potom

Yg = yc = 0.

Ťažisko povrchových plavidiel G zvyčajne leží nad stredom magnitúdy C, v tomto prípade

Niekedy je vhodnejšie vyjadriť objem podvodnej časti trupu cez hlavné rozmery plavidla a koeficient celkovej úplnosti, t.j.

Potom môže byť hmotnostný posun reprezentovaný ako

Ak označíme V n celkový objem trupu až po hornú palubu za predpokladu, že všetky bočné otvory sú vodotesne uzavreté, dostaneme

Rozdiel V n - V, ktorý predstavuje určitý objem vodotesného trupu nad vodoryskou nákladu, sa nazýva rezervný vztlak. V prípade núdzového vniknutia vody do trupu lode sa jej ponor zvýši, ale loď zostane na hladine, vďaka svojej rezerve vztlaku. Čím väčšia je teda výška nepriepustnej strany voľného boku, tým väčšia je rezerva vztlaku. V dôsledku toho je rezerva vztlaku dôležitou vlastnosťou plavidla, ktorá zabezpečuje jeho nepotopiteľnosť. Vyjadruje sa ako percento normálneho výtlaku a má tieto minimálne hodnoty: pre riečne plavidlá 10 – 15 %, pre tankery 10 – 25 %, pre lode na suchý náklad 30 – 50 %, pre ľadoborce 80 – 90 % a pre cestujúcich lode 80 – 100 %.

Ryža. 11. Konštrukcia pozdĺž rámov

Hmotnosť plavidla P (hmotnostné zaťaženie) A súradnice ťažiska sú určené výpočtom, ktorý berie do úvahy hmotnosť každej časti trupu, mechanizmov, častí vybavenia, zásob, zásob, nákladu, ľudí, ich batožinu a všetko na lodi. Pre zjednodušenie výpočtov sa plánuje spájanie jednotlivých odborných názvov do článkov, podskupín, skupín a sekcií pracovnej záťaže. Pre každý z nich sa vypočíta hmotnosť a statický moment.

Vzhľadom na to, že moment výslednej sily sa rovná súčtu momentov zložiek síl vzhľadom na tú istú rovinu, po sčítaní hmotností a statických momentov na celej nádobe sa určia súradnice ťažiska nádoby G. Objemové posunutie, ako aj súradnice stredu hodnoty C po dĺžke od stredu x c a po výške od hlavnej priamky z c sa určí z teoretického výkresu lichobežníkovou metódou v tabuľkovej forme.

Na ten istý účel používajú pomocné krivky, takzvané konštrukčné krivky, nakreslené aj podľa údajov teoretického výkresu.

Existujú dve krivky: formácia pozdĺž rámov a formácia pozdĺž vodorysk.

Konštrukcia na rámoch(obr. 11) charakterizuje rozloženie objemu podvodnej časti trupu po dĺžke plavidla. Je postavený nasledujúcim spôsobom. Pomocou metódy približných výpočtov sa plocha ponorenej časti každého rámu (w) určí z teoretického výkresu. Dĺžka nádoby je vynesená pozdĺž osi x vo zvolenej mierke a je na nej vynesená poloha rámov teoretického výkresu. Na súradniciach rekonštruovaných z týchto bodov sú zodpovedajúce oblasti vypočítaných rámcov vynesené v určitej mierke.

Konce ordinátov sú spojené hladkou krivkou, čo je čiara pozdĺž rámov.

Ryža. 12. Vŕtanie pozdĺž vodorysky.

Vŕtanie pozdĺž vodorysky(obr. 12) charakterizuje rozloženie objemu podvodnej časti trupu po výške plavidla. Na jej konštrukciu pomocou teoretického výkresu vypočítajte plochy všetkých vodorysiek (5). Tieto oblasti vo vybranej mierke sú usporiadané pozdĺž zodpovedajúcich horizontálnych čiar umiestnených pozdĺž ponoru plavidla v súlade s polohou danej vodorysky. Výsledné body sú spojené hladkou krivkou, čo je čiara pozdĺž vodorysk.

Ryža. 13. Krivka veľkosti nákladu.

Tieto krivky slúžia ako nasledujúce charakteristiky:

1) plochy každej z bojových jednotiek vyjadrujú objemový výtlak plavidla v príslušnej mierke;

2) úsečka ťažiska bojového priestoru pozdĺž rámov, meraná na mierke dĺžky plavidla, sa rovná úsečke ťažiska plavidla x c;

3) ordináta ťažiska oblasti budovy pozdĺž vodorysiek, meraná na ponorovej stupnici, sa rovná y osi stredu veľkosti plavidla z c. Veľkosť nákladu je krivka (obr. 13) charakterizujúca objemový výtlak nádoby V v závislosti od jej ponoru T. Pomocou tejto krivky môžete určiť výtlak nádoby v závislosti od jej ponoru alebo riešiť inverzný problém.

Táto krivka je skonštruovaná v systéme pravouhlých súradníc na základe vopred vypočítaných objemových posunov pozdĺž každej vodorysky teoretického výkresu. Na zvislej osi je vo zvolenej mierke pozdĺž každej vodorysky vykreslený ponor plavidla a cez ne sú nakreslené vodorovné čiary, na ktorých je tiež na určitej mierke vynesená hodnota posunutia získaná pre zodpovedajúce vodorysky. Konce výsledných segmentov sú spojené hladkou krivkou, ktorá sa nazýva veľkosť zaťaženia.

Pomocou veľkosti nákladu je možné určiť zmenu priemerného ponoru v dôsledku príjmu alebo vyloženia nákladu alebo na základe daného výtlaku určiť ponor plavidla atď.

Stabilita nazývaná schopnosť lode odolávať silám, ktoré spôsobili jej naklonenie, a po zastavení týchto síl sa vrátiť do pôvodnej polohy.

Naklonenie plavidla je možné z rôznych dôvodov: pôsobením prichádzajúcich vĺn, v dôsledku asymetrického zaplavenia priehradiek pri otvore, z pohybu nákladu, tlaku vetra, v dôsledku príjmu alebo spotreby nákladu atď.

Sklon lode v priečnej rovine je tzv rolovať, a v pozdĺžnej rovine - d rozdielny; uhly vytvorené v tomto prípade sú označené O a y, v tomto poradí,

Existuje počiatočná stabilita t.j. stabilita pri malých uhloch natočenia, pri ktorých je okraj horná paluba začína vstupovať do vody (ale nie viac ako 15° pre vysokostenné povrchové plavidlá), a stabilita pri vysokých sklonoch .

Predstavme si, že vplyvom vonkajších síl sa loď naklonila pod uhlom 9 (obr. 14). V dôsledku toho si objem podvodnej časti plavidla zachoval svoju veľkosť, ale zmenil svoj tvar; Na pravoboku sa do vody dostal ďalší objem a na ľavej strane z vody vyšiel rovnaký objem. Ťažisko sa presunulo z pôvodnej polohy C smerom k náklonu lode, do ťažiska nového objemu - bodu C 1. Keď je plavidlo v naklonenej polohe, gravitačná sila P pôsobiaca v bode G a podporná sila D pôsobiaca v bode C, zostávajúce kolmo na novú čiaru ponoru B 1 L 1 tvoria pár síl s ramenom GK, čo je kolmo spustené z bodu G na smer podporných síl .

Ak pokračujeme v smere podpernej sily z bodu C 1, až kým sa nepretne s jej pôvodným smerom z bodu C, potom pri malých uhloch naklonenia zodpovedajúcich podmienkam počiatočnej stability sa tieto dva smery pretnú v bode M, tzv. priečne metacentrum .

Vzdialenosť medzi metacentrom a stredom magnitúdy MC sa nazýva priečny metacentrický polomer, označujeme p a vzdialenosť medzi bodom M a ťažiskom nádoby G je priečna metacentrická výška h 0. Na základe údajov na obr. 14 si môžeme vytvoriť identitu

H° = p + z c - z g.

V pravouhlom trojuholníku GMR sa uhol vo vrchole M bude rovnať uhlu 0. Z jeho prepony a opačného uhla možno určiť nohu GK, ktorá je rameno m páru obnovujúceho plavidlo GK=h 0 sin 8 a moment obnovenia sa bude rovnať Mvost = DGK. Nahradením hodnôt pákového efektu dostaneme výraz

Mvost = Dh 0 * sin 0,

Ryža. 14. Sily pôsobiace pri rolovaní lode.

Vzájomná poloha bodov M a G nám umožňuje stanoviť nasledujúcu vlastnosť charakterizujúcu bočnú stabilitu: ak sa metacentrum nachádza nad ťažiskom, potom je vratný moment kladný a má tendenciu vrátiť cievu do pôvodnej polohy, t.j. náklon, plavidlo bude stabilné, naopak, ak sa bod M nachádza pod bodom G, potom pri zápornej hodnote h 0 je moment záporný a bude mať tendenciu zvyšovať náklon, t.j. v tomto prípade je loď nestabilná. Je možný prípad, keď sa body M a G zhodujú, sily P a D pôsobia pozdĺž rovnakej zvislej čiary, nevzniká dvojica síl a vratný moment je nulový: potom by sa loď mala považovať za nestabilnú, pretože sa nesnaží vrátiť do pôvodnej rovnovážnej polohy (obr. 15).

Metacentrická výška pre reprezentatívne prípady zaťaženia sa vypočítava počas procesu projektovania plavidla a slúži ako miera stability. Hodnota priečnej metacentrickej výšky pre hlavné typy lodí leží v rozmedzí 0,5-1,2 m a len pri ľadoborcoch dosahuje 4,0 m.

Na zvýšenie bočnej stability plavidla je potrebné znížiť jeho ťažisko. Ide o mimoriadne dôležitý faktor, na ktorý treba najmä pri prevádzke plavidla vždy pamätať a o spotrebe paliva a vody skladovanej v nádržiach s dvojitým dnom sa musí viesť prísna evidencia.

Pozdĺžna metacentrická výška H 0 sa počíta podobne ako priečna, ale keďže jej hodnota, vyjadrená v desiatkach alebo aj stovkách metrov, je vždy veľmi veľká - od jednej do jeden a pol dĺžky plavidla, potom po overovacom výpočte pozdĺžna stabilita plavidla sa prakticky nepočíta, jeho hodnota je zaujímavá len v prípade zisťovania ponoru provy alebo kormy plavidla pri pozdĺžnych pohyboch nákladu alebo pri zaplavení priehradiek po dĺžke plavidla.

Ryža. 15. Priečna stabilita plavidla v závislosti od umiestnenia nákladu: a - pozitívna stabilita; b - rovnovážna poloha - loď je nestabilná; c - negatívna stabilita.

Otázky stability lode sú uvedené výlučne dôležité, a preto sa zvyčajne popri všetkých teoretických výpočtoch po zostrojení plavidla overuje skutočná poloha jeho ťažiska pokusným sklonom, teda bočným sklonom plavidla pohybom bremena určitej hmotnosti, tzv. naklonený balast .

Všetky skôr získané závery, ako už bolo uvedené, sú prakticky platné pri počiatočnej stabilite, t.j. pri malých uhloch natočenia.

Pri výpočte bočnej stability pri veľkých uhloch náklonu (pozdĺžne sklony v praxi nie sú veľké) sa pre rôzne uhly náklonu určujú premenné polohy ťažiska, metacentra, priečneho metacentrického polomeru a ramena vyrovnávacieho momentu GK. plavidlo. Tento výpočet sa robí od priamej polohy cez 5-10° po uhol natočenia, keď sa vyrovnávacie rameno otočí na nulu a loď získa negatívnu stabilitu.

Podľa údajov tohto výpočtu je pre vizuálne znázornenie stability cievy pri veľkých uhloch náklonu a diagram statickej stability(nazýva sa aj Reedov diagram), zobrazujúci závislosť ramena statickej stability (GK) alebo vyrovnávacieho momentu Mvost od uhla náklonu 8 (obr. 16). V tomto diagrame sú uhly náklonu vynesené pozdĺž osi x a hodnota vyrovnávacích momentov alebo ramien páru vyrovnávacieho ramena sú vynesené pozdĺž osi y, pretože v sklonoch rovnakého objemu, pri ktorých je posunutie plavidla D zostáva konštantná, vyrovnávacie momenty sú úmerné ramenám stability.

Ryža. 16. Schéma statickej stability.

Pre každý charakteristický prípad zaťaženia lode je zostavený diagram statickej stability, ktorý charakterizuje stabilitu lode takto:

1) vo všetkých uhloch, v ktorých je krivka umiestnená nad osou x, majú vratné ramená a momenty kladnú hodnotu a loď má kladnú stabilitu. Pri týchto uhloch päty, keď sa krivka nachádza pod osou x, bude loď nestabilná;

2) maximum diagramu určuje maximálny uhol náklonu 0 max a maximálny moment náklonu pri statickom náklone plavidla;

3) uhol 8, pod ktorým klesajúca vetva krivky pretína os x, sa nazýva diagram uhla západu slnka. Pri tomto uhle natočenia sa vyrovnávacie rameno rovná nule;

4) ak na osi x nakreslíme uhol rovný 1 radiánu (57,3°) a z tohto bodu zostrojíme kolmicu na priesečník s dotyčnicou nakreslenou ku krivke z počiatku, potom táto kolmica na mierke diagram sa bude rovnať počiatočnej metacentrickej výške h 0 .

Veľký vplyv Stabilitu ovplyvňuje pohybujúci sa, teda nezabezpečený, ako aj tekutý a hromadný náklad, ktorý má voľnú (otvorenú) hladinu. Keď sa plavidlo nakloní, tieto bremená sa začnú pohybovať v smere rolovania a v dôsledku toho sa ťažisko celého plavidla už nebude nachádzať v pevnom bode G, ale začne sa tiež pohybovať rovnakým smerom. , čo spôsobuje zníženie ramena laterálnej stability, čo je ekvivalentné zníženiu metacentrickej výšky so všetkými dôsledkami, ktoré z toho vyplývajú. Aby sa predišlo takýmto prípadom, všetok náklad na lodiach musí byť zabezpečený a tekutý alebo hromadný náklad musí byť naložený do kontajnerov, ktoré zabránia akémukoľvek presunu alebo rozliatiu nákladu.

Pomalým pôsobením síl, ktoré vytvárajú moment náklonu, sa loď, ktorá sa nakláňa, zastaví, keď sú momenty náklonu a vyrovnávacieho momentu rovnaké. Pri náhlom pôsobení vonkajších síl, ako je poryv vetra, ťah vleku na palube, nakláňanie, široká salva zo zbraní atď., loď naklonená nadobudne uhlovú rýchlosť a dokonca aj po zastavení akcie týchto síl sa bude zotrvačnosťou otáčať o ďalší uhol, až kým sa nespotrebuje všetka jeho kinetická energia (živá sila) rotačného pohybu plavidla a jeho uhlová rýchlosť nebude nulová. Toto naklonenie lode pod vplyvom náhle pôsobiacich síl sa nazýva dynamický náklon. Ak počas statického momentu náklonu loď pláva, pričom má len určitý náklon 0 ST, tak v prípade dynamického pôsobenia rovnakého momentu náklonu sa môže prevrátiť.

Pri analýze dynamickej stability pre každý posun nádoby a diagramy dynamickej stability, ktorých súradnice predstavujú v určitej mierke oblasti tvorené krivkou momentov statickej stability pre zodpovedajúce uhly náklonu, teda vyjadrujú prácu vyrovnávacieho páru pri naklonení plavidla pod uhlom 0. , vyjadrené v radiánoch. Pri rotačnom pohybe, ako je známe, sa práca rovná súčinu momentu a uhla natočenia, vyjadreného v radiánoch,

Ti = M kp 0.

Pomocou tohto diagramu je možné všetky otázky súvisiace s určením dynamickej stability vyriešiť nasledovne (obr. 17).

Uhol náklonu s dynamicky aplikovaným momentom náklonu možno nájsť vynesením činnosti páru náklonu do diagramu v rovnakej mierke; Abscisa priesečníka týchto dvoch grafov udáva požadovaný uhol 0 DIN.

Ak má v konkrétnom prípade upevňovací moment konštantnú hodnotu, t.j. M cr = const, potom bude vyjadrená práca

T2 = M kp 0.

A graf bude vyzerať ako priamka prechádzajúca počiatkom.

Aby bolo možné zostrojiť túto priamku na diagrame dynamickej stability, je potrebné vykresliť uhol rovný radiánu pozdĺž osi x a nakresliť ordinátu z výsledného bodu. Po vynesení hodnoty M cr na ordinátovej stupnici v tvare úsečky Nn (obr. 17) je potrebné nakresliť priamku ON, čo je požadovaný graf činnosti pätkovej dvojice.

Ryža. 17. Určenie uhla náklonu a maximálneho dynamického sklonu pomocou diagramu dynamickej stability.

Rovnaký diagram znázorňuje dynamický uhol sklonu 0 DIN, definovaný ako súradnica priesečníka oboch grafov.

S nárastom momentu M cr môže sečna ON zaujať obmedzujúcu polohu a zmeniť sa na vonkajšiu dotyčnicu OT nakreslenú od začiatku k diagramu dynamickej stability. Abscisa dotyčnicového bodu bude teda maximálny medzný uhol dynamických sklonov 0. Ordináta tejto dotyčnice, zodpovedajúca radiánu, vyjadruje maximálny klopný moment pri dynamických sklonoch M crmax.

Pri plavbe je loď často vystavená dynamickým vonkajším silám. Preto má veľký praktický význam schopnosť určiť dynamický moment náklonu pri rozhodovaní o stabilite plavidla.

Štúdia príčin úmrtí lodí vedie k záveru, že lode umierajú najmä v dôsledku straty stability. Aby sa obmedzila strata stability v súlade s rôznymi plavebnými podmienkami, Register ZSSR vyvinul normy stability pre plavidlá prepravnej a rybárskej flotily. V týchto normách je hlavným ukazovateľom schopnosť lode udržiavať pozitívnu stabilitu pri kombinovanom pôsobení nakláňania a vetra. Plavidlo spĺňa základnú požiadavku noriem stability, ak, kedy najhorší prípad načítavanie M KR zostáva menšie ako M OPR.

Minimálny moment prevrátenia plavidla sa v tomto prípade určuje z diagramov statickej alebo dynamickej stability, pričom sa zohľadňuje vplyv voľnej hladiny tekutého nákladu, rolovania a prvkov výpočtu vetra plavidla pre rôzne prípady zaťaženia plavidla.

Normy stanovujú množstvo požiadaviek na stabilitu, napr.: M KR

metacentrická výška musí mať kladnú hodnotu, uhol západu statického diagramu stability musí byť minimálne 60° a s prihliadnutím na námrazu - minimálne 55° atď. Povinné dodržanie týchto požiadaviek vo všetkých prípadoch zaťaženia dáva právo považovať plavidlo za stabilné.

Nepotopiteľnosť lode sa nazýva jeho schopnosť udržať vztlak a stabilitu po zaplavení časti interiéru vodou prichádzajúcou cez palubu.

Nepotopiteľnosť plavidla je zabezpečená rezervou vztlaku a zachovaním pozitívnej stability v čiastočne zatopených miestnostiach.

Ak má loď dieru vo vonkajšom trupe, potom množstvo vody Q pretekajúcej cez ňu je charakterizované výrazom

kde S je plocha otvoru, m²;

G - 9,81 m/s²

N - vzdialenosť stredu otvoru od vodorysky, m.

Dokonca aj pri menšom otvore bude množstvo vody vstupujúcej do tela také veľké, že kalové čerpadlá sa s tým nedokážu vyrovnať. Preto je na lodi inštalované drenážne zariadenie založené na výpočte, že voda vstupuje len po oprave otvoru alebo cez netesnosti v spojoch.

Aby sa zabránilo šíreniu vody tečúcej do otvoru v celej lodi, sú poskytnuté konštrukčné opatrenia: trup je rozdelený na samostatné oddelenia vodotesné priedely a paluby. Pri tomto rozdelení sa v prípade diery zaplaví jedno alebo viacero obmedzených oddelení, čo zvýši ponor plavidla a následne zníži voľný bok a rezervu vztlaku plavidla.

Vpred
Obsah
späť

Stabilita je jednou z najdôležitejších spôsobilostí plavidla na plavbu, ktorá je spojená s mimoriadne dôležitými otázkami bezpečnosti plavby. Strata stability takmer vždy znamená smrť lode a veľmi často aj posádky. Na rozdiel od zmien iných spôsobilostí na plavbu nie je pokles stability viditeľný a posádka lode si spravidla až do posledných sekúnd pred prevrátením neuvedomuje hroziace nebezpečenstvo. Najväčšiu pozornosť preto treba venovať štúdiu tejto časti teórie lode.

Aby loď mohla plávať v danej rovnovážnej polohe vzhľadom na hladinu vody, musí nielen spĺňať podmienky rovnováhy, ale musí byť schopná odolávať aj vonkajším silám, ktoré ju majú z rovnovážnej polohy vyviesť a po zastavenie pôsobenia týchto síl, vrátiť sa do pôvodnej polohy. Preto musí byť rovnováha lode stabilná alebo, inými slovami, loď musí mať pozitívnu stabilitu.

Stabilita je teda schopnosť nádoby, vyvedenej z rovnovážneho stavu vonkajšími silami, vrátiť sa po ukončení pôsobenia týchto síl opäť do pôvodnej rovnovážnej polohy.

Stabilita plavidla je spojená s jeho rovnováhou, ktorá slúži ako jeho charakteristika. Ak je rovnováha lode stabilná, loď má pozitívnu stabilitu; ak je jej rovnováha indiferentná, potom má loď nulovú stabilitu a napokon, ak je rovnováha lode nestabilná, potom má zápornú stabilitu.

Kapitán tankera Shiryaev

Táto kapitola bude skúmať bočné sklony lode v strednej rovine rámu lode.

Stabilita počas priečnych sklonov, t. j. keď dôjde k rolovaniu, sa nazýva priečna. V závislosti od uhla sklonu nádoby sa bočná stabilita delí na stabilitu pri malých uhloch sklonu (do 10-15 stupňov), alebo takzvanú počiatočnú stabilitu a stabilitu pri veľkých uhloch sklonu.

K nakloneniu lode dochádza pod vplyvom dvojice síl; moment tejto dvojice síl, spôsobujúcich rotáciu plavidla okolo pozdĺžnej osi, budeme nazývať náklonom Mkr.

Ak sa Mcr aplikovaný na loď postupne zvyšuje od nuly po konečnú hodnotu a nespôsobuje uhlové zrýchlenia, a teda zotrvačné sily, potom sa stabilita s takýmto sklonom nazýva statická.

Náklonný moment pôsobiaci na loď okamžite vedie k vzniku uhlového zrýchlenia a zotrvačných síl. Stabilita prejavujúca sa takýmto sklonom sa nazýva dynamická.

Statická stabilita je charakterizovaná výskytom vratného momentu, ktorý má tendenciu vrátiť nádobu do pôvodnej rovnovážnej polohy. Dynamická stabilita je charakterizovaná prácou tohto momentu od začiatku do konca jeho pôsobenia.

Uvažujme o rovnomernom priečnom sklone nádoby. Budeme predpokladať, že v počiatočnej polohe má loď rovné pristátie. V tomto prípade pôsobí podporná sila D' v DP a pôsobí v bode C - stred veľkosti plavidla (stred vztlaku-B).

Ryža. 1

Predpokladajme, že plavidlo pod vplyvom klopného momentu dostalo priečny sklon pod malým uhlom θ. Potom sa stred magnitúdy presunie z bodu C do bodu C 1 a podporná sila, kolmá na novú existujúcu vodorysku B 1 L 1, bude smerovať pod uhlom θ k stredovej rovine. Akčné čiary pôvodného a nového smeru podpernej sily sa budú pretínať v bode m. Tento priesečník čiary pôsobenia podpernej sily pri nekonečne malom rovnako objemovom sklone plávajúcej nádoby sa nazýva priečne metacentrum.

K metacentru môžeme dať inú definíciu: stred zakrivenia krivky posunutia ťažiska v priečnej rovine sa nazýva priečne metacentrum.

Polomer zakrivenia krivky posunutia stredu veličiny v priečnej rovine sa nazýva priečny metacentrický polomer (alebo malý metacentrický polomer). Je určená vzdialenosťou od priečneho metacentra m k stredu magnitúdy C a označuje sa písmenom r.

Priečny metacentrický polomer možno vypočítať pomocou vzorca:

t.j. priečny metacentrický polomer sa rovná momentu zotrvačnosti Ix oblasti vodorysky vo vzťahu k pozdĺžnej osi prechádzajúcej ťažiskom tejto oblasti, vydelenej objemovým posunom V zodpovedajúcim tejto vodoryske.

Podmienky stability

Predpokladajme, že loď, ktorá je v priamej rovnovážnej polohe a pláva pozdĺž vodorysky trolejového vedenia, sa v dôsledku pôsobenia vonkajšieho momentu náklonu Mkr naklonila tak, že pôvodná vodoryska trolejového vedenia s el. nová existujúca vodoryska B 1 L 1 zviera malý uhol θ. V dôsledku zmeny tvaru časti trupu ponorenej do vody sa zmení aj rozloženie síl hydrostatického tlaku pôsobiacich na túto časť trupu. Stred veľkosti plavidla sa bude pohybovať smerom k kotúču a presúvať sa z bodu C do bodu C1.

Podporná sila D', ktorá zostane nezmenená, bude smerovať zvisle nahor kolmo na novú účinnú vodorysku a jej línia pôsobenia bude pretínať DP v pôvodnom priečnom metacentre m.

Poloha ťažiska lode zostáva nezmenená a sila závažia P bude kolmá na novú čiaru ponoru B 1 L 1. Sily P a D', ktoré sú navzájom rovnobežné, teda neležia na tej istej vertikále, a preto tvoria dvojicu síl s ramenom GK, kde bod K je základňou kolmice spustenej z bodu G na smer pôsobenia podpornej sily.

Dvojica síl tvorená hmotnosťou nádoby a podpornou silou, ktorá má tendenciu vrátiť nádobu do pôvodnej rovnovážnej polohy, sa nazýva vratná dvojica a moment tejto dvojice sa nazýva vratný moment Mθ.

O otázke stability naklonenej lode rozhoduje smer pôsobenia vyrovnávacieho momentu. Ak má vyrovnávací moment tendenciu vrátiť loď do pôvodnej rovnovážnej polohy, potom je vyrovnávací moment pozitívny, stabilita lode je tiež pozitívna – loď je stabilná. Na obr. Obrázok 2 znázorňuje umiestnenie síl pôsobiacich na loď, čo zodpovedá kladnému vyrovnávaciemu momentu. Je ľahké overiť, že takýto moment nastane, ak CG leží pod metacentrom.

Ryža. 2

Ryža. 3

Na obr. Obrázok 3 ukazuje opačný prípad, keď je vratný moment záporný (ťažisko leží nad metacentrom). Má tendenciu ďalej vychyľovať loď z jej rovnovážnej polohy, keďže smer jej pôsobenia sa zhoduje so smerom pôsobenia vonkajšieho náklonného momentu Mkr. V tomto prípade nie je loď stabilná.

Teoreticky možno predpokladať, že vratný moment pri naklonení nádoby je rovný nule, t.j. sila hmotnosti nádoby a nosná sila sú umiestnené v rovnakej vertikále, ako je znázornené na obr. 4.

Ryža. 4

Absencia vyrovnávacieho momentu vedie k tomu, že po skončení náklonného momentu loď zostáva v naklonenej polohe, t.j. loď je v indiferentnej rovnováhe.

Teda podľa relatívnej polohy priečneho metacentra m a C.T. G možno posudzovať podľa znamenia vyrovnávacieho momentu alebo, inými slovami, podľa stability plavidla. Ak je teda priečne metacentrum nad ťažiskom (obr. 2), loď je stabilná.

Ak sa priečne metacentrum nachádza pod ťažiskom alebo sa s ním zhoduje (obr. 3, 4), loď nie je stabilná.

Vzniká tak koncept metacentrickej výšky: priečna metacentrická výška je vyvýšenie priečneho metacentra nad ťažiskom cievy v počiatočnej rovnovážnej polohe.

Priečna metacentrická výška (obr. 2) je určená vzdialenosťou od ťažiska (t.j. G) k priečnemu metacentru (t.j. m), teda úsečkou mG. Tento segment má konštantnú hodnotu, pretože a C.T. , a priečne metacentrum nemenia svoju polohu pri malých sklonoch. V tomto ohľade je vhodné akceptovať to ako kritérium pre počiatočnú stabilitu nádoby.

Ak sa priečne metacentrum nachádza nad ťažiskom cievy, potom sa priečna metacentrická výška považuje za pozitívnu. Potom podmienku stability cievy možno uviesť v nasledujúcej formulácii: cieva je stabilná, ak je jej priečna metacentrická výška kladná. Táto definícia je výhodná v tom, že umožňuje posúdiť stabilitu plavidla bez uvažovania o jeho sklone, t.j. pri uhle natočenia nula, keď neexistuje žiadny vyrovnávací moment. Aby sme zistili, aké údaje sú potrebné na získanie hodnoty priečnej metacentrickej výšky, obráťme sa na obr. 5, ktorý znázorňuje relatívnu polohu ťažiska C, ťažiska G a priečneho metacentra m cievy s pozitívnou počiatočnou laterálnou stabilitou.

Ryža. 5

Obrázok ukazuje, že priečnu metacentrickú výšku h možno určiť jedným z nasledujúcich vzorcov:

h = Z C ± r – Z G ;

h = Z m – Z G .

Priečna metacentrická výška sa často určuje pomocou poslednej rovnosti. Aplikácia priečneho metacentra Zm možno nájsť z metacentrického diagramu. Hlavné ťažkosti pri určovaní priečnej metacentrickej výšky plavidla vznikajú pri určovaní aplikácie ťažiska ZG, ktoré sa určuje pomocou súhrnnej tabuľky hmotnostného zaťaženia plavidla (problematika bola diskutovaná v prednáške -).

V zahraničnej literatúre môže označenie zodpovedajúcich bodov a parametrov stability vyzerať tak, ako je znázornené nižšie na obr. 6.

Ryža. 6

kde K je kýlový bod;
B – stred vztlaku;
G – ťažisko;
M – priečne metacentrum;
CV – aplikácia ťažiska;
KG – aplikácia ťažiska;
KM - aplikácia priečneho metacentra;
VM – transverzálny metacentrický rádius (Radius of metacentre);
BG – vyvýšenie ťažiska nad ťažiskom;
GM – priečna metacentrická výška.

Rameno statickej stability, v našej literatúre označované ako GK, sa v zahraničnej literatúre označuje ako GZ.

Odporúčané čítanie:

doručiť to pozdĺžna stabilita výrazne vyšší ako priečny, preto je pre bezpečnú plavbu najdôležitejšie zabezpečiť správnu bočnú stabilitu.

V závislosti od veľkosti sklonu sa rozlišuje stabilita pri malých uhloch sklonu ( počiatočná stabilita) a stabilitu pri veľkých uhloch sklonu.

Podľa charakteru pôsobiacich síl sa rozlišuje statická a dynamická stabilita.

Statická stabilita- uvažuje sa pri pôsobení statických síl, to znamená, že veľkosť pôsobiacej sily sa nemení. Dynamická stabilita- uvažuje sa pri pôsobení meniacich sa (t.j. dynamických) síl, napríklad vetra, morských vĺn, pohybu nákladu atď.

Počiatočná bočná stabilita

Počiatočná bočná stabilita. Sústava síl pôsobiacich na loď

Počas rolovania sa stabilita považuje za počiatočnú pri uhloch do 10-15°. V rámci týchto limitov je vyrovnávacia sila úmerná uhlu nakláňania a dá sa určiť pomocou jednoduchých lineárnych vzťahov.

V tomto prípade sa vychádza z predpokladu, že odchýlky od rovnovážnej polohy sú spôsobené vonkajšími silami, ktoré nemenia ani hmotnosť nádoby, ani polohu jej ťažiska (CG). Potom ponorený objem nemení veľkosť, ale mení tvar. Sklony rovnakého objemu zodpovedajú vodorysám rovnakého objemu, ktoré odrezávajú ponorené objemy trupu rovnakej veľkosti. Priesečník rovín vodorysky sa nazýva os sklonu, ktorá pri rovnakých objemových sklonoch prechádza ťažiskom oblasti vodorysky. Pri priečnych sklonoch leží v stredovej rovine.

Voľné plochy

Všetky vyššie diskutované prípady predpokladajú, že ťažisko plavidla je nehybné, to znamená, že pri naklonení sa nepohybujú žiadne bremená. Ale keď takéto zaťaženia existujú, ich vplyv na stabilitu je oveľa väčší ako iné.

Typickým prípadom je kvapalný náklad (palivo, olej, balast a kotlová voda) v nádržiach, ktoré sú čiastočne naplnené, to znamená s voľnými plochami. Takéto bremená môžu pri naklonení pretekať. Ak tekutý náklad úplne naplní nádrž, je ekvivalentný pevnému pevnému nákladu.

Vplyv voľného povrchu na stabilitu

Ak kvapalina úplne nenaplní nádrž, t.j. má voľnú hladinu, ktorá vždy zaberá vodorovnú polohu, potom keď sa loď nakloní pod uhlom θ kvapalina prúdi smerom k sklonu. Voľný povrch bude mať rovnaký uhol vzhľadom na KVL.

Hladiny tekutého nákladu odrezali rovnaké objemy nádrží, t.j. sú podobné ako vodorysky rovnakého objemu. Preto je moment spôsobený pretečením tekutého nákladu počas rolovania δm θ, možno znázorniť podobne ako moment tvarovej stálosti m f, len δm θ opak m f podľa znamenia:

δm θ = - γ f i x θ,

Kde i x- moment zotrvačnosti voľnej povrchovej plochy zaťaženia kvapaliny vzhľadom na pozdĺžnu os prechádzajúcu ťažiskom tejto oblasti, γ f- merná hmotnosť tekutého nákladu

Potom vratný moment v prítomnosti kvapalného zaťaženia s voľným povrchom:

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

Kde h- priečna metacentrická výška bez transfúzie, h 1 = h − γ f i x /γV- skutočná priečna metacentrická výška.

Účinok dúhového závažia poskytuje korekciu priečnej metacentrickej výšky 5h = - yf i x/yV

Hustoty vody a kvapalného nákladu sú relatívne stabilné, to znamená, že hlavný vplyv na korekciu má tvar voľného povrchu, alebo skôr jeho moment zotrvačnosti. To znamená, že bočnú stabilitu ovplyvňuje najmä šírka a pozdĺžna dĺžka voľnej plochy.

Fyzikálny význam zápornej korekčnej hodnoty je, že prítomnosť voľných plôch je vždy znižuje

Na rozdiel od statického účinku dynamický účinok síl a momentov dodáva plavidlu významné uhlové rýchlosti a zrýchlenia. Preto sa o ich vplyve uvažuje v energiách, presnejšie vo forme práce síl a momentov, a nie v úsilí samotnom. V tomto prípade sa používa veta o kinetickej energii, podľa ktorej sa prírastok kinetickej energie sklonu plavidla rovná práci síl, ktoré naň pôsobia.

Keď sa na loď aplikuje moment náklonu m kr, konštantnej veľkosti, dostane kladné zrýchlenie, s ktorým sa začne otáčať. Ako nakláňate, vratný moment sa zvyšuje, ale najskôr až do uhla θ st, na ktorom mcr = m8, bude to menej podpätky. Po dosiahnutí statického rovnovážneho uhla θ st, kinetická energia rotačného pohybu bude maximálna. Loď teda nezostane v rovnovážnej polohe, ale vplyvom kinetickej energie sa bude kotúľať ďalej, ale pomaly, keďže vyrovnávací moment je väčší ako moment náklonu. Predtým nahromadená kinetická energia je uhasená nadmernou prácou vratného krútiaceho momentu. Akonáhle je veľkosť tejto práce dostatočná na úplné uhasenie kinetickej energie, uhlová rýchlosť sa stane nulovou a loď sa prestane nakláňať.

Najväčší uhol sklonu, ktorý loď získa z dynamického momentu, sa nazýva dynamický uhol náklonu θ din. Naproti tomu uhol natočenia, s ktorým bude loď plávať pod vplyvom toho istého momentu (podľa stavu mcr = m8), sa nazýva statický uhol natočenia θ st.

Ak sa odvolávame na diagram statickej stability, práca je vyjadrená plochou pod krivkou vyrovnávacieho momentu m v. V súlade s tým dynamický uhol natočenia θ din možno určiť z rovnosti plôch OAB A BCD, čo zodpovedá nadmernej práci vratného krútiaceho momentu. Analyticky sa rovnaká práca vypočíta ako:

v rozsahu od 0 do θ din.

Po dosiahnutí dynamického uhla náklonu θ din, loď sa nedostane do rovnováhy, ale pod vplyvom nadmerného vyrovnávacieho momentu sa začne zrýchľovať, aby sa narovnala. Pri absencii odporu vody by sa loď pri náklone dostala do netlmených oscilácií okolo rovnovážnej polohy. θ st Marine Dictionary - Chladiarenské plavidlo Ivory Tirupati Počiatočná stabilita je negatívna Stabilita je schopnosť plávajúceho plavidla odolávať vonkajším silám, ktoré spôsobujú jeho nakláňanie alebo orezávanie a návrat do rovnovážneho stavu po skončení vyrušovania... ... Wikipedia

Plavidlo, ktorého trup sa pri pohybe dvíha nad hladinu pod vplyvom zdvíhacej sily vytvorenej krídlami ponorenými vo vode. Patent na plavidlo bol vydaný v Rusku v roku 1891, ale tieto plavidlá sa začali používať v 2. polovici 20. storočia... ... Veľká sovietska encyklopédia

Terénne vozidlo schopné pohybu po zemi aj po vode. Obojživelné vozidlo má zväčšený objem utesnenej korby, ktorá je niekedy doplnená o namontované plaváky pre lepší vztlak. Pohyb po vode...... Encyklopédia techniky

- (malajský) typ plachetnice, bočná stabilita k rohu je zabezpečená výložným plavákom, pripevneným. k hlavnej telo s priečnymi nosníkmi. Plavidlo je podobné plachetnému katamaránu. V dávnych dobách slúžil P. ako prostriedok na komunikáciu o Tichom oceáne... ... Veľký encyklopedický polytechnický slovník

obojživelník Encyklopédia "Letenie"

obojživelník- (z gréckeho amphíbios vedúceho dvojitého životného štýlu) hydroplán vybavený pozemným podvozkom a schopný vznášať sa na vodnej hladine aj na pozemných letiskách. Najbežnejšie sú A. člny. Vzlet z vody...... Encyklopédia "Letenie"

Hlavnou charakteristikou stability je opravný moment, ktorá musí byť dostatočná na to, aby plavidlo odolalo statickému alebo dynamickému (náhlemu) pôsobeniu klopných a vyvažovacích momentov vznikajúcich pri premiestnení nákladu, vplyvom vetra, vĺn a iných príčin.

Náklonný (trimovací) a vzpriamovací moment pôsobia opačným smerom a v rovnovážnej polohe cievy sú rovnaké.

Rozlišovať bočná stabilita, zodpovedajúci sklonu plavidla v priečnej rovine (náklon plavidla), a pozdĺžna stabilita(obloženie lode).

Pozdĺžna stabilita námorné plavidlá je evidentne zabezpečený a jeho narušenie je prakticky nemožné, pričom umiestnenie a pohyb nákladu vedie k zmenám bočnej stability.

Keď sa loď nakloní, jej stred magnitúdy (CM) sa bude pohybovať po určitej krivke nazývanej CM trajektória. Pri malom sklone nádoby (nie viac ako 12°) sa predpokladá, že trajektória centrálneho bodu sa zhoduje s plochou krivkou, ktorú možno považovať za oblúk s polomerom r so stredom v bode m.

Polomer r sa nazýva priečny metacentrický polomer cievy a jeho stred m - počiatočné metacentrum lode.

Metacentrum - stred zakrivenia trajektórie, po ktorej sa stred magnitúdy C pohybuje počas procesu nakláňania lode. Ak sa sklon vyskytuje v priečnej rovine (role), metacentrum sa nazýva priečny alebo malý, zatiaľ čo sklon v pozdĺžnej rovine (trim) sa nazýva pozdĺžny alebo veľký.

Podľa toho sa rozlišujú priečne (malé) r a pozdĺžne (veľké) metacentrické polomery R, ktoré predstavujú polomery zakrivenia trajektórie C počas rolovania a trimovania.

Vzdialenosť medzi počiatočným metacentrom t a ťažiskom nádoby G sa nazýva počiatočná metacentrická výška(alebo jednoducho metacentrická výška) a označujú sa písmenom h. Počiatočná metacentrická výška je mierou stability lode.

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

kde a je výška ťažiska (CG) nad CV.

Metacentrická výška (m.h.) - vzdialenosť medzi metacentrom a ťažiskom cievy. M.v. je mierou počiatočnej stability plavidla, ktorá určuje vyrovnávacie momenty pri malých uhloch náklonu alebo sklonu.
So zvyšujúcou sa m.v. Stabilita plavidla sa zvyšuje. Pre pozitívnu stabilitu lode je potrebné, aby metacentrum bolo nad ťažiskom lode. Ak m.v. negatívne, t.j. metacentrum je umiestnené pod ťažiskom lode, sily pôsobiace na loď nevytvárajú vratný moment, ale moment náklonu a loď pláva s počiatočným náklonom (negatívna stabilita), čo nie je dovolené.

OG – vyvýšenie ťažiska nad kýlom; OM – elevácia metacentra nad karinou;

GM - metacentrická výška; CM – metacentrický polomer;

m – metacentrum; G – ťažisko; C – ťažisko

Existujú tri možné prípady umiestnenia metacentra m vzhľadom na ťažisko plavidla G:

metacentrum m sa nachádza nad ťažiskom lode G (h > 0). Pri malom sklone vytvárajú gravitačné a vztlakové sily dvojicu síl, ktorých moment má tendenciu vrátiť loď do pôvodnej rovnovážnej polohy;

CG G lode sa nachádza nad metacentrom m (v< 0). В этом случае момент пары сил веса и плавучести будет стремиться увеличить крен судна, что ведет к его опрокидыванию;

Ťažisko lode G a metacentrum m sa zhodujú (h = 0). Loď sa bude správať nestabilne, pretože chýba rameno páru síl.

Fyzický význam metacentra spočíva v tom, že tento bod slúži ako hranica, do ktorej možno zdvihnúť ťažisko lode bez toho, aby loď pripravila o pozitívnu počiatočnú stabilitu.

Vo vzťahu k hladinovým lodiam (plavidlám) je vďaka pretiahnutému tvaru trupu lode jej pozdĺžna stabilita oveľa vyššia ako stabilita priečna, preto je pre bezpečnosť plavby najdôležitejšie zabezpečiť správnu bočnú stabilitu.

V závislosti od veľkosti sklonu sa rozlišuje stabilita pri malých uhloch sklonu ( počiatočná stabilita) a stabilitu pri veľkých uhloch sklonu.

Podľa charakteru pôsobiacich síl sa rozlišuje statická a dynamická stabilita.

Počiatočná bočná stabilita

Voľné plochy

Ak kvapalina nenaplní nádrž úplne, to znamená, že má voľný povrch, ktorý vždy zaberá vodorovnú polohu, potom keď je nádoba naklonená pod uhlom θ kvapalina prúdi smerom k sklonu. Voľný povrch bude mať rovnaký uhol vzhľadom na KVL.

Hladiny kvapalného nákladu oddeľujú rovnaké objemy nádrží, to znamená, že sú podobné vodorysám s rovnakým objemom. Preto je moment spôsobený pretečením tekutého nákladu počas rolovania δm θ, možno znázorniť podobne ako moment tvarovej stálosti m f, len δm θ opak m f podľa znamenia:

δm θ = − γ f i x θ,

Kde i x- moment zotrvačnosti voľnej povrchovej plochy zaťaženia kvapaliny vzhľadom na pozdĺžnu os prechádzajúcu ťažiskom tejto oblasti, γ f- merná hmotnosť tekutého nákladu

Potom vratný moment v prítomnosti kvapalného zaťaženia s voľným povrchom:

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

Kde h- priečna metacentrická výška bez transfúzie, h 1 = h − γ f i x /γV- skutočná priečna metacentrická výška.

Vplyv presahujúcej hmotnosti spôsobuje korekciu priečnej metacentrickej výšky δ h = − γ f i x /γV

Fyzikálny význam zápornej korekčnej hodnoty je, že prítomnosť voľných plôch je vždy znižuje stabilitu. Preto sa prijímajú organizačné a konštruktívne opatrenia na ich zníženie:

úplné zalisovanie nádrží, aby sa zabránilo uvoľneným povrchom
ak to nie je možné, naplňte pod hrdlo, alebo naopak, len dole. V tomto prípade akýkoľvek sklon prudko znižuje voľnú plochu.
kontrola počtu nádrží s voľnými plochami
deliace nádrže s vnútornými nepriechodnými prepážkami za účelom zníženia momentu zotrvačnosti voľnej hladiny i x

Dynamická stabilita

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

v rozsahu od 0 do θ din.

Po dosiahnutí dynamického uhla náklonu θ din, loď sa nedostane do rovnováhy, ale pod vplyvom nadmerného vyrovnávacieho momentu sa začne zrýchľovať, aby sa narovnala. Pri absencii odporu vody by sa loď pri náklone dostala do netlmených oscilácií okolo rovnovážnej polohy. θ st s amplitúdou od 0 do θ din. V praxi však oscilácie vďaka vodeodolnosti rýchlo zaniknú a zostane plávajúca so statickým uhlom päty θ st.

Dynamický efekt náklonového momentu je vždy nebezpečnejší ako statický, pretože vedie k výraznejším náklonom. V priamej časti diagramu statickej stability je dynamický uhol natočenia približne dvojnásobkom statického: θ din ≈ 2 θ st.