а —в прямом положении; б —в наклоненном (без пере­мещения центра тяжести, например, под действием вет­ра или волнения)сила поддержания, соответствующая по закону Архимеда мас­се вытесненной судном воды V. Она приложена в центре величи­ны судна С (центре тяжести подводной части) и направлена вверх.

Чтобы плавающее судно находилось в равновесии, эти две си­лы должны быть равны по величине и направлены в противопо­ложные стороны по одной вертикали.

При плавании в штормовую погоду, а также в случае пробои­ны, течи судно принимает значительное количество воды, увеличивающей его массу. Поэтому судно должно иметь определенный запас плавучести.

Запас плавучести — это непроницаемый для воды объем кор­пуса судна, находящийся выше действующей ватерлинии. Этот объем образует помещения, ограниченные верхней водонепрони­цаемой палубой, а также надстройки при условии, что они водо­непроницаемы, т. е. имеют водонепроницаемые двери и другие закрытия. При отсутствии запаса плавучести судно затонет при попадании внутрь корпуса даже небольшого количества воды.

Мерой запаса плавучести является отношение над­водного объема корпуса к объемному водоизмещению судна.

Для сухогрузных судов запас плавучести составляет 25—50% водоизмещения, для наливных—10—25% и пассажирских —до 100%.

Необходимый для безопасного плавания судна запас плавуче­сти обеспечивается приданием судну в процессе проектирования достаточной высоты надводного борта, устройством водонепрони­цаемых закрытий и делением судна на отсеки прочными водоне­проницаемыми переборками и палубами. При отсутствии перебо­рок и палуб любое повреждение подводной части судна при не­возможности заделать его приводит к полной потере запаса пла­вучести и гибели судна.

Запас плавучести зависит от высоты надводного борта — чем выше надводный борт, тем больше запас плавучести. Минималь­ная допустимая высота надводного борта определяется Правила­ми Регистра Украины в зависимости от типа судна. Для контроля за ее сохранением на обоих бортах судна наносят особую грузо­вую марку.

Марки углублений (рис. 2). Для быстрого определения осадки судна на носу и в кормовой части судна наносят арабские или римские цифры — марки углублений.

На судах заграничного плавания марки углублений наносят: на правом борту в дециметрах и обозначают арабскими цифрами, высота цифр и интервала между ними равны 1 дм; на левом бор­ту— в футах и обозначают римскими цифрами, высота цифр и ин­тервалы между ними равны 1/2 фута. На судах внутреннего плава­ния марки углублений наносят в дециметрах. Нижние кромки цифр соответствуют той осадке, которую они обозначают.

Марки углублений накернивают при постройке судна и нано­сят на темном фоне белой краской, а на светлом фоне— черной.

По известной осадке можно легко определить дедвейт и водоизмещение судна, используя специальную таблицу — грузовую шкалу.

Грузовая шкала позволяет решать и обратные задачи, например, как изменится осадка при при­еме известного количества груза и т. п. Такая шкала является одним из важнейших судовых документов.

Рис. 2. Марки углублений:

a — в дециметрах; б — в футах; в — другой вариант марок углублений в дециметрах

Рис. 3. Международная грузовая марка

Грузовая марка (рис. 3) показывает минимальный допустимый надводный борт с учетом района плавания судна и времени года.

Грузовые марки наносятся в соответствии с требованиями Международной конвенции по охране человеческой жизни на море и Правил Регистра Украины о грузовой марке. Суда загранплавания должны иметь Международное свидетельство о грузовой марке, а каботажные суда, плавающие во внутренних водах,— свидетельст­во Регистра Украины, учитывающее более легкие условия плавания между портами СНГ.

Марка наносится (накрашивается) следующим образом. На обоих бортах судна в средней части на уровне верхней (главной) палубы надводного борта наносят горизонтальную линию длиной 300 мм, которая называется палубной линией. От ее верхней кром­ки вниз откладывают высоту минимального летнего надводного борта и наносят горизонтальную линию длиной 450 мм. Из сере­дины этой линии; как из центра, описывают

окружность диамет­ром 300 мм. Если грузовую марку наносят по Правилам Регистра, то по бокам круга наносят буквы «Р» и «С» высотой 115 мм и шириной 75 мм. На расстоянии 540 мм от центра круга (диска Плимсоля) в нос проводят вертикальную линию, а перпен­дикулярно ей —марки (горизонтальные линии длиной 230 мм, так называемую «гребенку»).

Летняя марка — это верхняя кромка линии, проходящей через центр круга, или линии, отмеченной буквой Л (S). Осадка судна в тропиках отмечается маркой Т (Т); для зимнего плавания -маркой 3 (W); для зимнего плавания в Северной Атлантике--маркой ЗСА (WNA). Эта марка наносится только на судах дли­ной не более 100,5 м. Осадка судна в пресной воде указывается маркой П (F), в пресной воде в тропиках — ТП (TF).

Посадкой называется положение судна относительно поверхности воды. Судно может занимать различное положение. Диаметральная плоскость судна наклонена на некоторый угол  (рис. 4) по отношению к вертикальной плоскости, который называется углом крена. Пло­скость мидель-шпангоута может быть наклонена к вертикальной пло­скости на некоторый угол , который называется углом дифферента.

Посадка судна, при которой плоскость мидель-шпангоута и ДП вер­тикальны (y = 0, q = 0), называется прямой. Судно, имеющее такую посадку, называют сидящим на ровный киль.

Если q > 0, y = 0, то судно сидит на ровный киль, но с креном, при q = 0, q = 0 > 0 судно сидит прямо, но с дифферентом. Если судно имеет крен и дифферент, то его посадку называют произвольной.

У судна, имеющего посадку с дифферентом, осадки носом Тн и кор­мой Тк различны. Разность осадок носом и кормой определяет диф­ферент судна:

d = Тн - TK.

Рис. 4. Характеристики посадки судна

Полусумму осадок судна носом и кормой называют средней осадкой:

Тср = (Тн + Тк) / 2 (1)

Продольные наклонения судна происходят относительно попереч­ной оси, проходящей через центр тяжести площади ватерлинии. По­ложение центра тяжести действующей ватерлиний F относительно ми­деля определяется абсциссой хf.

Осадка судна в районе центра тяжести площади ватерлинии

ТF = Тср + D TF (2)

где D TF — поправка к средней осадке, м.

Для определения поправки рассмотрим треугольники abF и AВС. Из подобия треугольников ab/(bF) = AВ/(АС) или D TF / хf = (Тн - Tк)/L,

откуда D TF = [(Тн - Tк)/L] хf

Подставив полученное значение  TF в выражение (2), получим

ТF = Тср + [(Тн - Tк)/L] хf (3)

При расчетах поправки ТF следует учитывать знак перед xf. Если центр тяжести F площади ватерлинии расположен в нос от миделя, то абсцисса xf берется со знаком плюс, если же он расположен в корме от миделя, то xf — со знаком минус.

При определении осадок по формулам (1) и (3) допускаются некото­рые погрешности, однако их достоверность достаточна для практиче­ских расчетов. Для измерения фактических осадок служат марки осадок, которые наносят на обоих бортах корпуса на носовом и кормо­вом перпендикулярах.

Осадку носом и кормой определяем пользуясь таблицей элементов теоритического чертежа, приведенной в «Информации об остойчивости»

Средняя осадка d = 3.63 м.

Аппликата поперечного метацентра – Zm = 5,77 м

Момент, дифферентующий на 1 см МТС = 101тм/с

Абсцисса центра величины xс = - 0,12 м

Абсцисса ЦТ ватерлинии xf = - 0,95 м

Определим поперечную метацентрическую высоту:

h = Zm – Zg = 5,77 – 3,51 = 2,26 м

Определяем дифферентующий момент Мдиф

Мдиф = Mx – D xc = - 1195 – 4460 (- 1,12) = - 660 тм

Определяем дифферент t

t = Мдиф / 100МТС = - 660 / 100*101 = - 0,065 м

Определяем осадку носом dн и кормой dк

dн = d + t (0,5 – xf/L) = 3,63 + (- 0,065 (0,5 – (-0,95/110)) = 3,6 м

dк = d – t (0,5 + xf/L) = 3,66 м

Рис. 5. План загрузки.

Одним из важнейших навигационных качеств судна является остойчивость. В реальных условиях плавания, кроме силы тяжести и силы поддержания, на судно действуют дополнительные силы, например сила ветра на надводную поверхность судна. Практика судовождения знает случаи опрокидывания судов при перемещении в трюме сыпучих или плохо закрепленных единичных грузов. Отсюда следует, что, для того чтобы судно плавало в заданном равновесии, недостаточно, чтобы оно удовлетворяло только основным уравнениям плавучести. Оно должно сопротивляться также внешним силам, стремящимся вывести его из положения равновесия.

Остойчивостью называют способность судна, отклоненного от поло­жения равновесия действием внешних сил, возвращаться в первона­чальное положение после прекращения действия этих сил.

Остойчивость зависит от формы корпуса и положения ЦТ судна, поэтому путем правильного выбора формы корпуса при проектировании и правильного размещения грузов на судне при эксплуатации можно обеспечить достаточную остойчивость, гарантирующую предотвраще­ние опрокидывания судна при любых условиях плавания.

Остойчивость при поперечных наклонениях, т. е. при крене, назы­вают поперечной. Поперечную остойчивость в зависимости от угла кре­на делят на начальную при малых (до 10—15°) углах крена и остойчи­вость при больших углах крена.

Наклонения судна происходят под действием пары сил. Момент этой пары сил, вызывающий поворот судна вокруг продольной оси, называют кренящим моментом — Мкр. Рассмотрим пример образова­ния кренящего момента от воздействия на судно ветра (рис. 6). Сила ветра, приложенная в ЦТ площади надводной части судна (площади парусности), вызывает его боковое движение (дрейф), а совместно с си­лой, возникающей от сопротивления воды R6, приводит к появлению кренящего момента:

Mкр=Pвlкр.

где Мкр — кренящий момент, кН • м;

Рв — сила действия ветра, кН;

lКр — плечо кренящей пары, м.

Плечо кренящей пары lкр зависит от формы корпуса судна и в прак­тических расчетах определяется в соответствии с указаниями Речного Регистра в зависимости от ширины корпуса, осадки и положения цент­ра парусности судна.

Рис. 6. Возникновение кренящего момента

Действию кренящего момента препятствует восстанавливающий мо­мент Мв, который характеризует способность судна сопротивляться внешним воздействиям.

По характеру действия внешних сил, вызывающих наклонения суд­на, различают статическую и динамическую остойчивость. Если кре­нящий момент нарастает от нуля до конечного значения постепенно и не вызывает угловых ускорений, а следовательно, и сил инерции, то остойчивость при таком наклонении называют статической. Если же кренящий момент действует на судно внезапно, то возникают угло­вое ускорение и сила инерции, а остойчивость при таком наклонении называют динамической.

2.1. Построение диаграммы статической остойчивости.

Для построения диаграммы статической остойчивости необходимы величины плеч статической остойчивости.

Плечи статической остойчивости рассчитываем по формуле:

lст = lф – Zg sin q

где lф – плечо формы для соответствующего угла крена q

Zg – аппликата центра тяжести судна

q - угол крена

Плечи формы находим с пантокарен п. 3. 7. «Информации по водоизмещению для каждого угла крена от 10 до 70о

По данным таблицы строим диаграмму статической остойчивости.

2.2   Построение диаграммы динамической остойчивости.

Диаграмма динамической остойчивости – это кривая, выражающая зависимость работы восстанавливающего момента (плеча динамической остойчивости) от углов крена .

Кривая динамической остойчивости является интегральной кривой по отношению к диаграмме статической остойчивости.

Для ее построения производим расчет плеч динамической остойчивости lq

lq = 1/2dq SSlст

где SSlст – интегральная сумма плеч lст

1/2dq = 1/2 * 10о/57,3 = 0,08725

Следовательно, lq = 0,08725 SSlст

По данным таблицы строим диаграмму динамической остойчивости.

Рис. 8. Диаграмма динамической остойчивости.

Максимальное значение нагрузки, при котором еще возможно равновесие, соответствует положению, когда прямая из центра О станет касательной к диаграмме. Поэтому для нахождения опрокидывающего момента и угла опрокидывания из начала координат проводят прямую ОВ, касательную к диаграмме динамической остойчивости. Отрезок ВК на оси ординат численно равен минимальному опрокидывающему моменту Мопр.

При действии на судно большего динамического кренящего момента оно опрокинется.

qопр = 55о

В данном случае наше судно перевозит навалочный груз. К навалочным относятся грузы, ко­торые складывают на судно без специальной укладки и распределе­ния (зерно, каменный уголь, железная руда, бокситы, глинозем и т.д.). При наклонениях судна эти грузы смещаются подобно жидкости, если есть свободная поверхность и их перемещение не ограничено. Но вли­яние таких грузов на остойчивость имеет свои особенности. Смещение груза возможно только при углах наклонения, превышающих угол естественного скоса. Этот угол определяется углом крутизны, при ко­тором находящийся в пирамиде груз остается в покое.

Примем для упрощения, что поверхность груза аа совпадает с ва­терлинией ВЛ0 (рис. 9, а). При наклонении судна на угол крена q1, равный углу покоя а, груз пересыпаться не будет. Когда угол крена q 2

Рис. 9. Перемещение сыпучего груза при наклонении судна

станет больше угла покоя a (рис. 9, б), груз начнет пересыпаться, при­чем уровень поверхности груза a 1a 1 будет сохранять с плоскостью действующей ватерлинии ВЛ2 постоянный угол a.

Сыпучий груз смещается, как правило, слоем значительной толщи­ны. Смещение вызывается ударом волны, местной вибрацией или ка­кой-либо другой дополнительной причиной. Сместившийся груз при обратном наклонении судна в исходное состояние возвращается лишь частично. Инструкция для капитана по эксплуатации судна требует в случае образования такого крена немедленного установления выз­вавшей его причины и следования благоприятным курсом в ближайший порт для устранения крена.

Безопасность перевозки зерна нормируется конвенцией по охране человеческой жизни на море и Регистром Судоходства Украины. Для перевозки зерна установлены требования, учитывающие появление дополнительного кренящего момента от смещения зерна в различных случаях загрузки судна, в том числе при установке дополнительных временных пере­борок, называемых шифтингбордсами. Шифтингбордсы закладывают в специальные гнезда, устроенные в поперечных комингсах люка или в пиллерсах под ними, а в пролете упрочняют стойками, которые с по­мощью канатов с талрепами прикрепляют к бортам.

Для других навалочных грузов обеспечение безопасности перево­зок определяется лишь общими организационными рекомендациями, на основании которых для каждого опасного в отношении смещения груза должен выполняться проверочный расчет по специальной мето­дике. Специальные требования по перевозке включаются капитану в информацию об остойчивости.

Рис. 10. Определение посадки судна при приеме груза, т/х «Андрей Бубнов»

В судовых документах нашего т/х имеются графики для определения посадки судна при приеме или снятии груза (рис. 10). В данном примере при массовом водоизмещении судна 4460 т дополнительно в точку А при­нимают груз массой 200 т. Осадка носом увеличится на 200*0,25/100= = 0,5 м, а кормой уменьшится на 200*0,11/100=0,22 м. Здесь ве­личины 0,25 и 0,11 определены по графику, а 1/100 — переводной коэффициент из сантиметров в метры.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5