WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 |

министерство морского флота ссср

ЛЕНИНГРАДСКОЕ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ ВЫСШЕЕ ИНЖЕНЕРНОЕ МОРСКОЕ УЧИЛИЩЕ ИМЕНИ АДМИРАЛА С. О. МАКАРОВА

Д. В. Дорогостайский, Ф. М. Кацман, А.В. Коннов

ОБ ОСТОЙЧИВОСТИ

МОРСКОГО СУДНА

Учебное пособие для слушателей повышения квалификации судоводителей

Москва

В/О <<Мортехинформреклама>>

1987

Дорогостайский Д. В., Кацман Ф. М., Коннов А. В.

Об остойчивости морского судна: Учеб. пособие. — М.: В/О «Мортехинформреклама», 1987.—36с.

В учебном пособии в соответствии с программой курсов повышения квалификации судоводителей при ЛВИМУ имени адмирала С. О. Макарова ставилась задача — кратко и доходчиво, но физически строго изложить природу остойчивости судов, а также напомнить приемы расчетов, обеспечивающие правильную загрузку по условиям остойчивости и косвенный ее контроль. Определенное внимание, необходимое для практической деятельности, уделено Типовой информации об ос­тойчивости и прочности грузового судна для капитанов [7].

Учебное пособие предназначено для слушателей курсов повышения квалификации судоводителей при ВИМУ и может быть использовано вторыми и старшими помощниками капитанов и капитанами морских транспортных судов в по­вседневной работе, утверждено Советом института (протокол № 9 от 30 июня 1986 г.).

Ил. 18, табл. 3, список лит. 8 назв.

Рецензенты: Н. А. Кубачев, А. М. Оганов В/О «Мортехинформреклама», 1987.

1. ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ПОСАДКЕ И ОСТОЙЧИВОСТИ СУДНА Посадкой судна называется его положение относительно гори­зонтальной поверхности воды. В общем случае посадка определя­ется тремя параметрами посадки — средней осадкой dср (на мидельшпангоуте), углом крена и и углом дифферента ш. Однако практи­чески, поскольку наличие крена является ненормальным явлением, посадка судна часто определяется двумя параметрами — средней осадкой и дифферентом, т. е. разностью осадок носом и кормой (на носовом и кормовом перпендикулярах).

Остойчивостью называется способность судна, отклоненного внешним моментом от положения равновесия, возвращаться в ис­ходное положение равновесия после устранения момента, вызвав­шего отклонение. Различают остойчивость на малых углах накло­нения, или начальную остойчивость, и остойчивость на больших углах наклонения. Такое разделение вызвано тем, что при рассмот­рении начальной остойчивости имеется возможность принять ряд допущений и получить простые математические зависимости, тогда как задачи, связанные с остойчивостью на больших углах наклонения, могут быть решены только графическим путем.

При изучении остойчивости судна рассматривают его наклоне­ния в двух взаимно перпендикулярных плоскостях — поперечной и продольной. Рассматривая наклонения в поперечной плоскости, характеризуемые углами крена, определяют поперечную остойчивость судна. Наклонения в продольной плоскости, определяемые углами дифферента, связаны с продольной остойчивостью судна.

Изучение остойчивости судна производится в условиях равнообъемных наклонений, при которых его подводный объем не из­меняется.

Согласно теореме Эйлера ось бесконечно малого равнообъемного наклонения судна лежит в плоскости наклонения и проходит через центр тяжести ее площади. Другими словами, при воздейст­вии кренящего или дифферентующего внешнего момента судно наклоняется относительно центра тяжести площади ватерлинии. На практике эта теорема считается справедливой не только при бесконечно малых, но и при малых, но конечных равнообъемных наклонениях.

Между малыми и большими углами наклонения четкой грани­цы не существует. Однако на практике для транспортных судов считают малым угол наклонения, не превышающий 10—12° и не превышающий угла входа в воду кромки верхней палубы у борта. Углы, не отвечающие указанным требованиям, считаются большими.

При равнообъемном наклонении судна в поперечной плоскости на малый (строго говоря, на бесконечно малый) угол и его центр величины С перемещается приблизительно по дуге круга в сторону наклонения в точку C1 (рис. 1).

Рис. 1. Восстанавливающий момент при поперечном наклонении В этой точке будет приложена сила плавучести наклоненного судна гV (где г — удельный вес забортной воды, кН/м3; V — объемное водоизмещение судна, м3). Сила плавучести гV вместе с равной ей по абсолютной величине силой веса Р, приложенной в центре тяжести судна G, создадут пару сил, момент которой носит название восстанавливающего момента, так как он стремится возвратить судно в исходное прямое положение равновесия. Перпендикуляр GK = l, опущенный из центра тяжести G на линию действия силы плавучести гV, носит название плеча статической остойчивости. Тогда восстанавливаю­щий момент может быть выражен произведением Pl веса судна на плечо статической остойчивости.

Линия действия силы плавучести гV пересекает диаметраль­ную плоскость судна в точке т, которая называется поперечным метацентром. Расстояние h между поперечным метацентром т и центром тяжести судна G называется начальной поперечной метацентрической высотой, а расстояние r между поперечным мета­центром m и центром величины С — начальным поперечным метацентрическим радиусом, который может быть определен, как доказывается в теории судна [3], по следующей формуле:

r = Ix/V, (1.1) где Ix — центральный момент инерции площади ватерлинии судна относительно ее продольной оси; V — объемное водоизмещение судна..

Из рис. 1 видно, что начальная поперечная метацентрическая высота может быть выражена одной из следующих формул:

h = zc + r + zg ;

h = r a ; (1.2) h = zm zg ;

где zc — аппликата центра величины; zg — аппликата центра тя­жести; zm — аппликата поперечного метацентра.

Рис. 2. Восстанавливающий момент при продольном накло­нении При равнообъемном наклонении судна в продольной (диамет­ральной) плоскости на малый угол ш (рис. 2) сила плавучести гV, приложенная в центре величины C1, пересекает поперечную плоскость, проходящую через центр величины С и центр тяжести G, в точке М, называемой продольным метацентром. Расстоя­ние между точкой М и центром величины С носит название на­чального продольного метацентрического радиуса, а расстояние Н между точкой М и центром тяжести G — начальной продольной метацентрической высоты. Продольный метацентрический радиус определяется по формуле R = Iyf / V, (1.3) где Iyf — центральный момент инерции площади ватерлинии судна относительно ее поперечной оси.

Для определения начальной продольной метацентрической вы­соты будут, очевидно, служить следующие формулы, аналогичные формулам (1.2):

H = zc + R – Zg ;

H = R – a ; (1.4) H = zm – zg, где zm — аппликата продольного метацентра..

Из рис. 1 видно, что плечо статической остойчивости и восста­навливающий момент Р1 могут быть выражены формулами:

l = h sinи ;

Pl = Ph sinи (1.5) или, поскольку угол и считается малым и его синус может быть заменен самим углом, выраженным в радианах, l = hи ;

Pl =Phи. (1.6) Формулы (1.5) и (1.6) называются метацентрическими формулами поперечной остойчивости. Они показывают, что метацентрическая высота h может быть принята в качестве относительного измерителя остойчивости. Если метацентр расположен выше центра тяжести, то судно остойчиво (его метацентрическая высота положительна, а восста­навливающий момент стремится устранить крен и вернуть судно в исходное прямое положение равновесия). Если же (например, в результате переноса грузов из трюмов на палубу) центр тяжести судна окажется расположенным выше метацентра, то метацентрическая высота станет отрицательной, восстанавливающий мо­мент также изменит свой знак и будет стремиться увеличить крен судна, которое становится неостойчивым. Однако это не означает, что оно при этом обязательно опрокинется, хотя возможность оп­рокидывания судна в результате возникновения отрицательной начальной остойчивости при определенных условиях не исклю­чена.

При совпадении точек m и G судно также следует считать неостойчивым: оно будет плавать (в пределах малых углов кре­на) в состоянии безразличного равновесия.

Таким образом, физический смысл метацентра т заключается в том, что эта точка служит пределом, до которого можно подни­мать центр тяжести судна, не лишая его положительной начальной остойчивости («мета» подревнегречески означает «предел»).

У транспортных судов продольная метацентрическая высота Н примерно на два порядка больше поперечной метацентрической высоты h. Практически у неповрежденного судна она никогда не может стать отрицательной, и поэтому при продольных наклоне­ниях судно всегда остойчиво.

Из рассмотрения рис. 2 нетрудно получить метацентрические формулы продольной остойчивости:

l = H sinш = Hш ;

Pl = PH sinш = PHш. (1.7) Поскольку в наклонном положении равновесия восстанавли­вающий момент равен соответственно кренящему или дифферентующему моменту, то метацентрические формулы остойчивости используют обычно для определения малых углов крена или диф­ферента при известных кренящем и дифферентующем моментах по формулам:

и? = Mкр / (Ph) · 57,3 ;

ш? = Mдиф /(PH) · 57,3. (1.8) Произведения, стоящие в знаменателях этих формул, называ­ются коэффициентами остойчивости судна: K и = Ph и Kш = PH.

Вместо угла дифферента ш обычно находят более удобным определять непосредственно дифферент судна dH dK в метрах по формуле dH dK = Mдиф / M, (1.9) где М — момент, дифферентующий на 1 м, кривая которого в функ­ции осадки всегда включается в состав кривых элементов теоре­тического чертежа.

2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАТЕРИАЛОВ ТИПОВОЙ ИНФОРМАЦИИ ОБ ОСТОЙЧИВОСТИ И ПРОЧНОСТИ ГРУЗОВОГО СУДНА Для использования диаграмм, включенных в Типовую информа­цию об остойчивости, прежде всего составляют таблицу нагрузки судна по форме табл. 1.

Массу и координаты центра тяжести судна порожнем записы­вают в табл. 1 по данным судовой документации (на основе ре­зультатов опыта кренования судна). Прочие статьи нагрузки, со­ставляющие дедвейт судна, приведены в табл. 1 в укрупненном виде. В действительности при заполнении таблицы эти статьи на­грузки детализируют (судовые запасы и водяной балласт — по отдельным цистернам, перевозимый груз — по всем грузовым по­мещениям). Поправку на свободные поверхности жидких грузов вычисляют отдельно, как указано ниже, и заносят в четвертую графу таблицы.

В результате суммирования по графам 2, 4 и 6 в нижней стро­ке табл. 1 получены водоизмещение судна Д, а также вертикаль­ный и горизонтальный моменты массы судна Mz и Мх; в графах 3 и 5 вычислены координаты центра тяжести судна zg и xg.

На диаграмме контроля остойчивости (рис. 3) в осях Дw— h построены кривые постоянных значений вертикального момента дедвейта Mzw и нормируемых значений всех критериев остойчи­вости Регистра СССР. При этом две кривые обозначены штрихов­кой: верхняя ломаная кривая, огибающая снизу нормативные кривые остойчивости и определяющая минимально допустимую остойчивость судна, и нижняя, определяющая максимально допус­тимую остойчивость (исходя из нежелательных ускорений, возни­кающих при резкой качке с большой амплитудой). Значения Дw и Mzw рассчитываются в предпоследней строке табл. 1.

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Дедвейт Дw, Т Рис. 3. Диаграмма контроля остойчивости Откладывая полученное значение Дw по оси абсцисс диаграм­мы, проводят через найденную точку вертикаль и отмечают на этой вертикали точку пересечения с кривой, отвечающей получен­ному в таблице значению момента Mzw (например, точка А на рис. 3, отвечающая значениям Дw = 9500 т и Mzw = 65000 т·м). Эта точка определит значение начальной метацентрической высо­ты h = 0,8 м. Кроме того, ее расположение между кривыми, отме­ченными штриховкой, будет свидетельствовать о том, что началь­ная остойчивость судна отвечает всем требованиям Регистра СССР.

Pages:     || 2 | 3 | 4 |




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.