Поделиться Поделиться

лавучесть и остойчивость судна

ЧЕЛПАНОВ И.В.

Л Е К Ц И Я № 3.2

Тема: Эксплуатационные и мореходные качества судна: Форма корпуса и статика корабля

Текст лекции по дисциплине «Объекты морской техники»

Санкт-Петербург

Введение

Теория корабля — наука, изучающая мореход­ные качества корабля, т. е. его поведение в усло­виях тихой воды и волнения. Основы теории ко­рабля были заложены ещё в XVIII в., в первой четверти XX в. эта наука сформирова­лась в законченную область знаний. Теорию ко­рабля принято подразделять на два раздела — ста­тику, рассматривающую равновесие неподвиж­ного судна, и динамику, изучающую его поведение при движении.

На первом этапе развития теории корабля изучалась преимущественно статика корабля, рас­сматривающая равновесие сил, обусловленных нагрузкой судна, и сил поддержания, а также равенство моментов этих сил в проекциях на ко­ординатные оси. На основании этих уравнений равновесия решаются три основные задачи стати­ки — плавучесть (посадка судна), остойчивость и непотопляемость.

Поскольку силы поддержания определяются исключительно формой корпуса, описывающий её теоретический чертеж позволяет определить как силу поддержания, так и точку её приложения. Подстановка значений объёмов и координат их расположения в уравнения равновесия позволяет решить названные выше задачи. Иногда метода­ми статики решаются и некоторые динамические задачи (в частности, расчёты спуска).

Корпус судна представляет собой удлинённое тело, ограниченное сверху, снизу и с бортов кривыми поверхностями — верхней палубой, днищем и бортами, — которым придаётся удобообтекаемая форма, обеспечивающая наименьшее сопротивление воды и воздуха движению судна.

Эти поверхности представляют собой поверхности сложной кривизны, которые невозможно развернуть, т. е. совместить с плоскостью, и трудно выразить математически, но в этом напра­влении сейчас много работают, так как математическое выраже­ние формы корпуса позволяет широко внедрить в судокорпусостроение вычислительную технику.

На тихоходных речных судах, а иногда и на неко­торых крупных морских судах, применяют упрощённые обводы корпуса, образуемые плоскими поверхностями, что существенно уменьшает трудоёмкость изготовления судна.

орма корпуса судна

Основные сечения корпуса

Корпус судна представляет собой удлинённое тело, ограниченное сверху, снизу и с бортов кривыми поверхностями — верхней палубой, днищем и бортами, — которым придаётся удобообтекаемая форма, обеспечивающая наименьшее сопротивление воды и воздуха движению судна.

Эти поверхности представляют собой поверхности сложной кривизны, которые невозможно развернуть, т. е. совместить с плоскостью, и трудно выразить математически, но в этом напра­влении сейчас много работают, так как математическое выраже­ние корпуса позволяет широко внедрить в судокорпусостроение вычислительную технику (ЭВМ).

На тихоходных речных судах, а в последнее время и на некоторых крупных морских судах, применяют упрощённые обводы корпуса, образуемые плоскими поверхностями, что существенно уменьшает трудоёмкость изготовления судна. Общее представление о характере обводов можно получить по сечениям корпуса тремя взаимно перпендикулярными плоскостями (рис. 3.2):

1) вертикальной продольной плоскостью, проходящей посре­дине ширины судна, называемой диаметральной плоскостью (сокращённо ДП);

2) вертикальной поперечной плоскостью, проходящей посре­дине расчётной длины судна, называемой плоскостью мидель-шпангоута;

3) горизонтальной плоскостью, совпадающей, с поверхностью воды и называемой плоскостью ватерлинии.

лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 1 Рис. 3.2. Сечение корпуса судна тремя взаимно перпендикулярными плоскостями


лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 2

Корпус судна симметричен относительно диаметральной пло­скости и, как правило, несимметричен относительно плоскости ватерлинии и плоскости мидель-шпангоута.

Сечение корпуса плоскостью м и д ел ь - шпангоута (рис. 3.3) характеризует полноту обводов в средней части, показывает форму поперечного сечения судна — наклон бортов, килеватость днища, размер и форму скулы и погибь палубы. Кроме наиболее распространённых судов с вертикаль­ными бортами различают суда с развалом (борт наклонён наружу от ДП) и с завалом (борт наклонён внутрь к ДП).

лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 3

Рис. 3.3. Основные сечения корпуса

Килеватость днища образуется наклоном днища от ДП к бор­там. Суда с большим наклоном называются острокильными.

Скула — закругление в месте перехода борта в днище — может иметь больший или меньший радиус, благодаря чему она будет соответственно менее или более выражена,

Погибь — это уклон палубы от ДП к бортам. Обычно погибь имеют открытые палубы (верхняя и палубы надстроек). Вода, попадающая на палубы, благодаря наличию погиби, стекает к бортам и оттуда отводится за борт. Стрелку погиби (максималь­ное возвышение палубы в ДП по отношению к бортовой кромке) обычно принимают равной 1/50 ширины судна. В поперечном сече­нии погибь представляет собой параболу, иногда, для упрощения технологии изготовления корпуса, её образуют в виде ломаной линии. Платформы и палубы, лежащие ниже верхней палубы, по­гиби не имеют. Плоскость мидель-шпангоута делит корпус судна на две части — носовую и кормовую. Оконечности корпуса выпол­няются в виде штевней (литых, кованых или сварных). Носовой штевень называется форштевнем, кормовой — ахтерштевнем.

Сечение корпуса диаметральной п л о ­скостью даёт представление о форме штевней, а также палуб­ной и килевой линий. Форма штевней бывает весьма разнообразной и зависит от типа и назначения судна. Палубная линия у мор­ских судов имеет обычно вид плавной кривой с подъёмом от сред­ней части в направлении носа и кормы и образует седловатость палубы. Основное назначение седловатости — уменьшить заливаемость палубы при плавании судна на волнении и обеспечить непотопляемость при затоплении его оконечностей. Речные и морские суда с большой высотой надводного борта седловатости, как правило, не имеют. Подъём палубы в корме устанавливают, исходя, прежде всего, из условия незаливаемости и непотопляемости.

Килевая линия может быть горизонтальной (у большинства морских и речных транспортных судов), наклонной в корму или в нос (суда с конструктивным дифферентом на корму или на нос — многие промысловые и буксирные суда) и криволинейной (некоторые малые спортивные и специальные суда).

Диаметральная плоскость делит корпус судна на две симмет­ричные части — правого и левого борта (если встать в ДП лицом к носу, то справа будет правый борт (ПрБ), а слева — левый (ЛБ).

Сечение корпуса плоскостью ватер л и н и и даёт представление о форме бортовых обводов судна в гори­зонтальной плоскости. Различают конструктивную, грузовую и расчётную ватерлинии.

Конструктивной ватерлинией (KBЛ) называют линию, поло­женную в основу построения теоретического чертежа и соответ­ствующую полученному предварительным расчётом полному водо­измещению.

Грузовой ватерлинией (ГВЛ) называют кривую пересечения поверхности судна горизонтальной плоскостью, совпадающей с поверхностью воды при плавании судна с полным грузом. У мор­ских транспортных судов КВЛ и ГВЛ, как правило, совпадают.

Расчётная ватерлиния — ватерлиния, соответствующая осадке судна, для которой определяют его характеристики.

Главные размерения и коэффициенты полноты

Главными размерениями судна являются длина, ширина, очсадка и высота борта.

лина судна L.

Различают:

длину по конструктивной ватерлинии LKBЛ — расстояние, измеренное в плоскости КВЛ между точками пересечения ее носовой и кормовой частей с ДП (рис. 3.4, а и в). Аналогично определяют для любой расчётной ватерлинии длину по ватерлинии LВЛ .

длину между перпендикулярами Lпп — расстояние, измеренное в плоскости КВЛ между носовым и кормовым перпендикулярами (рис, 3.4, а и в). При этом за носовой перпендикуляр (НП) принимают линию пересечения ДП с вертикальной поперечной плоскостью, проходящей через крайнюю носовую точку КВЛ (рис. 3.4, д), а за кормовой (КП) линию пересечения ДП с вертикальной поперечной плоскостью, проходящей через точку пересечения оси вращения руля с плоскостью КВЛ; у судов, имеющих погружённую транцевую корму (рис. 3.4, в), в качестве кормового перпендикуляра можно принимать вертикаль, проходящую нижнюю точку боковой проекции среза транца);

длину наибольшую Lнб — расстояние, измеренное в горизонтальной плоскости между крайними точками носовой и кормовой оконечностей корпуса без выступающих частей (рис. 3.4, а и в);

длину габаритную Lгб — расстояние, измеренное в горизон­тальной плоскости между крайними точками носовой и кормовой оконечностей с учётом постоянно выступающих частей (рис 3.4, б).

лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 4

Рис. 3.4. Главные размерения судна:

а – судно без постоянно выступающих частей; б – судно с постоянно выступающими частями; в – судно с транцевой кормой; г – главные размерения в поперечных сечениях корпуса; д – примеры определения теоретических линий и носового перпендикуляра

Ширина судна В (рис. 3.4, г).

Различают:

ширину по КВЛВКВЛ — расстояние, измеренное в наиболее широкой части судна на уровне КВЛ в точках пересечения её с внутренней поверхностью обшивки корпуса. Аналогично определяют для любой расчётной ватерлинии ширину по ватерлинии Ввл;

ширину на мидель-шпангоуте В — расстояние, измеренное на мидель-шпангоуте перпендикулярно к ДП на уровне КВЛ или расчётной ВЛ между внутренними поверхностями обшивки корпуса;

ширину наибольшую Внбрасстояние, измеренное в наиболее широкой части перпендикулярно к ДП между крайними точками корпуса без учёта обшивки, привальных брусьев и других постоянно выступающих частей;

ширину габаритную Вгб — расстояние, измеренное в наиболее широкой частя перпендикулярно к ДП между крайними точками корпуса с учётом любых выступающих частей.

Осадка судна Т — вертикальное расстояние, измеренное в плоскости мидель-шпангоута от основной плоскости до плоскости КВЛ или расчётной ВЛ.

Различают:

осадку расчётную, или теоретическую, носом Тн и кормой Тк. — расстояние по вертикали на носовом и кормовом перпендикулярах от плоскости расчётной ватерлинии до прямой, составляющей продолжение килевой линии;

среднюю осадку Тср = лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 5 ;

осадку наибольшую Тнб , измеренную от КВЛ до внешней кромки наружной обшивки или брускового киля;

осадку габаритную Тгб , измеренную от КВЛ до наинизшей точки судна с учётом всех выступающих частей.

Если Тн = Тк , то говорят, что судно «плавает на ровный киль»; если Тн лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 6 Тк , то говорят, что «судно плавает с дифферентом», равным разности этих осадков, причём если осадка кормой больше, то говорят «дифферент на корму», если осадка носом больше — «дифферент на нос».

Средняя осадка, дифферент и угол крена характеризуют посадку судна.

лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 7 Контроль за посадкой судна (определение осадки носом, кор­мой и на миделе с каждого борта) во время эксплуатации судна осуществляется по маркам углубления (рис. 3.5), Марки показы­вают углубление судна в данном месте. В отличие от осадки, кото­рую отсчитывают от теоретической основной линии (т. е. от вну­тренней поверхности наружной обшивки), углубление учитывает также толщину горизонтального киля или других находящихся ниже основной линии выступающих частей,

Марки углубления наносят арабскими цифрами на обоих бортах на форштевне, в районе мидель-шпангоута и на ахтерштевне и обозначают углубление в дециметрах (до июля 1969 г. марки наносили на левом борту римскими цифрами и обозначали углубление в футах).

Высота борта судна H — вертикальное расстояние, измеренное на мидель-шпангоуте у борта от внутренней кромки верти­кального киля до верхней кромки бимса палубы надводного борта (палубой надводного борта называют самую верхнюю непрерывную открытую палубу, имеющую постоянные средства закры­тия всех отверстий на открытых её частях и постоянные средства закрытия отверстий в бортах судна ниже этой палубы).

Высота надводного борта F — это разность между высотой борта и осадкой:

F = Н Т.

Надводный борт во время рейса изменяется в зависимости от осадки судна, которая, в свою очередь, зависит от количества находящихся на судне грузов (включая судовые запасы).

Минимальная высота надводного борта определяется Международными правилами о грузовой марке или по условиям обеспечения непотопляемости. Её значение наносят на борту судна.

Главные размерения L, В, H, Т не только определяют размеры судна, но и в известной степени характеризуют его форму. С этой целью рассматривают соот­ношений главных размерений, например L/B; В/Т; Н/Т; L/H и В/Н, которые могут служить первичной характеристикой формы корпуса судна.

Соотношения главных размерений оказывают влияние на различные море­ходные качества судна. Чем больше отношение L/B, тем быстроходнее судно. Увеличение отношения В/Т существенно увеличивает остойчивость, влияет на ходкость и поворотливость. Чем больше отношение Н/Т, тем выше степень не­потопляемости судна.

Кроме перечисленных линейных главных размерений судно характеризуется объемными и массовыми измерителями, к числу которых относятся: водоизмещение, объёмное V, м8 — объём под­водной части судна, и водоизмещение D, т — масса судна. Водоизмещение равно объёмному, умноженному на плотность воды, в которой плавает судно.

Для более полного представления об особенности формы корпуса судна рассматривают следующие безразмерные коэффи­циенты полноты подводной части корпуса:

лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 8

Рис. 3.6. Коэффициенты полноты ватер- Рис. 3.7. Коэффициенты полноты мидель-

линии и общей полноты. шпангоута и продольной полноты.

1 – площадь КВЛ; В – ширина судна; 1 – подъём скулы; 2 – площадь мидель-шпан-

КВЛ – конструктивная ватерлиния; гоута; 3 – радиус закругления скулы; В – ши-

L – длина судна; Т – осадка судна. рина судна; Т – осадка судна.

коэффициент полноты конструктивной ватерлинии α — отношение площади КВЛ S к площади прямоугольника, стороны которого равны L и B (рис. 3.6):

лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 9 .

коэффициент полноты мидель-шпангоута β — отношение площади мидель-шпангоута ω к площади прямоугольника со сторонами В и Т (рис. 3.7):

лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 10 .

коэффициент общей полноты δ — отношение объёмного водоизмещения V к объёму параллелепипеда, построенного на главных размерениях судна L, B и T (рис. 3.6):

лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 11 .

коэффициент продольной полноты φ — отношение объёмного водоизмещения к объёму призмы, имеющей основанием площадь мидель-шпангоута ω и высоту L (рис. 3.7):

лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 12 .

коэффициент вертикальной полноты χ — отношение объёмного водоизмещения к объёму призмы, имеющей основанием площадь конструктивной ватерлинии S и высоту Т:

лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 13 .

Численные значения соотношений главных размерений и коэффициентов полноты зависят не только от стремления придать судну надлежащие море­ходные качества, но также от требований, накладываемых его назначением, усло­виями эксплуатации и ряда других факторов. В табл. 3.1 приведены диапазоны из­менения характеристик формы судов различных типов.

Таблица 3.1

Соотношения главных размерений и коэффициенты полноты некоторых типов гражданских судов

Тип судна Соотношения главных размерений Коэффициенты полноты
L/B B/T H/T L/H δ α β
Океанские пассажирские лайнеры 7 – 10 2,4 – 3,1 1,35 – 1,70 12 – 15 0,56 – 0,70 0,70 – 0,80 0,95 – 0,96
Морские пассажирские суда 6,5 – 7,5 2,6 – 3,2 1,35 – 1,45 10 – 14 0,50 – 0,60 0,70 – 0,80 0,85 – 0,96
Сухогрузные суда общего назначения: - большие - средние - малые     7,2 – 8,0 6,5 – 7,5 6,0 – 7,0     2,4 – 2,6 2,3 – 2,5 2,2 – 2,4     1,30 – 1,50 1,30 – 1,50 1,20 – 1,40     12 – 14 10 – 14 10 - 14     0,62 – 0,72 0,65 – 0,75 0,70 – 0,75     0,80 – 0,85 0,80 – 0,85 0,80 – 0,85     0,95 – 0,98 0,96 – 0,98 0,96 – 0,98
Суда для навалочных грузов 6,2 – 7,0 2,3 – 2,8 1,30 – 1,40 10,5 – 13,0 0,73 – 0,80 0,78 – 0,83 0,96 – 0,99
Контейнеровозы: - большие - малые   6,2 – 7,0 6,0 – 6,5   2,7 – 3,0 2,5 – 3,2   1,7 – 2,0 1,4 – 1, 8   9,0 – 11,0 9,0 – 11,5   0,60 – 0,68 0, 65 – 0,70   0,80 – 0,85 0,82 – 0,86   0,95 – 0,98 0, 97 – 0,98
Суда с горизонтальной грузообработкой: - большие - малые     6,5 – 7,0 5,8 – 6,5     3,0 – 3,5 2,8 – 3,8     2,0 – 2,3 1,9 – 2,2     8,8 – 10,5 8,2 – 9,2     0,58 – 0,65 0,62 – 0,70     0,85 – 0,88 0,82 – 0,85     0,93 – 0,95 0,95 – 0,97
Танкеры: - крупнотоннажные - среднетоннажные   5,5 – 7,0 6,0 – 7,5   2,5 – 3,5 2,3 – 2,5   1,29 – 1,40 1,29 – 1,31   12 – 14 12,5 - 14   0,75 – 0,85 0, 72 – 0,78   0,83 – 0,88 0, 78 – 0,86   0,96 – 0,99 0,97 – 0,99
Ледоколы 3,5 – 4,5 2,2 – 3,2 1,40 – 1,70 7 - 10 0,45 – 0,55 0,75 – 0,77 0,80 – 0,85
Рыбопромысловые суда 5,0 - 6,0 2,0 – 2,4 1,20 – 1,30 9 - 11 0,50 – 0,60 0,75 – 0,80 0,77 – 0,85
Буксиры морские 3,0 – 4,0 2,4 – 3,0 1,20 – 1,40 6 - 8 0,45 – 0,55 0,70 – 0,78 0,80 – 0,90

Теоретический чертёж

Три основные взаимно перпендикулярные сечения корпуса позволяют получить только самое общее приближенное графическое представление о форме обводов. Наиболее точное изображение обводов судового корпуса даёт теоретический чертеж судна. Теоретическим его называют потому, что он изображает теоре­тическую поверхность корпуса: без учёта наружной обшивки — для металлических судов и с учётом наружной обшивки — для деревянных и железобетонных судов. Теоретический чертеж судна необходим для выполнения всех расчётов и эксперимен­тов, связанных с определением мореходных качеств, для разра­ботки чертежей общего расположения, конструктивных черте­жей и для разбивки корпуса на плазе при постройке судна.

На теоретическом чертеже (рис. 3.8) корпус судна изобра­жается в проекциях на три взаимно перпендикулярные плоскости: диаметральную (ДП), конструктивной ватерлинии (КВЛ) и ми­дель-шпангоута, называемых соответственно «Бок», «Полу­широта» и «Корпус». На проекции «Бок» помимо следа ДП изо­бражают также кривые пересечения поверхности корпуса с пло­скостями, параллельными ДП, называемые батоксами (обычно проводят 2—3 батокса на каждый борт). Прямая линия, проведённая в ДП через точку пересечения мидель-шпангоута с ки­левой линией и параллельно грузовой ватерлинии, называется основной линией (ОЛ).

На проекции «Полуширота» кроме КВЛ изображают ватерлинии, представляющие собой кривые пересечения по­верхности корпуса с го­ризонтальными плоскостя­ми, параллельными плоскости КВЛ. Эти плоскости проводят на равных расстояниях одну от другой в количестве — 5-7 ниже КВЛи столько же — выше КВЛ. Кроме того, на «Полушироте» вычерчива­ют линии верхней палубы и бака.

На проекции «Корпус» вычерчивают сечение по мидель-шпангоуту, а также кривые пересе­чения поверхности корпуса с плоскостями, параллельными плоскости мидель-шпангоута, назы­ваемые теоретическими шпангоутами. Эти плоскости проводят на одина­ковых расстояниях одну от другой, равных обычно 1/20 длины судна между перпендикулярами.

Следует иметь в виду, что следы секущих плос­костей изображаются на одной проекции в виде кривых, а на других — в виде прямых линий. Так, в виде прямых линий теоретичес-

лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 14 Рис. 3.8. Изображение корпуса судна на теоретическом чертеже: a – бок; b – корпус; с – полуширота; 1 – корпус носовой оконечности; 2 – диаметральная плоскость; 3 – корпус кормовой оконечности  


кие шпангоуты изображают на «Боку» и «Полушироте»; ватерлинии — на «Боку» и «Корпусе»; батоксы — на «Корпусе» и «Полушироте» (рис. 3.9).

лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 15 Рис. 3.9. Теоретический чертёж судна


Благодаря симметрии корпуса судна относительно ДП на «Полушироте» обычно вычерчивают ва­терлинии только левого борта, а теоретические шпангоуты изо­бражают на «Корпусе» только на один борт; при этом обводы носовых шпангоутов вычерчивают справа от ДП, а обводы кормо­вых шпангоутов — слева от неё.

Кроме названных основных секущих плоскостей при вычер­чивании теоретического чертежа применяют иногда сечения по­верхности судна плоскостями, на­клонными к ДП и перпендику­лярными к плоскости мидель-шпангоута, называемыми рыбинами. Рыбины вычерчивают на «По­лушироте» или на «Боку» в их ис­тинном виде. Обычно «Бок» располагают в виде основной проекции в верхней левой части листа, под ним — «Полушироту» и справа от «Бока» на одном с ним уровне — «Корпус». Если судно имеет большую цилиндрическую вставку (несколько одинаковых по форме и размерам теоретических шпангоутов в средней части), то «Корпус» располагают в средней части проекции «Бока», бла­годаря чему сокращается длина чертежа (рис. 3.9).

Проектные теоретические чертежи крупных судов выполняют в масштабе 1 : 100 (судов длиной более 250 м — 1 : 200), малых судов — 1 : 50 или 1 : 25.

лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 16 С помощью теоретического чертежа можно, несмотря на слож­ность формы корпуса судна, достаточно просто и точно опреде­лить его объём. Для этого, прежде всего, рассчитывают площадь всех теоретических шпангоутов, которые делят длину судна на 10 или 20 равных частей. Чтобы найти площадь одного шпангоута, необходимо разбить её на несколько горизонтальных полос (рис. 3.10). В каждой из этих полос криволинейную кромку можно без большой погрешности заменить прямолинейной (чем на боль­шее число полос будет разбита площадь, тем меньше будет погрешность). После этого площадь каждой полоски, представля­ющей собой трапецию, легко подсчитать. Складывая площади всех полосок, на которые разбита площадь шпангоута, и удвоив их, гак как на теоретическом чертеже изображают только половины шпангоутов, получают численную величину площади шпангоута.

Вычислив таким способом площади всех 10 (или 20) теоре­тических шпангоутов, изображенных на теоретическом чертеже, можно построить кривую, которая показывает, как изменяется площадь поперечного сечения по длине судна. Такую кривую называют строевой по шпангоутам (рис. 3.11).

лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 17 Для её построения надо взять произвольную прямую и разделить её на 10 или 20 равных отрезков (по числу теоретических шпангоутов), затем восстановить из конца каж-дого от­резка перпендикуляр, длина которого в некотором выбранном масштабе отражает площадь соот-ветствующего шпангоута. Площадь строевой по шпангоутам равна в выбранном масштабе объёму корпуса судна по той ватерлинии, до которой определяли площади шпангоута. Её находят таким же образом, как и пло­щадь шпангоута: делением на ряд полос, площадь которых рассчи­тать несложно. Помимо объёма корпуса судна, по теоретическому чертежу можно определить ряд других важных геометрических характеристик, например положение центра тяжести объёма подводной части корпуса (центра величины), площадь ватерлинии, коэффициенты полноты и прочие элементы, позволяющие рас­считать и оценить предполагаемые мореходные качества будуще­го судна. В настоящее время в конструкторских бюро все назван­ные расчёты выполняют с помощью ЭВМ. При постройке судна на заводе теоретический чертеж выполняют на специальной пло­щадке — плазе — в масштабе 1:1. Для крупных судов чаще при­меняют разбивку корпуса в масштабе 1 : 10. По вычерченному в масштабе 1 : 1 (или 1:10) теоретическому чертежу можно оп­ределять достаточно точно истинные размеры и конфигурацию отдельных конструктивных элементов корпуса.

лавучесть и остойчивость судна

Плавучесть

Плавучестью называют способность судна плавать в определённом положении относительно поверхности воды при заданном количестве находящихся на нём грузов.

По закону Архимеда вес или водоизмещение (масса) плавающего тела равны весу или массе вытесненной им воды:

лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 18 или лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 19

где Р — вес судна, Н; V — объём подводной части судна (объёмное водоизмещение), м3; γ — удельный вес воды, Н/м3; D — масса судна, т; ρ — плотность воды (для солёной морской воды принимают обычно ρ = 1,025 т/м3).

Так как объём подводной части судна равен произведению его длины на ширину, осадку и коэффициент общей полноты, то уравнение плавучести принимает вид

лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 20

Вес судна Р определяется как сумма весов всех его частей
(корпуса, механизмов, оборудования, запасов, груза, экипажа и пр.). Равнодействующая сил веса приложена в центре тяжести (ЦТ) судна и направлена вертикально вниз.

Равнодействующая сил давления воды (сил поддержания) на погружённую поверхность судна, равная водоизмещению судна D, приложена в ЦТ погружённого объёма корпуса, назы­ваемом центром величины (ЦВ), и направлена вертикально вверх.

Если центр тяжести G и центр величины С находятся на одной вертикали, то судно плавает без крена и дифферента (рис. 3.12). Если ЦТ и ЦВ расположены в ДП, но не на одной вертикали, то судно плавает с дифферентом на корму (если ЦТ расположен в корму от ЦВ) или на нос (если ЦТ расположен в нос от ЦВ).

лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 21 Если ЦТ расположен не в ДП, то судно плавает с креном на тот борт, в сторону которого смещён ЦТ.

лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 22 Определение плавучести судна сводится к сопоставлению расчётов нагрузки масс (в результате которых по массе и место­положению отдельных составляющих масс судна определяют суммарную массу и положение ЦТ судна) с расчётами водоизме­щения, выполненными по теоретическому чертежу (последние позволяют определить объём погружённой части корпуса, массу вытесненной им воды и положение ЦВ).

Если для разных осадок определить объём погружённой части корпуса и соответствующее этим осадкам водоизмещение судна, то можно построить график, называемый грузовым размером (рис. 3.13). По грузовому размеру можно легко определить, какой будет осадка при заданном водоизмещении судна и, наоборот, каким должно быть водоизмещение судна при заданной осадке. А так как водоизмещение состоит из неизменяемой части (водоизмещение порожнего судна) и переменной части (дедвейт), то, определив с помощью грузового размера водоизмещение судна при данной осадке, можно узнать общую массу принятых судном грузов и запасов. Точно так же по количеству принимаемого груза (включая запасы) можно узнать, какой будет осадка судна.

лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 23 Осадки и соответствующие им водоизме-щения обычно сводят в таблицу, называемую грузовой шкалой (рис. 3.14), которая по­зволяет по осадке определять сразу и водоизмещение, и дедвейт. С по­мощью грузового размера или гру­зовой шкалы можно также легко установить, как изменится средняя осадка судна при приёме или расходовании известного количества груза. Таким образом, грузовая шкала и грузовой размер позво­ляют решать большое количество практических задач и являются важнейшими документами, кото­рыми должен располагать капитан судна.

При приёме или снятии малого груза, т. е. груза, вес которого не превышает 5–10 % водоизмещения, изменение осадки можно прибли-жённо определить по фор­муле

лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 24

где ΔT — изменение осадки, м; р — масса принимаемого или снимаемого груза, т; ρ — плотность воды, т/м3; S — площадь грузовой ватерлинии, м2.

Иногда для ускорения расчётов поль­зуются величиной, называемой числом тонн на 1 см осадки, которую заранее рассчитывают для ряда осадок судна и наносят на грузовую шкалу. По мере уменьшения осадки судна число тонн на 1 см осадки постепенно уменьшается.

При переходе судна из солёной воды в пресную, его осадка увеличивается пропорцио-нально изменению солёности воды. И, наоборот, при переходе судна из прес­ной воды в солёную осадка его соответст­венно уменьшается. На грузовой шкале, в средней её части, прочерчивают наклон­ные прямые линии, позволяющие учесть поправку на солёность воды.

лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 25 Для обеспечения безопаснос-ти плавания каждое судно долж-но обладать запасом плавучести, который представляет собой объём водонепроницаемого корпуса выше грузовой ватерлинии (рис. 3.15). Этот объём образуется помеще-ниями под водонепроницаемой (обычно верхней) палубой, а также надстройками, имеющими водонепроницаемые закрытия. В случае попадания воды внутрь корпуса при аварии судно погрузится глубже (увеличится осадка), но благодаря запасу плавучести останется на плаву.

Обычно на транспортных сухогрузных судах запас плавучести составляет 30–50% водоизмещения, на танкерах — 15–25 (до 40–45% на супертанке­рах с чисто балластными танками), на пассажирских судах — до 100 %, на реч­ных судах — 10–15 %. На гражданских судах запас плавучести обеспечивается назначением судну минимально допустимой высоты надводного борта и нанесе­нием на борту грузовой марки, которая наносится на обоих бортах и состоит из трёх частей (рис. 3.16): палубной линии, знака грузовой марки и марок. Палубная линия длиной 300 мм и шириной 25 мм наносится так, что её верхняя кромка совпадает с верхней поверхностью стальной палубы надводного борта или с верхней поверхностью деревянного настила на ней, если таковой имеется. Знак грузовой марки представляет собой кольцо наружным диаметром 300 мм и шириной 25 мм, пересекающееся горизонтальной линией длиной 450 мм и шириной 25 мм так, что её верхняя кромка проходит через центр кольца. Расстояние по вертикали от верхней кромки палубной линии до центра кольца равно назначенному летнему надводному борту судна. Марки, отмечающие грузовые ватерлинии при загрузке в различных зонах и сезонах плавания, представляют собой горизонтальные линии длиной 230 мм и шириной 25 мм, наносимые перпендикулярно вертикальной линии шириной 25 мм, кормовая кромка которой отстоит на 540 мм в нос от центра кольца.

лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 26 Летняя грузовая марка (Л) наносится на уровне горизонтальной линии, проходящей через центр кольца и отмечает летний надводный борт.

Зимняя грузовая марка (3) отмечает зимний надводный борт, который больше летнего на 1/48 летней осадки.

Зимняя грузовая марка для Северной Атлантики (ЗСА) отмечает надводный борт, который назначается для судов длиной не более 100 м и получается увеличением зимнего надводного борта на 50 мм.

Тропическая грузовая марка (Т) отмечает тропический надводный борт, который меньше летнего на 1/48 летней осадки.

Грузовая марка для пресной воды летом (П) отмечает надводный борт в воде плотностью 1,000 т/м3 и получается вычетом из летнего надводного борта в морской воде величины, вычисляемой по формуле лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 27 см, где D – водоизмещение в морской воде по летнюю ватерлинию; q — число тонн на 1 см осадки для тех же условий.

Тропическая грузовая марка для пресной воды (ТП) отмечает надводный борт, который меньше тропического на ту же величину лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 28 .

Расстояние между грузовыми марками П и Л определяет допускаемое снижение надводного борта в пресной воде и для грузовых марок 3 и ЗСА. Если плотность воды отличается от единицы, то снижение надводного борта должно быть пропорционально разности между 1,025 и действительной плотностью.

лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 29 Если грузовому судну назна-чается лесной надводный борт, то в дополнение к обычным маркам на-носятся лесные грузовые марки (рис. 3.17), которые располагают-ся на 540 мм в корму от центра кольца знака грузовой марки. Лес-ная грузовая марка является спе-циальной и предназначена только для перевозки палубного лесного груза при соблюдении ряда поло-жений, условий и правил, оговорен-ных в Правилах о грузовой марке. Осадка по лесную грузовую марку примерно на 4–6% больше осадки по основную грузовую марку, а водоизмещение больше примерно на 6–7%.

Нанесённые на бортах грузовые марки, соответствующие сезону, зоне или району плавания судна, не должны быть погружены в воду на протяжении всего плавания судна до прихода в порт назначения.

Остойчивость

Остойчивостью называется способность судна, наклонён­ного действием внешних сил из положения равновесия, возвра­щаться к состоянию равновесия после прекращения действия этих сил.

Наклонения судна могут происходить под действием таких внешних сил, как перемещение, приём или расходование грузов, давление ветра, действие волн, натяжение буксирного троса и пр.

Остойчивость, которую судно имеет при продольных накло­нениях, измеряемых углами дифферента ψ, называют продольной. Она, как правило, довольно велика, поэтому опасности опро­кидывания судна через нос или корму никогда не возникает. Но изучение её необходимо для определения дифферента судна при воздействии внешних сил.

Остойчивость, которую судно имеет при поперечных накло­нениях, измеряемых углами крена θ, называют поперечной. Попе­речная остойчивость является важнейшей характеристикой судна, определяющей его мореходные качества и степень безопасности плавания.

При изучении поперечной остойчивости различают начальную остойчивость (при малых наклонениях судна) и остойчивость на больших углах крена.

лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 30 Начальная остойчивость. При крене судна на малый угол под действием какой-либо из названных внешних сил происходит перемещение ЦВ за счёт перемещения подводного объёма (рис. 3.18). Величина образующегося при этом восстанавливаю­щего момента зависит от величины плеча l = лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 31 между силами веса и поддержания накло-нённого судна. Как видно из рисунка, вос-станавливающий момент

Мв = Dl = Dh sin θ,

где h — воз­вышение точки М над ЦТ судна G, называемое поперечной метацентрической высотой судна. Точка М носит название поперечного метацентра судна.

Метацентрическая высота является важнейшей характеристи­кой остойчивости. Она определяется выражением

лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 32

где zc — возвышение ЦВ над ОЛ; r — поперечный метацентрический радиус, т. е. возвышение метацентра над ЦВ; zg — воз­вышение ЦТ судна над ОЛ.

Значение zg определяют при расчёте нагрузки масс. Приближённо можно принять (для судна с полным грузом) zg = (0,65-0,68) H, где Н — высота борта на миделе.

Значение zc и r определяют по теоретическому чертежу или (для прикидочных расчётов) по приближённым формулам, например:

лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 33

лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 34

где В — ширина судна, м; Т — осадка, м; α — коэффициент полноты ватерлинии; δ — коэффициент общей полноты; К — коэффициент, зависящий от формы ватерлинии и её полноты и изменяющийся в пределах 0,086-0,089.

Из приведённых формул видно, что поперечная остойчивость судна повы­шается с увеличением В и α; с уменьшением Т и δ; с возвышением ЦВ zc; с пони­жением ЦТ zg. Таким образом, более остойчивы широкие суда, а также суда с низ­ким расположением ЦТ. При понижении ЦТ, т.е. при расположении более тяжёлых грузов — механизмов и оборудования — как можно ниже и при об­легчении высокорасположенных конструкций (надстроек, мачт, труб, которые с этой целью иногда изготовляют из лёгких сплавов) метацентрическая высота увеличивается. И, наоборот, при приёме тяжёлых грузов на палубу, обледенении надводной части корпуса, надстроек, мачт и т. п., во время плавания судна в зимних условиях остойчивость судна уменьшается.

При помощи метацентрической формулы остойчивости в теории корабля решают ряд практических задач, в том числе, например, задачу об изменении посадки судна при переносе груза по горизонтали в продольном направлении.

лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 35 Опыт кренования. На построенном судне начальную метацентрическую высоту опреде-ляют (используя метацентрическую формулу остойчивости) опытным путём — кренованием судна, которое производят на угол 1,5—2° пе-реносом с борта на борт заранее взвешен-ного груза. Схема опыта кренования пока-зана на рис. 3.19.

Кренящий момент Мкр вызывается переносом груза Р на расстояние у:

Мкр = Ру.

По метацентрической формуле остойчивости

лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 36

(sin θ заменён величиной θ ввиду малости угла крена θ). Но лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 37 , поэтому лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 38

Значения всех величин, входящих в эту формулу, определяют в процессе опыта кренования. Водоизмещение находят расчётным путём по осадкам, заме­ренным по маркам углубления.

На небольших судах перенос груза (чугунных чушек, мешков с песком и т. п.) иногда заменяют перебежками людей общей массой около 0,2—0,5 % водоизмещения порожнего судна. Угол крена θ замеряют весками, опущенными в масляные ванны. В последнее время вески заменяют специальными приборами, позволяющими точно замерять угол крена во время опыта кренования (с учётом происходящего при переносе груза раскачивания судна), — так называемыми инклинографами.

По найденной с помощью опыта кренования начальной метацентрической высоте рассчитывают по приведённым выше фор­мулам положение ЦТ построенного судна.

Ниже приведены примерные значения поперечной метацентрической высоты для разных типов судов с полным грузом:

Большие пассажирские суда 0,3—1,5

Средние и малые пассажирские суда 0,6—0,8

Большие сухогрузные суда 0,7—1,0

Средние сухогрузные суда 0,5—0,8

Большие наливные суда 2,0—4,0

Средние наливные суда 0,7—1,6

Речные пассажирские суда 3,0—5,0

Баржи 2,0—10,0

Ледоколы 1,5—4,0

Буксиры 0,5—0,8

Рыбопромысловые суда 0,7—1,0

Остойчивость на больших углах крена . По мере увеличения угла крена судна восстанавливающий момент сначала растёт (рис. 3.20, а—в), затем уменьшается, становится равным нулю и уже не препятствует, а, наоборот способствует дальнейшему наклонению судна (рис. 3.20, г). Так как водоизмещение D для данного состояния

лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 39 Рис. 3.20. Действие сил при накренении на большие углы


лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 40 нагрузки остается постоянным, то восстанавли­вающий момент Мв изменяется пропорционально изменению плеча l поперечной остойчивости. Это изменение плеча остойчи­вости в зависимости от угла крена θ можно рассчитывать и изо­бражать графически, в виде диаграммы статической остойчи­вости (рис. 3.21), которую строят для наиболее характер-ных и опасных относительно ос-тойчивости случаев нагрузки суд-на.

Диаграмма статической остой-чивости является важным доку­ментом, характеризующим остой-чивость судна. С её помощью можно, зная величину действую-щего на судно кренящего момента, например, от давления ветра, определяемого по шкале Бофорта (табл. 3.2), или от переноса на борт груза, от принятых несим­метрично ДП водяного балласта или запасов топлива и т. п., — найти величину образующегося угла крена в том случае, если этот угол велик (более 10°). Малый угол крена вычисляют без построения диаграммы по приведённой выше метацентрической формуле.

Таблица 3.2

Характеристики ветра и морского волнения

Скорость и давление ветра на высоте 6 м над уровнем моря (шкала Бофорта) Морское волнение (шкала IV Гидрометслужбы, 1953 г.)
  Балл   Наименование ветра Скорость ветра, м/с Давление ветра, МПа (кгс/м2) Балл Характеристика волнения Высота волн, м (при 3 %-ной обеспе-ченности
средняя при шквале среднее при шквале
Штиль Тихий Лёгкий Слабый Умеренный Свежий Сильный Крепкий Очень крепкий Шторм Сильный шторм Жестокий шторм Ураган 0,0 – 0,5 0,6 – 1,7 1,8 – 3,3 3,4 – 5,2 5,3 – 7,4 7,5 – 9,8 9,9 – 12,4 12,5 – 15,2 15,3 – 18,2 18,3 – 21,5 21,6 – 25,1 25,2 – 29,0 Более 29,0 1,0 3,2 6,2 9,6 13,6 17,8 22,2 26,8 31,6 36,7 42,0 47,5 53,0 0 (0,0) 2 (0,2) 9 (0,9) 22 (2,2) 44 (4,5) 77 (7,8) 123 (12,5) 184 (18,8) 265 (27,0) 366 (37,5) 501 (51,1) 671 (68,4) 878 (89,5) 1 (0,1) 8 (0,8) 30 (3,1) 74 (7,5) 147 (15,0) 252 (25,7) 392 (40,0) 573 (58,4) 798 (81,3) 1076 (109,7) 1407 (143,5) 1800 (183,5) 2246 (229,0) I II   III IV V VI VII VII VIII IX IX Отсутствует Слабое Умеренное   Значительное « Сильное « Очень сильное « « « « Исключительное « 0,00 – 0,25 0,25 – 0,75   0,75 – 1,25 1,25 – 2,00 2,00 – 3,50 3,50 – 6,00 6,00 – 8,50   8,50 – 11,00 Более 11,0

лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 41 Если на судно действует какая-либо статически, т. е. плавно, без рывков, приложенная сила, то образуемый ею кренящий момент создаёт угол крена, который определяют по диаграм­ме статической остойчивости (построенной в форме кривой изменения восстанавливающих мо­ментов Dl от угла крена) в точке пересечения с кривой гори­зонтальной прямой, проведённой параллельно горизонтальной оси на расстоянии, равном зна­чению кренящего момента (рис. 3.22, а). В этой точке (точ­ка А) кренящий момент от дей­ствия статической силы равен восстанавливающему моменту, возникающему при накренении судна и стремящемуся возвра­тить накренённое судно в исхо­дное, прямое, положение. Угол крена, при котором кренящий и восстанавливающий моменты равны, и является искомым уг­лом крена от статически при­ложенной силы.

Если же кренящая сила действует на судно динамиче­ски, т. е. внезапно (по-рыв ветра, рывок буксирного троса и т. п.), то вызываемый ею угол крена опре-деляют по диаграм­ме статической остойчи-вости иным образом. Горизонтальную линию кренящего момента, например от дейст­вия ветра при шквале, продолжают вправо от точки А (рис. 3.22, б) до тех пор, пока отсекаемая ею площадь ABC внутри диаграммы не станет равной площади AOD вне её; при этом угол крена (точка Е), соответствующий положе­нию прямой ВС, является искомым углом крена от действия динамически прило­женной силы. Физически это соответствует углу крена, при котором работа кренящего момента (графически изображаемая площадью прямоугольника ODCE)оказывается равной работе восстанавливающего момента (площадь фигуры ОВЕ). Если же площадь, ограниченная кривой восстанавливающих моментов, окажется недостаточной, чтобы сравняться с площадью фигуры, ограниченной кренящим моментом вне её, то судно опрокинется. Поэтому одной из главных характеристик диаграммы, свидетельствующих об остойчивости судна, является её площадь, ограничиваемая кривой и горизонтальной осью. На рис. 3.23 пока­заны кривые плеч статической остойчивости двух судов: с большой начальной остойчивостью, но с малой площадью диаграммы (1) и с меньшей начальной метацентрической высотой, но с большей площадью диаграммы (2). По-следнее судно способно выдер-жать более сильный ветер, оно более остойчиво. Обычно пло-щадь диаграммы больше у суд-на с высоким надводным бортом и меньше — с низким.

лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 42 Остойчивость морских су-дов должна отвечать Нормам ос-той­чивости Российского Морско-го Регистра судоходства (РМРС), предусматривающим в качестве основного критерия (называемо-го «критерием погоды») условие: опрокиды­вающий момент Мопр, т. е. минимальный динамически приложен­ный момент, который при одновременном воздействии бортовой качки и наихудшей загрузке вызывает опрокидывание судна, не должен быть меньше динамически приложенного к судну кре­нящего момента Mкр от давления ветра, т. е. лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 43

При этом значение опрокидывающего момента находят по диаграмме стати­ческой остойчивости по особой схеме, а сопоставляемое с ним значение (в кН-м) кренящего момента (рис. 3.24) по формуле Mкр = 0,001PвSnzn, где Рв—давле­ние ветра, МПа или кгс/м2 (определяется по шкале Бофорта в столбце «при шквале» или по таблице РМРС); Sn — площадь парусности (площадь боковой проекции надводной части судна), м2; zп — возвышение центра парус­ности над ватерлинией, м.

 
 
лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 44 Рис. 3.24. К определению кренящего момента от действия силы ветра при шквале (площадь парусности заштрихована)


При изучении диаграммы статической остойчивости пред­ставляет интерес угол, при котором кривая пересекает горизон­тальную ось — так называемый угол заката (см. рис. 3.21). По Правилам РМРС у морских судов этот угол не должен быть меньше 60°. Эти же Правила требуют, чтобы максимальные значения восстанавливающих моментов на диаграмме достигались при угле крена не менее 30°, а максимальное плечо остойчивости было бы не менее 0,25 м у судов длиной до 80 м и не менее 0,20 м — у судов длиной более 105 м.

лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 45 Влияние жидких грузов на остой-чивость. Имеющиеся в цистер­нах жидкие грузы при неполном заполнении цистерн в случае наклонения судна перемещаются в сторону наклонения. Из-за этого в ту же сторону перемещается ЦТ судна (из то-чки Go в точку G), что приводит к умень-шению плеча восстанавливающего момента. На рис. 3.25 показано, как плечо остойчи­вости l0 при учёте смещения жидкого груза уменьшается до l. При этом, чем шире ци­стерна или отсек, имеющие свободную по-верхность жидко­сти, тем значительнее, пере-ме­щение ЦТ и, следовательно, больше уменьшение попереч­ной остойчивости. Поэтому для уменьшения влияния жид­ких грузов стремятся умень­шить ширину цистерны, а во вре­мя эксплуатации — ограничить число цистерн, в которых образуются свободные уровни, т. е. рас­ходовать запасы не сразу из нескольких цистерн, а поочерёдно.

Влияние сыпучих грузов на остойчивость.К сыпучим грузам относят зерно всех видов, уголь, цемент, руду, рудные концен­траты и др.

Свободная поверхность жидких грузов всегда остается горизонтальной. В отличие от них сыпучие грузы характеризуются углом естественного откоса, т. е. наибольшим углом между поверхностью груза и горизонтальной плоскостью, при котором груз ещё находится в покое и при превышении которого начинается пересыпание. У большинства сыпучих грузов этот угол находится в пределах 25—35°.

Сыпучие грузы, погруженные на судно, характеризуются также пористостью, или скважистостью, т. е. соотношением объёмов, занятых непосред­ственно частицами груза, и пустот между ними. Эта характеристика, зависящая как от свойств самого груза, так и от способа его погрузки в трюм, определяет степень его усадки (уплотнения) во время транспортировки.

При перевозке сыпучих грузов (особенно зерна) в результате образования пустот по мере их усадки от тряски и вибрации корпуса во время рейса, при резких или больших наклонениях судна под действием шквала (превышающих угол естественного откоса) они пересыпаются на один борт и уже не возвращаются полностью к исходному положению после выпрямления судна. Количество пересыпавшегося таким образом груза (зерна) посте­пенно увеличивается и вызывает крен, который может привести к опрокидыванию судна. Во избежание этого принимают спе­циальные меры — укладывают поверх насыпанного в трюм зерна мешки с зерном (мешкование груза) или устанавливают в трюмах дополнительные временные продольные переборки — шифтинг-бордсы. При невыполнении этих мероприятий происходят серьёзные аварии и даже гибель судов. Статистика показывает, что более половины судов, погибших из-за опрокиды­вания, перевозили сыпучие грузы.

Особая опасность возникает при перевозке рудных концентра­тов, которые при изменении их влажности во время рейса, например при оттаивании или отпотевании, приобретают высокую подвижность и легко смещаются к борту. Это ещё мало изученное свойство рудных концентратов стало причиной ряда тяжёлых аварий судов.

епотопляемость судна

Непотопляемостью судна называют его способность после затопления части помещений (например, при аварии) оста­ваться на плаву и сохранять остойчивость, а также некоторый запас плавучести.

Массу влившейся внутрь корпуса воды можно рассматривать как массу дополнительного груза, приём которого, как известно, всегда вызывает увеличение осадки. При этом погружение судна будет происходить до тех пор, пока объём дополнительно погру­зившейся неповреждённой части корпуса не окажется равным объёму влившейся в корпус воды.

Можно также рассматривать объём повреждённой части кор­пуса, куда поступает вода, как объём, уже не принадлежащий судну и не участвующий в создании силы поддержания. А так как сила веса (сила тяжести) судна остается неизменной, то для сохра­нения равной ей силы поддержания потерянный (затопленный) объём должен быть компенсирован дополнительным объёмом, который, будучи погружённым в воду, восстановит утраченную часть силы поддержания. Очевидно, что этот дополнительный объём должен быть равен затопленному объёму корпуса (рис. 3.26). Чем больше запас плавучести судна, тем больше воды может оно принять, т. е. тем выше степень его непотопля­емости. Поэтому главным направлением в борьбе за непотопля­емость является увеличение запаса плавучести и принятие мер, ограничивающих количество поступающей в корпус воды при его повреждении. Первое достигается увеличением высоты надвод­ного борта до верхней водонепроницаемой палубы, второе — разделением корпуса на ряд от­носительно небольших отсеков водонепроницаемыми поперечными и продольными переборками.

 
 
лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 46 Рис. 3.26. Изменение осадки судна при затоплении отсека: ΔТ – изменение осадки после затопления; υ1 – объём повреждённого отсека (до ГВЛ); υ2 – объём неповреждённой части корпуса, погрузившейся в воду


Наибольшие допустимые рас­стояния между поперечными пере­борками, определяют по кривой предельных длин отсеков, которую строят по результатам специаль­ного расчёта.

Однако эти мероприятия все же не гарантируют живучести судна в повреждённом состоянии, так как помимо плавучести должна быть обеспечена и аварийная остойчивость, которая в этом случае резко уменьшается. Умень­шение остойчивости происходит в основном из-за образования свободной поверхности воды в частично затопленных отсеках, а также высокого расположения самих затапливаемых отсеков. Особенно опасны дополнительные кренящие моменты, возни­кающие от несимметричного относительно ДП расположения затапливаемых отсеков. Это происходит главным образом из-за наличия на некоторых судах продольных водонепроницаемых переборок или бортовых цистерн судовых запасов. Повреждения корпуса происходят чаще с одного борта — удар при столкнове­нии с другим судном, в военное время — попадание торпеды (снаряда), разрушения от взрыва авиабомбы вблизи судна и т. д. Поэтому вода, поступающая в отсек, ограниченный не разрушен­ной продольной водонепроницаемой переборкой, может вызвать опасный крен судна (рис. 3.27). Именно это обстоятельство яви­лось причиной потери остойчивости и опрокидывания трагически погибшего в 1956 г. итальянского пассажирского лайнера «Андреа Дориа», столкнувшегося со шведским лайнером «Стокгольм». Чтобы уменьшить крен при затоплении бортовых отсеков, принимают специальные меры по его выравниванию, которые сводятся либо к установке переточных труб между симметрич­ными отсеками обоих бортов, либо к оборудованию креновой системы (на ледоколах, военных кораблях). Иногда крен выравнивают, принимая дополнительное количество воды в отсеки противоположного борта, если позволяет запас плавучести. Пос­ледний способ был предложен ещё в конце ХIХ века знаме­нитым русским адмиралом и ученым-кораблестроителем С. О. Ма­каровым и в дальнейшем разработан академиком А. Н. Крыловым, предложившим составлять для каждого боевого корабля так называемые таблицы непотопляемости. С помощью этих таблиц можно быстро определить, какие именно отсеки надо искусственно затопить, чтобы уменьшить крен и дифферент, образовавшиеся из-за затопления повреждённых отсеков.

лавучесть и остойчивость судна - Инвестирование - 47 При проектировании гражданских судов проверяют посадку судна при различных вариантах затопления и полученные результаты сравнивают с требо­ваниями, которые предъявляются в части непотопляемости к разным типам судов. Для пассажирских судов такие требования сформулированы в Между­народной конвенции по охране человеческой жизни на море 1974 г. (СОЛАС—74). По правилам РМРС эти требования предъявляются не только к пасса­жирским, но и к грузовым и промысловым судам, а также к ледоколам, букси­рам и спасателям. В частности, судно считается непотопляемым, если после за­топления одного любого отсека или нескольких смежных, количество которых определяется в зависимости от размеров и числа находящихся на судне людей (обычно это один, а для крупных пассажирских и любых атомных судов — два отсека), верхняя водонепроницаемая палуба, до которой доведены все водонепроницаемые переборки, не входит в воду. Для непассажирских судов допускается вход в воду открытой палубы, но при этом должно оставаться расстояние от поверхности воды до отверстий в палубе, через которые вода может распространяться внутрь корпуса, равное не менее 300 мм.

При несимметричном затоплении крен до принятия аварийных мер по выравниванию не должен превышать 15°, а после выравнивания — не более 70 — для пассажирских судов и не более 120 — для непассажирских (для пассажир­ских судов оговаривают максимальное время выравнивания — не более 15 мин). Начальная метацентрическая высота повреждённого судна должна быть не меньше 5 см, а максимальное плечо диаграммы статической остойчивости — не менее 10 см, при минимальной протяжённости положительного участка диаграм­мы 20°.

Заключение

Для обеспечения надёжной эксплуатации результаты расчётов элементов плавучести, остойчиво­сти и непотопляемости должны находиться в распоряжении капита­на судна. Если ранее эти данные представляли в виде чертежей и таблиц, то в последнее время разработаны программные комплексы для расчёта на бортовых ЭВМ допустимых характеристик плавучести, остойчивости и непотопляемости при различных состояни­ях нагрузки судна. Большие работы в этом направлении были прове­дены в ЦНИИ Морского флота под руководством В. Б. Липиса.

Литература

1. Фрид Е.Г. Устройство судна: Учебник. – Л.: Судостроение, 1990.

2. Допатка Р., Перепечко А. Книга о судах. Пер. с нем. - Л.: Судостроение, 1981.

3. Нечаев Ю.И., Царёв Б.А., Челпанов И.В. Профессия – судостроитель (Введение в специальность): Учебник. – Л.: Судостроение, 1987.

← Предыдущая страница | Следующая страница →