xs, уs, — координаты ЦТ потерянной пло­щади ватерлинии, м;

isx, isy — собственные моменты инерции по­терянной площади ватерлинии от­носительно осей, параллельных ко­ординатным, м4;

ix, iv — собственные моменты инерции свободной поверхности воды в за­топленном отсеке относительно осей, параллельных координат­ным, м';

относящиеся только к случаю затопления отсека 3-й категории:

S' — действующая площадь ватерли­нии, которую судно имело до за­топления отсека, м2;

х'f, у'f — координаты ЦТ действующей пло­щади ватерлинии S', м;

ipx, ipy— потерянные моменты инерции пло­щади ватерлинии, м4;

d'—осадка (углубление) судна при ЦТ действующей площади ватер­линии S, м.

Посадку судна и изменение его остойчивости при затоплении отсека полностью, как может быть при затоплении междудонного пространст­ва, оценивают по методу начальной остойчивости, используя все зави­симости из задачи о приеме груза.

Для оценки посадки и остойчивости судна при затоплении отсека, сообщающегося с забортной водой, но не заполняемого полностью,

удобнее пользоваться методом по­стоянного водоизмещения. Суть ме­тода состоит в том, что заполнен­ный водой отсек исключают при оп­ределении элементов плавучести, а масса судна остается неизменной. Для решения задачи зададим эле­менты затопленного отсека (рис.11):

S0T — площадь затопленного отсека ( потерянная площадь ватерлинии), м2;

Jx, Jy — моменты инерции потерянной площади относительно продольной и по­перечной осей, м4;

х, у, z — координаты ЦТ затопленного отсека, м.

Рис. 11. Затопление отсека III кате­гории

Тогда изменение средней осадки судна после затопления отсека

DT = (r Va) / r(S – Sот) = Va / S - Sот

где r — плотность воды, т/м3;

V3 — объем затопленного отсека, м3;

S — пло­щадь действующей ватерлинии, м2.

Осадки носом и кормой после затопления отсека

Тн, к = Т + DT + (L/2)tgy

Изменение поперечной метацентрической высоты определяется из­менением метацентрического радиуса и аппликаты ЦВ:

Dhm = Dr + Dzc

Метацентрический радиус изменяется в связи с уменьшением мо­мента инерции площади ватерлинии на размер площади затопленного отсека:

Dr = DJx/V = - (Jx + Sотy2)/V

где Jx — момент инерции площади первоначальной ватерлинии, м4;

V — объемное водоизмещение судна, м3.

Таблица формул для расчета аварийной остойчивости и посадки судна при затоплении одиночного отсека.

4. Качка и безопасное штормование судов.

Качкой называют сложное колебательное движение, которое судно может совершать как твердое тело при плавании на спокойной или взволнованной поверхности воды. Возможность колебательного про­цесса определяется наличием сил или моментов, оказывающих сопро­тивление перемещениям и стремящихся возвратить судно в исходное положение.

Под действием возмущающей силы судно может иметь шесть воз­можных видов перемещений: три поступательных в направлении осей х, у, z и три колебательных вокруг этих осей. Однако только три из них могут иметь колебательный характер. Вертикальные колебания (сила действует в направлении оси z), приводящие к периодическим по­гружениям и всплытиям, называют вертикальной качкой. Колебания вокруг оси у, вызывающие наклонения с борта на борт, называют бор­товой качкой (переменный крен). Колебания вокруг оси х, вызываю­щие продольные наклонения, называют килевой качкой (переменный дифферент).

Сила в направлении оси х вызывает ускорение или торможение дви­жения, а сила в направлении оси у— боковое смещение (дрейф). Мо­мент вокруг оси z вызывает лишь отклонение от курса.

Колебания судна обычно происходят одновременно, но их раздель­ное изучение облегчает задачу, а результирующее перемещение, оп­ределяющее положение судна относительно воды, может быть полу­чено суммированием результатов.

Характеристиками колебательного процесса являются:

амплитуда качки — наибольшее отклонение судна от положения равновесия;

размах качки — полное перемещение от одного крайнего положе­ния до другого (сумма двух амплитуд следующих друг за другом коле­баний);

частота качки w — число полных колебаний судна за время 2nt;

период качки t — интервал времени между двумя последователь­ными колебаниями отклонений судна в одном и том же направлении (два размаха), t = 2p/w;

коэффициент динамичности качки — отношение амплитуды кач­ки к амплитуде волны, отражающее реакцию судна на воздействие ре­гулярных волн.

Если возмущающая сила приложена однократно, то колебательный процесс под действием сопротивления быстро затухает. Амплитуда максимального отклонения зависит от значения приложенной силы и характеристик судна, а частота или период качки — только от ха­рактеристик судна. Поэтому такие колебания называют собственными, или свободными.

Наиболее важным параметром качки является частота, которая при совпадении с частотами действующих сил может привести к резо­нансным колебаниям и значительному, иногда многократному, увеличе­нию амплитуды. Обеспечение плавания без попадания в условия резо­нансных колебаний возлагается на судоводителя. При отсутствии рас­четных данных с достаточной точностью период свободной бортовой качки может быть определен по формулe

tq = Kk (B/h1/2m) (1)

где Kk — размерный коэффициент (принимают Kk = 0,83-:-0,86 с/м для пассажирских судов, 0,75-:-0,85 с/м для грузовых судов и 0,62-:-0,72 с/м для буксиров; большие значения коэффициента относятся к порожнему судну, меньшие — к груженому);

В — ширина судна, м;

hm — малая метацентрическая высота, м.

Из формулы (1) видно, что чем меньше метацентрическая высота, тем больше период качки, а следовательно, плавнее качка. Поэтому в процессе проектирования и эксплуатации судна стремятся к тому, что­бы его метацентрическая высота имела минимальное значение, обе­спечивающее безопасность мореплавания.

Периоды свободной килевой и вертикальной качки одинаковы и приближенно могут быть определены:

ty = tверт – (2,7-:-3)Т

где Т — осадка судна, м.

Связь между периодом бортовой качки и метацентрической высотой позволяет заметить, что при увеличении остойчивости (hm возрастает) снижается плавность качки (tq убывает), т. е. возрастает частота коле­баний w.

На волнении повторяемость возмущающих сил (встреча с волной) оказывается регулярной, что может привести к резонансным колеба­ниям. Частота встречи с волной зависит от скорости судна и волны, угла их встречи. Если считать, что судно идет к направлению распро­странения волн под углом , то относительная скорость встречи

c' = vcos j ± cB, (2)

где v — скорость судна, м/с;

сB — скорость распространения волны, м/с (знак плюс соответствует встречной волне, минус — попутной).

Частота встречи (частота возмущающей силы) соответствует отно­шению длины волны к относительной скорости встречи, т. е.

tB = lB/ c'

Длина волны lB определяется расстоянием между двумя соседними вершинами или подошвами волн. Высота волны определяется по верти­кали от нижней точки ее впадины (подошвы) до высшей точки вершины (гребня). Период волны tB определяется временем, в течение которого две соседние волны проходят через одну неподвижную точку простран­ства. Приближенно скорость распространения волны

св=1,25 l1/2B.

Тогда кажущийся период волны

tB = lB / (vcos j ± 1,25 l1/2B). (3)

Судоводитель должен сопоставить период собственных колебаний судна [формулы (1) и (2)] с вынужденными колебаниями —(3). Для обеспечения безопасности движения различие между ними долж­но быть не менее 20 %. Как видно из выражения (3), частоту возму­щающей силы можно изменить изменением скорости судна и угла встречи с волной.

На практике безопасную скорость судна и курсо­вой угол часто выбирают с помощью специальных диаграмм Ремеза, Власова и других.

Влияние качки учитывают главным образом при нормировании мореходных качеств. В нормировании остойчивости качка учитывается при определении допускаемых моментов, а для судов класса М-СП и при нормировании отно­сительного ускорения при борто­вой качке, которое соответствует удовлетворительной обитаемости. Сводится это к тому, чтобы уско­рение, испытываемое человеком, не превышало значения, равного од­ной десятой части ускорения сво­бодного падения (0,lg). Если это требование не удовлетворяется, то на судне следует выполнить меро­приятия, снижающие амплитуду бортовой качки.

Рис. 12. Возникновение сил на ску­ловых килях при качке

Наиболее простым средством являются скуловые кили — пласти­ны, установленные на скуловом поясе перпендикулярно обшивке (рис. 12). Протяженность их соот­ветствует длине цилиндрической вставки, ширина — габаритам шпангоута. При действии возму­щающего момента Мв скуловые ки­ли создают момент сопротивления силам Р. Применяют также актив­ные скуловые кили (бортовые ру­ли, стабилизирующие качку).

Рис. 13. Цистерны для успокоения качки:

/ — свободное пространство цистерн; 2, 4 — соответственно воздушный и водяной соединительные каналы; 3 — система кла­панов

Существуют и другие виды гасителей колебаний, к которым отно­сятся пассивные успокоительные цистерны, представляющие собой бор­товые цистерны, соединенные воздушным каналом сверху и водяным снизу (рис. 13). Каналы снабжены системой клапанов, обеспечивающих перетекание жидкости при крене. Сопротивление воздуха, силы инерции и трения тормозят перетекание жидкости в такой мере, что период перетекания оказывается равным периоду качки суд­на и отстает по фазе от колебаний судна на 90° и колебаний вол­ны на 180°. Таким образом, жидкость перекает в сторону подни­мающегося борта и ее масса создает момент, успокаивающий качку судна. При режимах качки, близких к резонансу, цистерны уменьшают амплитуды качки примерно вдвое. Если жидкость перемещается насосами, то такие успокоительные цистерны счи­таются активными.

Наиболее сложным и дорогостоящим является применение гиро­скопических успокоителей. Тяжелый диск (гироскоп) успокоителя вра­щается с большой скоростью вокруг оси, соединенной с рамой. Ось качания рамы расположена горизонтально в поперечной плоскости судна и специальными цапфами соединена с его корпусом. При кач­ке судна и вращении гироскопа возникает сложное движение рамы — прецессия, приводящая к появлению в цапфах реакций, создающих стабилизирующий момент.

4.1                                                     Расчет амплитуды качки

Амплитуда качки судна рассчитывается по формуле

                           qr = 109k*x1*x2*    r*S

где k – коэффициент учитывающий влияние скуловых килей, k = 1 (скуловые кили отсутствуют).

x1 – безразмерный множитель, зависящий от отношения ширины судна к осадке (В/d):

B/d = 13/3,63 = 3,58 по табл. 2.1.3.1-1[3] x1 = 0,79

x2 – безразмерный множитель, зависит от коэффициента полноты сВ

где сВ = V/LBT = D/gLBT = 4460/1,025*110*13*3,63 = 0,84

по табл. 2.1.3.1-2[3] для сВ > 0,7 x2 = 1,0

r – параметр определяемый по формуле:

r = 0,73 * 0,6(zq – d)/d = 0,73 + 0,6 ((3,51 -3,63)/3,63) = 0,71

S – безразмерный множитель, зависит от района плавания и периода качки Т

Т = 2сВ/   h

где с = 0,373 + 0,023 В/d – 0,043 L/100 = 0,373 + 0,023(13/3,63) -0,043* *(110/100) = 0,408

 Т = 2 * 0,408 *13/   2,26 = 7,07

по табл. 2.1.3.1-3[3] для Т = 7,07 S = 0,098 при неограниченном районе плавания.

 qr = 109 * 1 *0,79 *1 * 0,71* 0,098 = 22,7o

T = 7,07

qr = 22,7o

4.2.                          Определение опрокидывающего момента с учетом бортовой

качки.

На диаграмме динамической остойчивости (рис.8) вправо начала координат откладываем r – амплитуду качки динамической остойчивости в точке А1

Через точку А1 проводим прямую, перпендикулярную оси абсцисс и на ней откладываем отрезок АА1 = 2 qr..

Полученная точка А будет начальной для кривой динамической остойчивости.

Из начала (точка А) проводим касательную к диаграмме динамической остойчивости. Отрезок АА1 продлеваем до пересечения с вертикалью из точки на абсциссе 1 рад (57,3о).

Эта вертикаль пересекается с касательной к кривой в точке В. Отрезок ВС равен плечу опрокидывающего момента ВС.

 ВС = 0,85 м lqопр = 0,85 м

Определим опрокидывающий момент с учетом качки:

 Мопрmin = D* lqопр = 4460*0,85 = 3790 нм

 Мопрmax =D* lqопр*q = 4460*0,85*9,8 = 37800 нм

4.3. Особенности плавания в штормовую погоду.

Конструкция современных морских судов обеспечивает большую проч­ность, надежную работу судовых ме­ханизмов и хорошие мореходные ка­чества. Однако плавание и управле­ние судном в шторм остаются слож­ной задачей. Обеспечение безава­рийного плавания в этот период тре­бует большого напряжения в работе всего экипажа, особенно судоводите­лей, четких знаний, умения и созна­тельной дисциплины.

Основные факторы, действующие на судно во время шторма — ветер и волнение. Ветер оказывает влияние на судно в зависимости от конструктивных особенностей. При развитых надстройках, избыточном надводном борте, небольшой осадке увеличи­ваются крен и дрейф судна. Ветер встречных направлений увеличивает сопротивление движению судна, ухудшает его управляемость. Если курс проходит вблизи берега, отме­лей, рифов, то дрейф в их сторону во время плавания становится опас­ным.

Главную опасность для судна во время шторма представляют волнение, вызывающее качку, напряжение в корпусе и удары волн. Сильная бортовая качка создает большие динамические нагрузки на корпус и судовые механизмы. В результате этого могут появиться деформации и тре­щины в наружной обшивке корпуса и в палубах. Возникающие инерционные силы могут явиться причиной сдвига с фундаментов механизмов и устройств, смещения груза; удары волн и качка ухудшают управляемость, снижают скорость судна; рулевая машина работает с большой нагрузкой из-за частных перекладок руля.

Неправильная загрузка судна повлекшая смещение груза, или от­сутствие опыта в управлении судна, в шторм приводят к аварийным ситуациям с тяжелыми последствиями, связанными с опрокидыванием на. Плавание с большой скоростью навстречу волне (особенно при неправильной загрузке) может вызывать напряжение корпуса, которое превысит допустимый предел, и судно может переломиться. На волне корма небольших судов и судов в балласте периодически поднимается, оголяя гребной винт, что приводит к пере­напряжению в работе главного дви­гателя.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6