Остойчивостью судна называют такое его свойство, благодаря которому судно при воздействии на него внешних факторов (ветер, волны и др.) и внутренних процессов (смещение грузов, перемещение жидких запасов, наличие свободных поверхностей жидкости в отсеках и т.д.) не переворачивается. Наиболее ёмким определением остойчивости судна может быть следующее: способность судна не переворачиваться при воздействии на него природных морских факторов (ветра, волнения, обледенения) в назначенном ему районе плавания, а также в сочетании с «внутренними» причинами, вызванными действиями экипажа
Эта особенность основана на природном свойстве плавающего на поверхности воды объекта — стремится вернуться в первоначальное положение после прекращения этого воздействия. Таким образом, остойчивость, с одной стороны, естественна, а, с другой, требует регламентированного контроля со стороны человека, принимающего участие в его проектировании и эксплуатации.
Остойчивость зависит от формы корпуса и положения ЦТ судна, поэтому путем правильного выбора формы корпуса припроектировании и правильного размещения грузов на судне при эксплуатации можно обеспечить достаточную остойчивость, гарантирующую предотвращение опрокидывания судна при любых условиях плавания.
3. Понятие остойчивости
Наклонения судна возможны по разным причинам: от действия набегающих волн, из-за несимметричного затопления отсеков при пробоине, от перемещения грузов, давления ветра, из-за приема или расходования грузов и пр. Различают два вида остойчивости: поперечную и продольную.
С точки зрения безопасности плавания (в особенности в штормовую погоду) наиболее опасными являются поперечные наклонения. Поперечная остойчивость проявляется при крене судна, т.е. при наклонениях его на борт. Если силы, вызывающие наклонение судна, действуют медленно, то остойчивость называют статической, а если быстро, то динамической. Наклонение судна в поперечной плоскости называют креном , а в продольной плоскости — дифферентом ; углы, образующиеся при этом, обозначают соответственно O и y. Остойчивость на малых углах наклонения (10 — 12°) называется начальной остойчивостью.
Представим себе, что под действием внешних сил судно получило крен на угол 9 (рис 2). Вследствие этого объем подводной части судна сохранил свою величину, но изменил форму; по правому борту в воду вошел дополнительный объем, а по левому борту равновеликий ему объем вышел из воды. Центр величины переместился из первоначального положения С в сторону крена судна, в центр тяжести нового объема — точку С1. При наклонном положении судна сила тяжести Р, приложенная в точке G, и сила поддержания D, приложенная в точке С, оставаясь перпендикулярными к новой ватерлинии В1Л1 образуют пару сил с плечом GK, являющимся перпендикуляром, опущенным из точки G на направление сил поддержания.
Если продолжить направление силы поддержания из точки С1 до пересечения с ее первоначальным направлением из точки С, то на малых углах крена, соответствующих условиямначальной остойчивости, эти два направления пересекутся в точке М, называемой поперечным метацентром .
Испытания Лодки ФЛ-47. Тесты на непотопляемость и остойчивость.
Взаимное положение точек М и G позволяет установить следующий признак, характеризующий поперечную остойчивость: (Рис.3)
- А) Если, метацентр расположен выше центра тяжести, то восстанавливающий момент положителен и стремится вернуть судно в исходное положение, т. е. при накренении судно будет остойчиво.
- Б) Если точка М находится ниже точки G, то при отрицательном значении h0 момент отрицателен и будет стремиться увеличивать крен, т. е. в этом случае судно неостойчивое.
- В) Когда точки М и G совпадают, силы Р и D действуют по одной вертикальной прямой, пары сил не возникает, и восстанавливающий момент равен нулю: тогда судно надо считать неостойчивым, так как оно не стремится вернуться в первоначальное положение равновесия (рис. 3).
Внешними признаками отрицательной начальной остойчивости корабля являются:
- — плавание корабля с креном при отсутствии кренящих моментов;
- — стремление корабля перевалиться на противоположный борт при спрямлении;
- — переваливание с борта на борт при циркуляции, при этом крен остается и при выходе корабля на прямой курс;
- — большое количество воды в трюмах, на платформах и палубах.
Остойчивость, которая проявляется при продольных наклонениях судна, т.е. при дифференте, называется продольной.
При продольном наклонении судна па угол ш вокруг поперечной оси Ц.В. переместится из точки С в точку C1 и сила поддержания, направление которой нормально к действующей ватерлинии, будет действовать под углом ш к первоначальному направлению. Линии действия первоначального и нового направления сил поддержания пересекаются в точке. Точка пересечения, линии действия сил поддержания при бесконечно малом наклонении в продольной плоскости называется продольным метацентром М. мореходный остойчивость ходкость корабль
Продольный момент инерции площади ватерлинии IF значительно большепоперечного момента инерции IX . Поэтому продольный метацентрический радиус R всегда значительно больше поперечного r. Ориентировочно считают, что продольный метацентрический радиус R приблизительно равен длине судна. Поскольку величина продольного метацентрического радиуса R во много раз больше поперечного r, продольная метацентрическая высота H любого судна во много раз больше поперечной h. поэтому, если у судна обеспечена поперечная остойчивость, то продольная остойчивость обеспечена заведомо.
Факторы, влияющие на остойчивость судна , которые имеют сильное влияние на остойчивость судна.
К таким факторам, которые необходимо учитывать при эксплуатации маломерного судна, следует отнести:
- 1. На остойчивость судна наиболее ощутимо влияет его ширина: чем больше она по отношению к его длине, высоте борта и осадке, тем выше остойчивость. У более широкого судна больше восстанавливающий момент.
- 2. Остойчивость небольшого судна повышается, если изменить форму погруженной части корпуса при больших углах крена. На этом утверждении, например, основано действие бортовых булей и пенопластового привального бруса, которые при погружении в воду создают дополнительный восстанавливающий момент.
- 3. Остойчивость ухудшается при наличии на судне топливных баков с зеркалом поверхности от борта до борта, поэтому эти баки должны иметь перегородки, установленные параллельно диаметральной плоскости судна, или быть сужены в своей верхней части.
- 4. На остойчивость наиболее сильно влияет размещение на судне пассажиров и грузов, их следует располагать как можно ниже. Нельзя допускать на судне малых размеров во время его движения сидение людей на борту и их произвольное перемещение. Грузы должны быть надежно закреплены, чтобы исключить их неожиданное смещение со штатных мест.
- 5. При сильном ветре и волнении действие кренящего момента (особенно динамического) очень опасно для судна, поэтому с ухудшением погодных условий необходимо отвести судно в укрытие и переждать непогоду. Если этого сделать невозможно из-за значительного расстояния до берега, то в штормовых условиях нужно стараться держать судно «носом на ветер», выбросив плавучий якорь и работая двигателем на малом ходу.
Избыточная остойчивость вызывает стремительную качку и повышает опасность возникновения резонанса. Поэтому регистром установлены ограничения не только нижнего, но и верхнего предела остойчивости.
Для увеличения остойчивости судна (увеличения восстанавливающего момента на единицу угла крена) необходимо увеличить метацент- рическую высоту h путем соответствующего размещения на судне грузов и запасов (более тяжелые грузы внизу, а легкие наверху). С этой же целью (особенно при плавании в балласте — без груза) прибегают к заполнению водой балластных танков.
Источник: studwood.net
Остойчивость судна
Попав в особо неблагоприятные условия и потерпев аварию, судно может потерять плавучесть и утонуть. Но существует опасность другого рода: оно может опрокинуться, причем такая авария может произойти и с судном, полностью сохранившим плавучесть и вообще вполне исправным. Во избежание этого судно, кроме плавучести, должно обладать в достаточной степени еще одним важным качеством — остойчивостью.
Что такое остойчивость и от чего она зависит?
Остойчивость наряду с другими качествами судна зависит от свойств воды и прежде всего от способности воды оказывать давление на погруженный в нее предмет.
Если мысленно разрезать лодку вдоль на две равные половины — правую и левую, то каждая из них будет обладать плавучестью. Представим себе, что человек, сидящий в лодке, оказался в одной из таких половин. Она погружается глубже, а вторая половина, напротив, всплывает. В таком положении обе половины и будут плавать.
Теперь соединим их и посмотрим, что будет, если пассажир снова поместится в одну из половин лодки, например в правую. Теперь, как и раньше, правая загруженная половина лодки начнет опускаться, увеличивая свою плавучесть, а левая, напротив, подниматься. Однако теперь обе части связаны между собой, и такое их движение неизбежно должно вызвать наклон лодки на некоторый угол.
Так и происходит: лодка наклонится, одна из ее половин (нагруженная) достигнет большей глубины, другая (незагруженная) поднимется выше. Равновесие восстановится, и лодка будет плавать, наклонившись на один бок под определенным углом. Этот угол называют углом крена. Если человек снова сядет посредине лодки, начнется обратное движение, крен исчезнет, а лодка сама вернется в прямое положение. Эта способность судна возвращаться в первоначальное прямое положение и называется остойчивостью.
Остойчивость тесно связана с плавучестью, но ни плавучесть, ни остойчивость не могут быть беспредельными. Когда лодка наклонится на столь большой угол крена, что один из ее бортов полностью уйдет в воду, плавучесть этой половины лодки будет исчерпана полностью и лодка опрокинется.
Если плавучесть двух судов, корпуса которых имеют одинаковый объем, одинакова, остойчивость этих судов может быть различна. В первую очередь она зависит от ширины судна. Сравним две лодки, например, «искру» и «росинку». Объем их корпусов почти равен, следовательно, одинакова и плавучесть, они могут нести примерно одинаковый груз. Не так с остойчивостью.
Представим себе, что обе лодки накренились на один угол. При этом у широкой «искры» погрузится глубоко борт, соседняя с ним часть днища дойдет до области высокого давления, и сила плавучести этой половины значительно возрастет. А у узенькой «росинки» при том же угле крена погружение будет совсем небольшим. Следовательно, совсем немного возрастет и сила плавучести опустившейся половины, которая, чтобы получить достаточно большую силу плавучести, способную противостоять силе, вызвавшей крен, будет опускаться все глубже, увеличивая угол крена до опасного предела.
Но не только ширина судна влияет на его остойчивость. Человек или любой другой груз, переместившись ближе к борту, вызвал крен лодки. Этот крен станет больше, если груз будет придвинут к самому борту.
Таким образом, кренящее действие груза увеличивается по мере перемещения его от середины к борту. Еще больше будет крен, если груз сместить дальше, например, при помощи шеста вынести за линию борта. Если шест будет достаточно длинным, то и небольшой груз опрокинет лодку, даже широкую.
Теперь познакомимся со вторым условием, влияющим на остойчивость.
Человек, сидящий точно в середине лодки, своим весом крена не вызывает. Вот он поднялся, допустим, на самую верхушку мачты и находится точно над серединой лодки, и она, конечно, не кренится.
Но при самом небольшом крене (который может появиться от разных причин: порыва ветра, волны и т. д.) вершина мачты, а вместе с ней и человек сразу переместятся в сторону. Если мачта будет достаточно высокая, то при небольшом угле крена человек на вершине мачты пересечет линию борта, подобно грузу, вынесенному за линию его на шесте. И чем лодка будет больше крениться, тем дальше отнесет человека за линию борта. Лодка в этом случае должна обладать очень большой остойчивостью, чтобы не опрокинуться. Поэтому на небольших парусных судах забираться на мачту запрещено.
Совсем другой результат будет, если груз укреплен не на верхушке мачты, а, наоборот, ниже судна. Такой груз будет перемещаться уже не в сторону крена, а в противоположную, способствуя не увеличению его, а уменьшению.
Чем ниже подвешен груз, тем больше его перемещение при крене и тем сильнее его полезное действие. Это свойство используют на глубоких водоемах. Морские яхты снабжаются большим металлическим грузом, подвешенным глубоко под днищем судна. Остойчивость таких яхт настолько велика, что они практически вообще не могут опрокинуться.
Следовательно, остойчивость зависит не только от формы (проще говоря, от ширины) лодки, но и от размещения грузов, в том числе и пассажиров: чем ниже они расположены, тем судно остойчивей.
И наконец, нужно, чтобы судно имело достаточный запас плавучести — это необходимо не только для плавучести и непотопляемости, но и для его остойчивости. В самом деле, какую остойчивость будет иметь лодка, погруженная в воду чуть ли не целиком? Ведь достаточно небольшого крена, и весь ее борт будет под водой.
Суда строим сами
- Какие бывают суда
- По законам физики
- Из чего строят суда
- Строим сами своими руками
- Весла
- Рулевые устройства
- На морских и речных дорогах
- Советы строителям судна
- Морские термины
- Типы самодельных лодок
- Крупинки теории
- От «скорлупки» к «искре»
- Пристань
- Как правильно грести и управлять парусом
- Игры на воде
Источник: www.stroitelstvo-new.ru
Остойчивость
Остойчивостью называют способность судна, выведенного из положения равновесия, возвращаться в него после прекращения действия внешних сил.
Как видно из определения, между понятиями остойчивость судна и устойчивость, а также устойчивое равновесие тела в механике просматривается аналогия. Однако имеются и отличия: в остойчивости рассматриваются не только бесконечно малые, но и конечные отклонения от положения равновесия; устойчивость — чисто качественное состояние, а остойчивость имеет меру, наконец, судно может либо обладать остойчивостью (устойчивое равновесие), либо быть неостойчивым (иметь неустойчивое и безразличное равновесие).
Плавающее судно как твердое тело обладает шестью степенями свободы, следовательно можно говорить об отклонениях от положения равновесия по всем этим степеням. Что касается поступательных перемещений вдоль осей ох и оу, а также вращательного относительно оси OZ, то им ничто не препятствует, поэтому не возникает восстанавливающих сил и момента. Таким образом, по отношению к этим отклонениям судно не обладает остойчивостью, а положение равновесия здесь безразличное. Это обстоятельство не грозит судну гибелью, не препятствует его использованию по назначению.
Отклонение вдоль вертикальной оси 0у приводит к появлению (для судна, имеющего запас плавучести) восстанавливающих сил, т. е. такое судно всегда обладает вертикальной остойчивостью. Кроме того, судно должно сопротивляться, противостоять, наклонениям относительно осей ох и ау, в противном случае оно опрокинется, перевернется.
Устойчивое равновесие при указанных наклонениях не обеспечивается автоматически, как это было с вертикальной остойчивостью, а требует определенных конструктивных решений. В общем случае характер равновесия зависит от формы корпуса, распределения нагрузки, величины отклонения и т.д. Изучением всех этих вопросов и занимается «статическая остойчивость» (или просто «остойчивость»). В зависимости от того, в какой плоскости происходит наклонение, различают поперечную остойчивость — поворот судна относительно оси ох, сопровождаемый появлением угла крена, и продольную остойчивость — вокруг оси ау, угол дифферента.
Кроме того, выделяют начальную остойчивость, когда углы наклонения малы, и остойчивость на больших углах крена. В первом разделе удается получить достаточно простые аналитические зависимости, определяющие остойчивость судна, второй раздел имеет более общий характер и включает в себя начальную остойчивость как частный случай.
Статическая остойчивость предполагает, что силы или моменты прилагаются к судну в течение достаточно длительного промежутка времени. Если эти условия не соблюдаются и силами инерции пренебрегать нельзя, то вступают в действие законы динамической остойчивости.
Источник: studbooks.net