Остойчивость

Остойчивостью называется способность судна, выведенного воздействием внешних нагрузок из положения равновесия, вновь возвращаться в первоначальное положение после прекращения этого воздействия. Различают поперечную остойчивость (при крене) и продольную остойчивость (при дифференте). Кроме того, отдельно рассматривается остойчивость на малых углах крена (начальная) и остойчивость на больших углах крена. Начальная остойчивость ограничивается креном не более 8 - 12°. В зависимости от характера приложения внешних нагрузок (ветер, волнение, рывок буксира) рассматривают статическую и динамическую остойчивость.

1.Начальная поперечная остойчивость

Когда судно находится в прямом положении (рис. 35), сила веса (D) и сила поддержания (gÑ) расположены на одной вертикали и взаимно уравновешиваются. Что произойдет с этими силами, если накренить судно на угол °?

Центр тяжести судна остается на месте (G),

m· L₁ а центр величины (С) переместится в точку

(С₁), по причине увеличения объема подвод-

К θ ной части накрененного борта судна и W G · L уменьшения объема противоположного

D борта.

 

· Рис. 35

 

 

Сила поддержания останется равной по величине силе веса, но они уже не будут находиться на одно вертикали. Эти две силы образуют пару сил, которая стремится вернуть судно в начальное положение. Так образуется восстанавливающий момент, возвращающий судно в положение равновесия, после прекращения действия кренящего момента (М_кр).

Исходя из рис. 35, кренящий момент вычисляется:

М_кр = D ´ GK = l_ст D, где

l_ст – наибольшее расстояние между направлениями сил веса D и сил поддержания gÑ или плечо статической остойчивости (плечо восстанавливающего момента).

Плечо статической остойчивости (l_ст) является показателем остойчивости судна для любых углов крена.

Для малых углов крена пользуются другим показателем, называемым метацентрической высотой (h). На Рис. 35 точка m является точкой пересечения направлений сил поддержания судна в прямом и наклонном положении с направление силы тяжести и называется поперечным метацентром. Расстояние mG между метацентром и центром тяжести называется метацентрической высотой, Плечо статической остойчивости (l_ст) можно выразить через метацентрическую высоту: l_ст = Gm Sin = h Sin ,тогда

М_опр = D h Sin или М_опр = l_ст D

Эта формула называется метацентрической формулой поперечной остойчивости. Она показывает, что чем больше метацентрическая высота (h), тем больше восстанавливающий момент, а следовательно, и остойчивость судна. При больших значениях метацентрической высоты судно имеет резкую качку, что вызывает ряд неудобств в его эксплуатации.

Критерий достаточной остойчивости определяется выражением:

,

где М_кр = 0,001 r s z,

r - удельное давление ветра,

s – площадь парусности,

z – плечо центра парусности (от ватерлинии до центра парусности).

Уравнение начальной остойчивости:

h = r + z_c - z_g,

где r – метацентрический радиус,

z_c – возвышение центра величины (центр приложения сил поддержания)

z_g – возвышение центра тяжести судна.

2.Остойчивость судна на больших углах крена.

Расчет остойчивости на больших углах крена

gÑ; L₁ по формулам начальной остойчивости

m· не приемлем вследствие допущения

линейной зависимости восстанавливающего W K L его момента от угла крена

G·. Из Рис. 36. l_ст =CN – CE. Отрезок CN пред-

N ставляет собой перпендикуляр, опущенный из

W a F C₁ центра величины (С) в прямом положении

C· судна - на линию действия силы поддержания

при крене Величина этого отрезка зависит,

D кроме угла крена, от формы и размеров судна

поэтому его называют плечом остойчивости

формы. (l_ф). Отрезок СЕ называется плечом

Рис. 36 остойчивости веса (l_в) и его величина зависит от взаимного расположения ЦТ и ЦВ. Из треугольника CGE следует, что

l_cт = а Sin , где

а – расстояние между ЦТ и ЦВ в прямом положении судна, тогда

l_ст = l_ф – l_в = l_ф – а Sin

Рассчитав плечи статической остойчивости (l_ст) в зависимости от угла крена, стоят диаграмму статической остойчивости судна.

Величину l_ф выбирают из чертежа пантакатен судна.

3. Влияние различных факторов на остойчивость:

- перенос груза внутри судна в продольном и поперечном направлениях вызывает крен и дифферент,

- при переносе груза вертикально вверх переместит ЦТ судна тоже вверх и уменьшит метацентрическую высоту,

- при переносе груза вертикально вниз переместит ЦТ судна тоже вниз и увеличит метацентрическую высоту,

- перемещение груза вверх уменьшает остойчивость судна, а вниз – увеличивает,

- снятие груза с судна, размещенного ниже ЦТ, уменьшит остойчивость, а выше – увеличит,

- погрузка груза на места выше ЦТ уменьшит остойчивость, а ниже – увеличит,

- существенное влияние оказывают жидкие и сыпучие грузы. Уменьшают остойчивость свободные поверхности частично заполненных цистерн,

- сыпучие грузы при крене могут переместиться и создать постоянный крен, который уменьшит восстанавливающий момент, и если не принять мер, то может привести к полной потере остойчивости,

- серьезную опасность для судна представляет обледенение. Лед, намерзающий на корпусе, надстройках, рубках, рангоуте и его такелаже является высоко расположенным грузом, который повышает положение ЦТ и уменьшает метацентрическую высоту. Если судно плавает по грузовую марку, то уменьшается и запас плавучести (надводный борт).

Оперативным руководством для контроля остойчивости судна является «Информация капитану об остойчивости». Она представляет собой документ, в котором приведены необходимые сведения об остойчивости судна для характерных случаев нагрузки и даны рекомендации для обеспечения остойчивости в различных условиях плавания.