PRELEGERE №4

Prevederi generale de stabilitate. Stabilitate la înclinații scăzute. Metacentrul, raza metacentrică, înălțimea metacentrică. Formule de stabilitate metacentrică. Determinarea parametrilor de aterizare și a stabilității la deplasarea mărfurilor pe o navă. Influență asupra stabilității mărfurilor libere și lichide.

Experiență de rulare.

Stabilitate numită capacitatea unei nave, scoasă dintr-o poziție de echilibru normal de orice forțe externe, de a reveni la poziția inițială după încetarea acestor forțe. Forțele externe care pot scoate nava din echilibrul normal includ: vântul, valurile, mișcarea mărfurilor și a oamenilor, precum și forțele centrifuge și momentele care apar atunci când nava se întoarce. Navigatorul este obligat să cunoască caracteristicile navei sale și să evalueze corect factorii care afectează stabilitatea acesteia.

Distingeți între stabilitatea transversală și cea longitudinală. Stabilitatea transversală a vasului este caracterizată de poziția relativă a centrului de greutate Gși centru de mărime CU. Luați în considerare stabilitatea laterală.

Dacă vasul este înclinat într-o parte la un unghi mic (5-10°) (Fig. 1), CV-ul se va deplasa din punctul C în punctul . În consecință, forța de sprijin care acționează perpendicular pe suprafață va traversa planul diametral (DP) în punctul M.

Punctul de intersecție a DP al navei cu continuarea direcției forței de sprijin în timpul ruliului se numește metacentrul inițial M. Distanța de la punctul de aplicare a forței de sprijin Cu la metacentrul inițial se numește raza metacentrică .

Fig.1 - C forțe statice care acționează asupra unei nave cu călcâie joasă

Distanța față de metacentrul inițial M spre centrul de greutate G numit înălțimea metacentrică inițială .

Înălțimea metacentrică inițială caracterizează stabilitatea la înclinații mici a vasului, se măsoară în metri și este un criteriu pentru stabilitatea inițială a vasului. De regulă, înălțimea metacentrică inițială a bărcilor cu motor și a bărcilor este considerată bună dacă este mai mare de 0,5 m, pentru unele nave este permis mai puțin, dar nu mai puțin de 0,35 m.

O înclinare bruscă face ca nava să se rostogolească, iar cronometrul măsoară perioada de rulare liberă, adică timpul de balansare completă de la o poziție extremă la alta și înapoi. Înălțimea metacentrică transversală a vasului este determinată de formula:

, m

Unde LA- latimea navei, m; T- perioada de tanare, sec.

Curba din Fig. 1 servește la evaluarea rezultatelor obținute. 2, construit conform datelor bărci proiectate în țară.

Ri.2 - Z dependenţa înălţimii metacentrice iniţiale de lungimea vasului

Dacă înălţimea metacentrică iniţială , determinată de formula de mai sus, se va afla sub bara umbrită, ceea ce înseamnă că nava va avea o rulare lină, dar stabilitate inițială insuficientă, iar navigația pe ea poate fi periculoasă. Dacă metacentrul este situat deasupra benzii umbrite, vasul va fi caracterizat de rulare rapidă (ascuțită), dar stabilitate crescută și, prin urmare, o astfel de navă este mai aptă pentru mare, dar locuibilitatea pe el este nesatisfăcătoare. Valorile optime se vor încadra în zona benzii umbrite.

Lista vasului de pe una dintre laturi este măsurată prin unghi între noua poziţie înclinată a planului central cu linia verticală.

Partea cu călcâi va deplasa mai multă apă decât partea opusă, iar CV-ul se va deplasa în direcția ruliului. Apoi forțele rezultate de sprijin și greutate vor fi dezechilibrate, formând o pereche de forțe cu un umăr egal cu

.

Acțiunea repetată a greutății și a forțelor de sprijin este măsurată prin momentul de restabilire:

.

Unde D- forta de flotabilitate egala cu forta de greutate a navei; l- Umăr stabil.

Această formulă se numește formula de stabilitate metacentrică și este valabilă doar pentru unghiuri mici de înclinare, la care metacentrul poate fi considerat constant. La unghiuri mari ale călcâiului, metacentrul nu este constant, drept urmare relația liniară dintre momentul de restabilire și unghiurile călcâiului este încălcată.

Mic ( ) și mare ( ) razele metacentrice pot fi calculate folosind formulele profesorului A.P. Van der Fliet:

;
.

Prin poziția relativă a încărcăturii pe navă, navigatorul poate găsi întotdeauna cea mai favorabilă valoare a înălțimii metacentrice, la care nava va fi suficient de stabilă și mai puțin supusă rulării.

Momentul de înclinare este produsul greutății încărcăturii deplasate pe vas de un umăr egal cu distanța de mișcare. Dacă o persoană care cântărește 75 kg, stând pe mal se va deplasa peste navă cu 0,5 m, atunci momentul de înclinare va fi egal cu 75 * 0,5 = 37,5 kg/m.

Pentru a schimba momentul în care se înclină nava cu 10 °, este necesar să încărcați nava până la deplasarea completă, complet simetrică față de planul diametral. Încărcarea navei trebuie verificată prin pescaj măsurate din ambele părți. Inclinometrul este instalat strict perpendicular pe DP, astfel încât să arate 0 °.

După aceea, este necesar să mutați încărcăturile (de exemplu, oameni) la distanțe pre-marcate până când inclinometrul arată 10 °. Un experiment pentru verificare ar trebui efectuat după cum urmează: călcai nava pe o parte și apoi pe cealaltă parte. Cunoscand momentele de fixare ale navei de inclinare in diverse unghiuri (pana la cele mai mari posibile), este posibila construirea unei diagrame de stabilitate statica (Fig. 3), care sa permita evaluarea stabilitatii navei.

Fig.3 - Diagrama stabilității statice

Stabilitatea poate fi mărită prin creșterea lățimii vasului, coborârea CG și instalarea de bola de pupa.

Dacă CG-ul navei este situat sub CG, atunci nava este considerată a fi foarte stabilă, deoarece forța de sprijin în timpul rulării nu se schimbă în mărime și direcție, dar punctul de aplicare a acesteia se deplasează spre înclinarea navei (Fig. 4, A). Prin urmare, la înclinare, se formează o pereche de forțe cu un moment de restabilire pozitiv, având tendința de a readuce nava la o poziție verticală normală pe o chilă dreaptă. Este ușor să verifici asta h>0, cu o înălțime metacentrică de 0. Acest lucru este tipic pentru iahturile cu chilă grea și nu tipic pentru bărci convenționale mai mari cu cocă.

Dacă CG este situat deasupra CG, atunci sunt posibile trei cazuri de stabilitate, de care navigatorul ar trebui să fie bine conștient.

Primul caz de stabilitate

înălțimea metacentrică h>0. Dacă centrul de greutate este situat deasupra centrului de mărime, atunci cu poziția înclinată a vasului, linia de acțiune a forței de sprijin traversează planul diametral deasupra centrului de greutate (Fig. 4, b).

Fig.4 - Cazul unui vas stabil

În acest caz, se formează și o pereche de forțe cu un moment de restabilire pozitiv. Acest lucru este tipic pentru majoritatea navelor cu formă convențională. Stabilitatea în acest caz depinde de corp și de poziția centrului de greutate în înălțime. Când se înclină, partea înclinată intră în apă și creează o flotabilitate suplimentară, având tendința de a nivela nava. Cu toate acestea, atunci când o navă rulează cu mărfuri lichide și în vrac capabile să se deplaseze în direcția de rulare, centrul de greutate se va deplasa și în direcția de rulare. Dacă centrul de greutate în timpul unei rostogoliri se deplasează dincolo de firul de plumb care leagă centrul de mărime cu metacentrul, atunci nava se va răsturna.

Al 2-lea caz de sudok instabil cu echilibru indiferent

înălțimea metacentrică h= 0. Dacă CG se află deasupra CG, atunci în timpul rulării linia de acțiune a forței de sprijin trece prin CG MG=0 (Fig. 5).

Fig.5 - Cazul unei nave instabile cu echilibru indiferent

În acest caz, CV-ul este întotdeauna situat pe aceeași verticală cu CG, deci nu există o pereche de forțe de restabilire. Fără influența forțelor externe, nava nu se poate întoarce la o poziție dreaptă. În acest caz, este deosebit de periculos și complet inacceptabil să transportați mărfuri lichide și în vrac pe o navă: cu cea mai mică balansare, nava se va răsturna. Acest lucru este tipic pentru bărcile cu un cadru rotund.

Al treilea caz de navă instabilă în echilibru instabil

înălțimea metacentrică h<0. ЦТ расположен выше ЦВ, а в наклонном положении судна линия действия силы поддержания пересекает след диаметральной плоскости ниже ЦТ (рис. 6). Сила тяжести и сила поддержания при малейшем крене образуют пару сил с отрицательным восстанавливающим моментом и судно опрокидывается.

Fig.6 - C raza unei nave instabile în echilibru instabil

Cazurile analizate arată că nava este stabilă dacă metacentrul este situat deasupra CG-ului navei. Cu cât CG scade mai jos, cu atât nava este mai stabilă. În practică, acest lucru se realizează prin plasarea încărcăturii nu pe punte, ci în încăperile inferioare și în cale.

Datorită influenței forțelor externe asupra navei, precum și ca urmare a prinderii insuficient de puternice a încărcăturii, este posibilă mutarea acesteia pe navă. Să luăm în considerare influența acestui factor asupra schimbării parametrilor de aterizare ai navei și asupra stabilității sale.

Mișcarea verticală a încărcăturii.

Fig.1 - Efectul mișcării verticale a sarcinii asupra modificării înălțimii metacentrice

Să determinăm modificarea aterizării și stabilității navei cauzată de mișcarea unei sarcini mici în direcția verticală (Fig. 1) din punct exact . Deoarece masa încărcăturii nu se modifică, deplasarea navei rămâne neschimbată. Prin urmare, prima condiție de echilibru este îndeplinită:
. Din mecanica teoretică se știe că atunci când unul dintre corpuri se mișcă, CG-ul întregului sistem se mișcă în aceeași direcție. Prin urmare, CG-ul navei trece la un punct , iar verticala în sine va trece, ca înainte, prin centrul de mărime .

A doua condiție de echilibru va fi îndeplinită:
.

Deoarece în cazul nostru sunt îndeplinite ambele condiții de echilibru, putem concluziona: când încărcătura este deplasată vertical, nava nu își schimbă poziția de echilibru.

Luați în considerare modificarea stabilității transversale inițiale. Deoarece formele volumului carenei navei scufundate în apă și zona liniei de plutire nu s-au schimbat, poziția centrului de mărime iar metacentrul transversal rămâne neschimbat la deplasarea verticală a sarcinii. Doar CG-ul navei se mișcă, ceea ce va duce la o scădere a înălțimii metacentrice
, precum și
, Unde
, Unde - greutatea mărfii transportate, kN; - distanța pe care CG de marfă s-a deplasat în direcția verticală, m.

Deci noua valoare
, unde semnul (+) este folosit la mutarea încărcăturii în sus, iar semnul (-) este folosit în jos.

Din formula se poate observa că mișcarea verticală a sarcinii în sus determină o scădere a stabilității laterale a vasului, iar la deplasarea în jos, stabilitatea laterală crește.

Modificarea stabilității este egală cu produsul
. Modificarea stabilității transversale va fi relativ mai mică pentru o navă cu o deplasare mare decât pentru o navă cu una mică, prin urmare, la navele cu o deplasare mare, circulația mărfurilor este mai sigură decât la navele mici.

Mișcarea orizontală transversală a sarcinii.

Mișcarea încărcăturii dintr-un punct exact (Fig. 2) la distanță va face ca nava să se rostogolească într-un unghi și deplasarea CG-ului său în direcția paralelă cu linia de mișcare a sarcinii.

Fig. 2 - Apariția unui moment de călcare în timpul mișcării transversale a sarcinii

Aplecat într-un colț , nava ajunge într-o nouă poziție de echilibru, gravitația navei , aplicat acum la punct și puterea de susținere
, aplicat la punct , acționează de-a lungul unei verticale perpendiculare pe noua linie de plutire
.

Mișcarea încărcăturii duce la formarea unui moment de înclinare:

,

Unde - mișcarea umărului încărcăturii, m.

Restabilirea momentului conform formulei metacentrice a stabilității

.

Din moment ce nava este în echilibru, atunci
și , de unde unghiul de călcâi în timpul mișcării transversale a sarcinii
. Deoarece unghiul de rulare este mic,
.

Dacă nava are deja un unghi inițial de călcâie, atunci după mișcarea orizontală a încărcăturii, unghiul de călcâie va fi
.

"...Ai grija! scârţâi căpitanul cu un singur ochi. Dar era deja prea târziu. Prea mulți fani s-au acumulat pe partea tribord a dreadnought-ului lui Vasyukin. După ce a schimbat centrul de greutate, barja nu a oscilat și s-a răsturnat în deplină conformitate cu legile fizicii.

Acest episod din literatura clasică poate fi folosit ca exemplu ilustrativ pierderea stabilității de la deplasarea centrului de greutate din cauza acumulării de pasageri pe o parte. Nu întotdeauna, din păcate, problema se limitează la înotul amuzant: pierderea stabilității duce adesea la moartea navei și adesea oameni, uneori câteva sute de oameni în același timp (amintim tragedia recentă - moartea navei " Bulgaria" ... - ed. ..).

În istoria construcțiilor navale mondiale se înregistrează o serie de cazuri, asemănătoare cu ceea ce s-a întâmplat la începutul secolului cu vaporul fluvial american cu mai multe punți General Slocum. Designerii săi au oferit totul pentru confortul pasagerilor, dar nu au verificat cum s-ar comporta nava dacă toți cei 700 de locuitori ai săi s-ar urca deodată pe puntea superioară a promenadei și, în același timp, s-au apropiat de bord pentru a admira priveliștea...

Pierderea stabilității este una dintre cele mai frecvente cauze ale accidentelor de ambarcațiuni mici. De aceea, fiecare dintre căpitani, indiferent de felul în care arată nava sa - un caiac sau, să zicem, o barcă de deplasare, fiecare dintre cei care se odihnesc pe apă trebuie să aibă o idee despre „legile fizicii”, necunoașterea care l-a costat scump pe Vasyukin. Cu alte cuvinte, despre starea de navigabilitate a unei nave, pe care constructorii de nave o numesc stabilitate.

Stabilitate- aceasta este capacitatea vasului de a rezista actiunii de calcare a fortelor externe si de a reveni in pozitie dreapta dupa terminarea acestei actiuni. Acest termen a apărut la noi în secolul al XVIII-lea, când Rusia a devenit o putere maritimă; ca origine și sens, este o variație a cuvântului comun „sustenabilitate”.

Ne confruntăm constant cu stabilitatea echilibrului în viața de zi cu zi. Pentru noi nu este un secret că un scaun este mai ușor de răsturnat decât o canapea; iar o bibliotecă goală este mai ușoară decât una plină cu cărți. Întorcând o cutie grea peste o nervură, depunem mai întâi efortul cel mai mare, apoi ne devine mai ușor și, în final, când o linie condiționată trasată vertical prin centrul de greutate al cutiei trece peste nervură, cutia se întoarce de la sine. , fără participarea noastră. După ce ne-am asigurat că o cutie joasă și lată este mai greu de depasit decât una înaltă și îngustă, iar una grea este mai dificilă decât una ușoară, putem ajunge la concluzia că stabilitatea unui corp pe o suprafață dură este determinată de greutatea sa şi de distanţa orizontală de la centrul de greutate până la marginea planului de sprijin - pârghia de umăr . Cu cât greutatea și umărul sunt mai mari, cu atât corpul este mai stabil.

Această lege simplă este valabilă și pentru o navă plutitoare, dar aici problema este complicată de faptul că, în loc de o suprafață solidă, apa servește drept suport pentru nava „răsturnată”. În principiu, ca și în cazul tocmai descris, stabilitatea navei este determinată de greutatea și umărul acestuia - dispunerea reciprocă a punctelor de aplicare a două forțe.

Una dintre ele este greutatea, adică gravitația, aplicată la centrul de greutate al navei (CG) și întotdeauna îndreptată vertical în jos.

Celălalt este forța de flotabilitate sau forta de sustinere. Conform legii lui Arhimede pentru o navă plutitoare, această forță este egală ca mărime cu gravitația, dar este îndreptată vertical în sus. Punctul de aplicare al forțelor rezultante de sprijin este punctul de sprijin al vasului! Acest punct este situat în centrul volumului carenei scufundat în apă și se numește centrul de flotabilitate sau centru de mărime(CV).

Când nava plutește liber într-o poziție dreaptă, CV-ul este întotdeauna pe aceeași verticală cu CG, iar forțele egale și opuse care acționează asupra navei sunt echilibrate. Dar acum forțele de călcarea au început să acționeze asupra navei. Aceasta nu este neapărat mișcarea pasagerilor; poate fi o rafală de vânt sau, dacă vorbim despre un iaht, doar presiunea acestuia asupra pânzelor, un val abrupt, o smucitură a unui fir de remorcare, forță centrifugă într-o circulație abruptă, o scăldătoare care se ridică din apă peste lateral , etc., etc.

Acțiunea momentului acestei forțe de călcâiare, i.e. moment de călcâială, înclină - rostogolește nava. În același timp, CG-ul navei nu schimbă poziția, cu excepția cazului în care, desigur, acesta este același caz „Vasyukin” și nu există astfel de sarcini pe navă care să se poată deplasa în direcția pantei. Deoarece nava continuă să plutească chiar și atunci când se înclină, adică legea Arhimede continuă să funcționeze, o creștere a volumului imersat pe partea laterală care intră în apă corespunde unei scăderi egale a volumului scufundat pe partea opusă, părăsind apă. Să nu uităm: greutatea vasului nu se modifică din acțiunea momentului de înclinare; prin urmare, valoarea totală a volumului imersat trebuie să rămână neschimbată!

Datorita acestei redistribuiri a volumului subacvatic se modifica pozitia CV-ului - se indeparteaza spre calcarea navei; ca urmare, ia naștere un moment al forțelor de sprijin, care tind să restabilească poziția directă a navei și de aceea numită moment de restabilire.

În timp ce vasul își menține stabilitatea, momentul de restabilire, crescând pe măsură ce ruliu crește, devine egal cu momentul de înclinare și, deoarece este îndreptat în sens opus, își „paralizează” complet acțiunea. Aceasta înseamnă că dacă amploarea forțelor de înclinare nu se mai schimbă, nava va continua să plutească cu o listă constantă; dacă acțiunea forțelor de înclinare încetează și nu există un moment de înclinare, momentul de restabilire va îndrepta imediat nava.

Revenind la schema 2, putem presupune că valoarea momentului de restabilire care apare în timpul unei rulări va fi cu atât mai mare, cu cât umărul este mai mare - distanța orizontală dintre noua poziție a CV-ului și poziția neschimbată a CV-ului; de aceea se numeste umăr de stabilitate. Atâta timp cât acest umăr este prezent, momentul de restabilire este în vigoare - nava reține, dar de îndată ce umărul dispare cu o creștere suplimentară a ruliui, CV-ul va fi pe aceeași verticală cu CG, nu vor mai face eforturi suplimentare. va fi obligat să răstoarne nava, aceasta își va pierde stabilitatea - se va răsturna.

Cu cât centrul de mărime poate merge mai departe în direcția înclinării - cu cât umărul de stabilitate este mai mare, cu atât este mai dificil să răsturnați vasul, adică cu atât este mai stabil. De aceea, un vas lat va fi întotdeauna vizibil mai stabil decât unul îngust. Pe un yal cu patru vâsle, care are lățimea de 1,6 m, vâslatorii se pot ridica și se pot plimba fără prea multe riscuri, dar pe un 8 academic de 0,7 m lățime este suficient ca un vâsletor să-și odihnească piciorul mai puternic sau să ridice vâsla. un pic mai sus pentru a provoca un rostogolitor amenințător!

Este deosebit de important să aveți o lățime suficientă la cele mai mici bărci. Afectează în mod semnificativ stabilitatea acestora și caracterul complet al liniei de plutire, adică un indicator al proporției dreptunghiului, ale cărui laturi sunt alcătuite din lungime și lățime maxime, ocupă zona liniei de plutire actuală. Cu alte lucruri în egală măsură, navele cu o plinătate mai mare a liniei de plutire sunt întotdeauna mai stabile decât cele cu linii de plutire ascuțite în prova și pupa.

Stabilitatea, în special la unghiuri mici de înclinare, depinde în mare măsură de forma carenei - de distribuția volumelor părții subacvatice a carenei. La urma urmei, în cele din urmă, stabilitatea este determinată nu doar de lățimea liniei de plutire actuală, ci și de poziția „fulcrului” - centrul volumului efectiv scufundat.

Din punct de vedere al stabilității, cele mai puțin avantajoase sunt secțiunile semicirculare, care, după condițiile de propulsie, sunt adesea folosite pentru navele cu deplasare; aproape de secțiunile semicirculare au corpuri de bărci academice cu vâsle, precum și bărci relativ înguste și lungi, care nu sunt concepute pentru planare. Secțiunea dreptunghiulară are caracteristici mai mari de stabilitate inițială; acest tip de tronson se realizeaza pe ambarcatiuni de lungime minima - tuzik-uri si navete punte. Dacă, totuși, volumele subacvatice sunt extinse în lateral din cauza unei scăderi a pescajului (și a volumului) în partea de mijloc, stabilitatea va beneficia și mai mult: carena celor mai noi bărci universale mici, cum ar fi, de exemplu, Sportiak și Dolphin, au o formă asemănătoare.

Urmând aceeași cale, puteți crește și mai mult stabilitatea tăind carena pe lungime - de-a lungul DP - și plasând jumătățile înguste la o anumită lățime. Așa am abordat ideea unei nave cu cocă dublă, care este întruchipată atât în ​​designul cabanelor plutitoare cu viteză redusă sau al plutelor gonflabile, cât și al catamaranelor cu motor sau cu vele de curse concepute pentru viteze record.

Odată cu creșterea unghiurilor de înclinare, forma părții de suprafață a carenei în zona de intrare în apă la călcarea devine din ce în ce mai importantă. Un bun exemplu este lipsa de stabilitate a unui buștean cu o secțiune transversală circulară: cu oricare dintre „rularea” acestuia - rotație în jurul axei - nici un volum suplimentar nu intră în apă, forma părții scufundate și poziția CV-ului nu nu se schimbă, nu există moment de restabilire.

Din același motiv, obstrucția odinioară la modă a lateralelor de pe bărci cu motor este, de asemenea, dăunătoare. Este de înțeles: cu o creștere a rolului, lățimea liniei de plutire nu numai că nu crește, dar uneori și invers - scade! Prin urmare, la viraje strânse, vechii Kazankas s-au răsturnat adesea, care aveau un blocaj al laturilor spre interior în pupa deja destul de îngustă.

Și invers: măsurile care cresc stabilitatea sunt prăbușirea părților laterale și fixarea unor elemente suplimentare de flotabilitate de-a lungul marginilor lor superioare. Explicația este simplă: la călcâiare, volumele intră în apă exact acolo unde sunt cele mai necesare pentru susținere - unde dau o pârghie mare. În principiu, o navă cu o erupție la suprafață și cu o linie de plutire relativ îngustă combină viteza bună cu stabilitatea ridicată. De exemplu, galerele antice aveau o astfel de formă de carenă, unde, după cum știți, puterea „motorului” era limitată, iar cerințele de viteză și navigabilitate erau destul de mari. În același scop, mănunchiurile de stuf uscat au fost legate peste părțile laterale de „pescăruși” cazaci ușoare.

De fapt, turiștii-barcile noastre cu pânze folosesc aceeași tehnică, atașând baloane gonflabile pe lateralele caiacelor. Un mijloc și mai eficient de creștere a stabilității caiacelor atunci când navighează sunt flotoarele laterale montate pe bare transversale. Pe o chilă uniformă, trec deasupra apei și nu încetinesc mișcarea. Atunci când presiunea vântului asupra velei înclină caiacul trimaran, plutitorul sub vânt intră în apă și servește ca suport suplimentar situat foarte favorabil - departe de DP.

Diverse atașamente laterale pe ambarcațiunile cu motor de planare servesc unui scop similar - minge și sponsoane: îmbunătățesc stabilitatea bărcii sau a bărcii cu motor atât în ​​parcare, cât și în mișcare. Aceeași „Kazanka” devine mai sigură chiar și atunci când se operează cu „Vârtejul” datorită instalării unor volume suplimentare de flotabilitate – bola de pupa care intră în apă atunci când pupa este evident supraîncărcată sau la călcarea în parcare. Când vă deplasați drept înainte, suprafața de lucru inferioară a mingilor este deasupra liniei de plutire și, cu viraje ascuțite periculoase pentru Kazanka, această suprafață începe să „lucreze”: forța hidrodinamică de ridicare formată pe ea în timpul alunecării împiedică creșterea ruliului. circulaţie.

Lungimea efectivă a liniei de plutire, deși într-o măsură mai mică decât lățimea, afectează semnificativ și stabilitatea celor mai mici vase. Iată un caz ilustrativ. Odată a fost testat un caiac turistic secțional. Într-o singură versiune cu trei secțiuni, barca s-a dovedit a fi prea „sportiv”: cei care nu aveau experiență în canotaj „fete academice” s-au răsturnat invariabil lângă țărm. Totuși, a fost suficient să se adauge încă o secțiune de mijloc de 0,8 m lungime, întrucât aceeași barcă a devenit o navă turistică „calmă”.

Stabilitatea este foarte strâns legată de o altă calitate navigabilă a navei - imposibilitatea de scufundare. Subliniem că ambele calități și, în mare măsură, determină realitatea bord liber. Dacă bordul liber este scăzut, atunci puntea va intra în apă deja la unghiuri mici de călcâie, lățimea liniei de plutire efectivă va începe să scadă, iar din acel moment brațul de stabilitate și momentul de restabilire vor începe să scadă. Deschise - bărcile fără punte, după ce intră în apa marginii superioare a lateralului, se umplu imediat și se răstoarnă (așa au suferit Vasyukiniții, care nu aveau experiență în teoria navei!). Este clar că, cu cât bordul liber este mai mare, cu atât unghiul de călcâi admis este mai mare, a cărui valoare critică se numește unghi de inundare.

Cel mai evident indicator al unei creșteri periculoase a listei și al apropierii de unghiul de inundare este o scădere a înălțimii suprafeței pe partea laterală a ruliului bărcii. Inutil să spun că, cu cât barca este mai mică, cu atât este mai periculoasă orice rostogolire, cu atât este mai important fiecare centimetru al bordului liber propriu-zis! Este absolut inacceptabil să se depășească capacitatea de încărcare a bărcii specificată de producător (supraîncărcare)! Este periculos să plasați încărcăturile în așa fel încât barca să se încline deja în momentul părăsirii țărmului: la urma urmei, acest lucru reduce imediat înălțimea reală a lateralului și marja de stabilitate a bărcii dvs.!

Nu întâmplător vorbim despre înălțimea reală a bordului liber. Istoria construcțiilor navale „marilor” cunoaște multe cazuri în care nave întregi și nevătămate și-au pierdut stabilitatea doar datorită faptului că, la înclinarea lângă suprafața apei, niște găuri deschise în lateral s-au dovedit accidental a fi.

Academicianul A.P. Krylov spune o poveste curioasă. Înainte ca nava cu 84 de tunuri, King George, să plece în călătoria sa inaugurală (acest lucru s-a întâmplat în 1782 în Portsmouth), a fost special concepută pentru a corecta un fel de defecțiune a Kingston-urilor. Marginile rândului inferior de porturi deschise pentru tun erau în același timp la numai 5-8 cm deasupra suprafeței apei. Ofițerul superior, neavând seama de poziția periculoasă a navei, când aveau acești 5-8 cm, și nu cei obișnuiți 8 m, care era înălțimea efectivă a lateralului, a ordonat ca echipa să fie chemată la tunuri pentru a ridica steag. Evident, marinarii alergau de-a lungul părții cu călcâi, iar o ușoară creștere a listei a fost suficientă pentru ca nava să se îmbarce și să transporte mai mult de 800 de oameni la fund...

Deci, condițiile necesare pentru stabilitatea vasului sunt lățimea suficientă și înălțimea laterală. Să facem o clarificare acum. Faptul este că stabilitatea este de obicei împărțită în inițială (în unghiul călcâiului de până la 10-20 °) și stabilitate. la înclinaţii mari. Pentru navele mici, în primul rând, lățimea și caracteristicile stabilității inițiale sunt importante: stabilitatea la unghiuri mari ale călcâiului cel mai adesea „nu atinge”, deoarece unghiul de inundare se află de obicei în stabilitatea inițială. Pentru navele mari, mai mari și cu punte închisă, înălțimea bordului liber este mai importantă, oferind stabilitate la înclinații mari.

Acum observăm o condiție încă complet evidentă și practic foarte importantă: cu cât nava este mai stabilă, cu atât centrul său de greutate este mai jos. Toată lumea știe ce datorează „stabilitatea” lor ridicată roly-poly și roly-poly! Din propria noastră experiență, toată lumea este conștientă de modul în care orice barcă mică începe să se balanseze atunci când se ridică în ea și încearcă să meargă de la un mal la altul: odată cu creșterea înălțimii CG (umărului), momentul de clincare crește în mod semnificativ, deși greutatea persoanei în sine nu se schimbă ...

De aceea, pe aceleași caiace, a căror lățime, de regulă, este la o limită minimă periculoasă, trebuie să vă așezați aproape direct pe fund. Alt exemplu. Când un catarg este pus pe un yal, apare o forță de presiune a vântului asupra pânzelor aplicată la o anumită înălțime; pentru a compensa momentul semnificativ de călcarea care apare, este necesar să creștem stabilitatea în același mod - întreaga echipă se schimbă de la conserve la fund.

Și al treilea exemplu. Editorii colecției s-au familiarizat cu o barcă destul de îngustă cu două locuri (vezi foto), concepută pentru vâslele cu vâsle lungi. Performanța de conducere a bărcii s-a dovedit a fi excelentă, dar a existat un „dar”: în timp ce autorul proiectului conducea barca la locul de testare, el se întorsese deja! Redactorii care au încercat barca s-au trezit și ei în apă. Cu toate acestea, a fost suficient să scădeți înălțimea cutiilor cu 150 mm - situația s-a schimbat.

În ciuda celui mai strict regim de reducere a greutății, acele nave, a căror stabilitate este supusă unor cerințe deosebit de stricte, trebuie să preia o „greutate moartă” - balast, în special pentru a reduce încălzirea centrală. În mod obișnuit, iahturile de croazieră și bărcile de salvare poartă balast solid permanent, ancorat cât de jos permite designul navei. (Cu cât puteți plasa balastul mai jos, cu atât va fi mai puțin necesar pentru a oferi o anumită înălțime a CG a întregii nave!) Pe astfel de nave, ei încearcă să plaseze CG-ul sub CG. Apoi, valoarea maximă a pârghiei de stabilitate va fi atinsă cu o rulare foarte mare - până la 90 ". Pentru comparație, este suficient să spunem că majoritatea bărcilor maritime convenționale se răstoarnă chiar și la o rulare de 60-75 °.

Uneori iau balast lichid temporar. Deci, pe ambarcațiunile cu motor și bărcile cu fundul chiulat, stabilitatea inițială scăzută în parcare (rula) trebuie adesea compensată prin preluarea apei în rezervoare speciale de balast în partea de jos, care sunt golite automat în timpul mișcării.

Este foarte important ca CG-ul unui vas cu călcâi să rămână pe loc: nu este o coincidență că pe bărcile cu pânze toate obiectele grele sunt bine fixate pentru a le împiedica să se miște. Există, totuși, mărfuri care sunt considerate periculoase deoarece pot cauza pierderea stabilității. Acestea sunt tot felul de mărfuri în vrac - de la cereale și sare până la pește proaspăt, care se vărsează aleatoriu în direcția înclinării navei. (De la deplasarea mărfurilor în vrac - cereale - în timpul unui uragan, uriașa barcă cu patru catarge Pamir, ultima barcă mare cu pânze cu o greutate mare de 4500 de tone, s-a răsturnat și a murit în 1957!) Marfa lichidă este un pericol deosebit. Nu vom intra în profunzimea teoriei navei, dar subliniem că, în acest caz, nu atât greutatea încărcăturii lichide care se revarsă reduce stabilitatea, ci exact suprafața sa liberă.

Cum, se va întreba cititorul, atunci cisternele care transportă această marfă lichidă periculoasă plutesc peste mări și oceane? În primul rând, corpul tancului este împărțit prin pereți impermeabili transversali și longitudinali în compartimente separate - tancuri, iar în partea lor superioară pun așa-numitele pereți de protecție, în plus „rupând” suprafața liberă (ruperea acesteia în 2 părți reduce efectul dăunător pe stabilitate de 4 ori). În al doilea rând, rezervoarele sunt complet inundate.

Din aceleași motive, pe o barcă este mai bine să aveți două rezervoare de combustibil mai înguste decât unul lat. Toate rezervoarele de rezervă înainte de un pasaj de furtună trebuie să fie umplute în întregime (după cum spun marinarii, trebuie să fie presate înăuntru). Este necesar să cheltuiți lichidele pe rând - mai întâi până la capăt dintr-un rezervor, apoi din următorul, astfel încât nivelul să fie liber doar în unul dintre ele.

Dușmanul teribil al vaselor mici este apa din cală, chiar dacă greutatea sa totală este mică. Odată, o nouă barcă de lucru a ieșit la testare. La prima viraj, s-a observat că în timpul circulației barca primește o rulare neobișnuit de mare și o părăsește foarte „fără tragere de inimă”. Am deschis trapa de la pupa - și am văzut că apa mergea în vârful de după, care a ajuns acolo printr-o crăpătură abia vizibilă a cusăturii.

Este foarte important să se scurgă corpurile navelor mici în timp util, să se ia măsuri pentru a se asigura că, pe vreme dulce, apa nu pătrunde prin diverse orificii și scurgeri.

Cu pericolul de la pasagerii dezorganizați, am început această conversație despre stabilitate. Acum că suntem înarmați cu o teorie de bază, subliniem încă o dată necesitatea respectării cu strictețe a regulilor de conduită stabilite la bordul oricărei ambarcațiuni mici. La urma urmei, din greșeală, un pasager care se îmbarcă într-o ambarcațiune ușoară cu motor este o forță uriașă de înclinare, care este aproape 1/5 din deplasarea navei! Și doi pasageri care au decis să treacă simultan la bordul Progress-4 cu o timonerie reprezintă o amenințare reală de a răsturna nava (două astfel de cazuri cu un rezultat tragic au avut loc în Kalinin vara trecută).

Când invitați oaspeți în „cruiser”, instruiți-i politicos, dar decisiv, familiarizați-i cu regulile de siguranță existente. Pe cele mai mici nave, uneori este imposibil să te ridici la toată înălțimea și să te muți dintr-un loc în altul, iar oamenii s-ar putea să nu știe asta!

Până acum, s-a spus că poziția DH nu trebuie să se schimbe. Există, totuși, o clasă numeroasă de nave sportive pentru care mișcarea integrală a CG în direcția opusă rulării este cea mai importantă condiție pentru obținerea unor rezultate înalte. Vorbim despre înclinarea dinghi-urilor și catamaranelor de curse ușoare și, uneori, a iahturilor de croazieră și de curse. Atârnând peste bord cu ajutorul unui trapez, sportivul împinge CG cu greutatea sa și crește brațul de stabilitate, ceea ce face posibilă reducerea ruliului și chiar evitarea răsturnării ...

În cele din urmă, trebuie avut în vedere că chiar și o navă care este stabilă în unele condiții poate să nu fie suficient de stabilă în altele. Stabilitatea poate diferi, în special când stați și când conduceți. Prin urmare, trebuie să ținem cont stabilitate de rulare. De exemplu, o barcă cu deplasare, care în parcare nici măcar nu reacționează la un pasager care stă în lateral, când navighează pe valuri, începe brusc să se rostogolească în direcția sa. Se dovedește că barca, așa cum spune, „atârnă”, sprijinindu-și pupa și prova pe crestele a două valuri adiacente și datorită faptului că întreaga sa parte din mijloc, cea mai largă, se află în cavitatea valului, plinătatea a liniei de plutire deja cunoscută nouă a scăzut iar stabilitatea a scăzut imediat .

La planarea bărcilor cu motor, forțele hidrodinamice semnificative care apar în timpul mișcării pentru a menține stabilitatea, de regulă, cresc. Cu toate acestea, ele pot provoca și răsturnarea: de exemplu, la întoarcerea prea bruscă, o schimbare a direcției opririi elicei și o creștere bruscă (din cauza derivei) a presiunii la nivelul pomeților exteriori pentru a se întoarce creează o pereche de forțe periculoasă, care deseori întoarce barca peste partea exterioară pentru a se întoarce.

În cele din urmă, constructorii naval analizează separat cazurile de aplicare dinamică a forțelor de înclinare (există și un concept special - stabilitate dinamică): la aplicarea bruscă și de scurtă durată a unor sarcini externe mari, comportamentul vasului poate fi complet diferit de schemele clasice de stabilitate statică. Tocmai de aceea, în condiții de furtună, cu efectele dinamice nefavorabile ale impactului cu vârstei și valurile, sunt răsturnate iahturi aparent absolut stabile, special concepute pentru navigarea în cele mai severe condiții oceanice. (Iahturile de la Chichester, Baranovsky, Lewis și alți temerari singuratici s-au răsturnat! Aici subtilitatea este că și constructorii de nave au prevăzut acest lucru: iahturile s-au ridicat imediat pe o chilă uniformă și au devenit din nou stabile.)

Desigur, inginerii nu sunt mulțumiți de evaluări precum „această navă este stabilă și asta nu este foarte”; constructorii naval caracterizează stabilitatea cu valori exacte, despre care vor fi discutate în articolul următor.

La proiectarea oricărei nave, fie ea un supertanc sau o barcă cu vâsle, proiectanții fac calcule speciale de stabilitate, iar atunci când nava este testată, se verifică mai întâi conformitatea stabilității efective cu proiectul. Pentru a avea o garanție că stabilitatea oricărei nave noi în timpul funcționării normale competente în condițiile pentru care este proiectată este suficientă, organizațiile de observare precum Registrul URSS emit special Standarde de stabilitateși apoi monitorizează conformitatea acestora. Designerii care creează un proiect de navă efectuează toate calculele, ghidați de aceste standarde de stabilitate, verifică dacă viitoarea navă se va răsturna sub influența valurilor și a vântului. Desigur, anumite tipuri de nave sunt impuse cerințe suplimentare. Deci, navele de pasageri sunt acum verificate pentru cazurile de acumulare a tuturor pasagerilor pe o parte și chiar și atunci când se înclină pentru circulație (în acest caz, unghiul de înclinare nu trebuie să depășească unghiul la care puntea intră în apă, iar valoarea de 12 °). Bărcile de remorcare sunt verificate pentru acțiunea unei smucituri a firului de remorcare, iar remorcherele de râu pentru efectul static al firului de remorcare.

Rezultatele calculelor, împreună cu instrucțiunile către căpitanul navei, sunt consemnate într-unul dintre cele mai importante documente ale navei, numit „Informații privind stabilitatea navei”.

Pentru ambarcațiunile mici, Registrul fluvial recunoaște și testele la scară largă ale navei conducătoare efectuate conform unui program special. Aceste teste pot, în cazuri dubioase, să înlocuiască calculele corespunzătoare.

Mica flota de agrement, controlată prin inspecții de navigație și tehnice, nu are încă standarde de stabilitate suficient de clare și simple. Condiția de navigabilitate a unor astfel de nave este standardizată în principal prin stabilirea unui bord liber minim și a unui raport lungime/lățime (de la 2,3 la 1). În funcție de înălțimea bordului liber, NTI (acum GIMS) împarte navele mici în trei clase: prima - cu bord liber de cel puțin 250 mm; al doilea - nu mai puțin de 350 mm; a treia - cel puțin 500 mm.

Instrucțiunile furnizate cu ambarcațiunile comerciale mici conțin de obicei recomandări de bază pentru menținerea stabilității. Fiecare navigator amator este introdus în regulile de siguranță înainte de a-i elibera un certificat de drept de conducere a navei.

E. A. Morozov, „KiYa”, 1978

Trimiteți-vă munca bună în baza de cunoștințe este simplu. Utilizați formularul de mai jos

Studenții, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.

Găzduit la http://www.allbest.ru/

Stabilitatea inițială a navei

1. Concept general de stabilitate

Stabilitatea este capacitatea unei nave de a rezista forțelor care o abate de la poziția sa de echilibru și de a reveni la poziția inițială de echilibru după încetarea acestor forțe.

Condițiile de echilibru ale vasului nu sunt suficiente pentru ca acesta să plutească constant într-o poziție dată față de suprafața apei. De asemenea, este necesar ca echilibrul vasului să fie stabil. Proprietatea, care în mecanică se numește stabilitatea echilibrului, în teoria navei se numește de obicei stabilitate. Astfel, flotabilitatea oferă condițiile pentru poziția de echilibru a navei cu o aterizare dată, iar stabilitatea - păstrarea acestei poziții.

Stabilitatea vasului se modifică odată cu creșterea unghiului de înclinare și la o anumită valoare se pierde complet. Prin urmare, pare oportun să se studieze stabilitatea navei la abateri mici (teoretic infinitezimale) de la poziția de echilibru cu H = 0, W = 0, iar apoi să se determine caracteristicile stabilității acesteia, limitele admisibile ale acestora la înclinații mari.

Se obișnuiește să se facă distincția între stabilitatea unei nave la unghiuri mici de înclinare (stabilitatea inițială) și stabilitatea la unghiuri mari de înclinare.

Când se iau în considerare înclinații mici, este posibil să se facă o serie de ipoteze care să permită studierea stabilității inițiale a vasului în cadrul teoriei liniare și obținerea unor dependențe matematice simple ale caracteristicilor sale. Stabilitatea vasului la unghiuri mari de înclinare este studiată folosind o teorie neliniară rafinată. Desigur, proprietatea de stabilitate a navei este unificată, iar diviziunea acceptată este pur metodologică.

Când se studiază stabilitatea unui vas, înclinațiile sale sunt luate în considerare în două planuri reciproc perpendiculare - transversal și longitudinal. Când vasul este înclinat în plan transversal, determinat de unghiurile de călcâie, se studiază stabilitatea lui transversală; cu înclinări în plan longitudinal, determinate de unghiurile trimului, studiați stabilitatea longitudinală a acestuia.

Dacă înclinarea navei are loc fără accelerații unghiulare semnificative (pomparea mărfurilor lichide, curgerea lentă a apei în compartiment), atunci stabilitatea se numește statică.

În unele cazuri, forțele care înclină vasul acționează brusc, provocând accelerații unghiulare semnificative (furtună de vânt, val de val etc.). În astfel de cazuri, se ia în considerare stabilitatea dinamică.

Stabilitatea este o proprietate nautică foarte importantă a unei nave; impreuna cu flotabilitatea asigura navigatia navei intr-o pozitie data fata de suprafata apei, necesara pentru a asigura propulsia si manevra. O scădere a stabilității navei poate provoca o rulare de urgență și o compensare, iar o pierdere completă a stabilității poate provoca răsturnarea acesteia.

Pentru a preveni o scădere periculoasă a stabilității navei, toți membrii echipajului trebuie:

Aveți întotdeauna o idee clară despre stabilitatea navei;

Cunoașteți motivele care reduc stabilitatea;

Să cunoască și să fie capabil să aplice toate mijloacele și măsurile pentru menținerea și restabilirea stabilității.

2. Înclinări de volum egale ale vasului. teorema lui Euler

Stabilitatea unui vas este studiată sub așa-numitele înclinații de volum egal, în care mărimea volumului subacvatic rămâne neschimbată și se modifică doar forma părții subacvatice a vasului.

Să introducem principalele definiții legate de înclinațiile navei:

Axa de înclinare este linia de intersecție a planurilor a două linii de plutire;

Planul de înclinare este un plan perpendicular pe axa de înclinare, care trece prin CV-ul corespunzător poziţiei iniţiale de echilibru a navei;

Unghiul de înclinare - unghiul de rotație al navei în jurul axei de înclinare (unghiul dintre planurile liniilor de plutire), măsurat în planul de înclinare;

Linii de apă cu volum egal - linii de apă care, atunci când vasul este înclinat, taie volume în formă de pană de dimensiuni egale, dintre care unul, când vasul este înclinat, intră în apă, iar celălalt iese din apă.

Orez. 1. Considerarea teoremei lui Euler

Cu o linie de plutire inițială cunoscută, teorema lui Euler este folosită pentru a construi o linie de plutire de volum egal cu aceasta. Conform acestei teoreme, cu o înclinare infinit mică a vasului, planele liniilor de plutire cu volum egal se intersectează de-a lungul unei linii drepte care trece prin centrul lor geometric comun (centrul de greutate), sau axa unei înclinații cu volum egal infinit de mici trece prin centrul geometric al zonei liniei de plutire inițială.

Teorema lui Euler poate fi aplicată și înclinațiilor mici finite, cu cât eroarea este mai mică, cu atât unghiul de înclinare este mai mic.

Se presupune că precizia suficientă pentru exersare este asigurată la înclinații And 1012 0 și Sh 23 0 . În aceste unghiuri se ia în considerare stabilitatea inițială a vasului.

După cum știți, atunci când o navă navighează fără rostogolire și cu un trim aproape de zero, ordonata centrului geometric al ariei liniei de plutire este y f = 0, iar abscisa este x f 0. Prin urmare, în acest caz, putem să presupunem că axa înclinării transversale a volumului mic egal se află în DP, iar axa înclinării longitudinale a volumului mic egal este perpendiculară pe DP și decalată față de pătrat. secțiunea mediană - cadru la distanța x f (Fig. 1).

Valoarea x f este o funcție de pescajul navei d. Dependenţa x f (d) este prezentată de curbele elementelor desenului teoretic.

Când nava este înclinată într-un plan arbitrar, axa înclinațiilor de volum egal va trece și prin centrul geometric (centrul de greutate) al zonei liniei de plutire.

3. Metacentri și razele metacentrice

Să presupunem că nava din poziția inițială fără călcâi și tăiere face înclinări transversale sau longitudinale de volum egal. În acest caz, planul înclinărilor longitudinale va fi un plan vertical care coincide cu DP, iar planul înclinărilor transversale va fi un plan vertical care coincide cu planul cadrului care trece prin CV.

Înclinații transversale

În poziţia verticală a navei, CV se află în DP (punctul C), iar linia de acţiune a forţei de flotabilitate rV se află, de asemenea, în DP (Fig. 2). Cu înclinarea transversală a vasului la un unghi I, forma volumului scufundat se modifică, CV-ul se deplasează în direcția înclinării din punctul C în punctul C I, iar linia de acțiune a forței de flotabilitate va fi înclinată spre DP. la un unghi I.

Punctul de intersecție a liniilor de acțiune ale forței de flotabilitate la o înclinare transversală de volum egal infinit de mică a vasului se numește metacentru transversal (punctul m din Fig. 2). Raza de curbură a traiectoriei CV r (elevarea metacentrului transversal deasupra CV) se numește raza metacentrică transversală.

În cazul general, traiectoria CV este o curbă spațială complexă, iar fiecare unghi de înclinare corespunde propriei poziții a metacentrului (Fig. 3). Totuși, pentru înclinații mici de volum egal, cu o aproximare cunoscută, putem presupune că traiectoria

CV-ul se află în planul de înclinare și este un arc de cerc centrat în punctul m. Astfel, putem presupune că în procesul unei mici înclinări transversale de volum egal a navei dintr-o poziție dreaptă, metacentrul transversal se află în DP și nu își schimbă poziția (r = const).

Orez. 2. Mișcare CV la înclinații scăzute

Orez. 3. Mișcare CV la înclinații mari

Orez. 4. La derivarea expresiei pentru raza metacentrică transversală

Expresia razei metacentrice transversale r este obținută din condiția ca axa micii înclinații transversale de volum egal a navei să se afle în DP și ca, cu o astfel de înclinare, volumul v în formă de pană să fie, parcă, transferat din partea care a părăsit apa pe partea care a intrat în apă (Fig. 4).

Conform binecunoscutei teoreme a mecanicii, la mutarea unui corp aparținând unui sistem de corpuri, centrul de greutate al întregului sistem se va deplasa în aceeași direcție paralel cu mișcarea corpului, iar aceste mișcări sunt invers proporționale cu forțele gravitaționale ale corpului și respectiv ale sistemului. Această teoremă poate fi extinsă și la volumele corpurilor omogene. Denota:

C C I - deplasarea CV (centrul geometric al volumului V),

b - deplasarea centrului geometric al volumului în formă de pană v. Apoi, conform teoremei

din: C C I =

Pentru elementul de lungime a vasului dx, presupunând că volumul în formă de pană are forma unui triunghi în planul cadrului, obținem:

sau la unghi mic

Dacă până, atunci:

dv b = y 3 ȘI dx.

Integrând, obținem:

v b = AND y 3 dx sau:

unde J x = ydx este momentul de inerție al zonei liniei de plutire față de axa centrală longitudinală.

Atunci expresia pentru mutarea CV-ului va arăta astfel:

După cum se poate observa din fig. 5, la un unghi mic Și

C C I r I

Comparând expresiile, constatăm că raza metacentrică transversală:

r=

Aplicarea metacentrului transversal:

z m = z c + r = z c +

Înclinații longitudinale

Orez. 6. La derivarea expresiei pentru raza metacentrică longitudinală

Prin analogie cu înclinațiile transversale, punctul de intersecție a liniilor de acțiune ale forței de flotabilitate la o înclinație longitudinală de volum egal infinit de mică a navei se numește metacentru longitudinal (punctul M din Fig. 6). Ridicarea metacentrului longitudinal deasupra CV-ului se numește raza metacentrică longitudinală. Valoarea razei longitudinale este determinată de expresia:

R = ,

unde J yf este momentul de inerție al zonei liniei de plutire față de axa centrală transversală.

Aplicarea metacentrului longitudinal:

z m = z c + R = z c +

Deoarece aria liniei de plutire este alungită în direcția longitudinală, J yf este mult mai mare decât J x și, în consecință, R este mult mai mare decât r. Valoarea lui R este de 1 2 lungimi de nave.

Razele metacentrice și aplicațiile metacentrelor sunt, după cum va fi clar din discuția care urmează, caracteristici importante ale stabilității unui vas. Valorile lor sunt determinate la calcularea elementelor volumului scufundat și pentru o navă care plutește fără călcâi și trim, ele sunt reprezentate de curbele J x (d), J yf (d), r (d), R (d). ) în desenul elementelor de curbă ale desenului teoretic.

4. Starea stabilității inițiale a navei

înălțimi metacentrice

Să găsim condiția în care o navă care plutește în echilibru fără călcâi și trim va avea stabilitate inițială. Presupunem că încărcăturile nu se deplasează atunci când nava este înclinată și CG-ul navei rămâne în punctul corespunzător poziției inițiale.

Când vasul este înclinat, forța gravitației P și forțele de flotabilitate rV formează o pereche, al cărei moment acționează asupra vasului într-un anumit fel. Natura acestui impact depinde de poziția relativă a CG și a metacentrului.

Orez. 6. Primul caz de stabilitate a navei

Există trei cazuri tipice de stare a vasului pentru care impactul asupra acesteia al momentului forțelor P și rV este diferit calitativ. Considerați-le pe exemplul înclinațiilor transversale.

Primul caz (Fig. 6) - metacentrul este situat deasupra CG, adică. z m > z g . În acest caz, este posibilă o locație diferită a centrului de mărime față de centrul de greutate.

I. În poziția inițială, centrul de mărime (punctul C 0) este situat sub centrul de greutate (punctul G) (Fig. 6, a), dar când este înclinat, centrul de mărime se deplasează spre înclinare atât de mult încât metacentrul (punctul m) este situat deasupra gravitației centrale a navei. Momentul forțelor P și rV tinde să readucă nava în poziția inițială de echilibru și, prin urmare, este stabilă. Un aranjament similar al punctelor m, G și C 0 se găsește pe majoritatea navelor.

II. În poziția inițială, centrul de mărime (punctul C 0) este situat deasupra centrului de greutate (punctul G) (Fig. 6, b). Când nava este înclinată, momentul rezultat al forțelor P și rV îndreptează nava și, prin urmare, este stabilă. În acest caz, indiferent de dimensiunea deplasării centrului de mărime atunci când este înclinată, o pereche de forțe tinde întotdeauna să îndrepte nava. Acest lucru se datorează faptului că punctul G se află sub punctul C 0 . O poziție atât de joasă a centrului de greutate, care oferă stabilitate necondiționată pe nave, este dificil de implementat constructiv. O astfel de aranjare a centrului de greutate poate fi găsită în special pe iahturile cu vele.

Orez. 7. Al doilea și al treilea caz de stabilitate a navei

Al 2-lea caz (Fig. 7, a) - metacentrul este situat sub CG, adică. z m< z g . В этом случае при наклонении судна момент сил Р и гV стремится еще больше отклонить судно от исходного положения равновесия, которое, следовательно, является неустойчивым. В этом случае наклонения судно имеет отрицательный восстанавливающий момент, т.е. оно не остойчиво.

Al 3-lea caz (Fig. 7, b) - metacentrul coincide cu CG, adică. z m = z g . În acest caz, atunci când nava este înclinată, forțele P și rV continuă să acționeze de-a lungul aceleiași verticale, momentul lor este egal cu zero - nava va fi într-o stare de echilibru în noua poziție. În mecanică, acesta este un caz de echilibru indiferent.

Din punctul de vedere al teoriei navei, în conformitate cu definiția stabilității navei, nava este stabilă în primul caz, și nu stabilă în al 2-lea și al 3-lea.

Deci, condiția pentru stabilitatea inițială a vasului este locația metacentrului deasupra CG. Un vas este stabil transversal dacă

şi stabilitatea longitudinală, dacă

Prin urmare, sensul fizic al metacentrului devine clar. Acest punct este limita până la care centrul de greutate poate fi ridicat fără a priva vasul de stabilitatea inițială pozitivă.

Distanța dintre metacentru și CG-ul navei la W = I = 0 se numește înălțimea metacentrică inițială sau pur și simplu înălțimea metacentrică. Planurile transversale și longitudinale de înclinare ale vasului corespund respectiv înălțimilor metacentrice transversale h și longitudinale H. Este evident că

h = z m - z g și H = z m - z g sau

h = z c + r - z g și H = z c + R - z g ,

h = r - b și H = R - b,

unde b \u003d z g - z c este cota CG deasupra CG.

După cum puteți vedea, h și H diferă doar în razele metacentrice, deoarece b este aceeași valoare.

Prin urmare, H este mult mai mare decât h.

b \u003d (1%) R, prin urmare, în practică, se crede că H \u003d R.

5. Metacentricformulele de stabilitate și aplicarea lor practică

După cum sa considerat, atunci când vasul este înclinat, acţionează o pereche de forţe, al căror moment caracterizează gradul de stabilitate.

La mici înclinări de volum egal ale vasului în plan transversal (Fig. 8) (CV se mișcă în planul de înclinare), momentul transversal de restabilire poate fi reprezentat prin expresia

m I \u003d P \u003d gV,

unde brațul de moment \u003d l Și se numește brațul de stabilitate laterală.

Din triunghiul dreptunghic mGK găsim că

l Și \u003d h păcatȘi, atunci:

m I \u003d Ph sinI \u003d gV h sinI

Sau, ținând cont de valorile mici ale lui și și luând sinII 0 /57,3, obținem formula metacentrică pentru stabilitatea laterală:

m și \u003d gV h și 0 / 57,3

Având în vedere prin analogie înclinarea vasului în plan longitudinal (Fig. 8), este ușor de obținut formula metacentrică pentru stabilitatea longitudinală:

M W \u003d P l W \u003d gV H sin W \u003d gV H W 0 / 57,3,

unde M W este momentul de restabilire longitudinală și l W este umărul stabilității longitudinale.

Orez. 8. Înclinarea laterală a vasului

În practică, se utilizează coeficientul de stabilitate, care este produsul deplasării cu înălțimea metacentrică.

Coeficient de stabilitate laterală

K I \u003d gV h \u003d P h

Coeficient de stabilitate longitudinală

K W \u003d gV H \u003d P H

Ținând cont de coeficienții de stabilitate, formulele metacentrice vor lua forma

m I \u003d K I I 0 / 57,3,

M W \u003d K W W 0 / 57,3

Formulele de stabilitate metacentrică, care dau o dependență simplă a momentului de restabilire de forța gravitațională și de unghiul de înclinare al navei, permit rezolvarea unui număr de probleme practice apărute în condițiile navei.

Orez. 9. Înclinarea longitudinală a vasului

În special, aceste formule pot fi utilizate pentru a determina unghiul de rulare sau unghiul de compensare pe care nava îl va primi în urma impactului unui anumit moment de înclinare sau de compensare, cu o masă cunoscută și înălțime metacentrică. Înclinarea vasului sub influența m kr (M diff) duce la apariția opusului în semnul momentului de restabilire m ȘI (M W) crescând în mărime odată cu creșterea unghiului de ruliu (trim). O creștere a unghiului de rulare (trim) va avea loc până când momentul de restabilire devine egal ca mărime cu momentul de înclinare (moment de tăiere), adică. până când condiția este îndeplinită:

m I \u003d m cr și M W \u003d M dif.

După aceea, nava va naviga cu unghiuri de rostogolire (trim):

Și 0 \u003d 57,3 m cr / gV h,

W 0 \u003d 57,3 M difer / gV N

Presupunând în aceste formule I \u003d 1 0 și W \u003d 1 0, găsim valorile momentului de înclinare a navei cu un grad și momentul de tăiere a navei cu un grad:

m 1 0 = gV h = 0,0175 gV h,

M 1 0 \u003d gV H \u003d 0,0175 gV H

În unele cazuri, se utilizează și mărimea momentului navei de tăiere pe centimetru m D. La o valoare mică a unghiului W, când tg W W, W = (d n - d k) / L = D f / L.

Luând în considerare această expresie, formula metacentrică pentru momentul de restabilire longitudinală poate fi scrisă astfel:

M W \u003d M dif \u003d gV H D f / L.

Presupunând în formula D f \u003d 1 cm \u003d 0,01 m, obținem:

m D \u003d 0,01 gV H / L.

Cu valorile cunoscute ale m 1 0, M 1 0 și m D, unghiul de călcâi, unghiul de tăiere și unghiul de tăiere din efectul asupra vasului al unui anumit moment de înclinare sau de tăiere poate fi determinat prin dependențe simple:

Și 0 = m cr. / m 1 0 ; W 0 \u003d M dif / M 1 0; D f = M dif / 100 m D

În raționamentul de mai sus, s-a presupus că nava în poziția inițială (înainte de impactul m cr sau M dif) naviga drept și pe o chilă uniformă. Dacă, în poziția inițială a navei, ruliu și trim diferă de zero, atunci valorile găsite ale I 0 , W 0 și D f ar trebui considerate suplimentare (dI 0 , dS 0 , dD f).

Cu ajutorul formulelor de stabilitate metacentrice, este, de asemenea, posibil să se determine ce moment necesar de înclinare sau de tăiere trebuie aplicat vasului pentru a crea un anumit unghi de înclinare sau unghi de tăiere (în scopul etanșării unei găuri în pielea laterală, vopsirea sau inspectarea elicelor). Pentru o navă care plutește în poziția inițială fără călcâi și tăiere:

m cr \u003d gV h Și 0 / 57,3 \u003d m 1 0 Și 0;

M dif \u003d gV H W 0 / 57,3 \u003d M 1 0 W 0

sau M dif = 100 D f m D

În practică, formulele de stabilitate metacentrice pot fi utilizate la unghiuri mici de înclinare (I< 10 0 12 0 и Ш < 5 0) но при условии, что при этих углах не входит в воду верхняя палуба или не выходит из воды скула судна. Они справедливы также при условии, что восстанавливающие моменты m И и М Ш противоположны по знаку моментам m кр и М диф, т.е., что судно обладает положительной начальной остойчивостью.

6 . Stabilitatea formei și stabilitatea sarcinii

Luarea în considerare a acestei probleme ne permite să stabilim natura stabilității, să aflăm cauzele fizice ale apariției unui moment de restabilire când vasul este înclinat. În conformitate cu formulele de stabilitate metacentrică (unghiurile I și W sunt exprimate în radiani):

m I \u003d gV h I \u003d gV (r - b) I \u003d gV r I - gV b I;

M W = rV N W = rV (R - b) W = rV R W - rV b W

Astfel, momentele de restabilire m I, M W și umerii stabilității statice l I, l W sunt suma algebrică a componentelor lor:

m I \u003d m f + m n; M W \u003d M f + M n;

l I \u003d l f I + l n I; l W \u003d l f W + l n W,

unde sunt momentele

m f \u003d gV r I;

M f \u003d gV R W,

numite momentele de stabilitate ale formei, momentele

m n \u003d - gV b I;

M n \u003d - gV b W,

momentele de stabilitate a încărcăturii și umerilor

l f I \u003d m f / gV;

l f W \u003d M f / gV,

umerii transversali si longitudinali de stabilitate a formei, umerii

l n I \u003d - m n / gV;

l n W \u003d - M n / gV,

umerii transversali și longitudinali ai stabilității sarcinii.

b \u003d z g - z c,

unde J x și J yf sunt momentul de inerție al ariei liniei de plutire în raport cu axele centrale transversale și, respectiv, longitudinale, atunci forma și momentele de sarcină pot fi reprezentate ca:

m f \u003d g J x I,

M f \u003d g J yf W;

m n \u003d - gV (z g - z c) Și,

M n \u003d - gV (z g - z c) W

Prin natura sa fizică, momentul de stabilitate al formei acționează întotdeauna în direcția opusă înclinării vasului și, prin urmare, asigură întotdeauna stabilitatea. Se calculează în funcție de momentul de inerție al zonei liniei de plutire față de axa de înclinare. Stabilitatea formei este cea care predetermina o stabilitate longitudinală semnificativ mai mare în comparație cu cea transversală. J yf » J x .

Momentul de stabilitate a sarcinii datorat poziției CG deasupra CV b = (z g - z c) > 0, reduce întotdeauna stabilitatea vasului și, în esență, este asigurat doar de stabilitatea formei.

Se poate presupune că, în absența unei linii de plutire, de exemplu, într-un submarin aflat în poziție scufundată, nu există moment de formă (J x = 0). În poziție scufundată, submarinul, datorită balastării tancurilor speciale, are o poziție CG sub CG, drept urmare stabilitatea acestuia este asigurată de stabilitatea încărcăturii.

7 . Definiţia măsurilor de stabilitate iniţialănavă

Aterizarea unei nave drepte și pe o chilă uniformă

În cazurile în care nava navighează cu unghiuri nesemnificative de călcâie și de trim, măsurile inițiale de stabilitate pot fi determinate folosind diagrame metacentrice.

Pentru o anumită masă a vasului, determinarea măsurilor inițiale de stabilitate se reduce la determinarea metacentrilor aplicați (sau a razelor metacentrice și a CV-ului aplicat) și a CG aplicat.

Orez. 10. Diagrama metacentrică

Aplicați CV z c și razele metacentrice r, R sunt caracteristici ale volumului scufundat al vasului și depind de pescaj. Aceste dependențe sunt prezentate pe diagrama metacentrică, care face parte din elementele de curbă ale desenului teoretic. Conform diagramei metacentrice (Fig. 10), este posibil nu numai să se determine z c și r, dar cu o aplicație CG cunoscută, să se găsească înălțimea metacentrică transversală a vasului.

Pe fig. 10 prezintă secvența de calcul a înălțimii metacentrice transversale a navei la primirea mărfii. Cunoscând masa încărcăturii primite m și aplicația centrului său de greutate z, este posibil să se determine noua aplicație a CG z g 1 a navei prin formula:

z g 1 = z g + (z- z g),

unde z g este aplicația CG al navei înainte de a primi încărcătura.

Trim aterizarea bărcii

Când navighează cu o navă cu asietă, secțiunile mai pline ale carenei intră în apă, ceea ce duce la o creștere a zonei liniei de plutire (stabilitatea formei) și, în consecință, la înălțimea metacentrică transversală. La vasele de pescuit, contururile pupei sunt mai pline decât cele de la prova, prin urmare, la tăierea la pupă, este de așteptat o creștere, iar la tăierea la prova, este de așteptat o scădere a stabilității transversale a navei.

Orez. 11. Diagrama Firsov - Gundobin

Pentru a calcula înălțimea metacentrică transversală a vasului, ținând cont de trim, se folosesc diagramele Firsov-Gundobin, stabilitatea inițială a KTIRPiKh și curbele de interpolare.

Diagrama Firsov-Gundobin (Fig. 11) diferă de diagrama Firsov prin faptul că conține curbele z m și z c , ale căror valori sunt determinate din pescajele cunoscute ale navei înainte și înapoi.

Diagrama stabilității inițiale a KTIRPiKh (Fig. 12) vă permite să determinați aplicația metacentrului navei z m din masa cunoscută D și abscisa centrului său de greutate x g .

Conform diagramei curbelor de interpolare (Fig. 13), cu pescajele cunoscute ale vasului înainte și înapoi, este posibil să se găsească raza metacentrică transversală r și aplicația centrului de mărime al navei z c .

Diagramele prezentate în fig. 11-13, vă permit să găsiți z m pentru orice aterizare a navei, inclusiv pe o chilă uniformă. Prin urmare, ele fac posibilă analizarea efectului trimului asupra stabilității transversale inițiale a vasului.

Orez. 12. Diagrama stabilității inițiale a traulerului de tip Karelia

navă de stabilitate metacenter marfă

Orez. 13. Diagrama pentru determinarea z c și r

8 . Efectul mișcării încărcăturii asupra aterizării șistabilitatea vasului

Pentru a determina aterizarea și stabilitatea navei în timpul mișcării arbitrare a mărfurilor, este necesar să se ia în considerare separat mișcarea verticală, orizontală transversală și orizontală longitudinală.

Trebuie amintit că la început este necesar să se efectueze calcule legate de modificarea stabilității (mișcare verticală, ridicare a sarcinii)

verticalmișcarea încărcăturii

De la punctul 1 la punctul 2 nu creează un moment capabil să încline nava și, prin urmare, aterizarea acesteia nu se schimbă (cu excepția cazului în care stabilitatea navei rămâne pozitivă). O astfel de mișcare nu duce decât la o modificare a înălțimii centrului de greutate al navei. Se poate concluziona că această deplasare duce la o modificare a stabilității sarcinii cu stabilitatea formei neschimbată. Deplasarea centrului de greutate este determinată de binecunoscuta teoremă a mecanicii teoretice:

dz g \u003d (z 2 - z 1),

unde m este masa încărcăturii transportate,

D este masa vasului,

z 1 și z 2 - aplicații ale încărcăturii CG înainte și după mișcare.

Creșterea înălțimilor metacentrice va fi:

dh \u003d dN \u003d - dz g \u003d - (z 2 - z 1)

Nava după mutarea încărcăturii va avea o înălțime metacentrică transversală:

Mișcarea verticală a sarcinii nu duce la o modificare semnificativă a înălțimii metacentrice longitudinale, datorită micșorării dH față de valoarea lui H.

Orez. 14. Mișcarea pe verticală a încărcăturii

Orez. 15. Mișcarea transversală orizontală a sarcinii

sarcini suspendate

Ele apar pe navă ca urmare a ridicării încărcăturii de la cală pe punte, a primirii unei capturi, a tragerii plaselor cu ajutorul săgeților de marfă etc. O sarcină suspendată (Fig. 16) are un efect similar asupra stabilității unui vas ca și a uneia deplasate pe verticală, doar schimbarea stabilității are loc instantaneu în momentul separării acestuia de suport. La ridicarea sarcinii, când tensiunea din pandantiv devine egală cu greutatea încărcăturii, centrul de greutate al sarcinii se deplasează de la punctul 1 la punctul de suspensie (punctul 2), iar ridicarea ulterioară nu va afecta stabilitatea încărcăturii. navă. Modificarea înălțimii metacentrice poate fi estimată folosind formula

unde l \u003d (z 2 - z 1) este lungimea inițială a suspensiei de sarcină.

Pe navele mici, în condiții de stabilitate redusă, ridicarea unei încărcături cu brațuri de nave poate fi un pericol semnificativ.

Mișcarea orizontală transversală a încărcăturii

Mișcarea orizontală transversală a unei încărcături cu masa m (Fig. 17) duce la o modificare a ruliului vasului ca urmare a momentului de apariție m kr cu un umăr (y 2 - y 1) cosI.

m cr \u003d m (y 2 - y 1) cosИ \u003d m l y cosИ,

unde y 1 și y 2 sunt ordonatele poziției încărcăturii CG înainte și după mișcare.

Având în vedere egalitatea înclinării m cr și a momentelor de restabilire m Și, folosind formula de stabilitate metacentrică, obținem:

Дh sinИ = m l y cosИ, de unde

tgI \u003d m l y / Dh.

Având în vedere că unghiurile de rulare sunt mici, putem presupune că tgИ = И И = И 0 /57,3, iar formula va lua forma

Și 0 = 57,3 m l y /Dh.

Dacă înainte de a muta încărcătura, nava a avut o rulare, atunci în această formulă unghiul ar trebui considerat ca un increment dI 0

Orez. 17.

Mișcarea orizontală longitudinală a încărcăturii

Mișcarea longitudinală orizontală a încărcăturii (Fig. 18) duce la modificarea înălțimii vasului și a înălțimii metacentrice transversale. Prin analogie cu cazul precedent, cu M W = M dif, obținem:

tg W \u003d m l x / DN sau

L 0 \u003d 57,3 m l x / DN.

În practică, înclinațiile longitudinale sunt estimate mai des în funcție de cantitatea de tăiere

D f \u003d W 0 L / 57,3, atunci

D f \u003d m l x L / DN,

unde L este lungimea vasului.

Utilizarea momentului care diferențiază vasul cu 1 cm (inclus în scala de încărcare și KETC)

m D \u003d 0,01 gV N / L (kN m / cm);

m D = 0,01 DN / L = 0,01 DR / L (t m / cm),

din moment ce H R obținem

D f \u003d m l x / m D (cm).

Modificarea pescajului în timpul mișcării longitudinale a sarcinii:

dd n \u003d (0,5L - x f) Df / L,

dd k \u003d - (0,5L + x f) Df / L.

Apoi, noul pescaj al navei va fi:

d n \u003d d + dd n \u003d d + (0,5L - x f) Df / L,

d k \u003d d + dd k \u003d d - (0,5L + x f) Df / L;

unde x f este abscisa axei pasului.

Efectul trimului asupra înălțimii metacentrice a navei este discutat în detaliu în 7.2.

9 . Influența primirii unei sarcini mici asupra aterizării și stabilității navei

Modificarea aterizării navei la primirea mărfurilor a fost luată în considerare la 4.4. Să determinăm modificarea înălțimii metacentrice transversale dh atunci când primim o sarcină mică de masă m (Fig. 19), al cărei centru de greutate este situat pe aceeași verticală cu CG a zonei liniei de plutire în punctul cu aplicatul. z.

Ca urmare a creșterii pescajului, deplasarea volumetrică a navei va crește cu dV = m/s și va apărea o forță suplimentară de flotabilitate r dV, aplicată în CG al stratului dintre liniile de plutire WL și W 1 L 1 .

Orez. 19. Acceptarea la bordul unei marfă mică

Considerând ca nava să fie cu laturi drepte, aplicarea CG a volumului suplimentar de flotabilitate va fi egală cu d + dd /2, unde sporul de pescaj este determinat de formulele cunoscute dd = m / cS sau dd = m / q cm.

Când nava este înclinată la un unghi I, forța de greutate a sarcinii p și forța de flotabilitate egală cu aceasta g dV formează o pereche de forțe cu umăr (d + dd / 2 -z) sinI. Momentul acestei perechi dm Și \u003d p (d + dd / 2 - z) sin Și crește momentul inițial de restabilire al vasului m Și \u003d gV h sin Și, prin urmare, momentul de restabilire după primirea sarcinii devine egal cu

m ȘI 1 = m ȘI + dm ȘI, sau

(gV + g dV) (h + dh) sin I \u003d gV h sin I + g dV (d + dd / 2 - z) sin I,

trecând la valori de masă, obținem

(D + m) (h + dh) sin I \u003d D h sin I + m (d + dd / 2 - z) sin I.

Din ecuație găsim incrementul înălțimii metacentrice dh:

Pentru cazul general al primirii sau scoaterii unei sarcini mici, formula ia forma:

unde + (-) este înlocuit la primirea (scoaterea) încărcăturii.

Din formula se vede că

dh< 0 при z >(d dd /2 - h) și

dh > 0 la z< (d дd /2 - h), а

dh = 0 la z = (d dd /2 - h).

Ecuația z \u003d (d dd / 2 - h) este ecuația planului neutru (limitator).

Planul neutru este planul pe care acceptarea unei sarcini nu modifică stabilitatea navei. Primirea încărcăturii deasupra planului neutru reduce stabilitatea navei, sub planul neutru o mărește.

10 . Influența mărfurilor lichide asupra stabilității navei

Nava are o cantitate semnificativă de marfă lichidă sub formă de rezerve de combustibil, apă și petrol. Dacă o marfă lichidă umple întregul rezervor, efectul acesteia asupra stabilității navei este similar cu cel al unei încărcături solide echivalente de masă.

m f = c f v f.

Pe navă, există aproape întotdeauna rezervoare care nu sunt complet umplute, adică. lichidul are o suprafață liberă în ele. Suprafețele libere pe o navă pot fi create, de asemenea, ca urmare a stingerii incendiilor și a deteriorarii carenei. Suprafețele libere au un efect negativ puternic atât asupra stabilității inițiale, cât și asupra stabilității vasului la înclinații mari. Când vasul este înclinat, încărcătura lichidă având o suprafață liberă curge în direcția de înclinare, creând astfel un moment suplimentar care rulează vasul. Momentul apărut poate fi considerat ca o corecție negativă a momentului de restabilire a navei.

Orez. 20. Influența asupra stabilității inițiale a suprafeței libere a unei încărcături lichide

Efect de suprafață gratuit

Influența suprafeței libere (Fig. 20) va fi luată în considerare atunci când nava aterizează drept și pe o chilă uniformă. Să presupunem că într-unul din tancurile navei se află o marfă lichidă cu un volum v l, având o suprafață liberă. Când vasul este înclinat la un unghi mic Și, suprafața liberă a lichidului se va înclina și ea, iar centrul de greutate al lichidului q se va muta într-o nouă poziție q 1 . Datorită micii unghiului Și, putem presupune că această mișcare are loc de-a lungul unui arc de cerc de rază r 0 centrat în punctul m 0 , în care liniile de acțiune ale greutății fluidului se intersectează înainte și după înclinarea navei. . Prin analogie cu raza metacentrică

r 0 \u003d i x / v w,

unde i x - momentul propriu de inerție al suprafeței libere a lichidului față de axa longitudinală (paralel cu axa de coordonate OX). Este ușor de observat că cazul în cauză are același efect asupra stabilității ca și cazul suspendat, unde l = r 0 și m = с zh v zh.

Orez. 21. Curbele coeficientului adimensional k

Folosind formula pentru o sarcină suspendată, obținem formula pentru efectul asupra stabilității suprafeței libere a lichidului:

După cum se poate vedea din formulă, i x este cel care afectează stabilitatea.

Momentul de inerție al suprafeței libere se calculează prin formula

unde l și b sunt lungimea și lățimea suprafeței, iar k este un coeficient adimensional care ia în considerare forma suprafeței libere.

În această formulă, trebuie acordată atenție ultimului factor - b 3, că lățimea suprafeței într-o măsură mai mare decât lungimea afectează i x și, prin urmare, dh. Astfel, este necesar să fim deosebit de atenți la suprafețele libere din compartimentele largi.

Să determinăm cât de mult va scădea pierderea stabilității într-un rezervor dreptunghiular după instalarea a n pereți longitudinali la distanțe egale unul de celălalt

i x n \u003d (n +1) k l 3 \u003d k l b 3 / (n +1) 2.

Raportul dintre corecții la înălțimea metacentrică înainte de instalare și după instalarea pereților etanși va fi

dh / dh n = i x / i x n = (n +1) 2 .

După cum se poate observa din formule, instalarea unui perete etanș reduce influența suprafeței libere asupra stabilității de 4 ori, de două ori de 9 ori etc.

Coeficientul k poate fi determinat din curba din fig. 21, în care curba superioară corespunde unui trapez asimetric, cea inferioară unuia simetric. Pentru calcule practice, coeficientul k, indiferent de forma suprafeței, este indicat să se ia ca pentru suprafețele dreptunghiulare k = 1/12.

În condițiile navei, influența mărfurilor lichide este luată în considerare folosind tabelele din „Informații privind stabilitatea navei”.

tabelul 1

Corectarea influenței suprafețelor libere ale mărfurilor lichide asupra stabilității navei de tip BMTR „Mayakovsky”

Corecție, m, dh	Deplasarea vasului, m

Tabelele oferă corecții la înălțimea metacentrică a vasului dh pentru un set de rezervoare, care, în funcție de condițiile de funcționare, pot fi umplute parțial (Tabelul 1) la coeficientul de stabilitate transversală dm h = dh = c w i x pentru fiecare rezervor separat ( Masa 2). Rezervoarele cu corecții la înălțimea metacentrică mai mică de 1 cm nu sunt luate în considerare în calcule.

În funcție de tipul de corecție, înălțimea metacentrică a navei, ținând cont de efectul mărfurilor lichide în tancurile parțial umplute, se regăsește prin formule

h \u003d z m - z g - dh;

h = z m - z g - dm h /

După cum se poate observa, suprafețele libere, parcă, măresc centrul de greutate al vasului sau reduc metacentrul său transversal cu

dz g = dz m = dh = dm h /

Manifestarea suprafeței libere a încărcăturii lichide afectează și stabilitatea longitudinală a navei. Corecția la înălțimea metacentrică longitudinală va fi determinată de formulă

dN \u003d - cu i i y /,

unde i y este momentul intrinsec de inerție al suprafeței libere a lichidului față de axa transversală (paralel cu axa de coordonate a OS). Totuși, datorită valorii semnificative a înălțimii metacentrice longitudinale H, corecția dH este de obicei neglijată.

Schimbarea considerată a stabilității de la suprafața liberă a lichidului are loc în prezența volumului acestuia de la 5 la 95% din volumul rezervorului. În astfel de cazuri, se spune că suprafața liberă are ca rezultat o pierdere efectivă a stabilității.

masa 2

Corecție pentru influența suprafețelor libere ale mărfurilor lichide asupra stabilității navei m/v "Alexander Safontsev"

Nume		Abscisa CG, m	Applique DH, m	Moment mx, tm	Moment mz, tm	Corecții pentru suprafețe libere, tm
Rezervorul DT #3
Rezervorul DT #4
Rezervorul DT #5
Rezervorul DT #6
Cisternă DT nr. 35

Orez. 22. Caz de pierdere invalidă a stabilității

Dacă în rezervor există doar un strat foarte subțire de lichid sau rezervorul este umplut aproape până la vârf, atunci lățimea suprafeței libere începe să scadă brusc când vasul este înclinat (Fig. 22). În consecință, momentul de inerție al suprafeței libere va suferi și o scădere bruscă și, în consecință, o corecție la înălțimea metacentrică. Acestea. există o pierdere ineficientă a stabilității, care practic poate fi ignorată.

Pentru a reduce impactul negativ asupra stabilității navei al mărfurilor lichide care se revarsă pe acesta, sunt prevăzute următoarele măsuri de proiectare și organizare:

Instalarea pereților etanși longitudinali sau transversali în rezervoare, ceea ce face posibilă reducerea drastică a propriilor momente de inerție i x și i y;

Instalarea în rezervoare a diafragmelor de perete longitudinale sau transversale având mici orificii în părțile inferioare și superioare. Cu o înclinare ascuțită a vasului (de exemplu, la rulare), diafragma acționează ca un perete, deoarece lichidul curge prin găuri destul de încet. Din punct de vedere constructiv, diafragmele sunt mai convenabile decât pereții etanși impenetrabili, deoarece instalarea acestora din urmă complică foarte mult sistemele de umplere, drenare și ventilare a rezervoarelor. Cu toate acestea, cu înclinări lungi ale vasului, diafragmele, fiind permeabile, nu pot reduce efectul revărsării lichidului asupra stabilității;

La primirea mărfurilor lichide, asigurați umplerea completă a rezervoarelor fără formarea de suprafețe lichide libere;

Când utilizați mărfuri lichide, asigurați-vă drenajul complet al rezervoarelor; „stocurile moarte” de mărfuri lichide ar trebui să fie minime;

Asigurați uscarea calelor în compartimentele vasului, unde se poate acumula lichid cu o suprafață liberă mare;

Urmați cu strictețe instrucțiunile pentru primirea și cheltuirea mărfurilor lichide la bord.

Nerespectarea de către echipajul navei a măsurilor organizatorice enumerate poate duce la o pierdere semnificativă a stabilității navei și poate provoca un accident.

11 . Definiție cu experiență a metacentriculuiînălţimea şi poziţia centrului de greutate al navei

La proiectarea unei nave, stabilitatea sa inițială este calculată pentru cazurile de încărcare tipice. Stabilitatea reală a navei construite diferă de cea calculată din cauza erorilor de calcul și a abaterilor de la proiectare făcute în timpul construcției. Prin urmare, pe nave se efectuează o determinare experimentală a stabilității inițiale - înclinată, cu calculul ulterior al poziției CG-ului navei.

Derularea ar trebui să fie supusă:

Nave de construcție în serie (prima și apoi fiecare a cincea navă a seriei);

Fiecare navă nouă de construcție fără serie;

Fiecare navă după renovare;

Nave după reparații majore, reechipare sau modernizare cu o modificare a deplasării mai mare de 2%;

Nave după așezarea balastului solid permanent, dacă modificarea centrului de greutate nu poate fi determinată cu suficientă precizie prin calcul;

Nave a căror stabilitate este necunoscută sau trebuie verificată.

Înclinarea se efectuează în prezența inspectorului la Registrul în conformitate cu „Instrucțiunea specială pentru înclinarea navelor registrului”.

Esența rulării este următoarea. Laminarea se efectuează pe baza egalității m kr = m And, care determină poziția de echilibru a navei cu o rulare And 0 . Momentul de înclinare este creat prin deplasarea încărcăturilor (balast de înclinare) de-a lungul lăţimii vasului la o distanţă l y ; în limitele înclinațiilor joase ale navei:

m cr = m l y .

Atunci din egalitatea m l y = cV h ŞI 0 /57,3

află că h = 57,3 m l y /cVI 0 .

Cota CG a navei deasupra planului principal z g și abscisa CG x g sunt determinate din expresiile:

z g = z c + r - h; și x g = x c .

Valorile z c , r și x c în cazul absenței sau micii tăieturi sunt determinate folosind elementele curbe ale desenului teoretic în funcție de valoarea deplasării V. În prezența unei tăieturi, aceste cantități trebuie să fie determinate printr-un calcul special. Deplasarea V se găsește pe scara Bonjean pe baza măsurării pescajului navei de către prova și pupa în funcție de semnele adâncirii. Densitatea apei de mare se determină cu ajutorul unui hidrometru.

Se setează masa balastului de ruliu m și brațului de transfer l y, se măsoară valoarea unghiului de ruliu ȘI 0.

Înainte de înclinare, sarcina navei ar trebui să fie cât mai aproape posibil de deplasarea sa ușoară (98 104%). Înălțimea metacentrică a navei trebuie să fie de cel puțin 0,2 m. Pentru a realiza acest lucru, este permis balast.

Consumabilele și piesele de schimb trebuie să fie în locurile lor obișnuite, încărcătura trebuie asigurată, iar rezervoarele pentru apă, combustibil, ulei trebuie drenate. Rezervoarele de balast, dacă sunt umplute, trebuie să fie presate.

Balastul înclinat este așezat pe puntea deschisă a navei pe ambele părți pe rafturi speciale pe mai multe rânduri față de DP. Masa balastului înclinat transportat peste vas ar trebui să asigure un unghi de înclinare de aproximativ 3 0 .

Pentru măsurarea unghiurilor de rulare se pregătesc cântare speciale (de cel puțin 3 metri lungime) sau inclinografe. Utilizarea inclinometrelor de navă pentru măsurarea unghiurilor este inacceptabilă, deoarece dau o eroare semnificativă.

Înclinarea se efectuează pe vreme calmă, cu lista navei care nu depășește 0,5 0 . Adâncimea zonei de apă ar trebui să excludă atingerea solului sau găsirea unei părți a carenei pe un teren noroios. Nava trebuie să se poată lista liber, pentru care este necesar să se prevadă slăbirea liniilor de acostare și să se excludă ca nava să atingă peretele sau carena altei nave.

Experiența constă în transferuri roll-ballast efectuate la comandă dintr-o parte în alta și măsurători ale unghiului de rulare înainte și după transfer.

Determinarea stabilității inițiale după perioada de rulare se bazează pe binecunoscuta formulă „căpitanului”:

unde f I - perioada de oscilații proprii la bord ale navei;

C Și - coeficient de inerție;

B este lățimea vasului.

Se recomandă determinarea perioadei de rulare a navei la fiecare test de înclinare, iar pentru navele cu deplasare mai mică de 300 de tone determinarea acesteia este obligatorie. Mijlocul pentru determinarea fI este un inclinograf sau cronometre (cel puțin trei observatori).

Legănarea navei se realizează prin salturi coordonate ale echipajului dintr-o parte în alta în timp cu oscilațiile navei până când înclinarea navei este de 5 8 0 . Formula căpitanului face posibilă determinarea aproximativă a înălțimii metacentrice atunci când nava se află într-un val pentru orice stare a încărcăturii navei. În același timp, trebuie amintit că pentru aceeași navă valoarea coeficientului de inerție C I nu este aceeași, depinde de încărcarea acesteia și de plasarea încărcăturii. De regulă, coeficientul de inerție al unui vas gol este mai mare decât cel al unui vas încărcat.

Găzduit pe Allbest.ru

...

Documente similare

Stabilitatea ca abilitatea unei nave de a rezista momentelor exterioare de calcare fără consecințe accidentale. Clasificarea stabilității, metode de deplasare. Măsurarea stabilității prin momentul de restabilire. Formule de stabilitate de bază, unghiuri de rulare.

prezentare, adaugat 16.04.2011


Conceptul de stabilitate și trim al navei. Calculul comportamentului unei nave într-o călătorie în timpul inundării unei găuri condiționate aferente compartimentului din prima, a doua și a treia categorie. Măsuri de îndreptare a navei prin contrainundare și restaurare.

teză, adăugată la 03.02.2012


Propuneri privind stabilitatea și inafundabilitatea navei. Împărțirea încărcăturii sale în articole mărite. Procedura de primire și cheltuire a mărfurilor și depozitelor principale folosind un tabel de încărcare simplificat, un program de încărcare sigur și nomograme de stabilitate.

prezentare, adaugat 16.04.2011


Calculul duratei călătoriei navei, al rezervelor, al deplasării și al stabilității înainte de încărcare. Amplasarea depozitelor navale, încărcăturii și apei de balast. Determinarea parametrilor de debarcare și încărcare a navei după încărcare. Stabilitate statică și dinamică.

lucrare de termen, adăugată 20.12.2013


Întocmirea unui plan de marfă și calculul stabilității navei în conformitate cu datele din Informația privind stabilitatea. Controlul aterizării și stabilității pe baza rezultatelor consumului de combustibil și apă. Prevenirea scurgerilor de apă de balastare și placare a navelor.

rezumat, adăugat la 02.09.2009


Calculul efectului deplasării mărfii de la punctul A la punctul B. Deplasarea mărfii în plan transversal și orizontal de-a lungul navei. Calculul modificării diagramei de stabilitate statică. Influența sarcinilor suspendate asupra stabilității la unghiuri mari de călcâi.

prezentare, adaugat 18.04.2011


Alegerea unei posibile variante de plasare a încărcăturii. Estimarea deplasării greutății și coordonatele navei. Evaluarea elementelor volumului scufundat al navei. Calculul înălțimilor metacentrice ale vasului. Calculul si construirea unei diagrame de stabilitate statica si dinamica.

lucrare de control, adaugat 04.03.2014


Probabilitatea de a răsturna vasul. Situația de proiectare „Criteriul meteo” în cerințele Registrului maritim de transport maritim rusesc. Determinarea momentului de răsturnare și a probabilității de supraviețuire a navei. Cerințe pentru aterizarea și stabilitatea unei nave avariate.

prezentare, adaugat 16.04.2011


Determinarea timpului de rulare și a rezervelor navei pentru zbor. Parametrii de deplasare în timpul aterizării inițiale a navei. Distributie stocuri si marfa. Calculul aterizării și stabilității inițiale a navei conform metodei de primire a unei sarcini mici. Verificarea rezistentei longitudinale a carenei.

lucrare de control, adaugat 19.11.2012


Parametrii tehnici ai vasului universal. Caracteristicile mărfurilor, distribuția lor pe spații de marfă. Cerințele planului de marfă. Determinarea deplasării estimate și a timpului de călătorie. Verificarea rezistenței și calculul stabilității navei.

Stabilitate numită capacitatea navei de a rezista forțelor care o abate de la poziția de echilibru și de a reveni la poziția inițială de echilibru după terminarea acestor forțe.

Condițiile de echilibru obținute ale navei nu sunt suficiente pentru ca aceasta să plutească constant într-o poziție dată față de suprafața apei. De asemenea, este necesar ca echilibrul vasului să fie stabil. Proprietatea, care în mecanică se numește stabilitatea echilibrului, în teoria navei se numește de obicei stabilitate. Astfel, flotabilitatea asigură condițiile pentru poziția de echilibru a navei cu o aterizare dată, iar stabilitatea asigură păstrarea acestei poziții.

Stabilitatea vasului se modifică odată cu creșterea unghiului de înclinare și la o anumită valoare se pierde complet. Prin urmare, pare oportun să se studieze stabilitatea vasului la abateri mici (teoretic infinitezimale) de la poziția de echilibru cu Θ = 0, Ψ = 0, iar apoi să se determine caracteristicile stabilității sale, limitele admisibile ale acestora la înclinații mari.

Este obișnuit să distingem stabilitatea navei la unghiuri mici de înclinare (stabilitate inițială) și stabilitate la unghiuri de înclinare mari.

Când se iau în considerare înclinații mici, este posibil să se facă o serie de ipoteze care să permită studierea stabilității inițiale a vasului în cadrul teoriei liniare și obținerea unor dependențe matematice simple ale caracteristicilor sale. Stabilitatea vasului la unghiuri mari de înclinare este studiată folosind o teorie neliniară rafinată. Desigur, proprietatea de stabilitate a navei este unificată, iar diviziunea acceptată este pur metodologică.

Când se studiază stabilitatea unui vas, înclinațiile sale sunt luate în considerare în două planuri reciproc perpendiculare - transversal și longitudinal. Când vasul este înclinat în plan transversal, determinat de unghiurile de călcâie, se studiază stabilitate laterală; cu înclinări în plan longitudinal, determinate de unghiurile de tăiere, studiați-l stabilitate longitudinală.

Dacă înclinarea navei are loc fără accelerații unghiulare semnificative (pomparea mărfurilor lichide, flux lent de apă în compartiment), atunci stabilitatea se numește static.

În unele cazuri, forțele care înclină vasul acționează brusc, provocând accelerații unghiulare semnificative (furtună de vânt, val de val etc.). În astfel de cazuri, luați în considerare dinamic stabilitate.

Stabilitatea este o proprietate nautică foarte importantă a unei nave; impreuna cu flotabilitatea asigura navigatia navei intr-o pozitie data fata de suprafata apei, necesara pentru a asigura propulsia si manevra. O scădere a stabilității navei poate provoca o rulare de urgență și o compensare, iar o pierdere completă a stabilității poate provoca răsturnarea acesteia.

Pentru a preveni o scădere periculoasă a stabilității navei, toți membrii echipajului trebuie:

Aveți întotdeauna o idee clară despre stabilitatea navei;

Cunoașteți motivele care reduc stabilitatea;

Să cunoască și să fie capabil să aplice toate mijloacele și măsurile pentru menținerea și restabilirea stabilității.

Să găsim condiția în care o navă care plutește în echilibru fără călcâi și trim va avea stabilitate inițială. Presupunem că încărcăturile nu se deplasează atunci când nava este înclinată și CG-ul navei rămâne în punctul corespunzător poziției inițiale.

Când vasul este înclinat, forța gravitației P și forțele de flotabilitate γV formează o pereche, al cărei moment acționează asupra vasului într-un anumit fel. Natura acestui impact depinde de poziția relativă a CG și a metacentrului.

Figura 3.9 - Primul caz de stabilitate a vasului

Există trei cazuri tipice de stare a vasului pentru care influența momentului forțelor P și γV asupra acestuia este diferită calitativ. Considerați-le pe exemplul înclinațiilor transversale.

primul caz(Figura 3.9) - metacentrul este situat deasupra CG, i.e. z m > z g . În acest caz, este posibilă o locație diferită a centrului de mărime față de centrul de greutate.

1) În poziția inițială, centrul de mărime (punctul C 0) este situat sub centrul de greutate (punctul G) (Figura 3.9, a), dar când este înclinat, centrul de mărime se deplasează atât de mult în direcția de înclinare că metacentrul (punctul m) este situat deasupra centrului de greutate al navei. Momentul forțelor P și γV tinde să readucă nava în poziția inițială de echilibru și, prin urmare, este stabilă. Un aranjament similar al punctelor m, G și C 0 se găsește pe majoritatea navelor.

2) În poziția inițială, centrul de mărime (punctul C 0) este situat deasupra centrului de greutate (punctul G) (Figura 3.9, b). Când nava este înclinată, momentul rezultat al forțelor P și γV îndreptează nava și, prin urmare, este stabilă. În acest caz, indiferent de dimensiunea deplasării centrului de mărime atunci când este înclinată, o pereche de forțe tinde întotdeauna să îndrepte nava. Acest lucru se datorează faptului că punctul G se află sub punctul C 0 . O poziție atât de joasă a centrului de greutate, care oferă stabilitate necondiționată pe nave, este dificil de implementat constructiv. O astfel de aranjare a centrului de greutate poate fi găsită în special pe iahturile cu vele.

Figura 3.10 - Al doilea și al treilea caz de stabilitate a navei

al 2-lea caz(Figura 3.10, a) - metacentrul este situat sub CG, i.e. z m< z g . В этом случае при наклонении судна момент сил Р и γV стремится еще больше отклонить судно от исходного положения равновесия, которое, следовательно, является неустойчивым. В этом случае наклонения судно имеет отрицательный восстанавливающий момент, т.е. оно не остойчиво.

al 3-lea caz(Figura 3.10, b) - metacentrul coincide cu CG, i.e. z m = z g . În acest caz, atunci când nava este înclinată, forțele P și γV continuă să acționeze de-a lungul aceleiași verticale, momentul lor este egal cu zero - nava va fi într-o stare de echilibru în noua poziție. În mecanică, acesta este un caz de echilibru indiferent.

Din punctul de vedere al teoriei navei, în conformitate cu definiția stabilității navei, nava este stabilă în primul caz, și nu stabilă în al 2-lea și al 3-lea.

Deci, condiția pentru stabilitatea inițială a vasului este locația metacentrului deasupra CG. Nava are stabilitate transversală dacă z m > z g , (3.7)

iar stabilitatea longitudinală dacă z m > z g . (3,8)

Prin urmare, sensul fizic al metacentrului devine clar. Acest punct este limita până la care centrul de greutate poate fi ridicat fără a priva vasul de stabilitatea inițială pozitivă.

Distanța dintre metacentru și CG-ul navei la Ψ = Θ = 0 se numește înălțimea metacentrică inițială sau pur și simplu înălțimea metacentrică. Planurile transversale și longitudinale de înclinare ale vasului corespund respectiv înălțimilor metacentrice transversale h și longitudinale H. Este evident că

h = z m – z g și H = z m – z g , (3.9)

sau h = z c + r – z g și H = z c + R – z g , (3.10)

h = r – α și H = R – α, 3,11)

unde α = z g – z c este cota CT deasupra CV-ului.

După cum puteți vedea, h și H diferă doar în razele metacentrice, deoarece α este aceeași cantitate.

, deci H este mult mai mare decât h.

α \u003d (1%) R, prin urmare, în practică, se crede că H \u003d R.

Nescufundarea navei

de nescufundare numită capacitatea navei după inundarea unei părți a incintei de a menține o flotabilitate și o stabilitate suficiente. Imposibilitatea, spre deosebire de flotabilitate și stabilitate, nu este o stare de navigabilitate independentă a unei nave. Imposibilitatea poate fi numită o proprietate a unei nave să-și mențină navigabilitatea atunci când o parte din volumul etanș la apă al carenei este inundată, iar teoria nescufundabilității poate fi caracterizată ca teoria flotabilității și stabilității unei nave avariate.

O navă cu o bună capacitate de nescufundare, atunci când unul sau mai multe compartimente sunt inundate, trebuie, în primul rând, să rămână pe linia de plutire și să aibă suficientă stabilitate pentru a preveni răsturnarea acesteia. În plus, nava nu ar trebui să-și piardă propulsia, care depinde de pescaj, ruliu și compensare. O creștere a pescajului, o listă semnificativă și un reglaj cresc rezistența apei la mișcarea navei și afectează eficiența elicelor și a mecanismelor navei. Nava trebuie să mențină, de asemenea, controlabilitatea, care, cu un mecanism de cârmă bun, depinde de rulare și de asieta.

Imposibilitatea este unul dintre elementele capacității de supraviețuire a navei, deoarece pierderea capacității de scufundare este asociată cu consecințe grave - moartea navei și a oamenilor, astfel încât asigurarea acesteia este una dintre cele mai importante sarcini atât pentru constructorii de nave, cât și pentru echipaj. În practică, nescufundabilitatea este asigurată în toate etapele de viață ale navei: de către constructorii navale în etapele de proiectare, construcție și reparare a navei; de către echipaj în timpul exploatării unei nave neavariate; echipajul direct în caz de urgență. Dintr-o astfel de împărțire rezultă că imposibilitatea de scufundare este asigurată de trei seturi de măsuri:

Măsuri structurale care se realizează în timpul proiectării, construcției și reparației navei;

Măsuri organizatorice și tehnice care sunt preventive și se realizează în timpul exploatării navei;

Măsuri de combatere a nescufundabilității după accident, care vizează combaterea pătrunderii apei, restabilirea stabilității și îndreptarea navei avariate.

activități constructive. Aceste măsuri sunt efectuate în etapele de proiectare și construcție a navei și se reduc la numirea unor astfel de marje de flotabilitate și stabilitate, astfel încât atunci când un anumit număr de compartimente sunt inundate, modificarea aterizării și stabilității navei de urgență nu să nu depășească limitele minime admise. Cel mai eficient mijloc de utilizare a flotabilității de rezervă în caz de deteriorare a carenei este împărțirea navei în compartimente prin pereți etanși și punți. Într-adevăr, dacă nava nu are o subdiviziune internă în compartimente, atunci în prezența unei găuri subacvatice, carena se va umple cu apă și nava nu va putea folosi rezerva de flotabilitate. Împărțirea navelor în compartimente se realizează în conformitate cu partea a V-a a „Regulilor pentru clasificarea și construcția navelor maritime” din Registrul maritim de transport maritim. Linia de plutire a unei nave neavariate, utilizată la împărțirea în compartimente, a cărei poziție este înregistrată în documentația navei, se numește subdiviziunea liniei de plutire a marfurilor. Se numește linia de plutire a unei nave avariate după inundarea unuia sau mai multor edem linia de plutire de urgență. Nava își pierde flotabilitatea dacă linia de plutire a avariată coincide cu linia limită de imersiune- linia de intersecție a suprafeței exterioare a placajului punții pereților etanși cu suprafața exterioară a placajului lateral lateral. Cea mai mare lungime a părții navei de sub linia de margine este lungimea diviziunii vasului în compartimente. Sub punte de pereteînțelegeți puntea superioară, la care sunt aduși pereți etanși transversali pe toată lățimea navei.

Cantitatea de apă turnată în compartimentul avariat al navei se determină folosind coeficientul de permeabilitate a camereiμ este raportul dintre volumul care poate fi umplut cu apă atunci când compartimentul este inundat și volumul total teoretic al încăperii. Următorii coeficienți de permeabilitate sunt reglementați:

Pentru spațiile ocupate de mecanisme - 0,85;

Pentru spațiile ocupate de mărfuri sau stocuri - 0,6;

Pentru spațiile rezidențiale și spațiile ocupate de mărfuri cu permeabilitate mare (containere goale etc.) - 0,95;

Pentru rezervoarele goale și de balast - 0,98.

O caracteristică importantă a imposibilității de scufundare a navei este lungimea maximă a inundației, care se înțelege ca lungimea maximă a compartimentului condiționat după inundarea căruia, cu un coeficient de permeabilitate de 0,80, cu pescajul liniei de plutire a marfurilor corespunzătoare de împărțire a navei în compartimente și în absența unui trim inițial, situația de urgență. linia de plutire va atinge linia limită de scufundare.

O măsură constructivă importantă pentru asigurarea nescufundabilității este crearea de închideri durabile și etanșe (uși, trape, gât) instalate de-a lungul conturului compartimentului etanș, care ar trebui să funcționeze bine la călcarea, tunderea și valurile mării. Pentru toate ușile glisante și cu balamale din pereții etanși la apă, pe pasarela de navigație trebuie să fie prevăzute indicatoare pentru a indica poziția acestora. Etanșeitatea și rezistența navei trebuie să fie asigurate nu numai în partea subacvatică, ci și în partea de suprafață a carenei, deoarece aceasta din urmă determină marja de flotabilitate consumată în caz de avarie.

Pentru lupta activă a echipajului pentru imposibilitatea de scufundare, nava prevede, de asemenea:

Crearea sistemelor de nave (declinare, trim, drenaj, drenaj, pompare de mărfuri lichide, inundații, coborâre și ocolire, balastare);

Furnizare de echipamente și materiale de urgență.

Astfel de închideri, sisteme și mecanisme trebuie să fie marcate corespunzător pentru a asigura utilizarea lor corectă cu eficiență maximă. Sunt apelate zonele de amenajare de urgență posturi de urgență. Acestea pot fi camere sau cămare speciale, cutii și scuturi de pe punte. La astfel de posturi pot fi aduse dispozitive pentru pornirea de la distanță a sistemelor navelor.

Măsuri organizatorice și tehnice. Măsurile organizatorice și tehnice pentru asigurarea inundabilității sunt efectuate de către echipajul navei în timpul exploatării pentru a preveni pătrunderea apei în compartimente, precum și pentru a menține aterizarea și stabilitatea navei, prevenind inundarea sau răsturnarea acesteia. Aceste activități includ:

Organizarea adecvată și pregătirea sistematică a echipajului pentru lupta pentru inafundabilitate;

Menținerea tuturor mijloacelor tehnice de luptă pentru nescufundare, alimentarea de urgență într-o stare care să garanteze posibilitatea utilizării imediate a acestora;

Monitorizarea sistematică a stării tuturor structurilor carenei în vederea verificării uzurii acestora (coroziune), înlocuirea elementelor structurale individuale în timpul reparațiilor curente sau medii în cazul depășirii standardelor de uzură stabilite;

Vopsirea planificată a structurilor carenei;

Eliminarea distorsiunilor și lasării ușilor, trapelor și ferestrelor etanșe, ritmul sistematic al acestora și menținerea în bună stare a tuturor dispozitivelor de lapă;

Controlul deschiderilor exterioare, în special la andocarea unei nave;

Respectarea cu strictețe a instrucțiunilor de recepție și consum de combustibili lichizi;

Fixarea încărcăturii într-o manieră arimată și prevenirea mișcării acestora în timpul tanajului (în special peste navă);

Compensarea pierderilor de stabilitate cauzate de înghețarea vasului prin luarea de balast lichid și luarea de măsuri de îndepărtare a gheții (ciobire, spălare cu apă fierbinte);

Luptă pentru invincibilitate. Lupta pentru nescufundabilitate este înțeleasă ca un ansamblu de acțiuni ale echipajului care vizează menținerea și eventual refacerea rezervelor de flotabilitate și stabilitate ale navei, precum și aducerea acesteia într-o poziție care să ofere propulsie și controlabilitate.

Lupta pentru nescufundabilitate se desfășoară imediat după ce nava primește avarii și constă în combaterea apei care intră, evaluarea stării acesteia și măsurile de restabilire a stabilității și îndreptarea navei.

Combaterea apei care intră constă în detectarea pătrunderii apei în navă, luarea unor eventuale măsuri pentru prevenirea sau limitarea pătrunderii și răspândirea în continuare a apei din exterior prin navă, precum și înlăturarea acesteia. Totodată, se iau măsuri pentru a restabili impermeabilitatea lateralelor, a pereților etanși, a platformelor, și pentru a asigura etanșeitatea compartimentelor de urgență. Găurile mici, cusăturile deschise, crăpăturile sunt sigilate cu pene de lemn și dopuri (cotleturi) (Figura 3.11). Găurile mai mari sunt acoperite cu un plasture sau covor de metal dur, apăsat cu un scut.

Figura 3.11 - Pene și dopuri din lemn: Figura 3.12 - Șuruburi de prindere:

a, b, c - pene; d, e - dopuri a - cu suport rabatabil; b, c - cârlig.

Pentru fixarea acestora, trusa echipamentului de urgență include șuruburi și cleme speciale, bare distanțiere și pene (Figura 3.12 3.15). Sigilarea găurii în modurile descrise este o măsură temporară. După pomparea apei, refacerea finală a etanșeității se realizează prin betonarea găurii - plasarea unei cutii de ciment. Succesul sigilării orificiilor mici depinde de amplasarea acestora (la suprafață sau sub apă), de accesibilitatea orificiului din interiorul vasului, de forma acesteia și de amplasarea marginilor metalului rupt (în interiorul corpului sau în exterior).

Figura 3.13 - Petice metalice:

a - supapă; b - cu șurub de strângere; 1 - corp în formă de cutie; 2 - rigidizări; 3 - priză pentru opritor culisant; 4 - conducte de ramificație cu dopuri pentru tije de șuruburi cu cârlig; 5 - supapă; 6 - ochiuri pentru fixarea capetelor de coadă; 7.8 - șurub de strângere cu suport rabatabil; 9 - piuliță cu mânere; 10 - disc de presiune.

Figura 3.14 - Opritor metalic de glisare:

1.8 - rulmenti axiali; 2,3 - nuci cu manere; 4 - pin; 5 - tub exterior; 6 - tub interior; 7 - balama

În incinta adiacentă compartimentului de urgență, apa poate pătrunde ca urmare a filtrării acesteia prin diverse scurgeri (încălcarea etanșeității glandelor etanșe ale conductelor, cablurilor etc.). În astfel de cazuri, etanșeitatea este restabilită cu calafăt, pene sau dopuri, iar pereții etanși în sine sunt întăriți cu bare de urgență pentru a preveni flambajul sau distrugerea acestora.

Figura 3.15 - Clemă de urgență: a - cu mânere pentru rame tip canal; b - prindere pentru rame tip bec; 1 - clema; 2 - surub de prindere; 3 - manere cu surub de prindere; 4 - nuci-glisor; 5 - șuruburi de blocare; 6 - șuruburi de fixare două

bare de canale; 7- capturare

Figura 3.16 - Petice moi

a - educațional; 1 - pânză; 2 - firmware; 3 - lyktros; 4 - degetare de colț; 5 - krengels pentru capătul de control; b - umplut: 1 - husa de panza cu doua straturi; 2 - covoraș umplut; 3 - firmware; 4 - degetar unghiular; c - ușoară: 1 - degetar unghiular; 2 - lyktros; 3 - buzunar pentru șină; 4 - șină distanțier din țeavă; 5.7 - straturi de pânză; 6 - tampon de pâslă; g - zale din lant: 1,2 - strat dublu de perna de panza; 3 - plasture lyktros; 4 – inel grilă; 5 - șaibă pânză; 6 - lyktros ochiuri

Tencuielile moi (figura 3.16) sunt principalele mijloace de etanșare temporară a găurilor, deoarece se pot potrivi perfect de-a lungul contururilor carenei navei în orice loc.

Literatură:: p.36-47; : p.37-53, 112-119: : p.42-52; : cu. 288-290.

Întrebări pentru autocontrol:

1. Care sunt dimensiunile principale ale vasului?

2. Definiți navigabilitatea unei nave?

3. Flotabilitatea navei?

4. Dați o definiție a tuturor caracteristicilor operaționale volumetrice ale vasului?

5. Desenați o linie de încărcare și descifrați literele la pieptene?

6. Ce se numește nescufundabilitatea navei?

7. Ce măsuri organizatorice și tehnice asigură imposibilitatea de scufundare?

8. Ce se numește stabilitatea vasului?

9. Dați definiția înălțimii metacentrice?

Sistemul de direcție

Modele de cârmă

Cârma unei nave moderne este o aripă verticală cu nervuri interne de întărire, care se rotește în jurul unei axe verticale, zona pentru navele maritime este de 1/10 - 1/60 din suprafața părții scufundate a DP. (produsul lungimii navei și pescajului acestuia: LT).

Forma cârmei este influențată semnificativ de forma capătului din pupa al navei și de locația elicei.

În funcție de forma profilului penei, cârmele sunt împărțite în plate și profil aerodinamic. Volanul de profil este format din două carcase exterioare convexe cu nervuri și diafragme verticale la interior, sudate între ele și formând un cadru pentru creșterea rigidității, care este acoperit pe ambele părți cu foi de oțel sudate pe acesta.

Cârmele cu profil au o serie de avantaje față de cele lamelare:

Valoare mai mare a forței normale de presiune asupra volanului;

Este necesar un cuplu mai mic pentru a roti volanul.

În plus, cârma raționalizată îmbunătățește calitățile de propulsie ale navei. Prin urmare, el a găsit cea mai mare utilizare.

Cavitatea interioară a lamei cârmei este umplută cu un material poros care împiedică pătrunderea apei în interior. Lama cârmei este atașată de piesa cârmei împreună cu nervurile (Figura 4.1). Piesele de cârmă sunt turnate (sau forjate) împreună cu balamalele pentru agățarea cârmei pe stâlpul de cârmă (turnarea este uneori înlocuită cu o structură sudată), care este parte integrantă a stâlpului de pupa.

Dimensiunea ariei lamei cârmei depinde de tipul navei și de scopul acesteia. Pentru o evaluare aproximativă a suprafeței necesare cârmei, se folosește de obicei raportul S/LT, care este 1,8-2,7 pentru navele de transport maritim cu o singură cârmă și 1,8-2,2 pentru tancuri;

pentru remorchere - 3-6; pentru navele de navigație costieră - 2.3-3.3.

De metoda de conectare cu trupul şi numărul de suporturi cârmele pasive ale stiloului sunt împărțite în:

Simplu (multi-suport) (Figura 4.2, a, 6);

Semi-suspendat (single-support - suspendat pe un stoc și sprijinit pe corp la un punct) (Figura 4.2, c);

Suspendat (nesusținut, suspendat pe un stoc) (Figura 4.2, d).

De pozitia axei baller față de stilou se disting:

Cârmele sunt dezechilibrate (obișnuite), în care axa stocului trece pe lângă marginea anterioară a stiloului;

Echilibrare, axa ballerului în care se află la o oarecare distanță de marginea de conducere a cârmei. Cârmele de echilibrare semi-suspendate sunt numite și semi-echilibrare.

Cârmele dezechilibrate sunt instalate pe navele cu un singur rotor, semi-echilibrate și echilibrate - pe toate navele. Utilizarea cârmelor exterioare (echilibrate) face posibilă reducerea puterii mașinii de direcție prin reducerea cuplului necesar pentru deplasarea cârmei.

Figura 4.1 - Dispozitiv de direcție cu volan aerodinamic echilibrat semi-suspendat: 1 - lamă cârmă; 2 - ruderpis; 3 - rulment axial inferior al bilei; 4 - țeavă pentru cârma; 5 - rulment superior suport-axial al stocului; 6 - mașină de direcție; 7 - mecanism de direcție cu role de rezervă; 8 - stoc; 9 - bolțul inferior al lamei cârmei; 10 - ruderpost

Stocul cârmei- acesta este un arbore masiv cu care se rotește lama cârmei. Capătul inferior al tocului are de obicei o formă curbată și se termină cu o labă - o flanșă care servește la conectarea cu șuruburi cu paleta cârmei, ceea ce facilitează îndepărtarea cârmei în timpul reparațiilor. Uneori, în loc de flanșă (sau se folosește o conexiune conică. Atașarea lamei cârmei la stoc și a corpului pe multe tipuri de nave are multe în comun și diferă ușor.

Stocul cârmei intră în jocul pupa al carenei printr-un tub de babord al cârmei, care asigură etanșeitatea carenei, și are cel puțin două suporturi (lagăre) în înălțime. Suportul inferior este situat deasupra țevii babordului cârmei și, de regulă, are o etanșare a cutiei de presa care împiedică pătrunderea apei în carena navei; suportul superior se așează direct la locul unde este fixat sectorul sau tila. De obicei, suportul superior (lagăr de tracțiune) preia masa stocului și a lamei cârmei, pentru care se realizează o proeminență inelară pe stoc.

Pe lângă cârme, propulsoarele sunt folosite pe nave. Prin intermediul unei elice instalate în canalul transversal al carenei navei, acestea creează o forță de tracțiune în direcția perpendiculară pe DP-ul acesteia, asigură controlabilitate atunci când nava nu se mișcă sau când se deplasează la viteze extrem de mici, când dispozitivele convenționale de guvernare sunt ineficiente. Ca elice se folosesc elice cu pas fix sau variabil, elice cu palete sau pompe. Propulsoarele sunt amplasate la capetele de la prova sau pupa, iar pe unele nave sunt instalate două astfel de dispozitive atât la capul de la prova, cât și de la pupa. În acest caz, este posibil nu numai să răsuciți vasul pe loc, ci și să îl mutați lateral fără a utiliza elicele principale. Pentru a îmbunătăți manevrabilitatea, există și duze rotative fixate pe stoc și cârme speciale de echilibrare.

Postul de control

Parte scheme de control mecanismul de directie include:

Post de control cu ​​sistem servoelectric;

Transmiterea electrică de la postul de comandă la motorul electric.

Pentru controlul de la distanță a mașinilor de direcție electro-hidraulice de pe nave, sistemul de control Aist este utilizat pe scară largă. Împreună cu un girobusolă și o mașină de direcție, oferă patru tipuri de control: „Automat”, „Urmărire”, „Simplu”, „Manual”.

Tipurile de control „Automat”, „Urmărire” sunt principalele. În cazul unei defecțiuni a acestor tipuri de control al mașinii de direcție, acestea sunt transferate în „Simple”. În caz de defecțiune în funcționarea sistemului de transmisie electrică la distanță, aceștia trec la vizualizarea „Manual”.

Componentele sistemului „Aist” sunt panoul de control (PU) - pilotul automat „Aist”, actuatorul (IM-1) și senzorul de direcție (RD).

Postul de control principal este situat în timonerie, lângă busola de direcție și repetitorul girocompasului. Volanul sau panoul de control al direcției este de obicei montat pe aceeași coloană cu unitatea de pilot automat. Elementul principal al transmisiei electrice este un sistem de controlere plasate în coloana de direcție și conectate prin cabluri electrice la motorul electric de antrenare principal din compartimentul tijei.

mașini de direcție

Mașini de direcție. În prezent, două tipuri de mașini de direcție sunt utilizate pe scară largă - electrice și hidraulice. Funcționarea mașinilor de direcție este controlată de la distanță din timonerie, cu ajutorul unui cablu, role, transmisie electrică sau hidraulică. Pe navele moderne, ultimele două sunt cele mai comune.

Sisteme de direcție

Pe navele marinei sunt folosite o varietate de mecanisme de cârmă, printre care sisteme de cârmă cu electrice şi hidraulic motoarele producției interne și externe. Acestea asigură transmiterea forțelor motorului de direcție către stoc.

Printre acestea, două tipuri principale de unități sunt cunoscute pe scară largă.

Acționarea mecanică sector-tole de la un motor electric (Figura 4.3) este utilizată pe navele cu deplasare mică și medie.

În această unitate, timonei este fixat rigid pe suportul cârmei. Sectorul, montat liber pe stoc, este conectat la timone cu ajutorul unui amortizor cu arc, iar cu motorul de directie - printr-un angrenaj.

Cârma este deplasată de un motor electric prin sector și bară, iar sarcinile dinamice de la șocurile valurilor sunt amortizate de amortizoare.

Figura 4.3 - Dispozitiv de direcție cu antrenare mecanică a tijei sectorului

de la motor electric:

1 - tracțiune manuală (de urgență); 2 - motocul; 3 - reductor; 4 - sector de direcție; 5- motor electric; 6 - arc, 7 - stoc cârmă; Volan figurat cu 8 profiluri; 9 - segment al roții melcate și frână; 10 - vierme.

Schema de control a mașinii de direcție de sector cu transmisie electrică este afișată pe

figura 4.4

Figura 4.5 - Schema de control hidraulic al direcției

mașină de direcție cu două plonje:

1 - senzor de pozitie a volanului; 2 - retea de cablu; 3 - antrenarea motorului electric al pompei de ulei; 4 - pompa de ulei; 5 - coloana de directie; 6 - repetor de pozitie a carmei; 7- receptor telemotor; 8- cilindri hidraulici ai mașinii de direcție; 9- stocul cârmei; 10 - conductă de petrol; 11 - reglarea feedback-ului tijei servosistemului; 12 - senzor telemotor; 13 - conductă de petrol.

Acționarea pistonului de putere de la cilindrii hidraulici este utilizată pe navele moderne (Figura 4.5). Este format din doi cilindri hidraulici, o pompă de ulei, un telemotor și un sistem hidraulic.

Funcționarea dispozitivului este după cum urmează. Când volanul situat în timonerie este rotit, senzorul teledinamic al stației de control generează un semnal de comandă sub formă de presiune a uleiului, care este pompat în cilindrul telemotor de către sistemul hidraulic. Sub acțiunea acestui semnal, telemotorul conduce

sistem de feedback cu pârghie, care deschide accesul uleiului de putere la unul dintre cilindrii hidraulici. În acest caz, uleiul sub presiunea pompei este transferat de la un cilindru la altul, mișcând pistonul și rotind timonei, stocului și cârmei în direcția corectă. După aceea, tija de reglare revine în poziția zero, iar senzorul și repetorul fixează noua poziție a volanului.

Pentru ca presiunea uleiului din cilindrii hidraulici să nu crească atunci când un val puternic sau un ban de gheață mare lovește cârma, sistemul hidraulic este echipat cu supape de siguranță și arcuri amortizoare.

În caz de defecțiune a telemotorului, mașina de direcție poate fi controlată manual din compartimentul timonei.

Când ambele pompe de ulei se defectează, acestea trec la schimbarea manuală a cârmei, pentru care conductele sistemului hidraulic sunt conectate direct la cilindrii hidraulici, creând presiune în ei prin rotirea volanului în postul de comandă.

Dispunerea unităților unei mașini de direcție cu două plonjeri cu un principiu similar de funcționare este prezentată în Figura 4.6. Aceste mașini sunt cele mai utilizate pe navele moderne, deoarece oferă cea mai mare eficiență a întregului mecanism de cârmă. În ele, presiunea uleiului de lucru în cilindrii hidraulici este transformată direct mai întâi în mișcarea de translație a pistonului, iar apoi printr-o transmisie mecanică în mișcarea de rotație a cârmei, care este conectată rigid la timonei. Presiunea de ulei și puterea necesară a mecanismului de direcție sunt formate din pompe cu piston radial de capacitate variabilă și este distribuită peste cilindri printr-un telemotor, care primește o comandă de la volan de la timonerie.

Factorul de utilizare a capacității nete de transport a navei (formula, explicația acesteia și limitele pentru modificarea acestui indicator).

Stabilitate numită capacitatea navei de a rezista forțelor care o abate de la poziția de echilibru și de a reveni la poziția inițială de echilibru după terminarea acestor forțe.

Condițiile de echilibru ale navei obținute în capitolul 4 „Plotibilitatea” nu sunt suficiente pentru ca aceasta să plutească constant într-o poziție dată față de suprafața apei. De asemenea, este necesar ca echilibrul vasului să fie stabil. Proprietatea, care în mecanică se numește stabilitatea echilibrului, în teoria navei se numește de obicei stabilitate. Astfel, flotabilitatea asigură condițiile pentru poziția de echilibru a navei cu o aterizare dată, iar stabilitatea asigură păstrarea acestei poziții.

Stabilitatea vasului se modifică odată cu creșterea unghiului de înclinare și la o anumită valoare se pierde complet. Prin urmare, pare oportun să se studieze stabilitatea vasului la abateri mici (teoretic infinitezimale) de la poziția de echilibru cu Θ = 0, Ψ = 0, iar apoi să se determine caracteristicile stabilității sale, limitele admisibile ale acestora la înclinații mari.

Este obișnuit să distingem stabilitatea navei la unghiuri mici de înclinare (stabilitate inițială) și stabilitate la unghiuri de înclinare mari.

Când se iau în considerare înclinații mici, este posibil să se facă o serie de ipoteze care să permită studierea stabilității inițiale a vasului în cadrul teoriei liniare și obținerea unor dependențe matematice simple ale caracteristicilor sale. Stabilitatea vasului la unghiuri mari de înclinare este studiată folosind o teorie neliniară rafinată. Desigur, proprietatea de stabilitate a navei este unificată, iar diviziunea acceptată este pur metodologică.

Când se studiază stabilitatea unui vas, înclinațiile sale sunt luate în considerare în două planuri reciproc perpendiculare - transversal și longitudinal. Când vasul este înclinat în plan transversal, determinat de unghiurile de călcâie, se studiază stabilitate laterală; cu înclinări în plan longitudinal, determinate de unghiurile de tăiere, studiați-l stabilitate longitudinală.

Dacă înclinarea navei are loc fără accelerații unghiulare semnificative (pomparea mărfurilor lichide, flux lent de apă în compartiment), atunci stabilitatea se numește static.

În unele cazuri, forțele care înclină vasul acționează brusc, provocând accelerații unghiulare semnificative (furtună de vânt, val de val etc.). În astfel de cazuri, luați în considerare dinamic stabilitate.

Stabilitatea este o proprietate nautică foarte importantă a unei nave; impreuna cu flotabilitatea asigura navigatia navei intr-o pozitie data fata de suprafata apei, necesara pentru a asigura propulsia si manevra. O scădere a stabilității navei poate provoca o rulare de urgență și o compensare, iar o pierdere completă a stabilității poate provoca răsturnarea acesteia.

Pentru a preveni o scădere periculoasă a stabilității navei, toți membrii echipajului trebuie:

aveți întotdeauna o idee clară despre stabilitatea navei;

cunoașteți motivele care reduc stabilitatea;

cunoaște și poate aplica toate mijloacele și măsurile pentru menținerea și restabilirea stabilității.