Остойчивость формы и остойчивость нагрузки

Рассмотрение этого вопроса позволяет установить природу остойчивости, выяснить физические причины возникновения восстанавливающего момента при наклонениях судна. В соответствии с метацентрическими формулами остойчивости (углы Θ и Ψ выражены в радианах):

mΘ = γV h Θ = γV (r – α) Θ = γV r Θ – γV α Θ;

МΨ = γV Н Ψ = γV (R – α) Ψ = γV R Ψ – γV α Ψ.

Таким образом, восстанавливающие моменты mΘ , МΨ и плечи статической остойчивости lΘ, l Ψ представляют собой алгебраическую сумму их составляющих:

mΘ = mф + mн; МΨ = Мф + Мн;

lΘ = lфΘ + lнΘ ; l Ψ = l фΨ + l нΨ,

где моменты

mф = γV r Θ;

Мф= γV R Ψ,

принято называть моментами остойчивости формы, моменты

mн = – γV α Θ;

Мн = – γV α Ψ,

моментами остойчивости нагрузки, а плечи

lфΘ = mф / γV;

lфΨ = Мф / γV,

поперечными и продольными плечами остойчивости формы, плечи

lнΘ = – mн / γV;

lнΨ = – Мн / γV,

поперечными и продольными плечами остойчивости нагрузки.

Так как: r = остойчивость формы и остойчивость нагрузки - student2.ru ; R = остойчивость формы и остойчивость нагрузки - student2.ru ; α = zg – zc,

где Jx и Jyf – момент инерции площади ватерлинии относительно поперечной и продольной центральной оси соответственно, то моменты формы и нагрузки можно представить в виде:

mф = γ Jx Θ , Мф= γ Jyf Ψ;

mн = – γV (zg – zc) Θ , Мн = – γV(zg – zc) Ψ.

По своей физической природе момент остойчивости формы всегда действует в сторону, противоположную наклонению судна, и, следовательно, всегда обеспечивает остойчивость. Он вычисляется через момент инерции площади ватерлинии относительно оси наклонения. Именно остойчивость формы предопределяет значительно большую продольную остойчивость по сравнению с поперечной т.к. Jyf » Jx.

Момент остойчивости нагрузки из-за положения ЦТ выше ЦВ α = (zg – zc ) > 0, всегда уменьшает остойчивость судна и по существу она обеспечивается только остойчивостью формы.

Можно предположить, что в случае отсутствия ватерлинии, например, у подводной лодки в подводном положении, момент формы отсутствует (Jx = 0). В подводном положении подводная лодка за счет балластировки специальных цистерн, имеет положение ЦТ ниже ЦВ, в результате ее остойчивость обеспечивается остойчивостью нагрузки.

Определение мер начальной остойчивости

Судна

5.7.1. Посадка судна прямо и на ровный киль. В случаях, когда судно плавает с незначительными углами крена и дифферент, меры начальной остойчивости могут быть определены с помощью метацентрических диаграмм.

При заданной массе судна, определение мер начальной остойчивости сводится к определению аппликат метацентров (или метацентрических радиусов и аппликаты ЦВ) и аппликаты ЦТ.

Аппликата ЦВ zc и метацентрические радиусы r, R являются характеристиками погруженного объема судна и зависят от осадки. Эти зависимости представлены на метацентрической диаграмме входящей в состав кривых элементов теоретического чертежа (рис.21). По метацентрической диаграмме (рис.42) можно не только определить zc и r, но при известной аппликате ЦТ, найти поперечную метацентрическую высоту судна.

На рис.42 представлена последовательность расчета поперечной метацентрической высоты судна при приеме груза. Зная массу принятого груза m и аппликату его центра тяжести z, можно определить новую аппликату ЦТ судна zg1 по формуле:

zg1 = zg + остойчивость формы и остойчивость нагрузки - student2.ru ( z– zg),

где zg – аппликата ЦТ судна до приема груза.

       
  остойчивость формы и остойчивость нагрузки - student2.ru   остойчивость формы и остойчивость нагрузки - student2.ru
 

5.7.2. Посадка судна с дифферентом.При плавании судна с дифферентом в воду входят более полные участки корпуса, что приводит к увеличению площади ватерлинии (остойчивости формы) и соответственно поперечной метацентрической высоты. У промысловых судов кормовые обводы полнее носовых, поэтому следует ожидать при дифференте на корму увеличение, а при дифференте на нос уменьшение поперечной остойчивости судна.

Рис.42. Метацентрическая Рис.43. Диаграмма Фирсова – Гундобина

диаграмма

Для вычисления поперечной метацентрической высоты судна с учетом дифферента используют диаграммы Фирсова – Гундобина, начальной остойчивости КТИРПиХ и интерполяционные кривые.

Диаграмма Фирсова – Гундобина (рис.43), отличается от диаграммы Фирсова тем, что содержит кривые zm и zc, значения которых определяются по известным осадкам судна носом и кормой.

Диаграмма начальной остойчивости КТИРПиХ (рис.44) позволяет определить аппликату метацентра судна zm по известной массе Δ и абсциссе его центра тяжести xg.

По диаграмме интерполяционных кривых (рис.45) можно при известных осадках судна носом и кормой найти поперечный метацентрический радиус r и аппликату центра величины судна zc.

Диаграммы, показанные на рис. 43 – 45, позволяют найти zm при любой посадке судна, в том числе и на ровный киль. Следовательно, они дают возможность проанализировать влияние дифферента на начальную поперечную остойчивость судна.

 
  остойчивость формы и остойчивость нагрузки - student2.ru

остойчивость формы и остойчивость нагрузки - student2.ru
Рис.44. Диаграмма начальной Рис.45.Диаграмма для определения zc и r

остойчивости траулера типа “Карелия“

Наши рекомендации