Понятие о непотопляемости судна

Непотопляемость - способность судна с частично затопленными отсеками не тонуть и не опрокидываться. Условия и обстоятельства, ведущие к такому финалу, чрезвыяайно разнообразны. Наиболее серьезными причинами является разрушение конструкции корпуса, приводящие к потери поперечной или продольной остойчивости или плавучести (или того и друго вместе в результате затопления отсеков).

Непотопляемость обеспечивается тремя комплексами мер:

конструктивный комплекс - запас плавучести, разделение корпуса переборками, палубами, платформами на водонепроницаемые отсеки; устройство надежных закрытий на всех вырезах и отверстиях в корпусе; оборудование специальных судовых систем и специального аварийного снабжения и инвентаря (пластыри, заглушки и т.д.);

превентивный (профилактический) комплекс - все меры по предотвращению попадания воды внутрь корпуса при эксплуатации; поддержание готовности экипажа, технических средств (систем, оборудования и аварийного снабжения) к борьбе за непотопляемость (проведением учебных тревог и тренажа);

оперативный комплекс - борьба за непотопляемость: экстренные меры по сохранению и повышению аварийной плавучести и остойчивости при получении пробоины и частичном затоплении помещений корпуса: заведение пластыря, установка заглушек, цементных ящиков, осушение, откатка и перекатка забортной воды, спрямление судна.

Понятие о ходкости судна

Ходкость - способность судна двигаться с заданной скоростью при минимальных затратах мощности. Способствуют повышению ходкости совершенствование формы корпуса, применение бульбообразной формы носовой и кормовой оконечности, уменьшение смоченной поверхности крупных судов (за счёт увеличения полноты обводов), оптимизация винтов, их очистка и полировка, очистка корпуса от обрастания, покраска подводной части корпуса самополирующимися красками.

Судно двигаясь благодаря движителю испытывает сопротивление воды и воздуха, на преодоление которого расходуется сила упора винта. Сопротивление воды сложное явление, включающее силы различной природы, зависящие от различных свойств жидкости. Это силы трения и силы давления.

Силы трения обусловлены касательными силами, возникающими на поверхности корпуса судна и зависящими от вязкости среды и состояния корпуса. На новых или хорошо очищенных и окрашенных корпусах силы трения уменьшаются.

Одна составляющая сил давления тоже связана с вязкостью и называется сопротивлением формы. Эта составляющая зависит от формы корпуса судна. У хорошо обтекаемых тел, с большим удлиненими и заостренной кормой эта составляющая невелика. У балкеров и барж она увеличивается.

Вторая составляющая сил давления зависит от сил гравитации и называется волновым сопротивлением. В результате при полном штиле возникают две системы, не зависящих от ветра, т.н. корабельных волн — в районе форштевня и ахтерштевня. На их величину оказывает значительное влияние форма носа и кормы. Например, носовой бульб уменьшает волновое сопротивление. При увеличении скорости волновое сопротивление резко возрастает.

Для судов при средних скоростях 15-20 узлов сопротивление воздуха значительно меньше сопротивления воды.

Понятие об управляемости

Управляемость - способность судна выдерживать заданное направление движения (устойчивость на курсе) и изменять его по команде судоводителя (поворотливость). Свойства антагонистичны: устойчивые на курсе суда имеют слабую поворотливость (линейные суда), а поворотливые суда (буксиры и другие портовые суда) не устойчивы на курсе (рыскливы).

Судно считается эксплуатационно-устойчивым на курсе, если его удается поддерживать на курсе 3 - 4 небольшими перекладками руля в минуту (2°-5°).

Характеристики управляемости в значительной степени определяются эффективностью руля, зависящей от его конструкции, площади пера руля, а также скорости судна. При уменьшении скорости судна эффективность руля резко падает. Поэтому для швартовки на судне устанавливаются подруливающие устройства и могут понадобятся услуги буксиров (рис.4.8).

Поворотливость характеризует манёвр циркуляция (рис.4.9).

После перекладки руля на борт судно начинает дрейфовать под действием силы, приложенной к рулю, в сторону, противоположную повороту. Это смещение относительно первоначального направления движения называется обратным смещением. В этот период судно получает крен в сторону поворота. Постепенно судно разворачивается в сторону поворота, траектория его движения становится близкой к окружности. При этом судно наклоняется в другую сторону – наружу от траектории движения. Характерной точкой траектории является точка, в которой диаметральная плоскость судна (ДП) перпендикулярна первоначальному направлению движения судна. Расстояние от начала манёвра до этой точки называется выдвигом, а поперечное смещение от первоначального направления движения до этой точки называется прямым смещением. Диаметр правильной окружности, которую начинает описывать судно, называется диаметром циркуляции.

Расстояние между первоначальным направлением движения и точкой, в которой судно (ДП) повернулось на 180^о, называется тактическим диаметром циркуляции. Поворотливость судна обычно оценивается по отношению диаметра циркуляции к длине судна (для морских судов 3-5).

Поворотливость судна и послушливость его рулю характеризует манёвр «зиг-заг» или «змейка, речь о котором будет в последующих курсах.

Понятие о качке судна

При плавании судно подвергается качке лишь на взволнованной поверхности моря. При спокойной поверхности (на тихой воде) качку можно вызвать только искусственно. Основной причиной возникновения морских волн является кинетическая энергия ветра. Поведение судна на волнении зависит от характера волнения и характеристик самого судна, например его остойчивости, загрузки, формы корпуса, главных размерений, скорости и направления движения в данный момент по отношению к волне, наличия скуловых килей и т.д.

Колебательное движение судна представляет взаимосвязанную комбинацию трех видов качки: бортовой, килевой и вертикальной.

Период бортовой качки судна на тихой воде в сек, т.е. время, в течении которого судна наклонилось и встало - период собственных колебаний, можно получить по приближенной формуле

ТQ = k B/ , где коэффициент k = 0,77 – 0,8 зависит от типа судна и состояния нагрузки.

приближенные значения периодов килевой ТY и вертикальной качки Тz

ТY = Тz = 2,4 .

Важной характеристикой качки на волнении является амплитуда (наибольший угол наклонения судна по отношению к горизонту). Амплитуда во многом зависит от соотношения периода качки судна на тихой воде и периода волны.

Период волны – время в сек., в течение которого через данную точку пространства проходят смежные вершины или подошвы волны (рис.4.10).

В случае равенства или даже близких значений периодов волн и качки наступает резонанс и тогда амплитуда качки судна достигает больших значений.

Рис.4.10. Элементы ветровой волны: l – длина волны; hв – высота волны; amax – максимальный угол волнового склона

Показанная на рис.4.10 идеальная волна называется «регулярной» в отличие от реального морского волнения, которое называется «нерегулярным» и получается в результате наложения разных систем волн, влияния мелководья, побережья и т.д.

Поведение судна на волнении зависит от его остойчивости. Судно, обладающее большой метацентрической высотой, имеет сравнительно короткий период и стремительные размахи бортовой качки, судно с небольшой метацентрической высотой колеблется медленее. По этой причине качка буксира или балкера с тяжелым грузом, обладающих избыточной остойчивостью, переносится значительно хуже, чем качка на котейнеровозе или пассажирском судне. Качка безусловно вредное явление, уменьшить влияние которого на конструкции, механизмы и людей насущная задача. Для этих целей на судах устанавливают скуловые кили, активные рули, успокоительные цистерны, гироскопические успокоители, которые в основном уменьшают бортовую качку.

КОНСТРУКЦИЯ КОРПУСА

Понятие о прочности судна

Прочностью называется способность судна воспринимать действующие нагрузки без разрушений и остаточных деформаций.

Нагрузками для корпуса судна являются силы тяжести корпуса, оборудования, устройств, запасов, грузов и снабжения, силы гидростатического давления воды, инерционные силы при качке, удары волн о корпус и т.д.

Корпус судна, с точки зрения прочности, рассматривают как мощную пустотелую коробчатую балку переменного сечения, образованную бортами, днищем и верхней палубой и подкрепленную поперечными и продольными переборками, платформами и палубами.

Постоянные силы, действующие на судно, в целом взаимно уравновешиваются (силы тяжести и силы поддержания), но они распределены неодинаково по длине судна. Поэтому в пределах каждого ограниченного участка длины преобладают те или иные силы. Из-за этого в корпусе развиваются перерезывающие силы (стремящиеся сместить одну часть корпуса относительно другой) и изгибающие моменты, корпус судна деформируется как балка, получая прогиб (палуба сжата) или перегиб (палуба растянута) в вертикальной плоскости. Прочность этой балки-корпуса называется общей или продольной прочностью. При изгибе в сечениях корпуса появляются нормальные и касательные напряжения, которые уравновешивают внешние силы. Величины напряжений зависят от положения элемента корпуса по длине и высоте судна, достигая наибольших значения в районе миделя на палубе и на днище судна – нормальные напряжения и на четвертях длины судна примерно на середине высоты борта – касательные напряжения. Нормальные напряжения воспринимают балки, идущие вдоль судна, например: вертикальный киль, днищевые стрингера, карлингсы, продольные балки днища, двойного дна, палубы и обшивка корпуса. Указанные силы действуют как при отсутствии волнения, на так называемой «тихой воде» так и на волнении. Для каждого судна наиболее опасной является волна, длина которой примерно равна длине судна.

При этом, наиболее неблагоприятными являются положения судна, когда его мидель-шпангоут располагается на вершине либо на подошве волны (рис.5 1).

Дополнительные напряжения, возникающие на волнении добавляются к напряжениям на «тихой воде».

Местная прочность – это прочность отдельных конструкций (палубы, двойного дна, люковых крышек, переборок и т.д.), воспринимающих различные местные нагрузки. Например, набор, настил палубы и люковые закрытия воспринимают вес расположенных на палубе и на крышках грузов, днище и борта — давление забортной воды. Наибольшие нагрузки, на которые рассчитаны конструкции, называются допустимыми. Они соответствуют допускаемым напряжениям, которые может воспринимать конструкция без ущерба для своей работоспособности и целостности в течении длительного времени. В документах судна всегда задаются допустимые нагрузки на те перекрытия, которые предназначены для перевозки груза.

Рис.5.1. Изгиб судна на волнении: а – на вершине волны; б – на подошве волны.

1 – вышедший из воды объем; 2 – вошедший в воду объем; f – стрелка прогиба корпуса от действующих на него сил.