Общие сведения из теории качки и морского волнения

Качка судна, как правило, возникает на взволнованной поверхности под действием набегающих волн.

При изучении качки необходимо рассматривать судно и жидкость как единую гидродинамическую систему. Однако, на практике пользуются упрощенной теорией Фруда-Крылова, в которой качку судна рассматривают как колебания твердого тела под действием приложенных к нему сил и моментов.

Колебательные движения судна рассматривают отдельно на тихой воде и на волнении. Это объясняется тем, что при изучении качки на

тихой воде можно относительно просто определить параметры и характеристики качки, от которых в значительной мере зависит поведение судна на волнении.

Колебания судна на тихой воде под действием возмущающих сил после прекращения их действия называются свободными колебаниями судна.Они характеризуются периодом, амплитудой и частотой.

Приближенно периоды бортовой, килевой и вертикальной качки определяются соответственно так:

(1.1)

I_х -момент инерции массы судна с присоединенной массой воды;

D - высота борта;

g - 9,81 м/с² -ускорение силы тяжести;

d,a- коэффициент общей полноты и полноты ватерлинии.

Из формулы t_q видно, что для обеспечения плавности качки, т.е. увеличения ее периода, необходимо уменьшать метацентрическую высоту, что приводит к уменьшению остойчивости судна. Поэтому выбор метацентрической высоты представляет некую трудность, так как необходимо обеспечить достаточную остойчивость, а с другой стороны предотвратить порывистость качки.

Колебания судна под действием возмущающих периодических, т.е. действующих через определенные промежутки сил и в частности волнения, называется вынужденными колебаниями. Так как причиной качки судна является волнение, рассмотрим его основные параметры.

В теории качки волны считаются правильными, двухмерными и гармоническими (синусоидальными). На рисунке 1.2 показаны основные элементы волнового профиля.

К основным параметрам морского волнения относятся:

1. Период волны t; частота s;

2. Наибольший угол волнового склона a_m;

3. Скорость распространения волн С; 4. Длина волны l.

Эти параметры рассчитываются по следующим зависимостям:

t = 0,8 ×Öl;

s = 7,85 / Öl;

a_m= 2pr_m /l;

С = 1.25 Öl,

где: r_m- половина высоты волны.

Для приближенного вычисления высоты волны используют формулу Циммермана:

2 r_m = 0.17l^3/4 1.3

Для суждения об интенсивности качки судна на волнении необходимо провести сравнение периода волны и периода свободных колебаний судна. Если период волнения близок к периоду свободных колебаний судна, то амплитуда вынужденных колебаний судна резко возрастает и наступает явлениерезонанса, при котором может произойти возникновение ударов носовой оконечности о воду (слеминг), значительное заливание палубы, снижение скорости судна, опрокидывание судна.

Избежать резонанса или уменьшить его воздействие на судно можно путем изменения скорости и курса судна. Эта задача решается по специальным диаграммам В отечественной практике для этих целей пользуются диаграммой Ю.В.Ремеза.