Способы расчета непотопляемости и остойчивости судов

Обновлено: 01.05.2024

Непотопляемостью называют способность судна сохранять плаву­честь и необходимую остойчивость после затопления одного или не­скольких отсеков корпуса. Обеспечение непотопляемости является важнейшим условием безопасности плавания судна.

Характеристики непотопляемости судов нормируются Правилами Регистра. Судно признается удовлетворяющим требованиям непотоп­ляемости, если аварийная ватерлиния при затоплении расчетных отсе­ков ни в одной точке не пересекает предельную линию погружения, проведенную на бортах корпуса ниже кромки незакрытых отверстий на 75 мм.

Требования к остойчивости поврежденного судна считаются выпол­няемыми, если расчеты для случая затопления указанного числа отсе­ков покажут следующее:

· начальная метацентрическая высота в конечной стадии затопле­ния, определенная методом постоянного водоизмещения, составляет не менее 0,05 м;

· угол крена при этом без принятия мер по спрямлению не превышает 15°;

· аварийная ватерлиния на 300 мм проходит ниже отверстий в бор­тах или переборках;

· диаграмма статической остойчивости поврежденного судна имеет достаточную площадь участков с положительными плечами.

В период проектирования судна разрабатывают документ, содержа­щий информацию об аварийной остойчивости и посадке аварийного судна. Пользуясь ею, капитан в случае аварии имеет возможность оце­нить состояние поврежденного судна и принять необходимые меры по его спасению.

Непотопляемость судов обеспечивается прежде всего определен­ными конструктивными мероприятиями, а также грамотными действия­ми экипажа в аварийной ситуации. Так, при проектировании судна выбирают такую высоту непроницаемого надводного борта, при кото­рой обеспечиваются достаточные запасы плавучести и остойчивости.

Важнейший фактор, обеспечивающий непотопляемость судна, — разделение корпуса на отсеки прочными водонепроницаемыми перебор­ками. Разбивку на отсеки выполняют с учетом возможных поврежде­ний и влияния затопления каждого из отсеков на крен, дифферент и остойчивость судна. Объем любого отсека должен быть меньше запаса плавучести, а уменьшение остойчивости при затоплении отсека не должно сопровождаться опрокидыьанием судна. В процессе проекти­рования выполняют специальный расчет и строят кривую предельных длин отсеков, которая определяет максимально допустимое расстояние между водонепроницаемыми переборками. Число переборок должно удовлетворять требованию по их минимуму, обеспечивая при этом за­данные требования по сохранению мореходных качеств после затопле­ния части отсеков.

Иногда на крупных судах отсеки, ограниченные поперечными переборками, делят продольными водонепроницаемыми переборками. Однако наличие таких переборок может вызвать опасный крен судна после затопления отсека, ширина которого меньше ширины судна. Для ликвидации крена в подобных случаях разрабатывают систему затопле­ния отсеков, что позволяет при сохранении достаточной остойчивости спрямить судно.

Важное значение для сохранения мореходных качеств судна после затопления одного из отсеков имеют предупредительные организаци­онно-технические мероприятия, для выполнения которых личный со­став проходит специальную подготовку и тренировку. К таким меро­приятиям относятся: поддержание в процессе эксплуатации судна не­проницаемости наружной обшивки, палуб, переборок и сохранение гер­метичности люковых закрытий; сохранение необходимого запаса пла­вучести и остойчивости; содержание средств борьбы за живучесть в полной готовности к действию.

Борьба за непотопляемость судна обеспечивается быстрыми и точ­ными действиями экипажа согласно разработанным инструкциям и наставлениям.

Комплекс предупредительных мер по сох­ранению непотопляемости в случае аварии включает следующее.

1. Контроль остойчивости неповрежденно­го судна, которая должна быть достаточной для компенсации ее потерь, вызванных затоп­лением, и сохранения ее нормированного ава­рийного минимума. С этой целью при состав­лении исполнительного варианта каргоплана, а также в течение рейса нельзя допускать превышения предельного значения статического момента водоизмещения Мz приведенного в Информации об остойчивости и в Информации о непотопляемости.

2. Заблаговременную оценку с помощью Информации о непотопляемости степени обес­печения непотопляемости в конкретном рейсе и прежде всего выявление и фиксирование на доске нагрузки и остойчивости (оперативном планшете) одиночных отсеков, а также пар смежных отсеков, при затоплении которых в данном рейсе непотопляемость не обеспечена.

3. Обеспечение водонепроницаемости кор­пуса в процессе эксплуатации с целью преду­преждения поступления воды в отсеки и рас­пространения ее в смежные отсеки в случае затопления одного из них.

4. Обеспечение и поддержание постоянной и немедленной готовности экипажа и техниче­ских средств к борьбе за непотопляемость.

В Информации о непотопляемости для каждого варианта затопления приведены кон­кретные меры. Наряду с этим может возник­нуть возможность и необходимость использо­вать и другие общие меры из приведенного ниже перечня.

Меры по сохранению аварийной остойчи­вости и плавучести:

а) предотвращение поступления забортной воды в неповрежденные помещения при крене, дифференте и при качке путем закрытие всех иллюминаторов, люков, дверей и других от­верстий, за исключением используемых в борь­бе за живучесть судна;

б) снижение интенсивности поступления воды в поврежденные отсеки путем соответст­вующего маневрирования судном при данных гидрометеорологических условиях;

в) предотвращение поступления воды из поврежденных отсеков в смежные помещения через отверстия в переборках и сварные швы;

г) откачка фильтрационной воды из непо­врежденных отсеков;

д) подкрепление деформированных пере­борок, находящихся под аварийным напором воды;

е) заделка пробоины и откачка воды из поврежденных отсеков при первой возмож­ности;

ж) контроль за состоянием отсеков, смеж­ных с аварийным.

Меры по повышению аварийной остойчи­вости:

а) откачка жидких грузов из высокораспо­ложенных неповрежденных танков и цистерн;

б) прием водяного балласта в низкорас­положенные цистерны (при достаточном запасе аварийной плавучести);

в) быстрое удаление воды с палуб судна;

г) удаление льда с палуб и надстроек;

д) удаление груза с верхних палуб (в са­мых крайних случаях).

Меры по повышению аварийной плаву­чести:

а) откатка воды из неповрежденных тан­ков и цистерн. При недостаточной аварийной остойчивости или недопустимом ее снижении такая откатка разрешается только из цистерн, расположенных выше ЦТ судна;

б) осушение затопленных отсеков после заделки пробоин.

Меры по спрямлению и удифферентовке судна:

а) перекачка жидких грузов в цистерны, наиболее удаленные от района повреждения, или прием в них жидкого балласта;

б) откатка жидких грузов из цистерн, рас­положенных вблизи района повреждения, если это позволяет остойчивость;

в) перекачка жидких грузов из цистерн поврежденного борта в цистерны неповрежденного борта или балластировка последних.

Меры по повышению (частичному восста­новлению) аварийной остойчивости и плаву­чести:

а) меры по повышению остойчивости должны предшествовать мерам по спрямлению судна, это особенно важно в тех случаях, когда начальная метацентрическая высота от­рицательна или близка к нулю;

б) следует всегда помнить, что крен после аварии может быть вызван отрицательной на­чальной остойчивостью или несимметрией за­топления относительно диаметральной пло­скости.

При отрицательной начальной остойчиво­сти совершенно недопустимо спрямление судна контрзатоплением отсеков противоположного борта, так как это может привести к перевали­ванию и опрокидыванию судна через противо­положный борт. В таких случаях крен следует уменьшать исключительно восстановлением остойчивости путем затопления или осушения только симметричных относительно ДП от­секов;

в) принципиально важно оценить знак на­чальной остойчивости до принятия мер по вос­становлению остойчивости и плавучести. Для этого значение, начальной метацентрической высоты h должно быть оценено заранее на ос­нове данных Информации и оперативного планшета. Свидетельством отрицательной на­чальной остойчивости после затопления могут быть следующие характерные признаки:

появление крена при точно установленном симметричном относительно ДП затоплении;

переваливание с борта на борт под воздей­ствием случайных причин (перекладки руля на ходу, волнения и т. д.);

наличие крена, противоположного вызван­ному несимметрией затопления;

большие количества фильтрационной воды в отсеках и в помещениях судна при пустых днищевых отсеках.

При восстановлении остойчивости и спрям­лении судна цистерны должны заполняться и осушаться полностью; манипуляции по приему балласта при перекачке необходимо произво­дить одновременно только с одной парой ци­стерн; крен и дифферент следует уменьшать не сразу, а по этапам.

Основной документ по непотопляемости — Оперативная информация о непотопляемости судна (ОИ), которая дает возможность решать задачи трех типов:

· заранее на стадии составления каргоплана дать ограничения или рекомендации по обеспе­чению аварийной посадки и остойчивости в данном рейсе;

· заранее или на любом этапе рейса опре­делить и оценить аварийную посадку и остой­чивость при затоплении одного или группы отсеков, выделить (по обоснованным призна­кам) те тяжелые случаи повреждения и затоп­ления отсеков, в которых судно обречено и борьба за его спасение становится бессмыс­ленной;

· в зависимости от полученной оценки ава­рийного состояния дать для каждого случая затопления конкретные рекомендации по пер­воочередным мерам борьбы за спасение судна и по срочным мерам для спасения экипажа в случае, если судно обречено.

Следует помнить, что только Оператив­ная информация, составленная достаточно полно для конкретного судна, позволяет наи­более точно определить аварийную посадку и остойчивость судна. При отсутствии Информа­ции или при устаревших ее формах для грубой оценки состояния судна при затоплении единич­ного отсека могут быть использованы прибли­женные формулы (табл. формул), полученные ме­тодом постоянного водоизмещения при за­топлении отсеков трех категорий:

1) отсек затоплен полностью и объем воды в нем не зависит от того, сообщается он с забортной водой или нет;

2) отсек затоплен не полностью и не со­общается с забортной водой;

3) отсек затоплен не полностью и сообща­ется с забортной водой.

В формулах (см. табл. формул) приняты сле­дующие обозначения:

относящиеся к состоянию судна до затоп­ления отсека:

s0 — объемное водоизмещение судна. м 3 ;

S, xf —площадь (м 2 ) и абсцисса ЦТ пло­щади ватерлинии, м;

h, H—поперечная и продольная началь­ные метацентрическне высоты судна, м;

d, d H, dK—осадки (углубления) при ЦТ ва­терлинии и при носовом и кормо­вых перпендикулярах, м;

L — длина судна между перпендикуля­рами, м;

относящиеся к затопленному отсеку:

V — объем воды в затопленном отсеке, а для отсека 3-й категории — объем воды в затопленном отсеке по первоначальную ватерлинию до за­топления отсека, м 3 ;

х, у, z — координаты ЦТ объема V, м;

s -- потерянная площадь ватерлинии, т. е. площадь поверхности воды в затопленном отсеке на уровне первоначальной ватерлинии до за­топления отсека, м 2: ;

xs, уs, — координаты ЦТ потерянной пло­щади ватерлинии, м;

isx, isy — собственные моменты инерции по­терянной площади ватерлинии от­носительно осей, параллельных ко­ординатным, м 4 ;

ix, iv — собственные моменты инерции свободной поверхности воды в за­топленном отсеке относительно осей, параллельных координат­ным, м';

относящиеся только к случаю затопления отсека 3-й категории:

S' — действующая площадь ватерли­нии, которую судно имело до за­топления отсека, м 2 ;

х'f, у'f — координаты ЦТ действующей пло­щади ватерлинии S', м;

ipx, ipy— потерянные моменты инерции пло­щади ватерлинии, м 4 ;

d'—осадка (углубление) судна при ЦТ действующей площади ватер­линии S, м.

Посадку судна и изменение его остойчивости при затоплении отсека полностью, как может быть при затоплении междудонного пространст­ва, оценивают по методу начальной остойчивости, используя все зави­симости из задачи о приеме груза.

Для оценки посадки и остойчивости судна при затоплении отсека, сообщающегося с забортной водой, но не заполняемого полностью,

удобнее пользоваться методом по­стоянного водоизмещения. Суть ме­тода состоит в том, что заполнен­ный водой отсек исключают при оп­ределении элементов плавучести, а масса судна остается неизменной. Для решения задачи зададим эле­менты затопленного отсека (рис.11):

S0T — площадь затопленного отсека ( потерянная площадь ватерлинии), м 2 ;

Jx, Jy — моменты инерции потерянной площади относительно продольной и по­перечной осей, м 4 ;

х, у, z — координаты ЦТ затопленного отсека, м.


Рис. 11. Затопление отсека III кате­гории

Тогда изменение средней осадки судна после затопления отсека

где r — плотность воды, т/м 3 ;

V3 — объем затопленного отсека, м 3 ;

S — пло­щадь действующей ватерлинии, м 2 .

Осадки носом и кормой после затопления отсека

Тн, к = Т + D T + (L/2) tg y

Изменение поперечной метацентрической высоты определяется из­менением метацентрического радиуса и аппликаты ЦВ:

Метацентрический радиус изменяется в связи с уменьшением мо­мента инерции площади ватерлинии на размер площади затопленного отсека:

D r = D Jx / V = - ( Jx + S от y 2 )/ V

где Jx — момент инерции площади первоначальной ватерлинии, м 4 ;

V — объемное водоизмещение судна, м 3 .


Таблица формул для расчета аварийной остойчивости и посадки судна при затоплении одиночного отсека.


Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.


Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.


Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.



Остойчивость — способность плавучего средства противостоять внешним силам, вызывающим его крен или дифферент и возвращаться в состояние равновесия по окончании воздействия внешних сил (Внешнее воздействие может быть обусловлено ударом волны, порывом ветра, сменой курса и т. п.). Это одно из важнейших мореходных качеств плавучего средства. Запасом остойчивости называется степень защищённости плавучего средства от опрокидывания.В зависимости от плоскости наклонения различают поперечную остойчивость при крене и продольную остойчивость при дифференте. Применительно к надводным судам, из-за удлинённости формы корпуса судна его продольная остойчивость значительно выше поперечной, поэтому для безопасности плавания наиболее важно обеспечить надлежащую поперечную остойчивость. В зависимости от величины наклонения различают остойчивость на малых углах наклонения (начальную остойчивость) и остойчивость на больших углах наклонения. В зависимости от характера действующих сил различают статическую и динамическую остойчивость. Статическая остойчивость — рассматривается при действии статических сил, то есть приложенная сила не изменяется по величине. Динамическая остойчивость — рассматривается при действии изменяющихся (то есть динамических) сил, например ветра, волнения моря, подвижки груза и т. п. Важнейшими факторами, влияющими на остойчивость, являются расположение центра тяжести и центра величины судна(ЦВ).Рассмотрим поперечную остойчивость:Цт -центр тяжести судна. Он постоянно сохраняет свое положение при данном расположении грузов и не зависит от угла крена. Он может сместиться только при изменении нагрузки судна после грузовых операций, приема или откатки балласта, расхода судовых запасов, смещения грузов от качки, обледенения и т. п.
ЦВ -центр величины. Является центром тяжести погруженного объема судового корпуса. В этой точке приложена равнодействующая выталкивающих сил воды. Центр величины перемещается при изменении формы погруженной части корпуса судна, т.е. при крена.
Δ -равнодействующая сила весового водоизмещения судна. Эта сила всегда направлена вниз.
точка А -центр величины в прямом положении судна, т.е. без крена. Если судно на плаву, Δ=ɣV ЦВ -центр величины при крене судна.ɣV -равнодействующая сила выталкивающих сил воды. Она равна произведению объемного веса воды ɣ на объем погруженной части корпуса V и направленная всегда по вертикали вверх.
l -плечо восстанавливающего момента(плечо статической остойчивости). Это кратчайшее расстояние между направлением действия сил Δ и ɣV.МЦ -центр кривизны линии по которой перемещается ЦВ.Zc -возвышение ЦВZg -возвышение ЦТZm -возвышение МЦr -начальный метацентрический радиусa -возвышение ЦТ над ЦВh -метацентрическая высота, или возвышение МЦ над ЦТСоотношение величин: h=Zm-Zg=r+Zc-Zg=r-aСудно будет остойчиво и сможет вернуться в прямое положение, если восстанавливающий момент больше кренящего, а ЦВ находится между линией Δ и наклоненным бортом. Если это условие не будет соблюдено — судно опрокинетсяПри небольших углах крена r остается постоянным и поэтому для l может быть применено выражение:l=h*sinθ где, θ -угол крена.Тогда: Мв=Δ*h*sinθМв -величина восстанавливающего элемента
Запас плавучести — объем непроницаемой для воды надводной части судна, расположенной от грузовой (конструктивной) ватерлинии до верхней непрерывной водонепроницаемой палубы и включающей водонепроницаемые надстройки и рубки. 3апас Плавучести определяет количество воды, поступление которой при аварии выдерживает судно до полного погружения, поэтому является важнейшей характеристикой его непотопляемости. Степень непотопляемости тем выше, чем больше относительно 3апас Плавучести (отношение 3апаса плавучести к расчетнотному объемному водоизмещению судна). Достаточный запас плавучести в процессе проектирования и постройки судна достигается рядом конструктивных мероприятий, к числу которых относятся: обеспечение достаточной высоты надводного борта, устройство водонепроницаемых закрытий и разделение судна на отсеки прочными водонепроницаемыми переборками и палубами. При отсутствии последних, любое повреждение подводной части судна может привести к полной потере запаса плавучести и гибели судна. Запас плавучести в этом случае конструктивно не обеспечен.

Вложенные файлы: 1 файл

Расчет непотопляемости судна.docx

В пояснительной записке дается теоретическое, расчетное обоснование принятых в работе решений, все выкладки сопровождаются необходимыми чертежами, схемами, графиками, диаграммами. Структура и содержание пояснительной записки определяются в зависимости от профиля специальности и задания на работу, выданного руководителем.

Определение элементов судна

Если в задании не указаны водоизмещение судна и площадь ватерлинии, их величину можно рассчитать, используя следующие зависимости:

где δ - коэффициент общей полноты;

α - коэффициент полноты ватерлинии;

V - водоизмещение судна;

S - площадь ватерлинии;

L, B, T - длина, ширина и осадка судна.

Соответственно объемное водоизмещение и площадь ватерлинии судна находятся по формулам:

При условии не определенных в задании параметров посадки судна, можно допустить, что первоначально (до аварии, бункеровки) судно находилось на ровном киле, т.е. не имело ни крена, ни дифферента.

Расчет количества воды, поступающей в аварийный отсек через пробоину

Количество воды, поступающей в отсек через пробоину определяется по формулам:

где F - площадь пробоины, м 2 ;

- если пробоина круглая, м 2 ;

0,785 Dпр Bпр - если пробоина элипсообразная, м 2 ;

Dпр Bпр – если пробоина прямоугольная, м 2 .

Dпр – диаметр (длина вдоль корпуса) пробоины, м;

Bпр – ширина пробоины, м;

m = 0,65÷0,75 - коэффициент расхода (для больших пробоин значение коэффициента больше);

g = 9,81 м/с 2 -ускорение свободного падения;

Hв - напор столба воды от ВЛ до центра пробоины, м вод.ст.

При переменном напоре вместо Hв следует подставлять (Hв - hв) - разность между уровнями ватерлинии и воды в отсеке над центром пробоины (рис. 1).

Рисунок 1 - Затопление отсека: а – при постоянном напоре; б – при переменном напоре.

В справочниках значения Q в зависимости от F и Hв даются в виде графиков или таблиц. Если пробоина бортовая, то процесс затопления отсека состоит из двух периодов: затопления объема V1 (от днища до центра пробоины) и затопления объема V2 (от центра пробоины до ватерлинии).

Продолжительность первого периода в минутах равна

Во втором периоде гидростатический напор (Нв - hв) является переменной величиной. Его значение зависит от высоты воды в отсеке над пробоиной hв. Время затопления верхней части отсека рассчитывается по формуле:

Общее время затопления отсека до ватерлинии в минутах

Если пробоина днищевая, то

где V - объем отсека от днища до ватерлинии (V=V1+V2).

Пусть, например, объем отсека от днища до центра пробоины V1 = 100 м 3 , а объем от центра пробоины до ватерлинии V2 = 250 м 3 . Тогда при F = 1 м 2 и Hв = 4 м время затопления отсека по ватерлинию будет

где Qвон – объемная подача водоотливного насоса [м 3 /ч].

Располагаемое время для заделки пробоины при работающем водоотливном насосе:

Чем больше пробоина и напор воды, тем большие усилия необходимо прикладывать для постановки пластыря. Один человек способен преодолеть сопротивление струи воды силой 700÷800 Н (70÷80 кгс).

Гидродинамическое давление водяной струи

где j - коэффициент местного сопротивления, близкий к единице;

F - площадь пробоины, м 2 ;

Hв - напор столба воды от ватерлинии до центра пробоины, м вод. ст.;

r = 9,8×1025 Н/м 3 (γ = 1025 кг/м 3 ) - удельный (объемный) вес забортной воды.

Гидростатическое давление на установленный пластырь

где Fпл - площадь пластыря или другой заделки, м 2 .

Количество людей для заделки пробоин и прочность пластырей должны соответствовать динамическому и статическому давлению воды.

Если принять, что в среднем человек способен сдержать напор равный более 500 Н (50 кгс), то расчетное количество людей, необходимое для преодоления динамического напора воды, равно:

Определение параметров посадки судна после аварии

Посадка судна - это положение относительно поверхности спокойной воды, которое характеризуется углом крена q, углом дифферента Ψ, дифферентом Δ, осадками Тн, Тк, Тср.

В зависимости от характера затопления отсеки и цистерны разделяются на три категории.

Отсеки I категории - отсеки полностью затопленные водой; они закрыты сверху, могут сообщаться или не сообщаться с забортной водой. Такие отсеки расположены, как правило, ниже ватерлинии и поэтому повышают начальную остойчивость (см. рисунок 2).

Отсеки II категории – отсеки, заполненные частично (имеют свободную поверхность) и не сообщаются с забортной водой. Такое затопление возможно при тушении пожаров водой, при повреждении трубопроводов, при фильтрации воды из смежных отсеков или через неплотно заделанные пробоины. Остойчивость корабля понижается из-за свободной поверхности жидкости и приема воды выше ватерлинии.

Рисунок 2 - Схема классификации затопленных отсеков.

Отсеки III категории – отсеки, имеющие свободную поверхность и сообщающиеся с забортной водой. Уровень воды в них всегда будет на одном уровне с действующей ватерлинии. Остойчивость корабля снижается из-за влияния свободной поверхности и из-за возможного принятия новых порций воды при наклонении.

Затопление отсеков всех категорий увеличивает Тср и уменьшает запас плавучести. При несимметричном затоплении отсеков любых категорий судно получает крен и дифферент.

Запас плавучести (А) – это непроницаемый объем корпуса от действующей ватерлинии до верхней непроницаемой палубы, включая объем полубака. Надстройки в запас плавучести не входят. Запас плавучести определяет определенный объем воды, при поступлении которой внутрь корпуса судно еще остается на плаву. Это основной фактор, обеспечивающий непотопляемость судна.

Для неповрежденного судна

где Vвп - объем корпуса до верхней непроницаемой палубы.

Об остаточном запасе плавучести судна можно также судить по величине условной средней высоты надводного борта.

При запасе плавучести численно равному значению 30% и менее А0 а также при высоте надводного борта менее 0,2÷0,4 м, положение поврежденного судна следует считать тяжелым.

В зависимости от категории затопленного отсека расчёт элементов остойчивости и посадки судна производится по совершенно разным формулам и зависит от метода расчёта.

При затоплении отсека первой категории вес заполнившей его воды может рассматриваться, как приятый на судно твёрдый груз и расчёт элементов остойчивости и посадки судна производится по тем же формулам, как и перед приёмом на борт твёрдого груза.

В случае затопления отсека второй категории вода в них может рассматриваться, как принятый на судно жидкий груз. При этом должно быть учтено влияние свободной поверхности жидкости. В этом случае элементы посадки и остойчивости судна рассчитывают по формулам, соответствующим случаю загрузки на судно жидкого груза со свободной поверхностью.

При затоплении отсека третьей категории для расчёта элементов посадки и остойчивости судна применяется метод постоянного водоизмещения. Объем воды в затопленном отсеке исключается из запаса плавучести судна. При этом водоизмещение судна и положение его центра тяжести остаются такими же, как и до аварии, а изменяются форма подводного объема и средняя осадка судна.

Если принять, что в пределах изменения осадки (ΔТ) борта судна остаются прямостенными, то дополнительный объём, заключенный между старой и новой ватерлиниями будет равен произведению площади новой ватерлинии на величину изменения осадки:

С другой стороны, этот объём равен объёму затопленного отсека, который можно рассчитать по формуле:

где l, b - длина и ширина затопленного отсека.

Так как эти объёмы равны, то можно приравнять их правые части. Отсюда изменения осадки можно рассчитать по формуле:

Площадь новой ватерлинии определяется по формуле:

где S – первоначальная площадь ватерлинии;

- площадь потерянной ватерлинии (площадь затопленного отсека на уровне ватерлинии).

Изменение продольной и поперечной метацентрических высот определяется по формулам:

где - моменты инерции потерянной ватерлинии относительно продольной и поперечной осей.

Моменты инерции потерянной ватерлинии рассчитываются по зависимостям:

где - моменты инерции свободной поверхности воды затопленного отсека относительно продольной и поперечной осей, проходящих через центр тяжести этого отсека;

- координаты центра тяжести площади новой ватерлинии относительно продольной и поперечной осей.



Остойчивость — способность плавучего средства противостоять внешним силам, вызывающим его крен или дифферент и возвращаться в состояние равновесия по окончании воздействия внешних сил (Внешнее воздействие может быть обусловлено ударом волны, порывом ветра, сменой курса и т. п.). Это одно из важнейших мореходных качеств плавучего средства. Запасом остойчивости называется степень защищённости плавучего средства от опрокидывания.В зависимости от плоскости наклонения различают поперечную остойчивость при крене и продольную остойчивость при дифференте. Применительно к надводным судам, из-за удлинённости формы корпуса судна его продольная остойчивость значительно выше поперечной, поэтому для безопасности плавания наиболее важно обеспечить надлежащую поперечную остойчивость. В зависимости от величины наклонения различают остойчивость на малых углах наклонения (начальную остойчивость) и остойчивость на больших углах наклонения. В зависимости от характера действующих сил различают статическую и динамическую остойчивость. Статическая остойчивость — рассматривается при действии статических сил, то есть приложенная сила не изменяется по величине. Динамическая остойчивость — рассматривается при действии изменяющихся (то есть динамических) сил, например ветра, волнения моря, подвижки груза и т. п. Важнейшими факторами, влияющими на остойчивость, являются расположение центра тяжести и центра величины судна(ЦВ).Рассмотрим поперечную остойчивость:Цт -центр тяжести судна. Он постоянно сохраняет свое положение при данном расположении грузов и не зависит от угла крена. Он может сместиться только при изменении нагрузки судна после грузовых операций, приема или откатки балласта, расхода судовых запасов, смещения грузов от качки, обледенения и т. п.
ЦВ -центр величины. Является центром тяжести погруженного объема судового корпуса. В этой точке приложена равнодействующая выталкивающих сил воды. Центр величины перемещается при изменении формы погруженной части корпуса судна, т.е. при крена.
Δ -равнодействующая сила весового водоизмещения судна. Эта сила всегда направлена вниз.
точка А -центр величины в прямом положении судна, т.е. без крена. Если судно на плаву, Δ=ɣV ЦВ -центр величины при крене судна.ɣV -равнодействующая сила выталкивающих сил воды. Она равна произведению объемного веса воды ɣ на объем погруженной части корпуса V и направленная всегда по вертикали вверх.
l -плечо восстанавливающего момента(плечо статической остойчивости). Это кратчайшее расстояние между направлением действия сил Δ и ɣV.МЦ -центр кривизны линии по которой перемещается ЦВ.Zc -возвышение ЦВZg -возвышение ЦТZm -возвышение МЦr -начальный метацентрический радиусa -возвышение ЦТ над ЦВh -метацентрическая высота, или возвышение МЦ над ЦТСоотношение величин: h=Zm-Zg=r+Zc-Zg=r-aСудно будет остойчиво и сможет вернуться в прямое положение, если восстанавливающий момент больше кренящего, а ЦВ находится между линией Δ и наклоненным бортом. Если это условие не будет соблюдено — судно опрокинетсяПри небольших углах крена r остается постоянным и поэтому для l может быть применено выражение:l=h*sinθ где, θ -угол крена.Тогда: Мв=Δ*h*sinθМв -величина восстанавливающего элемента
Запас плавучести — объем непроницаемой для воды надводной части судна, расположенной от грузовой (конструктивной) ватерлинии до верхней непрерывной водонепроницаемой палубы и включающей водонепроницаемые надстройки и рубки. 3апас Плавучести определяет количество воды, поступление которой при аварии выдерживает судно до полного погружения, поэтому является важнейшей характеристикой его непотопляемости. Степень непотопляемости тем выше, чем больше относительно 3апас Плавучести (отношение 3апаса плавучести к расчетнотному объемному водоизмещению судна). Достаточный запас плавучести в процессе проектирования и постройки судна достигается рядом конструктивных мероприятий, к числу которых относятся: обеспечение достаточной высоты надводного борта, устройство водонепроницаемых закрытий и разделение судна на отсеки прочными водонепроницаемыми переборками и палубами. При отсутствии последних, любое повреждение подводной части судна может привести к полной потере запаса плавучести и гибели судна. Запас плавучести в этом случае конструктивно не обеспечен.

Читайте также: