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: