Что является признаками недостаточной начальной остойчивости у судна
Что является признаками недостаточной начальной остойчивости у судна
§ 41. Остойчивость.
Остойчивостью называется способность судна, выведенного из положения нормального равновесия какими-либо внешними силами, возвращаться в свое первоначальное положение после прекращения действия этих сил.
К внешним силам, способным вывести судно из положения нормального равновесия, относятся ветер, волны, перемещение грузов и людей, а также центробежные силы и моменты, возникающие при поворотах судна.
Судоводитель обязан знать особенности своего судна и правильно оценивать факторы, влияющие на его остойчивость. Различают поперечную и продольную остойчивость.
Рис 89 Статические силы, действующие на судно при малых накренениях.
Поперечная остойчивость судна характеризуется взаимным расположением центра тяжести G и центра величины С.
Если судно накренить па один борт на малый угол (5—10°) (рис. 89), ЦВ переместится из точки С в точку С1.
Соответственно сила поддержания, действующая перпендикулярно к поверхности, пересечет диаметральную плоскость (ДП) в точке М.
Точка пересечения ДП судна с продолжением направления силы поддержания при крепе называется начальным метацентром М. Расстояние от точки приложения силы поддержания С до начального метацентра называется метацентрическим радиусом.
Расстояние от начального метацентра М до центра тяжести G называется начальной метацентрической высотой h 0.
Начальная метацентрическая высота характеризует остойчивость при малых наклонениях судна, измеряется в метрах и является критерием начальной остойчивости судна.
Как правило, начальная метацентрическая высота мотолодок и катеров считается хорошей, если она больше 0,5 м, для некоторых судов она допустима меньше, но не менее 0,35 м.
Рекомендуется практически начальную метацентрическую высоту (для килеватых судов) определять следующим приближенным способом.
Рис. 90. Зависимость начальной метацентрической высоты от длины судна
Резким наклонением вызывается поперечная качка судна и секундомером замеряется период свободной качки, т. е. время полного размаха от одного крайнего положения до другого и обратно. Поперечную метацентрическую высоту судна определяют по формуле:
h 0 = 0,525( 
) 2 м,
Т — период качки, сек.
Для оценки полученных результатов служит кривая на рис. 90, построенная по данным удачно спроектированных катеров. Если начальная метацентрическая высота h о, определенная по вышеприведенной формуле, окажется ниже заштрихованной полосы, то означает, что судно будет иметь плавную качку, но недостаточную начальную остойчивость, и плавание на нем может быть опасным.
Если метацентр расположен выше заштрихованной полосы, судно будет отличаться стремительной (резкой) качкой, но повышенной остойчивостью, и следовательно такое судно более мореходно, но обитаемость на нем неудовлетворительна. Оптимальными будут значения, попадающие в зону заштрихованной полосы.
Остойчивость мотолодки и катеров должна выдерживать следующие условия: угол крена полностью укомплектованного судна с мотором от размещения на борту груза, равного 60% установленной грузоподъемности, должен быть меньше угла заливания.
Установленная грузоподъемность судна включает в себя вес пассажиров и вес дополнительного груза (снаряжение, провиант).
Накрененный борт будет вытеснять воды больше, чем противоположный, и ЦВ сместится в сторону крена.
Тогда равнодействующие силы поддержания и веса будут неуравновешенными, образующими пару сил с плечом, равным
Повторное действие сил веса и поддержания измеряется восстанавливающим моментом
Где D — сила плавучести, равная силе веса судна;
l — плечо остойчивости.
Эта формула называется метацентрической формулой остойчивости и справедлива только для малых углов крена, при которых метацентр можно считать постоянным.
При больших углах крена метацентр не является постоянным, вследствие чего нарушается линейная зависимость между восстанавливающим моментом и углами крена.
Взаимным расположением груза на судне судоводитель всегда может найти наиболее выгодное значение метацентрической высоты, при которой судно будет достаточно остойчивым и меньше подвергаться качке.
Кренящим моментом называется произведение веса груза, перемещаемого поперек судна, на плечо, равное расстоянию перемещения. Если человек весом 75 кг, сидящий на банке, переместится поперек судна на 0,5 м, то кренящий момент будет равен 75*0,5 = 37,5 кг/м.
Рис 91. Диаграмма статической остойчивости
Для изменения момента, накреняющего судно па 10°, надо загрузить судно до полного водоизмещения совершенно симметрично относительно диаметральной плоскости.
Загрузку судна следует проверить по осадкам, измеряемым с обоих бортов. Креномер устанавливается строго перпендикулярно диаметральной плоскости таким образом, чтобы он показал 0°.
После этого надо перемещать грузы (например, людей) на заранее размеченные расстояния до тех пор, пока креномер не покажет 10°. Опыт для проверки следует произвести так: накренить судно на один, а затем на другой борт.
Зная крепящие моменты накреняющего судно на различные (до наибольшего возможного) углы, можно построить диаграмму статической остойчивости (рис. 91), что оценит остойчивость судна.
Остойчивость можно увеличивать за счет увеличения ширины судна, понижения ЦТ, устройства кормовых булей.
Если центр тяжести судна расположен ниже центра величины, то судно считается весьма остойчивым, так как сила поддержания при крене не изменяется по величине и направлению, но точка ее приложения смещается в сторону наклона судна (рис. 92, а).
Поэтому при крене образуется пара сил с положительным восстанавливающим моментом, стремящимся вернуть судно в нормальное вертикальное положение па прямой киль. Легко убедиться, что h>0, при этом метацентрическая высота равна 0. Это типично для яхт с тяжелым килем и нетипично для более крупных судов с обычным устройством корпуса.
Если центр тяжести расположен выше центра величины, то возможны три случая остойчивости, которые судоводитель должен хорошо знать.
Первый случай остойчивости.
Метацентрическая высота h>0. Если центр тяжести расположен выше центра величины, то при наклонном положении судна линия действия силы поддержания пересекает диаметральную плоскость выше центра тяжести (рис. 92, б).
Рис. 92. Случай остойчивого судна
В этом случае также образуется пара сил с положительным восстанавливающим моментом. Это типично для большинства судов обычной формы. Остойчивость в этом случае зависит от корпуса и положения центра тяжести по высоте.
При крене кренящийся борт входит в воду и создает дополнительную плавучесть, стремящуюся выровнять судно. Однако при крене судна с жидкими и сыпучими грузами, способными перемещаться в сторону крена, центр тяжести также сместится в сторону крена. Если центр тяжести при крене переместится за отвесную линию, соединяющую центр величины с метацентром, то судно опрокинется.
Второй случай неостойчивого судка при безразличном равновесии.
Метацентрическая высота h = 0. Если центр тяжести лежит выше центра величины, то при крене линия действия силы поддержания проходит через центр тяжести MG = 0 (рис. 93).
В данном случае центр величины всегда располагается на одной вертикали с центром тяжести, поэтому восстанавливающаяся пара сил отсутствует. Без воздействия внешних сил судно не может вернуться в прямое положение.
В данном случае особо опасно и совершенно недопустимо перевозить на судне жидкие и сыпучие грузы: при самой незначительной качке судно перевернется. Это свойственно шлюпкам с круглым шпангоутом.
Третий случай неостойчивого судна при неустойчивом равновесии.
Метацентрическая высота h
Сила тяжести и сила поддержания при малейшем крене образуют пару сил с отрицательным восстанавливающим моментом и судно опрокидывается.
Рис. 93. Случай неостойчивого судна при безразличном равновесии
Рис. 94. Случай неостойчивого судна при неустойчивом равновесии
Разобранные случаи показывают, что судно остойчиво, если метацентр расположен выше центра тяжести судна.
Чем ниже опускается центр тяжести, тем судно более остойчиво. Практически это достигается расположением грузов не на палубе, а в нижних помещениях и трюмах.
Тест оценки компетентности для ПДНВ-дипломирования (стр. 23 )
 | Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 |
2. Диаграммы осадок носом и кормой
13.2.004 Определение начальной остойчивости судна может быть произведено с использованием 1. Таблицы загрузки судна
2. Диаграммы контроля остойчивости
3. Диаграммы статической остойчивости
4. Гидростатических кривых (Кривых элементов теоретического чертежа)
13.2.005 Независимый контроль начальной остойчивости судна h(GM) может быть произведен 1. Проведением опыта кренования
2. Определением периода собственных (свободных) колебаний судна h(GM)=(с*B/t)2
13.2.006 Учет влияния свободных поверхностей жидкостей на остойчивость судна не целесообразно производить при заполнении танка или цистерны 1. Менее, чем на 5% объема
2. Более, чем на 95% объема
13.2.007 Учет влияния свободных поверхностей жидкостей на остойчивость судна производится 1. Введением соответствующих поправок на свободные поверхности в Таблицу нагрузок
2. Вычислением исправленного значения начальной метацентрической высоты hи
13.2.008 Повышение остойчивости судна достигается 1. Перемещением более тяжелых грузов в низлежащие судовые помещения
2. Приемом балласта в днищевые балластные танки без свободных поверхностей
13.2.009 Тяжеловесный груз в трюмах судна ниже ватерлинии 1. Уменьшает период качки
2. Увеличивает поперечную остойчивость судна
2. Ограничения на максимальную величину метацентрической высоты вводятся РМРС посредством расчета «Критерия ускорения»
13.2.011 Отметьте верные утверждения об избыточной остойчивости 1. Кодекс ИМО советует избегать избыточных значений метацентрической высоты
2. Кодекс ИМО не ограничивает максимальную метацентрическую высоту для судов
13.2.013 Расчет плеча статической остойчивости l(GZ) на малых углах крена (до 10-12°) может быть произведен по следующей зависимости L = h*sinq (GZ = GM*sinq)
13.2.014 Путем составления таблицы нагрузок судна определяются следующие величины 1. D (водоизмещение судна)
2. SMx (Суммарный момент относительно оси X)
3. SMz (Суммарный момент относительно оси Z)
13.2.015 Расчет координат центра тяжести судна с использованием таблицы нагрузок производится по следующим зависимостям 1. Zg=SMz/D (KG=SMz/D)
13.2.016 При отрицательной начальной остойчивости тип диаграммы статической остойчивости (ДСО) представлен на Рис. Г
13.2.017 При положительной начальной остойчивости тип диаграммы статической остойчивости (ДСО) представлен на 1. Рис. Д
13.2.018 Правильное изображение начальной метацентрической высоты на диаграмме статической остойчивости (ДСО) представлено на рисунке 1. Рис. В
13.2.019 Судно опрокидывается при диаграмме статической остойчивости (ДСО) представленной на 1. Рис. Д
13.2.020 Судно имеет начальный крен при диаграмме статической остойчивости (ДСО) представленной на 1. Рис. А
13.2.021 На обеспечение начальной поперечной остойчивости судна оказывают влияние 1. Осадка судна
4. Площадь ватерлинии судна
13.2.022 Водонепроницаемый надводный борт судна, определяемый Грузовой маркой, обеспечивает 1. Запас плавучести судна
2. Остойчивость судна на малых и больших углах крена
13.2.023 Повысить остойчивость судна можно 1. Приемом балласта в днищевые танки
2. Расположением наиболее тяжелых грузов на палубе двойного дна судна в трюме
13.2.024 Понизить остойчивость судна можно 1. Откачкой балласта из днищевых танков
2. Расположением наиболее тяжелых грузов на верхней палубе судна
3. Расположением наиболее тяжелых грузов на твиндеках выше ватерлинии
13.2.025 К понижению остойчивости приведет 1. Заполнение балластных танков двойного дна на 10 % объема
2. Открытие клапанов крен-балластной системы для перетока воды с борта на борт
3. «снятие пресса» с заполненных балластных танков, уменьшающее их объем до 90%
13.2.026 Отметьте все ответы, которые соответствуют уровням заполнения цистерн (в процентах), при которых необходимо учитывать влияние свободной поверхности жидкости при расчете остойчивости 1. 50
13.2.027 Признаками недостаточной начальной остойчивости у судна являются 1. Длительная задержка судна на одном из бортов при качке
2. Переваливание судна с одного борта на другой с последующей длительной задержкой
13.2.028 Поправка за свободную поверхность жидкости в отсеке зависит от 1. Плотности жидкости в отсеке
2. Формы площади свободной поверхности
3. Величины площади свободной поверхности
13.2.029 Для спрямления судна, стоящего в порту, при наличии крена может быть использовано 1. Перенос груза с борта на борт
2. Перекачка балласта с борта на борт
3. Заполнение на 100 % танков, имеющих свободные поверхности
13.2.030 Начальную остойчивость судна (при малых углах крена) можно определить посредством 1. Расчета начальной метацентрической высоты
2. Построения диаграммы статической остойчивости
13.2.031 Для восстановления остойчивости судна в рейсе рекомендуется заполнение отсеков, удовлетворяющих следующим условиям 1. Находящихся ниже центра тяжести судна
2. Расположенных симметрично относительно диаметральной плоскости судна
13.2.032 Текущую осадку судна можно определить при помощи 1. Марок углубления на носу, корме и средней части судна
2. Рулетки или футштока, путем измерения расстояния от главной палубы до поверхности воды
13.2.033 Свидетельство о Грузовой марке судна устанавливает 1. Минимальный надводный борт судна
2. Положение грузовой марки (диска Плимсоля) на борту судна
13.2.034 Согласно Правил РМРС при учете влияния обледенения на остойчивость судна, плавающего в зимнее время в Беринговом море, Охотском море или в Татарском проливе, следует принимать массу льда на квадратный метр площади 1. Парусности равной 15 кг
2. Общей горизонтальной проекции открытых палуб равной 30 кг
13.2.035 Согласно Правил РМРС при учете влияния обледенения на остойчивость судна, плавающего в зимних сезонных зонах южнее параллели 66°30’с. ш. и севернее параллели 60°00’ю. ш. следует принимать массу льда на квадратный метр площади 1. Парусности равной 7.5 кг
2. Общей горизонтальной проекции открытых палуб равной 15 кг
13.2.036 Признаками положительной начальной остойчивости у судна являются 1. Равномерная качка с равными углами крена на каждый борт
2. Возвращение судна на ровный киль после появления крена, вызванного перекладкой руля
13.2.038 К нарушению продольной прочности судна может привести 1. Попадание на попутную волну с длиной равной длине судна
2. Неравномерное распределение груза и/или балласта по длине судна
3. Размещение наиболее тяжелой части груза в носовой и кормовой частях судна в удалении от мидель-шпангоута
13.2.039 Потеря или снижение остойчивости во время рейса при перевозке навалочных грузов может быть вызвана 1. Разжижением груза под действием вибрации и движения судна и перетекания на один борт
Поперечная остойчивость судна
Остойчивость (stability) – одно из важнейших мореходных качеств судна, с которым связаны чрезвычайно важные вопросы, касающиеся безопасности плавания. Утрата остойчивости почти всегда означает гибель судна и очень часто экипажа. В отличие от изменения других мореходных качеств уменьшение остойчивости не проявляется видимым образом, и экипаж судна, как правило, не подозревает о грозящей опасности до последних секунд перед опрокидыванием. Поэтому изучению этого раздела теории корабля необходимо уделять самое большое внимание.
Основные понятия и определения
Для того чтобы судно плавало в заданном равновесном положении относительно поверхности воды, оно должно не только удовлетворять условиям равновесия, но и быть способным сопротивляться внешним силам, стремящимся вывести его из равновесного положения, а после прекращения действия этих сил – возвращаться в первоначальное положение. Следовательно, равновесие судна должно быть устойчивым или, другими словами, судно должно обладать положительной остойчивостью.
Таким образом, остойчивость – это способность судна, выведенного из состояния равновесия внешними силами, вновь возвращаться к первоначальному положению равновесия после прекращения действия этих сил.
Остойчивость судна связана с его равновесием, которое служит характеристикой последней. Если равновесие судна устойчивое, то судно обладает положительной остойчивостью; если его равновесие безразличное, то судно обладает нулевой остойчивостью, и, наконец, если равновесие судна неустойчивое, то оно обладает отрицательной остойчивостью.
Танкер Капитан Ширяев
Источник: fleetphoto.ru
В этой главе будут рассматриваться поперечные наклонения судна в плоскости мидель-шпангоута.
Остойчивость при поперечных наклонениях, т. е. при возникновении крена, называется поперечной. В зависимости от угла наклонения судна поперечная остойчивость делится на остойчивость при малых углах наклонения (до 10-15 град), или так называемую начальную остойчивость, и остойчивость при больших углах наклонения.
Кренящий момент, действующий на судно мгновенно, приводит к возникновению углового ускорения и инерционных сил. Остойчивость, проявляющаяся при таком наклонении, называется динамической.
Статическая остойчивость характеризуется возникновением восстанавливающего момента, который стремится возвратить судно в первоначальное положение равновесия. Динамическая остойчивость характеризуется работой этого момента от начала и до конца его действия.
Рассмотрим равнообъемное поперечное наклонение судна. Будем считать, что в исходном положении судно имеет прямую посадку. В этом случае сила поддержания D′ действует в ДП и приложена в точке С – центре величины судна (Centre of buoyancy-В).
Рис. 1
Можно дать другое определение метацентру: центр кривизны кривой перемещения центра величины в поперечной плоскости называется поперечным мета центром.
Поперечный метацентрический радиус может быть вычислен с помощью формулы:
Условия остойчивости
Вопрос об остойчивости накрененного судна решается направлением действия восстанавливающего момента. Если восстанавливающий момент стремится вернуть судно в первоначальное положение равновесия, то восстанавливающий момент положителен, остойчивость судна также положительна – судно остойчиво. На рис. 2 показано расположение сил, действующих на судно, которое соответствует положительному восстанавливающему моменту. Нетрудно убедиться, что такой момент возникает, если ЦТ лежит ниже метацентра.
Рис. 2 Рис. 3
Теоретически можно допустить, что восстанавливающий момент при наклонении судна равен нулю, т. е. сила веса судна и сила поддержания располагаются на одной вертикали, как это показано на рис. 4.
Рис. 4
Отсутствие восстанавливающего момента приводит к тому, что после прекращения действия кренящего момента судно остается в наклоненном положении, т. е. судно находится в безразличном равновесии.
Таким образом, по взаимному положению поперечного метацентра m и Ц.Т. G можно судить о знаке восстанавливающего момента или, иными словами, об остойчивости судна. Так, если поперечный метацентр находится выше центра тяжести (рис. 2), то судно остойчиво.
Если поперечный метацентр расположен ниже центра тяжести или совпадает с ним (рис. 3, 4) судно не остойчиво.
Отсюда возникает понятие мета центрической высоты (Metacentric height): поперечной метацентрической высотой называется возвышение поперечного метацентра над центром тяжести судна в начальном положении равновесия.
Рис. 5
Из рисунка видно, что поперечная метацентрическая высота h может быть определена по одной из следующих формул:
В иностранной литературе обозначение соответствующих точек и параметров остойчивости может выглядеть так, как указано ниже на рис. 6.
Рис. 6
Что является признаками недостаточной начальной остойчивости у судна
Мореходные и эксплуатационные качества судов
Остойчивостью называется способность судна, отклоненного от положения равновесия, возвращаться к нему после прекращения действия сил, вызвавших отклонение.
Наклонения судна могут происходить от действия набегающих волн, из-за несимметричного затопления отсеков при пробоине, от перемещения грузов, давления ветра, из-за приема или расходования грузов.
Различают начальную поперечную остойчивость при малых углах крена (до 10 — 15°) и остойчивость при больших наклонениях, так как восстанавливающий момент при малых и больших углах крена определяется различными способами.
Рис. 5. Действие сил при крене судна.
Из формулы видно, что величина восстанавливающего момента тем больше, чем больше h. Следовательно, метацентрическая высота может служить мерой остойчивости для данного судна.
Величина h данного судна при определенной осадке зависит от положения центра тяжести судна. Если грузы расположить так, чтобы центр тяжести судна занял более высокое положение, то метацентрическая высота уменьшится, а вместе с ней — плечо статической остойчивости и восстанавливающий момент, т. е. остойчивость судна понизится. При понижении положения центра тяжести метацентрическая высота увеличится, остойчивость судна повысится.
Так как для малых углов их синусы приближенно равны величине углов, измеренных в радианах, то можно записать МВ = Рhθ.
Метацентрическую высоту можно определить из выражения h = r + zc — zg, где zc — возвышение ЦВ над ОЛ; r — поперечный метацентрический радиус, т. е. возвышение метацентра над ЦВ; zg — возвышение ЦТ судна над основной.
Рис. 6. Диаграмма статической остойчивости.
Пользуясь диаграммой, можно определить угол крена по известному кренящему моменту или, наоборот, по известному углу крена найти кренящий момент. По диаграмме статической остойчивости можно определить начальную метацентрическую высоту. Для этого от начала координат откладывают радиан, равный 57,3°, и восстанавливают перпендикуляр до пересечения с касательной к кривой плеч остойчивости в начале координат. Отрезок между горизонтальной осью и точкой пересечения в масштабе диаграммы и будет равен начальной метацентрической высоте.
При медленном (статическом) действии кренящего момента состояние равновесия при крене наступает, если соблюдается условие равенства моментов, т. е. МКР = МВ (рис. 7).
Рис. 7. Определение угла крена от действия статически (а) и динамически (б) приложенной силы.
При динамическом действии кренящего момента (порыв ветра, рывок буксирного троса на борт) судно, наклоняясь, приобретает угловую скорость. Оно по инерции пройдет положение статического равновесия и будет продолжать крениться до тех пор, пока работа кренящего момента не станет равной работе восстанавливающего.
Величину, угла крена при динамическом действии кренящего момента можно определить по диаграмме статической остойчивости. Горизонтальную линию кренящего момента продолжают вправо до тех пор, пока площадь ОДСЕ (работа кренящего момента) не станет равной площади фигуры ОБЕ (работа восстанавливающего момента). При этом площадь ОАСЕ является общей, поэтому можно ограничиться сравнением площадей ОДА и ABC.
Если же площадь, ограниченная кривой восстанавливающих моментов, окажется недостаточной, то судно опрокинется.
Остойчивость морских судов должна отвечать требованиям Регистра, в соответствии с которыми необходимо выполнение условия (так называемого критерия погоды): К=M опр мин / М дн max ≥ 1» где M опр мин — минимальный опрокидывающий момент (минимальный динамически приложенный кренящий момент с учетом качки), под действием которого судно еще не потеряет остойчивость; М дн max — динамически приложенный кренящий момент от давления ветра при наихудшем в отношении остойчивости варианте загрузки.
В соответствии с требованиями Регистра максимальное плечо диаграммы статической остойчивости lmax должно быть не менее 0,25 м для судов длиной 85 м и не менее 0,20 м для судов более 105 м при угле крена θ более 30°. Угол заката диаграммы (угол, при котором кривая плеч остойчивости пересекает горизонтальную ось) для всех судов должен быть не менее 60°.
Влияние жидких грузов на остойчивость. Если цистерна заполнена не доверху, т. е. в ней имеется свободная поверхность жидкости, то при наклонении жидкость перельется в сторону крена и центр тяжести судна сместится в ту же сторону. Это приведет к уменьшению плеча остойчивости, а следовательно, к уменьшению восстанавливающего момента. При этом чем шире цистерна, в которой имеется свободная поверхность жидкости, тем значительнее будет уменьшение поперечной остойчивости. Для уменьшения влияния свободной поверхности целесообразно уменьшать ширину цистерн и стремиться к тому, чтобы во время эксплуатации было минимальное количество цистерн со свободной поверхностью жидкости.
Влияние сыпучих грузов на остойчивость. При перевозке сыпучих грузов (зерна) наблюдается несколько иная картина. В начале наклонения груз не перемещается. Только когда угол крена превысит угол естественного откоса, груз начинает пересыпаться. При этом пересыпавшийся груз не вернется в прежнее положение, а, оставшись у борта, создаст остаточный крен, что при повторных кренящих моментах (например, шквалах) может привести к потере остойчивости и опрокидыванию судна.
Для предотвращения пересыпания зерна в трюмах устанавливают подвесные продольные полупереборки — шифтинг-бордсы либо укладывают поверх насыпанного в трюме зерна мешки с зерном (мешкование груза).
Влияние подвешенного груза на остойчивость. Если груз находится в трюме, то при подъеме его, например краном, происходит как бы мгновенный перенос груза в точку подвеса. В результате ЦТ судна сместится вертикально вверх, что приведет к уменьшению плеча восстанавливающего момента при получении судном крена, т. е. к уменьшению остойчивости. При этом уменьшение остойчивости будет тем больше, чем больше масса груза и высота его подвеса.