Файл: Теория и устройство судна.pdf

167
Рис. 95
ДП, а обводы кормовых шпангоутов – слева от неё.
Кроме названых основных секущих плос- костей при вычёркивании теоретического чертежа применяют иногда сече- ния поверхности судна плоскостями, наклонными к ДП и перпендикуляр- ными к плоскостям ми- дель-шпангоута, называе- мыми рыбинами. Рыбины вычёркивают на «Полу- широте» или на «Боку» в их истинном виде. Обыч- но «Бок» располагают в виде основной проекции в верхней левой части ли- ста, под ним – «Полуши- роту» и справа от «Бока» на одном с ним уровне, –
«Корпус». Если судно име- ет большую цилиндриче- скую вставку (несколько одинаковых по форме и размерам теоре- тических шпангоутов в средней части), то «Корпус» располагают в средней части проекции «Бока», благодаря чему сокращается длина чертежа.
Проектные теоретические чертежи крупных судов выполня- ют в масштабе 1 : 100 (судов длиной более 250 м – 1 : 200), малых судов – 1 : 50 или 1 : 25.
С помощью теоретического чертежа можно, несмотря на сложность формы корпуса судна, достаточно просто и точно опре- делить его объём. Для этого прежде всего рассчитывают площадь всех теоретических шпангоутов, которые делят длину судна на 10 или 20 равных частей. Чтобы найти площадь одного шпангоута, необходимо разбить её на несколько горизонтальных полос
(Рис.95). В каждой из этих полос криволинейную кромку можно без большой погрешности заменить прямолинейной (чем на боль- шее число полос будет разбита площадь, тем меньше будет по-

168 грешность). После этого площадь каждой полоски, представляю- щей собой трапецию, легко подсчитать. Складывая площади всех полосок, на которые разбита площадь шпангоута, и удвоив их, так как на теоретическом чертеже изображают только половины шпан- гоутов, получают численную величину площади шпангоута.
Вычислив таким способом площади всех 10 (или 20) теоре- тических шпангоутов, изображенных на теоретическом чертеже, можно построить кривую, которая показывает, как изменяется площадь поперечного сечения по длине судна. Такую кривую называют строевой по шпангоутам (Рис. 96).
Рис. 96
Для её построения надо взять произвольную прямую и разде- лить её на 10 или 20 равных отрезков (по числу теоретических шпангоутов), затем восстановить из конца каждого отрезка перпен- дикуляр, длина которого в некотором выбранном масштабе отра- жает площадь соответствующего шпангоута.
Площадь строевой по шпангоутам равна в выбранном мас- штабе объёму корпуса судна по той ватерлинии, до которой опре- деляли площадь шпангоута. Её находят таким же образом, как и площадь шпангоута: делением на ряд полос, площадь которых рас- считать несложно. Помимо объёма корпуса судна, по теоретиче- скому чертежу можно определить ряд других важных геометриче- ских характеристик, например положения центра тяжести объёма подводной части корпуса (центра величины), площадь ватерлинии,

169 коэффициенты полноты и прочие элементы, позволяющие рассчи- тать и оценить предполагаемые мореходные качества будущего судна. При постройки судна на заводе теоретический чертёж вы- полняют на специальной площадке – плазе – в масштабе 1 : 1. Для крупных судов чаще применяют разбивку корпуса в масштабе 1 :
10. По вычерченному в масштабе 1 : 1 (или 1 : 10) теоретическому чертежу можно определять достаточно точно истинные размеры и конфигурацию отдельных конструктивных элементов корпуса.
7.4 Безразмерные коэффициенты полноты
Коэффициенты теоретического чертежа в известной мере ха- рактеризуют форму корпуса судна и используются для приближен- ного решения ряда практических задач.
1. Коэффициенты полноты ватерлинии (
α
) равен отношению площади ватерлинии S
ВЛ
к площади прямоугольника со стороны, равными длине и ширине ватерлинии (Рис. 97, а).
LB
S
ВЛ
=

(4)
2. Коэффициент полноты мидель-шпангоута (
β
) равен отно- шению погруженной площади мидель-шпангоута А к площади прямоугольника со сторонами, равными ширине ватерлинии В и осадке d (Рис. 97, б).
(5)
3. Коэффициент общей полноты (Св) равен отношению объё- ма подводной части судна к объёму прямоугольного параллеле- пипеда со сторонами, равными длине L и ширине ватерлинии В и осадке d (Рис 97, в).
(6)
4. Коэффициент продольной полноты (
φ
) равен отношению объёма подводной части судна к объём цилиндра, имеющего в основании погружённую площадь мидель-шпангоута А и высоту, равную длину ватерлинии L (Рис. 97, г).

170
(7)
А =
β
∙ Bd
= Cв ∙ LBd
5. Коэффициент вертикальной полноты (Х) равен отношению объёма подводной части судна к объёму цилиндра, имеющего в основании площадь ватерлинии S
ВЛ
и высоту цилиндра, равную осадке d (Рис. 97, д).


В
ВЛ
ВЛ
C
d
LB
LBd
C
d
S
V
X
=



=

=
(8)
= Св ∙ LBd
S
ВЛ
=
α
∙ LB
Рис. 97
Безразмерные коэффициенты полноты

171
7.5 Посадка судна
Положение судна относительно невозмущенной поверхности воды называется посадкой. В задачах, связанных с определением посадки судна, обычно используют связанную с судном прямо- угольную координатную систему 0
XYZ
, в которой ось абсцисс (0
X
) направлена в нос по линии пересечения диаметральной и основной плоскости, ось ординат (0
Y
) – правый борт по линии пересечения плоскости мидель-шпангоута и основной плоскости, ось аппликат
(0
Y
) – вверх по линии пересечения диаметральной плоскости и плоскости мидель-шпангоута.
7.5.1 Параметры посадки судна
Параметрами посадки судна является:
d
НП
– садка на носовом перпендикуляре – длина отрезка носо- вого перпендикуляра (НП) от Ватерлинии (ВЛ) до основной плос- кости (ОП);
d
КП
– осадка на кормовом перпендикуляре – длина отрезка кормового перпендикуляра (КП) от ВЛ до ОП;
– осадка на миделе – расстояние от ВЛ до ОП в плоскости мидель-шпангоута;
2
к
н
СР
d
d
d
+
=
– средняя осадка (полусумма осадок носом и кормой).
Креномназывается поперечное наклонение судна относитель- но главной продольной оси, проходящей через точку F (где F – это центр тяжести площади ватерлинии).
θ – угол крена – угол между диаметральной плоскостью (ДП) и вертикалью (линия отвеса), Рис. 98)

172
Если параметр θ равен нулю, то говорят, что судно сидит прямо.
Рис. 98 Угол крена
Дифферентом называется продольное наклонение судна отно- сительно главной поперечной оси, проходящей через точку F.
Ψ – угол дифферента – угол между плоскостью мидель- шпангоута и вертикалью (Рис. 99).
Если параметр Ψ равен нулю, то говорят, что судно сидит на рав- ный киль.
Рис. 99 Угол дифферента
Наклонение судна в вертикальной продольной плоскости мо- жет быть также охарактеризовано дифферентом D
f
, равным разно- сти осадок носом и кормой: D
f
= d
Н
– d
К,
где
d
Н
– осадка судна носом;
d
К
– осадка судна кормой.
Дифферент на нос (D
f
>0) считается положительным.
Дифферент на корму (D
f
<0) считается отрицательным.
7.5.2 Марки углубления
Для контроля за осадкой судна в процессе эксплуатации ис- пользуют марки углубления, которые нанося в носу и корме судна.
Расстояние (Рис. 100) между ними дается либо в дециметрах (араб- скими цифрами), либо в футах (римскими цифрами). По маркам углубления можно замерить осадки судна в носу и корме от ниж-

173 ней кромки киля, а не от основной плоскости судна. Кроме того, марки углубления не обязательно располагаются на носовом и кормовом перпендикулярах судна. Судовая документация для оценки мореходных качеств судна рассчитывается и строится для осадок судна, отсчитываемых на перпендикулярах от основной плоскости судна. Поэтому для её использования необходимо пе- рейти от осадок на марках углубления d
НМ
и d
КМ
к осадкам на пер- пендикулярах d
НП
и d
КП
. Это можно сделать с помощью специаль- ного чертежа, на котором приведены шкалы осадок на марках углубления и перпендикулярах (Рис. 111). Для определения d
НП
и
d
КП
следует найти точки пересечения шкал осадок на перпендику- лярах с прямой линией, проведенной через точки d
НМ
и d

174
Рис. 102 Осадка на марках углубления
Осадка на марках углубления – это расстояние от нижней кромки горизонтального киля (НКК), до следа ватерлинии на носо- вой и кормовой шкалах марок углублений (Рис. 102).

175
Рис. 103 Схема марок углубления

176
VIII
Плавучесть
8.1 Основные понятия. Условия вертикального равнове-
сия судна
Плавучестью называется способность судна поддерживать вертикальное равновесие с заданной посадкой под действием при- ложенной к судну силы тяжести и выталкивающей силы воды (си-
лы поддерживания или плавучести). Плавучесть судна оценивается объёмам водонепроницаемостью корпуса. При заданной загрузки судна надводным объём корпуса (объём корпуса выше ватерлинии) определяет запас плавучести. В свою очередь, запас плавучести определяется высотой надводного борта. Минимальная высота надводного борта, а, следовательно, и минимальный запас плавуче- сти для каждого судна ограничивается грузовой маркой, наносимой на борта судна в районе мидель-шпангоута в соответствии с требо- ваниями Международной конвенции о грузовой марке (КГМ-66).
Требования КГМ-66 и зоны и время действия зимней и тропиче- ской марок приведены в Правилах Регистра.
На судно, плавающее на спокойной воде, действуют распреде- ленные силы тяжести и силы давления воды.
Равнодействующая сил тяжести Δg направлена вертикально вниз и прило- жена к центру тяжести судна G. Центр тяжести судна G – геометрическая точка, неизменно связанная с судном. Положение цен- тра тяжести судна в одно- родном поле тяжести сов- падает с положением его центра масс, характеризу- ющим распределение масс судна.
Рис. 104 Схема действия сил на судно

177
Равнодействующая сил давления воды γg или силы поддер- жания (плавучести) приложена к центру величины судна С и направлена по вертикали вверх. Центр величины геометрически представляет собой центр тяжести объема подводной части корпу- са судна. Судно будет оставаться на плаву в заданном положении, если сила тяжести и сила поддержания не только равны и противо- положно направлены, но и лежать на одной вертикальной прямой.
В противном случае возникает вращающий момент пары сил. Этот момент будет действовать до тех пор, пока судно не примет такое положение, при котором силы окажутся на одной прямой.
Соответственно вертикальное равновесие выражается равен- ством нулю сумм вертикальных сил и моментов вертикальных сил.
При рассмотрении условий вертикального равновесия все приложенные к судну силы сводятся к двум равнодействующим – силе тяжести gΔ и силе поддержания γg . Условие равновесия вы- ражается равенством gΔ=γg , кН; в масштабе масс, т:
Δ=γ , где
Δ – водоизмещение судна (масса судна);
– объемное водоизмещение судна (объем втесненной судном
воды);
γ – плотность заборной воды (для морской воды принимается
γ=1,025т/м
3
, для пресной – γ=1,000 т/м
3
);
g=9,81 м/с
2
– ускорение свободного падения;
G – центр тяжести судна (ЦТ);
точка С – центр величины (центр плавучести) судна (ЦВ).
Схема действующих сил представлена на Рис. 104.
Выражение Δ=γ называется основным уравнением плавуче-
сти и выражает закон Архимеда. Основное уравнение плавучести выражает условия равенства сил.
8.2 Вычисление координат центра масс судна. Таблица
нагрузок
Вес (водоизмещение) судна при некотором заданном состоя- нии его нагрузки складывается из весов порожнего судна (водоиз- мещения судна порожнем), команды, снабжения, судовых запасов, балласта и т.д.

178
В целях систематизации учета весов и расчета координат цен- тра тяжести судна составляют таблицу весовой нагрузки, в кото- рую заносят веса всех элементов (статей) нагрузки Р
i
, координаты
(плечи) их центров тяжести x
i
и z
i
, а также статические моменты массы каждого танка (трюма) относительно основной плоскости
(ОП) Мz
i
=P
i
•
Z
i
и относительно плоскости мидель-шпангоута
Mx
i
=P
i
•
X
i
(Рис 105).
Бланк расчета координат ЦТ судна
N
п/п
Наименование
Р, т
Z,
м
М
z
,
тм
Х,
м
М
х
,
тм
δ m
z
,
тм
I
II
III IV
V
VI VII VIII
1
Судно порожнём
2
Экипаж, снабжение
3
Судовые запасы: тяжёлое топливо; дизельное топливо; смазочное масло; пресная вода
4
Груз
5
Балласт
6
Водоизмещение
Рис. 105 Таблица весовой нагрузки
При заполнении таблицы используют судовую документацию
(чертежи общего расположения, таблицы элементов топливных и других цистерн, чертеж размещения грузов и пр.).
После суммирования по столбцам 3, 5 и 7 находят:
Δ=Δ
0
+P
э
+Р
з
+Р
г
+Р
б
М
Х
=ΣМ
Xi
, (10)
где М
Х
– статический момент водоизмещения относительно
плоскости мидель-шпангоута,
М
z
=ΣM
Zi
, (11)