Файл: Теория и устройство судна.pdf

179
где М
Z
– статический момент водоизмещения относительно
основной плоскости.
Координаты центра тяжести (ЦТ) судна определяются:

=

=
X
Z
M
Xg
M
Zg
;
. (12)
Значение координат ЦТ судна записываются в 4 и 6 столбцы строки “водоизмещение».
Поскольку эксплуатация судна с креном не допускается, все запасы и грузы размещаются симметрично ДП, поэтому в бланке отсутствуют столбцы для расчета ординаты ЦТ судна y
g
. Если не- возможно обеспечить симметричное распределение статей нагруз- ки, то возникший вследствие этого момент компенсируется прие- мом балласта в соответствующую цистерну.
Грузовой план – план размещения грузов на судне (Рис. 106).
Рис. 106 Грузовой план
Приведенный на Рис. 105 бланк обычно дополняется таблицей расчётных значений параметров остойчивости и посадки.
Расчёт координат ЦТ судна производится грузовым помощни- ком перед каждым рейсом на отход и приход судна (с учётом рас- ходуемых за рейс судовых запасов), а также в течение рейса, если по какой-либо причине изменяется состояние загрузки судна или предполагается снижение остойчивости в рейсе. Рассчитанные зна- чения координат ЦТ судна и водоизмещения используются для проверки остойчивости и расчёта посадки судна.

180
8.3 Изменение осадки при приёме и расходовании грузов
В процессе эксплуатации нагрузка судна постоянно меняется, поэтому необходимо учитывать её влияние на посадку судна. Ме- тодика определения изменения осадки при приёме или расходова- нии грузов зависит от их массы. В теории судна принято разделять грузы на две категории: «малые грузы» и «большие грузы». Под малыми грузами понимают грузы, при приёме и расходовании ко- торых можно полагать борта судна в районе переменной ватерли- нии вертикальными. Масса малого груза, как правило, не превос- ходит 10–12% водоизмещения. Грузы большей массы относятся к категории «больших грузов».
Представим, что на судно принят малый груз, который не вы- зывает дифферента и крена. Тогда погрузившуюся в воду часть судна объёмом V можно считать цилиндром, имеющим в основа- нии ватерлинию площадью S и высоту, равную изменению осадки
δ.
В соответствии с правилами геометрии (d объём цилиндра ра- вен произведению площади основания на высоту).
,
d
S
V


=
откуда
S
P
S
V
d

=
=


(13)
Для быстрого определения изменения средней осадки при опе- рациях с малыми грузами вводится величина, называемая числом тонн на 1 см осадки и обозначаемая через q, т.е. масса груза, приём
(снятие) которого вызывает изменение средней осадки на 1 санти- метр.
Положив
δ
d = 1 см = 0,01 м и P = q, получим число тонн на 1 см осадки
q =0, 01
ρ
S (14)
Зная q, легко найти изменение средней осадки при приёме или расходовании малого груза по формуле (в см):
На грузовой шкале (см. Рис. 107) обычно рядом со шкалой осадок приводятся данные числа тонн на 1 см осадки.
(15)

181
Рис. 107 Грузовая шкала

182
8.4 Изменение осадки при переходе в воду с иной плотно-
стью
Изменение плотности забортной воды, связанное с изменением её солёности и температуры, приводит к изменению силы плавуче- сти (поддержания) и, следовательно, к изменению осадки. Масса судна при этом не меняется и можно записать:
– для исходного состояния в воде с плотностью
ρ
Δ=
ρ
; (16)
– для состояния после перехода в воду с плотностью
ρ
1
Δ=
ρ
1
(
+
δ
). (17)
Из сравнения двух этих выражений следует
ρ
=
ρ
1
(
+
δ
). (18)
Поскольку это изменение объёмного водоизмещения мало, то судно можно считать прямобортным в пределах изменения осадки, т.е.
δ
=
δd
∙ S.
Подставив это выражение в записное выше соотношение, по- лучим
С учётом того, что объёмное водоизмещение
=Св∙L∙B∙d, а площадь ватерлинии S=
α
∙L∙B, окончательно можно записать
∙
Из этой формулы видно, что при переходе судна из менее плотной воды в более плотную (
ρ < ρ
1
) изменение осадки
δ
<0 , т.е. судно подвсплывает (например, из реки в море), и, наоборот, при переходе с моря в реку (
ρ > ρ
1
) осадка увеличивается.
Так как у обычных судов
85
,
0


В
С
, то
d
d
d
02
,
0 000
,
1 000
,
1 025
,
1 85
,
0








−
=

Отсюда
(21)
(20)
(19)

183 т.е. максимальное изменение осадки составляет примерно 2%.
8.5 Определение водоизмещения и осадки судна в судовых
условиях
8.5.1
Судно плавает без дифферента
Здесь и далее полагаем, что крен отсутствует. В этом случае водоизмещение судна можно определить по кривой водоизмещения
– грузовому размеру (Рис. 108).
Грузовой размер – это зави- симость весового Δ или объёмно- го водоизмещения от осадки d
(Рис. 103).
Грузовой размер позволяет решать при эксплуатации судна следующие задачи:
• Определение водоизмещения судна по известной средней осадке;
• Определение средней осадки судна по известному водоиз- мещению;
• Определение количества принятого или снятого с судна груза по известному изменению средней осадки;
• Определение изменения средней осадки по известному ко- личеству принятого или снятого груза.
Последние две задачи можно решать не только для случая ма- лого груза, но и для груза любой величины.
Следует оговориться, что грузовой размер строится по теоре- тическому чертежу для посадки судна на ровный киль, и пользо- ваться им можно только при дифференте, не превышающем 1 0
. При больших величинах дифферента грузовой размер даёт большую погрешность.
Связь между водоизмещением и осадкой может быть пред- ставлена также в виде номограммы (Рис. 107), называемой грузовой
шкалой, которая широко применяется на судах. На её вертикальных
Рис. 108 Грузовой размер

184 шкалах откладываются водоизмещение в пресной и морской воде, дедвейт, осадка, высота надводного борта и другие параметры.
Зная одну из перечисленных величин и отметив её на соответству- ющей шкале, снимают с остальных шкал искомых параметры.
8.5.2 Судно плавает с дифферентом
При сравнительном большом дифференте (обычно более 1,0–
1,5 0
) зависимости (d) или Δ(d) дают существенную ошибку, по- этому для определения водоизмещения ими пользоваться нельзя.
Достаточную точность определения водоизмещения судна с диф- ферентом обеспечивает так называемый масштаб Бонжана. Орди- наты кривых масштаба Бонжана дают погружённые площади шпангоутов (Рис. 109), которые вычисляются по формулам и от- кладываются от теоретических шпангоутов по горизонтали. Чтобы определить водоизмещение судна, на масштаб Бонжана по извест- ной осадке носом и кормой наносят ватерлинию судна, по горизон- тали от точек пересечения ватерлинии с теоретическими шпангоу- тами снимают погружённые площади шпангоутов и, произведя не- обходимые вычисления, получают объёмное водоизмещение и абс- циссу центра величины судна, плывущего дифферентом.
Рис. 109 Масштаб Бонжана

185
Расчёт параметров судна по масштабу Бонжана связан с прове- дением сравнительно громоздких вычислений, поэтому на практи- ке для определения водоизмещения и абсциссы центра величины судна при дифференте пользуются диаграммами осадок носом и кормой (Рис. 110). Диаграммы позволяют найти водоизмещение судна при любой его посадке, в том числе и на ровный киль.

186
Риc
. 1 10
Ди
аг
ра
м
м
а
Ф
и
рс
ов
а

187
8.5.3 Кривые элементов теоретического чертежа
(гидростатические кривые)
К теоретическим элементам корпуса судна; используемым при решении различных задач статики судна, относятся:
• объёмное водоизмещение ;
• координаты центра величины x
C
и z
С
;
• площадь ватерлинии S
ВЛ
;
• абсцисса центра тяжести площади ватерлинии x
f
;
• коэффициенты полноты: площади ватерлинии
α
, ми- дель-шпангоута
β
и общей С
В
Кроме того, при решении задач статики судна, связанных с его остойчивостью, используются следующие теоретические элементы, значение которых будет разъяснено в дальнейшем:
• центральные моменты инерции площади ватерлинии I
x
и I
yf
;
• аппликаты поперечного и продольного метацентров z
m
и z
M
;
• поперечный и продольный метацентрические радиусы
r и R.
Все перечисленные элементы вычисляют при проектировании судна по стандартной методике с помощью ординат теоретического чертежа для различных осадок судна. Совокупность кривых, выра- жающих графически зависимость элементов плавучести и остойчи- вости осадки судна (в предположении его посадки прямо и на ров- ный киль), изображают на одном чертеже, который носит название
кривые элементов теоретического чертежа (Рис. 111). Ординаты кривых х
с
и х
f
откладывают от одной вертикали, представляющей собой след плоскости мидель-шпангоута на ДП, а ординаты прочих кривых – от некоторых условных вертикалей, причём масштаб ор- динат указывают на самих кривых или в нижней и верхней частях чертежа вычёркивают ряд шкал, на которые наносят масштабы кривых. Указанный чертёж выдаётся на судно в составе отчётной документации; он позволяет быстро и без каких-либо вычислений находит значения всех требуемых теоретических элементов корпу- са судна для любой осадки.
Рассмотрим свойства некоторых из этих кривых.

188
Риc
. 1 1
1
Г
и
др
ос
та
ти
ч
ес
к
и
е
к
ри
вы
е

189
8.6 Нормирование и контроль плавучести морских судов
Любое судно для обеспечения безопасности плавания должно иметь избыток водоизмещения – запас плавучести. Под запасом плавучести понимают объём водопроницаемого корпуса выше ва- терлинии или то дополнительное количество груза, которое судно может принять до момента потери способности держаться на воде.
Запас плавучести морских судов определяется высотой надводного борта – пока он сохраняется, судно плывёт. Методика расчёта минимального надводного борта (минимального запаса плавучести) изложена в «Правилах о грузовой марки морских су- дов» Российского Морского Регистра Судоходства, разработана на основе Международной конвенции о грузовой марке. Правила де- лят судна совершающие международные рейсы, не совершающие международных рейсов и рыболовные. Под международными рей- сами понимаются морские рейсы из страны, на которую распро- страняется Международная конвенция о грузовой марки, в порт, расположенный за пределами страны. Минимальный надводный борт судна устанавливается Правилами в зависимости от назначе- ния судна (пассажирское, грузовое и т.д.), характера грузов, пере- возимых судном, длины и конструктивных особенностей судна, условий плавания и других факторов.
Судно в период технического надзора за его постройкой под- вергается специальному освидетельствованию, которое включает полную проверку его конструкции и оборудования в пределах, предусмотренных «Правилам о грузовой марке». Устанавливается соответствие общего расположения, оборудования, устройств, ма- териалов, прочности и остойчивости судна требованиям этих «Пра- вил». По результатам освидетельствования составляется протокол, рассчитывается надводный борт и выдается свидетельство о грузо- вой марке. Для возобновления грузовой марки производится пери- одические освидетельствования через промежутки времени, не превышающие пяти лет.
Грузовая марка – это специальный знак, наносимый на бортах судна в районе мидель-шпангоута, состоящий из трех элементов: палубная линия, знака грузовой марки (круга или диска Плимсоля) и грузовых марок (гребёнок осадки).

190 1. Палубная линия – это горизонтальная линия длиной 300 мм, середина которой совпадает с плоскостью мидель-шпангоута, а верхняя кромка – с линией пересечения верхней поверхности палу- бы с наружной поверхностью обшивки борта.
2. Собственно знак грузовой марки, который имеет форму кольца с наружным диаметром 300 мм, пересеченного горизон- тальной линией длиной 450 мм. Верхняя кромка этой линии прохо- дит через центр кольца, расположенный посередине длины судна.
Над линией по её концам двумя буквами наносится обозначение классификационного общества, назначившего судна надводный борт. У судов, не совершающих международных рейсов, а также у рыболовных судов кольцо дополнительно разделяется вертикаль- ной линией, проходящей через его центр.
Расстояние от верхней кромки палубной линии до центра кольца является минимальным надводным бортом судна при его плавании в летний сезонный период.
3. Грузовые марки – горизонтальные линии длиной 230 мм, отмечающие допустимую осадку судна.
На судах, совершающих международные рейсы, и судах не- ограниченного района плавания наносится следующие марки:
Л – летняя грузовая марка, определяемая верхней кромкой го- ризонтальной линии, проходящей через центр кольца;
З – зимняя грузовая марка, которая получается прибавлением к летнему надводному борту
0>

191
ТП – тропическая грузовая марка для пресной воды. Она рас- полагается выше Т.
Все линии грузовой марки и буквы выполняются толщиной
25мм, изготавливаются из стали и привариваются или наносится керном на бортах, затем окрашиваются в белый или жёлтый цвет на тёмном фоне бортов и в чёрный – на светлом.
Суда с минимальным надводным бортом должен загружаться так, что ватерлиния не проходила выше верхней кромки соответ- ствующей грузовой марки. Суда, имеющие избыточный надводный борт, во всех случаях, кроме отмеченных грузовыми марками, должны загружаться в морской воде не выше, чем по верхнюю кромку горизонтальной линии знака грузовой марки.

192
Рис. 112 Грузовые марки

193
IX ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДНА
9.1 Начальная остойчивость судна
В механике различают три вида статического равновесия тела.
Если тело находится в положении равновесия и при малом накло- нении возвращается в своё первоначальное положение, то равнове- сие тела называют устойчивым. Если при малом отклонении тело остается в том положении, в какое его отклонили, то равновесие будет безразличным. Наконец, если при малом отклонении тело стремится ещё больше отклониться от своего первоначального по- ложения, то его равновесие будет неустойчивым.
В статике судна применительно к равновесию плавающего судна в условиях возможного воздействия на него внешних мо- ментов известное в механике свойство статического устойчивости принято называть статической остойчивостью или просто остой-
чивостью.
Таким образом, остойчивость можно определить как способ- ность судна, выведенного из положения вертикального равновесия под действием внешних сил, вновь возвращаться в исходное поло- жение равновесия, после прекращения действия этих сил.
Приведенное выше определение показывает, что остойчивость судна тесно связано с его равновесием и служит характеристикой последнего. Судно считается остойчивым, если его равновесие устойчиво, и неостойчивым, если его равновесие неустойчиво или безразлично.
Изучая остойчивость судна, различают остойчивость на ма-
лых углах наклонения, или начальную остойчивость, и остойчи-
вость на больших углах наклонения. Это вызвано тем, что обычно судно остойчиво лишь при отклонениях, лежащих в определённых приделах, различных для разных судов, и поэтому целесообразно сначала исследовать его остойчивость при весьма малым (теорети- чески бесконечно малых) отклонениях от положения равновесия, а затем уже определить пределы остойчивости при больших откло- нениях. Кроме того, при изучении бесконечно малых наклонений имеется возможность принять ряд допущений и получить простые математические зависимости.
При изучении остойчивости судна рассматривают его накло- нения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях – поперечной