Файл: Методичка для практических занятий по ТУС 3к судоводители.doc

На практике считается, что условие прямостенности при приеме малого груза для транспортных судов выполняется, если масса груза не превосходит 10 % от весового водоизмещения судна.

В таком случае вошедший в воду добавочный слой объемного водоизмещения будет представлять собой вертикальный цилиндр с площадью основания, равной площади ватерлинии , и высотой, равной изменению осадки . Объем этого цилиндра , а дополнительная масса воды, вытесненной судном, будет . Приравнивая ее массе принятого груза, получим

, (3.1)

откуда найдем изменение осадки

. (3.2)

Равенство (3.1) позволяет найти массу груза , прием которого изменяет осадку судна на 1 см. Полагая м, получим

. (3.3)

Эта величина называется числом тонн на сантиметр осадки. Поскольку зависит от осадки, величина также является функцией осадки и ее значения приводятся на грузовой шкале судна. Зная , изменение осадки от приема груза массы можно найти по выражению

. (3.4)

Величиной пользуются при малых изменениях осадки, при которых пользование основной грузовой шкалой приводит к значительной относительной погрешности.

Если прием груза происходит в произвольном месте, то, вообще, судно изменит не только осадку, но и получит наклонение. Найдем условие, при котором прием груза вызовет только параллельное погружение судна. После приема груза к уравновешенным силам веса и плавучести добавятся еще две силы: вес принятого груза и добавочная сила плавучести. При малом добавочном объеме, образованном вертикальным погружением судна, центр тяжести (ЦТ) его находится на вертикали, проходящей через (ЦТ) площади ватерлинии, определяемый абсциссой . Следовательно, чтобы добавочные силы не создавали пары, наклоняющей судно, (ЦТ) принимаемого груза также должен находиться на этой вертикали. Таким образом, чтобы при приеме малого груза судно не получило наклонений, необходимо груз принимать на одной вертикали с (ЦТ) площади ватерлинии.

В случае приема большого груза изменение осадки может быть определено либо по кривым элементам теоретического чертежа, либо по грузовой шкале, как разность между осадками, соответствующими водоизмещениям после приема груза и до приема. Условие параллельного погружения судна при приеме большого груза состоит также в приеме груза на одну вертикаль с (ЦТ) добавочного слоя водоизмещения, где его положение определяется абсциссой

, (3.4)

где и относятся к водоизмещению после приема груза, а и – до приема.

Если принимается несколько грузов, то следует рассматривать прием одного эквивалентного груза суммарной массы с общим (ЦТ) всех грузов. Полученные формулы справедливы и для случая снятия или расходования груза, при этом только массу следует считать отрицательной величиной и, следовательно, также будет отрицательным.

3.2 Изменение осадки судна при переходе в воду другой плотности

При переходе судна в воду иной плотности, которая зависит от солености и температуры, изменяется его осадка. При изменении плотности меняется также сила поддержания . Практически изменение плотности воды не превышает 3 %.

Весовое водоизмещение судна при этом не меняется, и можно записать

, (3.5)

где и – исходная плотность и соответствующее объемное водоизмещение;

и – новая плотность и соответствующее объемное водоизмещение.

Из сравнения этих выражений получаем

. (3.6)

Согласно этой формуле получаем

. (3.7)

Так как изменение водоизмещение мало, можно считать судно прямостенным в пределах изменения осадки, т. е. . После подстановки этого выражения в формулу (3.7) получим

, (3.8)

где – площадь ватерлинии.

Если учесть, что объемное водоизмещение судна представляет собой , а площадь ватерлинии ,

где , – коэффициент полноты водоизмещения (общей полноты);

– длина судна между перпендикулярами;

– ширина судна на мидель-шпангоуте;

– осадка судна;

, – коэффициент полноты конструктивной ватерлинии.

Тогда формула (3.8) примет вид

. (3.9)

Очевидно, что при переходе судна в воду с большей плотностью, например, из пресной воды в соленую, оно будет всплывать, и наоборот.

Формулу для изменения осадки при переходе из морской воды в пресную можно представить в другом виде, если использовать выражение (3.3) при подстановке в формулу (3.8) получим

. (3.10)

Принимая и выражая изменение осадки в сантиметрах, получим

, (3.11)

где – число тонн на 1 см осадки, определяется по грузовой шкале.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 4. УСЛОВИЕ ОСТОЙЧИВОСТИ СУДНА. МЕТАЦЕНТРИЧЕСКИЕ ФОРМУЛЫ ОСТОЙЧИВОСТИ. РАСЧЕТ МЕТАЦЕНТРИЧЕСКИХ ВЫСОТ ПО ЗАДАННОМУ ГРУЗОВОМУ ПЛАНУ

4.1 Условие остойчивости судна

Остойчивостью называется способность судна сопротивляться воздействию внешнего кренящего момента и возвращаться в исходное положение равновесия после прекращения действия момента, вызвавшего наклонение под действием восстанавливающего момента .

Понятие остойчивости связывается с действием на судно только моментов (пар сил) и, следовательно, равнообъемными наклонениями – наклонениями, при которых не меняется объем подводной части судна, а только его форма.

Если кренящий момент, приложенный к судну, возрастает постепенно и не вызывает угловых ускорений, а следовательно сил инерции, то при рассмотрении равновесия судна можно пользоваться условиями статического равновесия. Остойчивость при таких наклонениях называется статической.

Остойчивость судна при мгновенно приложенном кренящем моменте называется динамической.

В зависимости от того, какие наклонения рассматриваются, различают поперечную и продольную остойчивость.

В зависимости от величины угла крена поперечную остойчивость разделяют на остойчивость при малых углах наклонения () или начальную остойчивость, и остойчивость на больших углах крена.

При наклонении судна изменяется положение центра подводного объема судна (центра величины наклоненного судна), следовательно, равнодействующая сил поддержания будет приложена в точке . Для оценки остойчивости судна введено понятие метацентрической высоты , которая представляет возвышение метацентра (точка «») над центром тяжести (точка «») и может быть положительным или отрицательным. Если равнодействующие сил тяжести и поддержания образуют момент стремящийся увеличить угол крена судна – то судно не остойчиво , (рис.4.1).

Если возникает момент , стремящийся вернуть судно в исходное прямое положение, то судно остойчиво , (рис. 4.2).

Момент называется восстанавливающим моментом и равен он произведению одной из сил пары на плечо

(4.1)

где – сила тяжести, т;

– весовое водоизмещение, т;

– плотность забортной воды, т/м³;

– объемное водоизмещение, т;

– сила поддержания, т;

– плечо статического угла крена, м.

Рис. 4.1 – Неостойчивое судно

Рис. 4.2 Остойчивое судно

4.2 Метацентрические формулы остойчивости

Для оценки остойчивости судна при наклонениях в поперечном или продольном направлении, достаточно определить его поперечную и продольную метацентрические высоты.

Поперечная и продольная метацентрическая высота зависит от формы корпуса судна, соотношения его главных размерений, состояния нагрузки, наличия жидких и перемещающихся грузов, расположения центра величины (ЦВ) и центра тяжести (ЦТ), а также метацентров и (рис. 4.3 и рис. 4.4).

Рис. 4.3 Расчет поперечной метацентрической высоты

Рис. 4.4 Расчет продольной метацентрической высоты

Поперечную и продольную метацентрическую высоту можно определить по следующим формулам

(4.2)

(4.3)

где – аппликата поперечного и продольного метацентра, определяются по кривым элементам теоретического чертежа или гидростатической таблице, для данной осадки ;

– аппликата центра тяжести судна, вычисляется при составлении грузового плана, для данной осадки ;

– аппликата центра величины судна, определяется по кривым элементам теоретического чертежа или гидростатической таблице, для данной осадки ;

– поперечный и продольный метацентрические радиусы, определяются по кривым элементам теоретического чертежа или гидростатической таблице, для данной осадки .

4.3 Расчет метацентрических высот по заданному грузовому плану

В соответствии с Правилами Регистра и Кодексом ИМО для обеспечения остойчивости судна в эксплуатации на каждое судно должна выдаваться одобренная классификационным обществом Информация об остойчивости, целью которой является помочь капитану и контролирующим организациям в поддержании достаточной остойчивости судна во время эксплуатации. Однако формальное соблюдение указаний Информации не освобождает капитана от ответственности за остойчивость судна.

Информация об остойчивости состоит из следующих разделов:

- Общие сведения о судне, включая главные размерения, даты постройки, установленные ограничения по району плавания и волнению, осадка по летнюю и лесную летнюю маркам; данные опыта кренования (водоизмещение и координаты центра тяжести судна порожнем), а также данные по коэффициенту для определения периода бортовой качки.

- Указания капитану содержащие перечень нормативных документов, на основании которых разработана информация, а также методики по выполнению требований нормативных документов; перечень критериев остойчивости применимых к судну с указанием лимитирующих критериев; перечень отверстий, которые должны быть закрыты во время плавания судна; указания о наибольших допустимых аппликатах (ЦТ) судна; допускаемые нагрузки на палубы и люковые крышки, сведения о поправках на влияние свободных поверхностей жидких грузов и о порядке расходования их.

- Если судно порожнем, вследствие несимметричности расположения оборудования имеет крен и дифферент, то приводятся указания по размещению балласта, запасов или груза для устранения крена и уменьшения дифферента. Должно быть указано, что устранение крена соответствующим размещением навалочного груза недопустимо.

- Порядок приема балласта в рейсе; для компенсации увеличения положения центра тяжести судна по высоте вследствие расходования запасов; указания в отношении погодных условий, при которых допускается производить балластировку, приводятся принципиальные схемы балластировки при перевозке тяжелых грузов на палубе и пояснения к этим схемам, приводятся рекомендации по выбору направления и скорости движения судна по отношению к волнению, указание о допустимой скорости при маневрировании по условию крена на циркуляции для судов с грузом контейнеров на палубе.

- Типовые случаи нагрузки, содержащие таблицы, показывающие (в типовых случаях загрузки) распределение грузов и запасов по грузовым помещениям и цистернам с указанием массы, координат центра тяжести и соответствующих моментов, а также с указанием цистерн, по которым приняты поправки на влияние свободных поверхностей.

Случаи нагрузки должны содержать: судно порожнем, судно при доковании, случаи нагрузки требуемые Правилами и другие случаи, показывающие практические границы эксплуатации судна, в соответствии с его назначением, случаи балластировки для обеспечения остойчивости.

Сводная таблица типовых случаев нагрузки содержащая данные: водоизмещение, посадка судна, координаты центра тяжести судна, начальная метацентрическая высота и поправка к ней, допустимое возвышение Центра тяжести судна, значения нормируемых параметров остойчивости (критерий погоды, параметры диаграммы статической остойчивости, угле крена на циркуляции, от скопления пассажиров у борта и др.).

- Оценка остойчивости для нетиповых случаев нагрузки.

Если на судне имеется компьютер и программы для оценки остойчивости они должны быть одобрены классификационным обществом.

Несмотря на наличие компьютера должны быть приведены все необходимые документы и методики для самостоятельного выполнения расчетов по определению всех параметров посадки и остойчивости.

Для судов требующих контроля прочности Информация должна содержать соответствующие диаграммы или таблицы и пояснения.

Если судно приспособлено для перевозки зерна, то в Информацию включаются данные и диаграммы, облегающие контроль остойчивости по Правилам перевозки зерна.

4.4 Составление грузового плана (расчет нагрузки судна)

Исходные данные для расчета нагрузки судна, т.е. массы судна, и координат его центра тяжести содержатся в грузовом плане судна, в котором приводится распределение перевозимых грузов и судовых запасов по грузовым помещениям и цистернам с указанием массы в каждом из них. Масса и координаты ЦТ судна порожнем указаны в судовом документе «Информация об остойчивости судна». Там же приводится форма таблицы, рекомендуемой для расчета нагрузки судна (табл. 4.1.).

Таблица 4.1 – Расчет нагрузки (перевозимый груз)

Ввиду того, что расчет нагрузки требуется производить для случаев как в полном грузу, так и при израсходованных запасах (обычно с 10% запасов), соответствующих началу и концу рейса, целесообразно составлять таблицы нагрузки отдельно для судовых запасов, расходуемых в рейсе, и для перевозимого груза, а затем составить сводные таблицы для разных состояний нагрузки судна.

В столбце 2 (таблицы 4.1) перечисляются все принятые к перевозке грузы, в столбцах 3, 4 и 6 – соответственно их массы и координаты центров тяжести по длине от миделя и по высоте от основной плоскости. В столбцах 5 и 7 вычисляются статические моменты масс относительно тех же координатных плоскостей. Грузы, расположенные в нос от миделя, имеют положительные и , расположенные в корму от миделя – отрицательные. Если в одно грузовое помещение принимается несколько различных грузов, то каждый из них заносится в таблицу нагрузки отдельной строкой.

Моменты масс по ширине судна, как правило, не рассчитываются, так как грузы укладываются симметрично относительно диаметральной плоскости и для них . Во всяком случае, суммарный момент от несимметрично принятых грузов должен быть достаточно малым, чтобы не было заметного угла крена, который недопустим при нормальной эксплуатации.