Мореходные качества судна: остойчивость и способы её улучшения; ходкость, единицы измерения скорости судна

Современное морское судно представляет собой сложное в конструктивном плане сооружение, которое в процессе эксплуатации подвергается одновременному воздействию двух движущихся сред — воды и воздуха. Чтобы судно могло выполнять свои функции, оно должно обладать определенными качествами, называемыми мореходными.

Мореходные качества кораблям (судна) — качества корабля (судна), которые определяют его способность безопасно совершать плавание при любом состоянии моря и любой погоде, а также сохраняя живучесть в случае повреждения. К числу таких качеств относятся плавучесть, остойчивость, непотопляемость, ходкость, управляемость и мореходность.

Они определяют возможность эксплуатации судна в бассейнах с различными гидрометеорологическими условиями и зависят от размеров и соотношений, главных размерений судна, от формы обводов и распределения масс по длине и высоте. Изучением этих качеств, с применением математического анализа занимается специальная научная дисциплина — теория судна. Мореходные качества в предмете «Теория судна» изучаются в двух разделах: статике и динамике судна. Статика изучает законы равновесия плавающего судна и связанные с этим качества: плавучесть, остойчивость и непотопляемость. Динамика изучает судно в движении и рассматривает такие его качества, как управляемость, качку и ходкость.

Остойчивость

Остойчивостью судна называют такое его свойство, благодаря которому судно при воздействии на него внешних факторов (ветер, волны и др.) и внутренних процессов (смещение грузов, перемещение жидких запасов, наличие свободных поверхностей жидкости в отсеках и т.д.) не переворачивается. Наиболее ёмким определением остойчивости судна может быть следующее: способность судна не переворачиваться при воздействии на него природных морских факторов (ветра, волнения, обледенения) в назначенном ему районе плавания, а также в сочетании с «внутренними» причинами, вызванными действиями экипажа

Эта особенность основана на природном свойстве плавающего на поверхности воды объекта — стремится вернуться в первоначальное положение после прекращения этого воздействия. Таким образом, остойчивость, с одной стороны, естественна, а, с другой, требует регламентированного контроля со стороны человека, принимающего участие в его проектировании и эксплуатации.

Остойчивость зависит от формы корпуса и положения ЦТ судна, поэтому путем правильного выбора формы корпуса припроектировании и правильного размещения грузов на судне при эксплуатации можно обеспечить достаточную остойчивость, гарантирующую предотвращение опрокидывания судна при любых условиях плавания.

6 стр., 2808 слов

Стадии формирования качества продукции

... проектирования принадлежит определяющая роль в повышении уровня качества продукции. Цели управления на стадии проектирования: а) формирование уровня качества продукции, соответствующего наиболее высоким требованиям, современным достижениям ... соблюдение требований НТД; сбор и накопление информации о качестве продукции на стадии эксплуатации, учет и анализ причин брака и рекламаций; создание ...

Наклонения судна возможны по разным причинам: от действия набегающих волн, из-за несимметричного затопления отсеков при пробоине, от перемещения грузов, давления ветра, из-за приема или расходования грузов и пр. Различают два вида остойчивости: поперечную и продольную. С точки зрения безопасности плавания (в особенности в штормовую погоду) наиболее опасными являются поперечные наклонения. Поперечная остойчивость проявляется при крене судна, т.е. при наклонениях его на борт. Если силы, вызывающие наклонение судна, действуют медленно, то остойчивость называют статической, а если быстро, то динамической. Наклонение судна в поперечной плоскости называют креном , а в продольной плоскости — дифферентом ; углы, образующиеся при этом, обозначают соответственно O и y. Остойчивость на малых углах наклонения (10 — 12°) называется начальной остойчивостью.

(рис.2)

Представим себе, что под действием внешних сил судно получило крен на угол 9 (рис 2).

Вследствие этого объем подводной части судна сохранил свою величину, но изменил форму; по правому борту в воду вошел дополнительный объем, а по левому борту равновеликий ему объем вышел из воды. Центр величины переместился из первоначального положения С в сторону крена судна, в центр тяжести нового объема — точку С1. При наклонном положении судна сила тяжести Р, приложенная в точке G, и сила поддержания D, приложенная в точке С, оставаясь перпендикулярными к новой ватерлинии В1Л1 образуют пару сил с плечом GK, являющимся перпендикуляром, опущенным из точки G на направление сил поддержания.

Если продолжить направление силы поддержания из точки С1 до пересечения с ее первоначальным направлением из точки С, то на малых углах крена, соответствующих условиямначальной остойчивости, эти два направления пересекутся в точке М, называемой поперечным метацентром .

Взаимное положение точек М и G позволяет установить следующий признак, характеризующий поперечную остойчивость: (Рис.3)

А) Если, метацентр расположен выше центра тяжести, то восстанавливающий момент положителен и стремится вернуть судно в исходное положение, т. е. при накренении судно будет остойчиво.

Б) Если точка М находится ниже точки G, то при отрицательном значении h0 момент отрицателен и будет стремиться увеличивать крен, т. е. в этом случае судно неостойчивое.

В) Когда точки М и G совпадают, силы Р и D действуют по одной вертикальной прямой, пары сил не возникает, и восстанавливающий момент равен нулю: тогда судно надо считать неостойчивым, так как оно не стремится вернуться в первоначальное положение равновесия (рис. 3).

Рис.3

Внешними признаками отрицательной начальной остойчивости корабля являются:

  • плавание корабля с креном при отсутствии кренящих моментов;
  • стремление корабля перевалиться на противоположный борт при спрямлении;
  • переваливание с борта на борт при циркуляции, при этом крен остается и при выходе корабля на прямой курс;
  • большое количество воды в трюмах, на платформах и палубах.

Остойчивость, которая проявляется при продольных наклонениях судна, т.е. при дифференте, называется продольной.

33 стр., 16220 слов

Расчёт загрузки и составление грузового плана судна типа Волго-Балт ...

... согласно действующим рейсовым план-графиком и безаварийность плавания. Остойчивость судна должна быть проверена перед выходом в море ... перевозки грузов». Одним из путей повышения эффективности работы флота на перевозках, не требующих дополнительных капиталовложений, является ... 6 месяцев 2. Сертификат о характеристиках груза на момент погрузки — документ одноразового действия должен быть предоставлен ...

При продольном наклонении судна па угол ш вокруг поперечной оси Ц.В. переместится из точки С в точку C1 и сила поддержания, направление которой нормально к действующей ватерлинии, будет действовать под углом ш к первоначальному направлению. Линии действия первоначального и нового направления сил поддержания пересекаются в точке. Точка пересечения, линии действия сил поддержания при бесконечно малом наклонении в продольной плоскости называется продольным метацентром М. мореходный остойчивость ходкость корабль

Продольный момент инерции площади ватерлинии IF значительно большепоперечного момента инерции IX . Поэтому продольный метацентрический радиус R всегда значительно больше поперечного r. Ориентировочно считают, что продольный метацентрический радиус R приблизительно равен длине судна. Поскольку величина продольного метацентрического радиуса R во много раз больше поперечного r, продольная метацентрическая высота H любого судна во много раз больше поперечной h. поэтому, если у судна обеспечена поперечная остойчивость, то продольная остойчивость обеспечена заведомо.

Факторы, влияющие на остойчивость судна , которые имеют сильное влияние на остойчивость судна.

К таким факторам, которые необходимо учитывать при эксплуатации маломерного судна, следует отнести:

1.На остойчивость судна наиболее ощутимо влияет его ширина: чем больше она по отношению к его длине, высоте борта и осадке, тем выше остойчивость. У более широкого судна больше восстанавливающий момент.

2.Остойчивость небольшого судна повышается, если изменить форму погруженной части корпуса при больших углах крена. На этом утверждении, например, основано действие бортовых булей и пенопластового привального бруса, которые при погружении в воду создают дополнительный восстанавливающий момент.

3.Остойчивость ухудшается при наличии на судне топливных баков с зеркалом поверхности от борта до борта, поэтому эти баки должны иметь перегородки, установленные параллельно диаметральной плоскости судна, или быть сужены в своей верхней части.

4.На остойчивость наиболее сильно влияет размещение на судне пассажиров и грузов, их следует располагать как можно ниже. Нельзя допускать на судне малых размеров во время его движения сидение людей на борту и их произвольное перемещение. Грузы должны быть надежно закреплены, чтобы исключить их неожиданное смещение со штатных мест.

5.При сильном ветре и волнении действие кренящего момента (особенно динамического) очень опасно для судна, поэтому с ухудшением погодных условий необходимо отвести судно в укрытие и переждать непогоду. Если этого сделать невозможно из-за значительного расстояния до берега, то в штормовых условиях нужно стараться держать судно «носом на ветер», выбросив плавучий якорь и работая двигателем на малом ходу.

Избыточная остойчивость вызывает стремительную качку и повышает опасность возникновения резонанса. Поэтому регистром установлены ограничения не только нижнего, но и верхнего предела остойчивости.

Для увеличения остойчивости судна (увеличения восстанавливающего момента на единицу угла крена) необходимо увеличить метацент- рическую высоту h путем соответствующего размещения на судне грузов и запасов (более тяжелые грузы внизу, а легкие наверху).

3 стр., 1247 слов

Конструкция корпуса судна

... воды, сточно-фановая и другие [6] . 1.2. Конструкция корпуса ... корпуса корабля, предназначенное для снижения волнового сопротивления ... формы)[3] . Для того чтобы в люки не попадала вода, ... реферат составлен на основе . ... судна или предмета снаружи вдоль борта может устанавливаться привальный брус (один или несколько параллельно). В зависимости от конструкции, привальные брусья могут придавать корпусу ...

С этой же целью (особенно при плавании в балласте — без груза) прибегают к заполнению водой балластных танков.

Ходкость

Ходкостью корабля называется способность корабля перемещаться с заданнойскоростью хода при затрате определённой мощности энергетической установки.

При движении корабль испытывает сопротивление двух сред- воды и воздуха. Чем плотнее среда, тем труднее в ней двигаться, а поскольку плотность воды примерно в 800 раз больше плотности воздуха, то и сопротивление воды значительно больше воздушного сопротивления. Величина силы сопротивления зависит от скорости и режима движения корабля, формы и размеров корпуса, характера и состояния подводной поверхности, количества, формы и расположения на нём выступающих частей, а так же эксплуатационных качеств: продолжительности плавания после постройки и докования, наличия волнения моря, ограниченности фарватера и др.

Движение судна возможно только при наличии определенной силы, которая способна преодолеть сопротивление воды. Сила, которая сообщает судну движение, называется упором. При постоянной скорости величина упора равна величине сопротивления воды. Скорость хода судна и упор связаны следующей зависимостью:

R

  • V = з0
  • N

где: V — скорость судна;

  • R — сопротивление воды;
  • N — мощность двигателя;
  • з0 — КПД = 0,5.

Это уравнение показывает, что с увеличением скорости возрастает и сопротивление воды. Однако эта зависимость имеет различный физический смысл и характер для водоизмещающих судов и глиссирующих.

Чем меньше сопротивление воды, тем большую скорость сообщит упор судну. Поэтому скорость движения зависит не только от мощности мотора, но и от обводов корпуса, от качества его окраски и от соотношения ширины, длины и осадки судна.

Сила сопротивления воды состоит из сопротивления трения, сопротивления формы, волнового сопротивления и сопротивления выступающих частей.

Сила сопротивления движению судна зависит от физических свойств среды. Важнейшими физическими характеристиками жидкости являются плотность и вязкость. Вследствие вязкости воды между корпусом судна и ближайшими к корпусу слоями водывозникают силы трения, на преодоление которых затрачивается часть мощности главного двигателя. Равнодействующая этих сил называется сопротивлением трения. Сопротивление трения зависит также от скорости, от смоченной поверхности корпуса судна и от степени шероховатости. На величину шероховатости влияет качество окраски, а также обрастание подводной части корпуса морскими организмами. Чтобы сопротивление трения по этой причине не увеличилось, судно подвергают периодическому докованию и очистке подводной части. Сопротивление трения определяют расчетным путем.

При обтекании корпуса судна вязкой жидкостью происходит перераспределение гидродинамических давлений по его длине. Равнодействующая этих давлений, направленная против движения судна, называется сопротивлением формы. Сопротивление формы зависит от скорости судна и от его формы. При плохо обтекаемой форме в кормовой части судна образуются вихри, что приводит к понижению давления в этом районе и увеличению сопротивления формы судна. Волновое сопротивление возникает из-за образования волн в зонах повышенного и пониженного давления при движении судна. На волнообразование также расходуется часть энергии главного двигателя. Волновое сопротивление зависит от скорости судна, формы его корпуса, а также от глубины и ширины фарватера. Сопротивление выступающих частей зависит от сопротивления трения и от формы выступающих частей (рулей, скуловых килей, кронштейнов гребных валов и пр.).

9 стр., 4008 слов

Судно для добычи рыбопродуктов

... переработки и хранения улова определяют форму и, соответственно, тип промыслового судна. Траулеры -- это суда длиной 30--70 м для лова ... расположены в корме, только изредка встраивается короткий бак. Корпус судна и надстройки сделаны из стали. Мощность главного двигателя ... выбираются через кормовой слип, который начинается ниже уровня воды и доходит до рабочей палубы. Рабочая палуба расположена ...

Сопротивление формы и волновое объединяются в остаточное сопротивление, которое можно рассчитать только приближенно. Для точного определения величины остаточного сопротивления проводят испытания моделей судов в опытном бассейне.

Таким образом, полное сопротивление движению судна определяется как сумма отдельных составляющих:

R= Rф + Rtr + Rв + Rвз + Rвч ,где

Rф- сопротивление формы

Rtr- сопротивление трения

Rв- волновое сопротивление

Rвз- сопротивление воздуха

Rвч-сопротивление выступающих частей

сопротивление трения (Rtr) — зависит от скорости хода корабля от площади смоченной поверхности судна и её состояния(шероховатости) качества ее обработки и степени обрастания (водорослями, моллюсками и т.п.);

  • сопротивление формы ( Rф) — зависит от обтекаемости корпуса судна, которая в свою очередь тем лучше, чем острее кормовая оконечность и чем больше длина судна по сравнению с шириной;
  • И чем полнее обводы корпуса и хуже его обтекаемость ,тем больше вихрей и значительнее сопротивление.

волновое сопротивление (Rв) — обусловлено повышением суммарного давления на носовую смоченную поверхность по сравнению с кормовой за счет образования на поверхности воды волн, вызванных движением корабля, чем длиннее судно, тем меньше волнообразование;

  • Сопротивление выступающих частей(Rвч)-рулей ,кронштейнов, обтекателей гидроакустических средств и др. частей, расположенных в подводной части корпуса.

Сопротивление выступающих частей (Rвч) — включает сопротивление рулей, кронштейнов, боковых килей, обтекателей гидроакустических средств и др. устройств, расположенных в кормовой части корпуса.

Сопротивление воздуха(Rвз) определяется по аэродинамической трубе методом продува в ней модели и на больших скоростях может достигнуть 10% полного сопротивления движению корабля.

Вывод:

Чтобы увеличить скорость судна при заданной мощности главных двигателей ГД, необходимо снизить сопротивление воды движению судна. Наименьшее сопротивление воды испытывают водоизмещающие суда с узким корпусом, круглоскулыми обводами и заостренными носовыми и кормовыми оконечностями. . Такое снижение при условии сохранения водоизмещения может быть достигнуто выбором оптимальной формы обводов корпуса, уменьшением шероховатости его обшивки или за счет сокращения смоченной поверхности судна. Третий путь более эффективный. Смоченная поверхность и соответственно сопротивление воды движению сводятся до минимума усудна, которое за счет использования каких-либо сил поднимается над водой и движется над ее поверхностью. Силы, способные поднять корпус судна над водой, — это гидродинамические силы поддержания, используемые на глиссирующих судах и на судах с подводными крыльями (СПК), а также силы давления воздуха, подаваемого в полость находящейся под днищем судна воздушной камеры (суда на воздушной подушке).

29 стр., 14140 слов

Электроснабжение энергетической системы и способы прокладки кабеля ...

... кабельных сетей. Электротехническая промышленность также осваивает выпуск новых судовых генераторов и статических тиристорных преобразователей для управления судовыми ... плавания, улучшение технико-экономических показателей работы судна. Современные речные суда представляют собой ... развития морского и речного транспорта органически связана с дальнейшим усовершенствованием судового электрооборудования. ...

Следует отметить, что скорость судна на волнении уменьшается. Поэтому на некоторых судах мощность двигателя увеличивают с целью получения заданной скорости на определенном волнении.

Морские меры длины и скорости

морская миля,

При решении вопросов повышенной точности следует помнить, что Земля — не шар, а сфероид. Так, длина одной морской мили, принятая в СССР, соответствует линейной длине 1′ земного сфероида в широте 44°. Длина 1′ дуги такого сфероида в районе экватора равна 1842,9 м, на полюсе — 1861,6 м. Разницей 18,7 м (около 1%) на практике пренебрегают.

Скорость морского судна измеряют узлами , т. е. количеством морских миль, которое оно проходит за 1 ч. Говорят, например, что судно имеет скорость 12 узлов, т. е. оно проходит 12 морских миль в час.

При плавании по внутренним водным путям часто применяют метрические единицы измерения расстояния и скорости. Перевод морских миль в километры и обратно осуществляется по следующим формулам:

  • S км= 1,852 морских миль; 5 морских миль = 0,54 км.

По аналогичным формулам делают перевод узлов в км/ч, в м/сек и обратно:

  • V км/ч =.1,852 узлов;
  • V узлов = 0,5400 км/ч;

— V м/сек — 0,5145 узлов; V узлов = 1,943 м/сек.

Литература

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/ostoychivost-sudna/

Н.Г. Смирнов «Теория и устройство судна», М., 1992.

А.А. Антонов «Устройство морского судна», М., 1974

А.Д. Дидык и др. «Управление судном и его техническая эксплуатация», М., 1990.

Г.Г. Ермолаева «Справочник капитана дальнего плавания», М., 1988.

Муру Н.П. «Основы непотопляемости корабля»,М.,1990.

Б.П.Коваленко « Основы остойчивости судна» М.,2003

Шарлай Г.Н. «Обеспечение остойчивости, прочности корпуса и непотопляемости морского судна» М., 2007.