ТЕМА 1.8 Мореходные и эксплуатационные качества судов

1.8.1 Мореходные качества: плавучесть, остойчивость, непотопляемость, ходкость, качка, управляемость. Общие понятия и определения

Мореходные качества судна – качества, 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, качка. Мореходные качества являются предметом изучения науки под названием «теория корабля».

Плавучесть - это способность судна держаться на поверхности воды, имея заданную осадку при определенном количестве груза и людей на борту.

На судно, находящееся на спокойной воде, постоянно действуют две силы: сила тяжести (веса) и сила поддержания (выталкивания). Судно держится на плаву благодаря тому, что силы тяжести, направленные вниз (ко дну), уравновешиваются выталкивающими силами воды, которые возникают в результате гидростатического давления на корпус судна. Равнодействующая сил тяжести судна (D), которое находится на ровном киле (рис.1.81), приложена в точке, которая называется центром тяжести (ЦТ), а точка приложения равнодействующей выталкивающих сил (сила - С) называется центром величины (ЦВ).

Чтобы судно находилось в равновесии, силы тяжести и поддержания должны быть равны по величине и направлены в противоположные стороны по одной вертикали. В случае течи в корпусе или пробоины, а также попадания воды во время штормовой погоды внутрь судна, увеличивается его масса. Поэтому судно должно иметь запас плавучести.

                                         

Рисунок 1.81- Силы тяжести и поддержания

 

Запас плавучести - это водонепроницаемый объем корпуса судна, находящийся выше действующей ватерлинии. Необходимый запас плавучести обеспечивается приданием судну в процессе проектирования достаточной высоты надводного борта, а также наличия водонепроницаемых закрытий и переборок между отсеками. При отсутствии таких переборок любая пробоина подводной части корпуса приводит к полной потере запаса плавучести и гибели судна.

Запас плавучести зависит от высоты надводного борта - чем выше надводный борт, тем больше запас плавучести. Этот запас нормируется минимальной высотой надводного борта, в зависимости от величины которой для конкретного маломерного судна устанавливаются район плавания и допустимое удаление от берега. Однако следует знать, что чрезмерное увеличение высоты надводного борта отрицательно влияет на - остойчивость.

Остойчивость - это способность судна противостоять внешним силам (ветру, волнам) вызывающим его наклонение, а после прекращения действия этих сил возвращаться в первоначальное положение равновесия.

Различают два вида остойчивости: поперечную и продольную остойчивость.

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.

Непотопляемость судна - способность судна при затоплении одного или нескольких отсеков сохранять плавучесть и остойчивость.

Непотопляемость обеспечивается делением корпуса на водонепроницаемые отсеки, устройством двойного дна, оборудованием судна водоотливными средствами. Судно, оборудованное водонепроницаемыми переборками, должно оставаться на плаву при  затоплении одного любого отсека.

Маломерное судно без переборок,  получив пробоину, также при поступлении воды в корпус должно не только оставаться на плаву, но и иметь избыточный запас плавучести, предназначенный для того, чтобы пассажиры, находясь в воде, могли держаться за корпус аварийного судна. Незатапливаемые объемы корпуса чаще всего представляют собой блоки из пенопласта. Необходимое его количество и расположение рассчитываются для обеспечения аварийного запаса плавучести и

поддержания аварийного судна в положении "на ровном киле".

Ходкость - способность судна развивать и сохранять заданную скорость хода при минимальных энергозатратах.  Характеризуется буксировочной мощностью главной энергетической установки при заданной скорости. Буксировочная мощность это мощность, которую необходимо затратить на преодоление сил сопротивления.

Качка судна - колебательные движения около положения равновесия, совершаемые свободно плавающим на поверхности воды судном. Различают бортовую, килевую и вертикальную качки.

Бортовой качкой называют колебательные движения, проходящей в ДП продольной оси.

 Килевой качкой называют колебательные движения, совершаемые судном вокруг поперечной оси.

Вертикальной качкой называют колебательные движения, совершаемые судном в вертикальной плоскости вверх и вниз и вызываемые изменением сил поддержания при прохождении волны.

Качка характеризуется рядом величин, из которых наибольшее практическое значение имеют амплитуда качки и период качки. Амплитудой называют наибольшее отклонение от среднего до крайнего положения качающегося тела; период качки - временем совершения двух полных размахов или продолжительность одного полного колебания судна, четыре амплитуды.

 

         

                             

Рисунок 1.82- Виды качки судна:

1-продольная ось, 2-продольное движение,  3-бортовая (боковая) качка, 4-поперечная ось,

5 - поперечное движение (дрейф),  6 - килевая качка, 7-вертикальная ось,

8-вертикальная качка, 9-рысканье                            

Различают качку на тихой воде и качку на волнении. Свободная качка на тихой воде происходит после прекращения действия сил, которыми судно было выведено из равновесия, а затем предоставлено самому себе. Такие колебания быстро затухают вследствие действия сил сопротивления воды. Однако некоторые параметры и характеристики качки судна на тихой воде существенно влияют на параметры вынужденной качки на волнении, поэтому их необходимо изучать. 

Вынужденная качка вызывается периодически изменяющимися силами давления, возникающими при повышении и понижении уровня воды у бортов судна

при плавании на взволнованной поверхности воды.

 

К вредным последствиям качки относятся:

 

а) уменьшение скорости судна вследствие увеличения сопротивления воды   

движению судна и ухудшения режима работы движителей;

б)  возникновение добавочных усилий, вызванных силами инерции и ударами волн,

 что может привести к местным разрушениям корпуса и отдельных устройств   

судна;

в)  нарушение нормального режима работы механизмов, устройств и различных

 приборов вследствие воздействия сил инерции;

г)  заливание палубы, затрудняющее обслуживание механизмов и отдельных

 устройств, расположенных на палубе и выше нее;

д)  ухудшение условий обитаемости судна, вредное физиологическое воздействие на

людей.

Опасными последствиями качки являются:

 

а) опрокидывание  судна  из-за  потери  остойчивости в  результате появления  

больших углов крена или значительное уменьшение остойчивости вследствие    

смещения

б) грузов, приема большого количества воды на палубу и т.д.;

в) разрушение (излом) корпуса из-за потери общей продольной прочности.

 

Для предотвращения неприятных последствий от действия качки на судах применяют успокоители качки, которые по характеру действия делятся на пассивные — неуправляемые, и активные — управляемые. Самыми простыми успокоителями качки, применяемыми практически на всех судах, являются скуловые (боковые) кили (рис.1.83) или успокоительные цистерны (рис.1.84а).

 

                        

                                    Рисунок 1.83-Скуловой киль