Виды и значение остойчивости. Начальная остойчивость.

Остойчивость - способность плавучего средства противостоять внешним силам, вызывающим его крен или дифферент, и возвращаться в состояние равновесия по окончании возмущающего воздействия. Наклонения судна в поперечной плоскости называют креном, а в продольной - дифферентом. Углы, образующиеся при этом, обозначают соответственно θ и ψ

Применительно к судам используется уточняющая характеристика остойчивость судна. Запасом остойчивости называется степень защищённости плавучего средства от опрокидывания. Внешнее воздействие может быть обусловлено ударом волны, порывом ветра, сменой курса и т. п.

Равновесием считается положение с допустимыми величинами углов крена и дифферента (в частном случае, близкими к нулю). Отклоненное от него плавсредство стремится вернуться к равновесию. То есть остойчивость проявляется только тогда,  когда появляются условия для выведения из равновесия.

В зависимости от плоскости наклонения различают:поперечную остойчивость при крене и продольную остойчивость при  дифференте. Применительно к надводным кораблям (судам), из-за удлинённости формы корпуса судна его продольная остойчивость значительно выше поперечной, поэтому для безопасности плавания наиболее важно обеспечить надлежащую поперечную остойчивость.

В зависимости от величины наклонения различают остойчивость на малых углах наклонения (начальную остойчивость) и остойчивость на больших углах наклонения.

В зависимости от характера действующих сил различают статическую и динамическую остойчивость.

Статическая остойчивость- рассматривается при действии статических сил, то есть приложенная сила не изменяется по величине.

Динамическая остойчивость - рассматривается при действии изменяющихся (то есть динамических) сил, например ветра, волнения моря, подвижки груза и т. п.

Начальная остойчивость. Остойчивость  рассматривается  как  начальная  при малых углах крена до 10-15°.

Если судно под действием внешнего кренящего момента   М_КР   (например, давления ветра) получит крен на угол  θ  (угол между исходной WL₀ и действующей WL₁ ватерлиниями), то, вследствие изменения формы подводной части судна, центр величины   С   переместится в точку   С₁  (рис.2.9).

Центр величины - центр масс погруженного объема тела (подводной части корпуса судна). Одновременно является точкой приложения всех гидростатических сил, выталкивающих плавающее тело на поверхность.

 

 

Рисунок 2.9-Действие сил при крене судна

 

Сила поддержания yV будет приложена в точке C₁ и направлена перпендикулярно к действующей ватерлинии WL₁. Точка М находится на пересечении диаметральной плоскости с линией действия сил поддержания и называется поперечным метацентром.

Сила веса судна    остается в центре тяжести   G.   Вместе с силой   yV   она образует пару сил, которая препятствует наклонению судна кренящим моментом М_КР. Момент этой пары сил называется восстанавливающим моментом М_В. Величина его зависит от плеча L =GK между силами веса и поддержания наклоненного судна:  

                                M_В =   L =  h sin θ                               [2.22]

 

где h - возвышение точки М над ЦТ судна G, называемое поперечной метацентрической высотойсудна.

Из формулы видно, что величина восстанавливающего момента тем больше, чем больше h. Следовательно, метацентрическая высота может служить мерой остойчивости для данного судна.

Величина h данного судна при определенной осадке зависит от положения центра тяжести судна. Если грузы расположить так, чтобы центр тяжести судна занял более высокое положение, то метацентрическая высота уменьшится, а вместе с ней - плечо статической остойчивости и восстанавливающий момент, т. е. остойчивость судна понизится.

При понижении положения центра тяжести метацентрическая высота увеличится, остойчивость судна повысится.

Так как для малых углов их синусы приближенно равны величине углов, измеренных в радианах, то можно записать:

 

                                         М_В =   hθ                                   [2.23]

 

Остойчивость - одно из важнейших мореходных качеств плавучего средства, вместе с плавучестью оно обеспечивает плавание судна в заданном положении относительно поверхности воды, необходимом для обеспечения хода и маневра. Уменьшение остойчивости судна может вызвать аварийный крен и дифферент, а полная потеря остойчивости - его опрокидывание.