Влияние перемещения грузов на посадку и остойчивость судна

Судна

Определение мер начальной остойчивости

5.7.1. Посадка судна прямо и на ровный киль. В случаях, когда судно плавает с незначительными углами крена и дифферент, меры начальной остойчивости могут быть определены с помощью метацентрических диаграмм.

При заданной массе судна, определение мер начальной остойчивости сводится к определению аппликат метацентров (или метацентрических радиусов и аппликаты ЦВ) и аппликаты ЦТ.

Аппликата ЦВ z_c и метацентрические радиусы r, R являются характеристиками погруженного объема судна и зависят от осадки. Эти зависимости представлены на метацентрической диаграмме входящей в состав кривых элементов теоретического чертежа (рис.21). По метацентрической диаграмме (рис.42) можно не только определить z_c и r, но при известной аппликате ЦТ, найти поперечную метацентрическую высоту судна.

На рис.42 представлена последовательность расчета поперечной метацентрической высоты судна при приеме груза. Зная массу принятого груза m и аппликату его центра тяжести z, можно определить новую аппликату ЦТ судна z_g1 по формуле:

z_g1 = z_g + (z– z_g),

где z_g – аппликата ЦТ судна до приема груза.

5.7.2. Посадка судна с дифферентом. При плавании судна с дифферентом в воду входят более полные участки корпуса, что приводит к увеличению площади ватерлинии (остойчивости формы) и соответственно поперечной метацентрической высоты. У промысловых судов кормовые обводы полнее носовых, поэтому следует ожидать при дифференте на корму увеличение, а при дифференте на нос уменьшение поперечной остойчивости судна.

Рис.42. Метацентрическая Рис.43. Диаграмма Фирсова – Гундобина

диаграмма

Для вычисления поперечной метацентрической высоты судна с учетом дифферента используют диаграммы Фирсова – Гундобина, начальной остойчивости КТИРПиХ и интерполяционные кривые.

Диаграмма Фирсова – Гундобина (рис.43), отличается от диаграммы Фирсова тем, что содержит кривые z_m и z_c, значения которых определяются по известным осадкам судна носом и кормой.

Диаграмма начальной остойчивости КТИРПиХ (рис.44) позволяет определить аппликату метацентра судна z_m по известной массе Δ и абсциссе его центра тяжести x_g.

По диаграмме интерполяционных кривых (рис.45) можно при известных осадках судна носом и кормой найти поперечный метацентрический радиус r и аппликату центра величины судна z_c.

Диаграммы, показанные на рис. 43 – 45, позволяют найти z_m при любой посадке судна, в том числе и на ровный киль. Следовательно, они дают возможность проанализировать влияние дифферента на начальную поперечную остойчивость судна.

Рис.44. Диаграмма начальной Рис.45.Диаграмма для определения z_c и r

остойчивости траулера типа “Карелия“

Для определения посадки и остойчивости судна при произвольном перемещении грузов, необходимо рассмотреть раздельно вертикальное, поперечное горизонтальное и продольное горизонтальное перемещение.

Необходимо помнить, что в начале следует выполнить расчеты, связанные с изменением остойчивости (вертикальное перемещение, подъем груза)

5.8.1. Вертикальное перемещение груза (рис.46) из точки 1 с точку 2 не создает момента, способного наклонить судно, и следовательно, его посадка не меняется (если только остойчивость судна при этом остается положительной). Такое перемещение приводит только к изменению по высоте положения центра тяжести судна. Можно сделать вывод, что данное перемещение приводит к изменению остойчивости нагрузки при неизменной остойчивости формы. Перемещение центра тяжести определяется по известной теореме теоретической механики (§5.3.1.):

δz_g = (z₂ – z₁),

где m – масса перемещаемого груза, Δ - масса судна, z₁ и z₂ - аппликаты ЦТ груза до и после перемещения.

Приращение метацентрических высот составит:

δh = δН = – δz_g= – (z₂ – z₁).

Судно после перемещения груза будет иметь поперечную метацентрическую высоту:

h₁ = h + δh.

Вертикальное перемещение груза не приводит к значительному изменению продольной метацентрической высоты, ввиду малости δН по сравнению с величиной Н.

Рис.46. Вертикальное Рис. 47. Поперечное горизонтальное

перемещение груза перемещение груза

5.8.2. Подвешенные грузы появляются на судне в результате подъема груза из трюма на палубу, приемом улова, выборкой сетей с помощью грузовых стрел и т.п. Влияние на остойчивость судна подвешенный груз (рис.46) оказывает аналогично вертикально переме-щенного, только изменение остойчивости происходит мгновенно в момент отрыва его от опоры. При подъеме груза, когда натяжение в шкентеле станет равным весу груза, происходит перемещение центра тяжести груза из точки 1 в точку подвеса (точку 2) и дальнейший подъем не будет оказывать влияние на остойчивость судна. Оценить изменение метацентрической высоты можно по формуле

δh = – l,

где l = (z₂ – z₁) – первоначальная длина подвеса груза.

На небольших судах, в условиях пониженной остойчивости, подъем груза судовыми стрелами может представлять значительную опасность.

5.8.3. Поперечное горизонтальное перемещение груза массой m (рис.47) приводит к изменению крена судна в результате возникающего момента m _кр с плечом (y₂ – y₁)cosΘ.

m _кр = m (y₂ – y₁) cosΘ = m l_y cosΘ,

где y₁ и y₂– ординаты положения ЦТ груза до и после перемещения.

Учитывая равенство кренящего m _кр и восстанавливающего моментов m_Θ, используя метацентрическую формулу остойчивости, получим: Δh sinΘ = m l_y cosΘ, откуда

tgΘ = m l_y /Δh.

Учитывая, что углы крена небольшие, можно считать, что

tgΘ = Θ = Θ⁰/57,3,

и формула примет вид

Θ⁰ = 57,3 m l_y /Δh.

Если до перемещения груза судно имело крен, то в данной формуле угол следует рассматривать как приращение δΘ⁰

Рис.48.Продольное горизонтальное перемещение груза

5.8.4. Продольное горизонтальное перемещение груза (рис.48) приводит к изменению дифферента судна и поперечной метацентрической высоты. По аналогии с предыдущим случаем при М_Ψ = М_диф, получим:

tg Ψ = m l_х /ΔН, или

Ψ⁰ = 57,3 m l_х /ΔН.

На практике продольные наклонения чаще оценивают величиной дифферента D_f = Ψ⁰ L /57,3, тогда

D_f = m l_х L /ΔН,

где L – длина судна.

Используя момент дифференующий судно на 1 см (входящий в состав грузовой шкалы и КЭТЧ)

m_Д = 0,01 γV Н/ L (кН м/см);

m_Д = 0,01 ΔН/ L = 0,01 ΔR / L (т м/см),

так как Н» R получим

D_f = m l_х / m_Д (см).

Изменение осадок при продольном перемещении груза:

δd_н = (0,5L – x_f) Df/ L,

δd_к = – (0,5L + x_f) Df/ L.

Тогда новые осадки судна будут:

d_н = d + δd_н = d + (0,5L – x_f) Df/ L,

d_к = d + δd_к = d – (0,5L + x_f) Df/ L;

где x_f – абсцисса оси продольных наклонений.

Влияние дифферента на метацентрическую высоту судна подробно рассмотрено в § 5.7.2.

Дата добавления: 2015-06-26