Elementer av initial sidestabilitet. Sidestabilitet av fartøyet Lateral stabilitet av fartøyet
Fartøyets ytelse
De mest karakteristiske operative egenskapene til et lite fartøy er: passasjerkapasitet,lastekapasitet, forskyvning og hastighet.
Passasjerkapasitet er en indikator som tilsvarer antall utstyrte plasser for å ta imot personer på skipet. Passasjerkapasiteten avhenger av lastekapasiteten:
P = G/100, mennesker (med bagasje), eller P =G/75 mennesker (uten bagasje)
I dette tilfellet avrundes resultatet til et mindre heltall. På et lite fartøy må tilgjengeligheten av utstyrte seter tilsvare passasjerkapasiteten etablert for fartøyet.
Passasjerkapasiteten kan beregnes tilnærmet ved å bruke formelen:
N=Lnb Bnb/K, mennesker,
Hvor TIL - empirisk koeffisient tatt lik: for motor- og robåter - 1,60; for båter - 2,15.
Vektgrense— skipets nyttelast, inkludert massen av personer og bagasje i henhold til passasjerkapasitet. Det skilles mellom dødvekt og netto tonnasje.
dødvekt - dette er forskjellen mellom slagvolumet når det er fullastet og når det ikke er lastet.
Netto lastekapasitet - Dette er massen av bare nyttelasten som skipet kan ta.
For store fartøy er endringsenheten i bæreevne tonn, for små fartøy - kg. Belastningskapasitet C kan beregnes ved hjelp av formler, eller kan bestemmes eksperimentelt. For å gjøre dette, når fartøyet er tomt, men med forsyninger og en reserve av drivstoff, plasseres last sekvensielt inntil fartøyet når vannlinjen som tilsvarer minimum fribordshøyde. Massen til den plasserte lasten tilsvarer fartøyets bæreevne.
Forskyvning . Det er to typer forskyvning - masse (vekt) og volumetrisk.
Masse (vekt) forskyvning - dette er massen til skipet flytende, lik massen av vannet som fortrenges av skipet. Måleenheten er tonn.
Volumetrisk forskyvning V - dette er volumet til undervannsdelen av fartøyet i m3. Beregningen gjøres gjennom hovedmålingene:
V = SL VT,
hvor S er koeffisienten for fullstendig forskyvning, lik 0,35 - 0,6 for små fartøy, og en lavere verdi av koeffisienten er typisk for små fartøy med skarpe konturer. For deplasementbåter S = 0,4 - 0,55, planende båter S = 0,45 - 0,6, motorbåter 5 - 0,35 - 0,5, for seilbåter denne koeffisienten varierer fra 0,15 til 0,4.
Hastighet.
Hastighet er avstanden tilbakelagt av et skip per tidsenhet. På sjøgående fartøy måles fart i knop (mile per time), og på innlandsfartøy - i kilometer per time (km/t). Navigatoren til et lite fartøy anbefales å kjenne tre hastigheter: den høyeste (maksimum) som fartøyet utvikler ved maksimal motorkraft; det minste (minimum) hvor skipet adlyder roret; medium - den mest økonomiske for relativt store overganger. Hastigheten avhenger av motorkraften, størrelsen og formen på skroget, lasten på fartøyet og ulike eksterne faktorer: bølger, vind, strømmer, etc.
Fartøyets sjødyktighet
Et fartøys evne til å holde seg flytende, samhandle med vann og ikke kantre eller synke når det er oversvømmet, er preget av dets sjødyktighet. Disse inkluderer: oppdrift, stabilitet og usinkbarhet.
Oppdrift. Oppdrift er evnen til et skip til å flyte på overflaten av vannet, med en gitt dypgående. Jo mer vekt du legger på båten, jo dypere vil den synke ned i vannet, men vil ikke miste oppdrift før vann begynner å renne inn i skroget.
Ved lekkasje i skroget eller et hull, samt vann som kommer inn i fartøyet under stormvær, øker vekten. Derfor må skipet ha en oppdriftsreserve.
Oppdriftsreserve - Dette er det vanntette volumet til skipets skrog, plassert mellom lastevannlinjen og overkanten av siden. Hvis det ikke er oppdriftsreserve, vil skipet synke selv om en liten mengde vann kommer inn i skroget.
Oppdriftsreserven som er nødvendig for sikker navigering av et fartøy sikres ved å gi fartøyet tilstrekkelig fribordshøyde, samt tilstedeværelse av vanntette lukkinger og skott mellom rom og oppdriftsblokker - strukturelle elementer inne i skroget til et lite fartøy i form av en solid blokk av materiale (for eksempel polystyren) med en tetthet på mindre enn én . I fravær av slike skott og oppdriftsblokker fører ethvert hull i undervannsdelen av skroget til fullstendig tap av oppdriftsreserve og fartøyets død.
Oppdriftsreserven avhenger av høyden på fribordet - jo høyere fribord, desto større oppdriftsreserve. Denne reserven er standardisert av minste fribordshøyde, avhengig av verdien som det sikre navigasjonsområdet og tillatt avstand fra land er etablert for et bestemt lite fartøy. Fribordshøyden kan imidlertid ikke misbrukes, da dette påvirker en annen like viktig kvalitet - stabiliteten
Stabilitet. Stabilitet er et skips evne til å motstå kreftene som får det til å vippe, og etter opphør av disse kreftene (vind, bølger, passasjerbevegelser osv.) gå tilbake til sin opprinnelige likevektsposisjon. Det samme fartøyet kan ha god stabilitet dersom lasten er plassert nær bunnen og kan delvis eller helt miste stabiliteten dersom lasten eller personer plasseres litt høyere
Det er to typer stabilitet: tverrgående og langsgående. Tverrstabilitet viser seg når skipet ruller, d.v.s. når den vippes om bord. Under navigering virker to krefter på skipet: tyngdekraft og støtte. Resultanten D (fig. 1, a) av fartøyets tyngdekraft, rettet nedover, vil bli betinget påført ved punkt G, kalt tyngdepunktet (CG), og resultanten A av støttekreftene, rettet oppover, vil være betinget påført ved tyngdepunktet C av delen nedsenket i vannkar, kalt størrelsessenteret (CV). Når skipet ikke har trim og roll, vil CG og CV være plassert i skipets senterlinjeplan (DP).
Fig. 1 Plassering er lik aktive krefter tyngdekraft og støtte i forhold til hverandre ved forskjellige posisjoner av fartøyet
|
|
|
Ho-verdien karakteriserer fartøyets stabilitet ved lave helninger. Posisjonen til punktet M under disse forholdene er nesten uavhengig av rullevinkelen f.
Kraften D og den like støttekraften A danner et kraftpar med skulderen /, som skaper et gjenopprettingsmoment MB=Dl. Dette øyeblikket har en tendens til å returnere skipet til sin opprinnelige posisjon. Merk at CG er under punkt M.
Tenk deg nå at en ekstra last er plassert på dekket av samme skip (fig. 1, c). Som et resultat vil CG være betydelig høyere, og under en rulling vil punktet M være under det. Det resulterende kraftparet vil ikke lenger skape et gjenopprettende øyeblikk, men et veltende øyeblikk Mopr. Følgelig vil skipet være ustabilt og kantre.
Fartøyets sidestabilitet påvirkes i stor grad av skrogets bredde: jo bredere skrog, jo mer stabilt fartøy, og omvendt, jo smalere og høyere skrog, jo dårligere stabilitet.
For små høyhastighetsfartøyer (spesielt når du skal videre høy hastighet under grov sjø) er ikke alltid problemet med å opprettholde langsgående stabilitet løst.
For små kjølfartøy er den initiale metasentriske høyden som regel 0,3 - 0,6 m. Fartøyets stabilitet avhenger av lasten av fartøyet, bevegelse av last, passasjerer og andre årsaker. Jo større metasentrisk høyde, jo større er det rette momentet og jo mer stabilt er fartøyet, men med høy stabilitet har fartøyet en skarp rulle. Stabiliteten er forbedret av den lave plasseringen av motoren, drivstofftanken, setene og passende plassering av last og personer.
I kraftig vind, en sterk bølge som treffer siden, og i noen andre tilfeller øker skipets rulling raskt og det oppstår et dynamisk krengemoment. I dette tilfellet vil skipets rulling øke selv etter at krenge- og opprettingsmomentene er like. Dette skjer på grunn av virkningen av treghetskraft. Vanligvis er en slik rull dobbelt så stor som rullen fra den statiske virkningen av samme krengemoment. Derfor er seiling i stormfullt vær, spesielt for små fartøyer, svært farlig.
Langsgående stabilitet virker når skipet vippes til baugen eller hekken, dvs. under pitching. Navigatøren bør ta hensyn til denne stabiliteten når han beveger seg i høy hastighet under bølger, pga Etter å ha begravd nesen i vannet, kan det hende at en båt eller motorbåt ikke gjenoppretter sin opprinnelige posisjon og synker, og noen ganger til og med kantre.
Faktorer som påvirker skipets stabilitet:
a) Stabiliteten til et fartøy påvirkes mest av dets bredde: jo større det er i forhold til lengde, sidehøyde og dypgående, desto høyere stabilitet.
b) Stabiliteten til et lite fartøy øker dersom formen på den nedsenkede delen av skroget endres ved store krengevinkler. Denne uttalelsen er for eksempel grunnlaget for virkningen av sideboller og skumskjermer, som, når de senkes i vann, skaper et ekstra opprettingsmoment.
c) Stabiliteten forringes dersom skipet har drivstofftanker med overflatespeil fra side til side, så disse tankene må ha innvendige skillevegger
d) Stabiliteten er sterkest påvirket av plassering av passasjerer og last på skipet, de bør plasseres så lavt som mulig. På et lite fartøy skal folk ikke få sitte om bord eller bevege seg vilkårlig mens det er i bevegelse. Laster må festes forsvarlig for å forhindre uventet forskyvning fra oppbevaringsstedene e) I sterk vind og bølger er effekten av krengemoment svært farlig for fartøyet, derfor med forringelse værforhold det er nødvendig å ta skipet i ly og vente ut det dårlige været. Hvis dette er umulig å gjøre på grunn av den betydelige avstanden til kysten, bør du under stormfulle forhold prøve å holde skipet "hodet mot vinden", kaste ut sjøankeret og kjøre motoren med lav hastighet.
Usinkbar. Usinkability er evnen til et skip til å holde seg flytende etter at en del av skipet har blitt oversvømmet.
Usynkbarhet sikres strukturelt - ved å dele skroget i vanntette rom, utstyre fartøyet med flyteblokker og dreneringsmidler.
De ikke-oversvømmede volumene til skroget er oftest laget av skumblokker. Dens nødvendige mengde og plassering er beregnet for å sikre en nødreserve av oppdrift og opprettholde nødfartøyet i "jevn kjøl"-posisjon.
Selvfølgelig, under forhold med sterk spenning, ikke alle som fikk et hull motorbåt og båten vil sørge for at disse kravene oppfylles.
Manøvrerbarhet for et lite fartøy
De viktigste manøvreringsegenskapene til et fartøy inkluderer: kontrollerbarhet, sirkulasjon, fremdrift og treghet
Kontrollerbarhet. Kontrollerbarhet er evnen et fartøy har til å opprettholde en gitt bevegelsesretning mens den beveger seg med en konstant rorposisjon (kursstabilitet) og til å endre bevegelsesretningen mens den beveger seg under påvirkning av roret (smidighet).
Kursstabilitet er egenskapen til et fartøy for å opprettholde en rett bevegelsesretning. Hvis skipet, med roret i rett posisjon, avviker fra kursen, kalles dette fenomenet vanligvis skipets yaw.
Hvis skipet, med roret i rett posisjon, avviker fra kursen, kalles dette fenomenet vanligvis skipets yaw.
Årsakene til yaw kan være permanente eller midlertidige. Konstante årsaker inkluderer de som er relatert til fartøyets designegenskaper: butte baugkonturer av skroget, avvik mellom fartøyets lengde og bredden, utilstrekkelig rorbladareal, påvirkning av propellrotasjon
Midlertidig giring kan være forårsaket av feil lasting av fartøyet, vind, grunt vann, ujevn strøm, etc.
Begrepene "kursstabilitet" og "smidighet" er motstridende, men disse egenskapene er iboende i nesten alle skip og karakteriserer deres kontrollerbarhet.
Kontrollerbarhet påvirkes av mange faktorer og årsaker, de viktigste er rattets handling, propellens drift og deres interaksjon.
Smidighet- egenskapen til et skip til å endre bevegelsesretningen under påvirkning av roret. Denne kvaliteten avhenger først og fremst av det riktige forholdet mellom lengden og bredden på skroget, formen på dets konturer, samt arealet av rorbladet.
Funksjoner ved fartøyskontroll når du beveger deg fra forover til revers
Ved utføring av fortøyningsoperasjoner eller behov for å raskt stoppe fartøyet (fare for kollisjon, hindre grunnstøting, hjelpe en person over bord, etc.), er det nødvendig å bytte fra forover til revers. I disse tilfellene må navigatøren ta hensyn til at i løpet av de første sekundene, når du endrer driften av høyre rotasjonspropell fra forover til revers, vil hekken raskt rulle til venstre, og med en venstrerotasjonspropell - til høyre.
Årsaker som påvirker kontrollerbarheten
I tillegg til roret og den roterende propellen, påvirkes fartøyets stabilitet og smidighet av andre faktorer, samt en rekke designfunksjoner til fartøyet: forholdet mellom hoveddimensjonene, formen på skrogets konturer, parametere for ror og propell. Kontrollerbarhet avhenger også av seilingsforhold: arten av fartøyets last, hydrometeorologiske faktorer.
Sirkulasjon Hvis du flytter roret til en hvilken som helst side mens skipet beveger seg, vil skipet begynne å snu og beskrive en buet linje på vannet. Denne kurven, beskrevet av fartøyets tyngdepunkt under en sving, kalles sirkulasjonslinjen (fig. 2), og avstanden mellom skipets senterlinjeplan på foroverkurs og dets senterlinjeplan etter svinging på returkurs (fig. 2). 180) er den taktiske sirkulasjonsdiameteren. Jo mindre taktisk diameter sirkulasjon, jo bedre manøvrerbarheten til fartøyet vurderes. Denne kurven er nær en sirkel, og dens diameter tjener som et mål på manøvrerbarheten til skipet
|
|
Sirkulasjonsdiameteren måles vanligvis i meter. For små motorfartøy er størrelsen på den taktiske sirkulasjonsdiameteren i de fleste tilfeller lik 2-3 skipslengder. Hver sjåfør må vite sirkulasjonsdiameteren til fartøyet han skal kontrollere, siden korrekt og sikker manøvrering i stor grad avhenger av dette. Fartøyets hastighet under sirkulasjon reduseres til 30 %. Vi skal aldri glemme at når vi beveger oss langs en kurve, virker en sentrifugalkraft på skipet (fig. 3), rettet fra krumningssenteret til yttersiden og påført skipets tyngdepunkt. |
|
Fig 2 Sirkulasjon /—sirkulasjonslinje, 2—taktisk sirkulasjonsdiameter, 3—stabil sirkulasjonsdiameter |
Fartøyets drift som oppstår fra sentrifugalkraften forhindres av kraften til vannmotstand - sidemotstand, hvis påføringspunkt er plassert under tyngdepunktet. Som et resultat oppstår det et par krefter som skaper en rulling om bord, motsatt av rotasjonsretningen. Rull øker når fartøyets tyngdepunkt øker over senter for sidemotstand og når den metasentriske høyden avtar. |
En økning i dreiehastighet og en reduksjon i sirkulasjonsdiameteren øker rullen betydelig, noe som kan føre til at fartøyet kantre. Gjør derfor aldri skarpe svinger når båten beveger seg i høy hastighet.
I motsetning til konvensjonelle forskyvningskar dreier kar med planende konturer på sirkulasjonen innover (fig. 4). Dette oppstår fra den ekstra løftekraften som oppstår på skroget ved sideforskyvning på grunn av planende konturer. Samtidig oppstår glidning under påvirkning av sentrifugalkraft til utsiden, hvorfor planende skip har litt større sirkulasjon sammenlignet med fortrengningsskip.
I tillegg til sirkulasjonsdiameteren bør du også kjenne tiden, dvs. tiden det tar for skipet å gjøre en 360° sving.
De navngitte sirkulasjonselementene avhenger av fartøyets forskyvning og arten av plassering av last langs lengden, samt av hastigheten. Ved lav hastighet er sirkulasjonsdiameteren mindre.
Mobilitet. Fremdrift er evnen til et fartøy til å bevege seg med en viss hastighet med en gitt motorkraft, samtidig som det overvinner motstandskreftene mot bevegelse.
Bevegelsen av fartøyet er bare mulig hvis det er en viss kraft som kan overvinne motstanden til vannet - skyvekraften. Ved konstant hastighet er mengden av stopp lik mengden vannmotstand. Fartøyets hastighet og skyvekraft er relatert følgende avhengighet:
R. V=ho-N.Hvor: V - skipets hastighet; K - vannmotstand; N - motorkraft; ho -Effektivitet=0,5.
Denne ligningen viser at når hastigheten øker, øker også vannmotstanden. Denne avhengigheten har imidlertid en annen fysisk betydning og karakter for forskyvningsfartøyer og planende fartøyer.
For eksempel, ved en hastighet til et fortrengningsfartøy opp til en verdi lik V = 2 ÖL, km/t (L er lengden på fartøyet, m), består vannmotstanden K av friksjonsmotstanden til vann på skroghuden og formmotstanden som skapes av vannturbulens. Når hastigheten til dette fartøyet overstiger den angitte verdien, begynner bølger å dannes og en tredje motstand legges til de to motstandene - bølgemotstand. Bølgemotstanden øker kraftig med økende hastighet.
For planende fartøy er vannmotstandens natur den samme som for deplasementfartøyer og hastighetsverdien er V = 8 ÖL km/t. Men med en ytterligere økning i fart, får skipet en betydelig trim til hekken og baugen stiger. Denne bevegelsesmåten kalles overgang (fra forskyvning til planing). Et karakteristisk tegn på begynnelsen av planingen er en spontan økning i farten til fartøyet. Dette fenomenet er forårsaket av det faktum at etter at baugen stiger, reduseres den totale motstanden til vannet mot fartøyet, det ser ut til å "flyte opp" og øke hastigheten samtidig som den opprettholder konstant kraft.
Ved høvling oppstår en annen type vannmotstand - sprutmotstand, og bølgemotstanden og formmotstanden reduseres kraftig og verdiene deres er praktisk talt redusert til null.
Dermed påvirker fire typer motstand fremdriften til fartøyet:
friksjonsmotstand- avhenger av området på den fuktede overflaten av fartøyet, kvaliteten på behandlingen og graden av begroing (alger, bløtdyr, etc.);
formmotstand- avhenger av strømlinjeformingen av fartøyets skrog, som igjen er bedre, jo skarpere akterenden og jo større lengde på fartøyet sammenlignet med bredden;
karakteristisk impedans- avhenger av formen på baugen og lengden på fartøyet, jo lengre fartøyet er, jo mindre bølgedannelse;
sprutmotstand- avhenger av forholdet mellom kroppens bredde og lengden.
Konklusjon: 1. Deplasementfartøy med smalt skrog, runde lenselinjer og spisse baug- og akterender opplever minst vannmotstand.
2. For planende fartøy, i fravær av bølger, gir et bredt flatbunnet skrog med akterspeil den minste vannmotstanden med størst hydrodynamisk løft.
Mer sjødyktige planende fartøy med kjølt eller halvkjølt skrog. Å øke hastigheten på disse fartøyene oppnås ved langsgående trinn og lensesprutbeskyttelse.
Treghet. En svært viktig manøvreringskvalitet til et fartøy er treghet. Det er vanligvis estimert av lengdene på bremselengden, frihjuls- og akselerasjonsveier, samt deres varighet. Avstanden som et skip tilbakelegger i løpet av tidsperioden fra det øyeblikk motoren skifter fra full forover til revers til skipet til slutt stopper kalles bremselengde. Denne avstanden uttrykkes vanligvis i meter, sjeldnere i skipslengder. Avstanden som fartøyet tilbakelegger i løpet av tidsperioden fra det øyeblikk motoren stoppes i bevegelse fremover til fartøyet stopper helt under påvirkning av vannmotstand, kalles frikjøring. Avstanden som skipet tilbakelegger fra det øyeblikket motoren slås på til foroverfart til full hastighet oppnås ved en gitt motordriftsmodus kalles akselerasjonsbanen. Nøyaktig kunnskap fra sjåføren om de ovennevnte egenskapene til fartøyet hans sikrer i stor grad sikkerheten ved manøvrering i trange områder og veier med trange navigasjonsforhold. Huske! Motoriserte båter har ikke bremser, så de krever ofte betydelig mer avstand og tid for å absorbere treghet enn for eksempel en bil.
Stabilitet er evnen til et skip som vippes fra en likevektsposisjon ved påvirkning av ytre krefter til å gå tilbake til en likevektstilstand etter at virkningen av disse kreftene har opphørt.
Tilting av fartøyet kan skje under påvirkning av slike ytre krefter som bevegelse, mottak eller tømming av last, vindtrykk, bølgevirkning, spenning i slepetauet, etc.
Stabiliteten som et skip har under langsgående helninger, målt ved trimvinkler, kalles longitudinell. Den er vanligvis ganske stor, så det er aldri noen fare for at fartøyet kantrer gjennom baugen eller hekken. Men å studere det er nødvendig å bestemme trim av fartøyet under påvirkning av eksterne krefter. Stabiliteten som et skip har under tverrhellinger, målt ved rullevinkler 6, kalles tverrgående.
Sidestabilitet er den viktigste egenskapen til et fartøy, som bestemmer dets sjødyktighet og grad av navigasjonssikkerhet. Når man studerer sidestabilitet skilles det mellom initial stabilitet (ved små helninger av fartøyet) og stabilitet ved store rullevinkler. Startstabilitet. Når skipet ruller i en liten vinkel under påvirkning av noen av de ovennevnte ytre kreftene, beveger det sentrale punktet seg på grunn av bevegelsen av undervannsvolumet (fig. 149). Størrelsen på gjenopprettingsmomentet som genereres i dette tilfellet avhenger av størrelsen på skulderen l= GK mellom krefter
vekt og støtte av et skråstilt fartøy. Som man kan se av figuren, gjenopprettingsøyeblikket Mv= Dl = Dh syndθ, hvor h- punkthøyde M over skipets CG G, kalt tverrgående metasentrisk høyde på fartøyet. Punktum M kalles det tverrgående metasenteret til fartøyet.
Ris. 149. Påvirkning av krefter når skipet ruller
Metasentrisk høyde er den viktigste stabilitetskarakteristikken. Det er definert av uttrykket
h = z c + r - z g,
Hvor z c- heving av CV over OL; r- tverrgående metasentrisk radius, dvs. høyden av metasenteret over det sentrale punktet; z g- heving av skipets CG over OL.
Betydning z g bestemmes ved beregning av masselast. Omtrent mulig
godta (for et skip med full last) z g = (0,654-0,68) N, Hvor N- sidehøyde midtskips.
Betydning z c Og r bestemt fra en teoretisk tegning eller (for grove beregninger) ved å bruke omtrentlige formler, for eksempel:
Hvor I- bredden på fartøyet, m; T- utkast, m; α - fullstendighetskoeffisient for vannlinjen; δ - koeffisient for total fullstendighet; TIL- en koeffisient som avhenger av formen på vannlinjen og dens fullstendighet og varierer innenfor området 0,086 - 0,089.
Fra formlene ovenfor er det klart at fartøyets sidestabilitet øker med økende B og α; med avtagende T og δ; med økende CV z c; Med
senking av sentralvarmen z g. Dermed er brede skip, så vel som skip med lav CG-plassering, mer stabile. Når CG synker, dvs. når tyngre last - maskiner og utstyr - er plassert så lavt som mulig og kl.
Ved å lette høytliggende strukturer (overbygg, master, rør, som noen ganger er laget av lette legeringer for dette formålet), øker den metasentriske høyden. Og omvendt, når tunge laster mottas på dekk, oppstår ising på overflaten av skroget, overbygg, master osv., mens fartøyet seiler under vinterforhold, reduseres fartøyets stabilitet.
Skrå erfaring. På et konstruert fartøy bestemmes den initiale metasentriske høyden (ved hjelp av den metasentriske stabilitetsformelen) eksperimentelt - ved å vippe fartøyet, noe som utføres i en vinkel på 1,5-2 ved å overføre en forhåndsveid last fra side til side. Diagrammet av det skrånende eksperimentet er vist i fig. 150.
Ris. 150. Opplegg med skrånende eksperiment.
1 - stativ med divisjoner; 2 - vekt og løvefisk; 3 - bad med vann eller olje; 4 - vekttråd; 5 - bærbar sikringsvekt
Heeling øyeblikk M cr forårsaket av lastoverføring R på avstand på: M cr = Ru. I henhold til den metasentriske stabilitetsformelen h = M KP/Dθ (sin θ erstattes av verdien θ på grunn av den lille rullevinkelen θ). Men θ = d/l, Derfor h = Pyl/Dd.
Verdiene for alle mengder som er inkludert i denne formelen bestemmes under tilbøyningseksperimentet. Forskyvningen bestemmes ved beregning basert på nedbør målt langs merkene av forsenkningen.
På små skip blir frakt av last (råjern, sandsekker osv.) noen ganger erstattet av løpende mennesker med en totalmasse på ca. 0,2-0,5 % av deplasementet til et tomt skip. Rullevinkelen θ måles med skjell dyppet i oljebad. Nylig har vekter blitt erstattet med spesielle enheter som gjør det mulig å nøyaktig måle krengevinkelen under et skrånende eksperiment (under hensyntagen til gyngingen av fartøyet som oppstår når man bærer en last), de såkalte inklinografene.
Basert på den innledende metasentriske høyden funnet ved bruk av inklinasjonseksperimentet, beregnes posisjonen til CG til det konstruerte karet ved å bruke formlene ovenfor.
Følgende er omtrentlige tverrgående metasentriske høyder for forskjellige typer fullastede fartøyer:
Stor passasjerskip …………………………… 0,3-1,5
Mellomstore og små passasjerskip. . . ………… 0,6-0,8
Store tørrlastskip………………………………….. 0,7-1,0
Gjennomsnitt……………………………………………………………………….. 0,5-0,8
Store tankskip ………………………………… 2,0-4,0
Gjennomsnitt………………………………………………………………………... 0,7-1,6
Elvepassasjerskip……………………………………… 3.0-5.0
Lektere……………………………………………………… 2,0-10,0
Isbrytere………………………………………………………………………1,5-4,0
Taubåter……………………………………………………… 0,5-0,8
Fiskefartøy …………………………………. 0,7-1,0
Stabilitet ved høye rullevinkler. Etter hvert som fartøyets rullevinkel øker, øker først opprettingsmomentet (fig. 151, a-c), avtar deretter, blir lik null og forhindrer ikke lenger, men fremmer tvert imot ytterligere vipping av fartøyet (fig. 151, d).
Ris. 151. Påvirkning av krefter når skipet krenger i store vinkler
Siden forskyvningen D for en gitt belastningstilstand forblir konstant, deretter gjenopprettingsmomentet M inn endres proporsjonalt med endringen i gearing l sidestabilitet. Denne endringen i stabilitetsarmen avhengig av rullevinkelen 8 kan beregnes og avbildes grafisk i skjemaet statiske stabilitetsdiagrammer(Fig. 152), som er bygget for de mest typiske og farligste skipslastetilfellene med hensyn til stabilitet.
Det statiske stabilitetsdiagrammet er et viktig dokument som karakteriserer fartøyets stabilitet. Med dens hjelp er det mulig å vite størrelsen på krengemomentet som virker på skipet, for eksempel fra vindtrykk bestemt på Beaufort-skalaen (tabell 8), eller fra overføring av last om bord, fra den asymmetrisk aksepterte DP av ballastvann eller drivstoffreserver, etc. , - finn verdien av den resulterende rullevinkelen hvis denne vinkelen er stor (mer enn 10°). Den lille rullevinkelen beregnes uten å konstruere et diagram ved å bruke den metasentriske formelen ovenfor.
Ris. 152. Statisk stabilitetsdiagram
Ved å bruke det statiske stabilitetsdiagrammet kan du bestemme den innledende metasentriske høyden til fartøyet, som er lik segmentet mellom den horisontale aksen og skjæringspunktet for tangenten til kurven til stabilitetsarmene ved origo med vertikalen tegnet ved en krengevinkel lik en radian (57,3°). Naturligvis, jo brattere kurven ved origo, jo større er den opprinnelige metasentriske høyden.
Det statiske stabilitetsdiagrammet er spesielt nyttig når du skal finne ut krengningsvinkelen til skipet på grunn av virkningen av en plutselig påført kraft - med den såkalte dynamiske kraftvirkningen.
Hvis noen statisk, dvs. jevn, uten rykk, påført kraft virker på skipet, skaper krengemomentet som genereres av det en rullevinkel, som bestemmes fra det statiske stabilitetsdiagrammet (konstruert i form av en kurve med endringer i rettingsmomenter D(fra rullevinkelen) ved skjæringspunktet med kurven til en horisontal rett linje trukket parallelt med den horisontale aksen i en avstand lik verdien av krengemomentet (fig. 153, a). På dette tidspunktet (punkt EN) krengende øyeblikk fra virkningen av statisk
Kjennetegn på vind og havbølger
kraft er lik gjenopprettingsmomentet som oppstår når skipet krenger og har en tendens til å returnere det krengede skipet til sin opprinnelige, rette posisjon. Rullevinkelen der krenge- og opprettingsmomentene er like er den ønskede rullevinkelen fra den statisk påførte kraften.
Hvis krengekraften virker dynamisk på skipet, det vil si plutselig (vindkast, rykk i slepekabelen, etc.), så bestemmes krengevinkelen den forårsaker fra det statiske stabilitetsdiagrammet på en annen måte.
Ris. 153. Bestemmelse av rullevinkelen fra handlingen statisk ( EN) og dynamisk ( b) påført kraft
Den horisontale linjen til krengemomentet, for eksempel fra vindens påvirkning under en byge, fortsettes til høyre fra punkt A (fig. 153, b) til arealet ABC avskåret av det inne i diagrammet blir likt område AOD utenfor det; i dette tilfellet rullevinkelen (punkt E) som tilsvarer posisjonen til den rette linjen Sol, er den ønskede rullevinkelen fra virkningen av en dynamisk påført kraft. Fysisk tilsvarer dette rullevinkelen der arbeidet med krengemomentet (grafisk representert ved området til rektangelet) ODCE) viser seg å være lik arbeidet med gjenopprettingsøyeblikket (arealet av figuren). BÅDE).
Hvis området som er begrenset av kurven med rettende momenter viser seg å være utilstrekkelig til å være lik arealet av figuren begrenset av krengemomentet utenfor den, vil skipet kantre. Derfor er en av hovedkarakteristikkene til diagrammet, som indikerer fartøyets stabilitet, området begrenset av kurven og den horisontale aksen. I fig. 154 viser kurvene til de statiske stabilitetsarmene til to skip: med høy initial stabilitet, men med et lite diagramområde ( 1 ) og med en mindre initial metasentrisk høyde, men med større område diagrammer (2). Sistnevnte fartøy tåler sterkere vind og er mer stabilt. Vanligvis er diagramområdet større for et fartøy med høyt fribord og mindre for et fartøy med lavt fribord.
Ris. 154. Statiske stabilitetskurver for et fartøy med høyt (1) og lavt (2) fribord
Stabiliteten til sjøgående fartøyer må være i samsvar med stabilitetsstandardene til USSR Register, som fastsetter følgende betingelse som hovedkriterium (kalt "værkriteriet"): kantringsmoment M def, dvs. minimum dynamisk påført moment, som under samtidig påvirkning av rullende bevegelse og verste belastning får fartøyet til å kantre, bør ikke være mindre enn det dynamisk påførte krengemomentet til fartøyet M cr på vindtrykk, dvs. K = M def/M cr≥ l,00.
I dette tilfellet er verdien av veltemomentet funnet fra det statiske stabilitetsdiagrammet i henhold til et spesielt skjema, og verdien (i kN∙m) av krengemomentet sammenlignet med det (fig. 155) i henhold til formelen M cr = 0,001P i S p z n, Hvor R inn- vindtrykk, MPa eller kgf/m 2 (bestemt i henhold til Beaufort-skalaen i kolonnen "in a squall" eller i henhold til USSR Register-tabellen); S n- seilareal (arealet av sideprojeksjonen av overflaten av fartøyet), m 2 ; z n- heving av seilets senter over vannlinjen, m.
Når man studerer det statiske stabilitetsdiagrammet, er vinkelen der kurven skjærer den horisontale aksen av interesse - den såkalte solnedgangsvinkelen. I følge registerreglene skal denne vinkelen for sjøgående fartøy ikke være mindre enn 60°. De samme reglene krever at de maksimale verdiene for opprettingsmomenter på diagrammet oppnås ved en krengningsvinkel på minst 30°, og den maksimale stabilitetsarmen bør være minst 0,25 m for skip opptil 80 m i lengde og minst 0,20 m for skip med lengde over 105 m.
Ris. 155. For å bestemme krengemomentet fra virkningen av vindkraft
i en storm (seilområdet er skyggelagt)
Effekt av flytende last på stabilitet. Væskelasten i tankene, når tankene er ufullstendig fylt, i tilfelle fartøyet tipper, beveger seg i tiltretningen. På grunn av dette beveger skipets CG seg i samme retning (fra punktet G 0 nøyaktig G), noe som fører til en reduksjon i gjenopprettingsmomentarmen. I fig. 156 viser hvordan stabilitetsarmen l 0 når man tar hensyn til forskyvningen av væskebelastningen, avtar den til l. Dessuten, jo bredere tanken eller seksjonen har en fri væskeoverflate, desto større er bevegelsen av CG og, følgelig, jo større reduksjon i sidestabilitet. Derfor, for å redusere påvirkningen av flytende last, prøver de å redusere bredden på tanken, og under drift å begrense antall tanker der frie nivåer dannes, det vil si å konsumere forsyninger ikke fra flere tanker samtidig, men en etter en.
Bulklasts påvirkning på stabiliteten. Bulklast inkluderer korn av alle typer, kull, sement, malm, malmkonsentrater, etc.
Den frie overflaten til flytende last forblir alltid horisontal.
I motsetning til dette er bulklast preget av en hvilevinkel, dvs. den største vinkelen mellom overflaten av lasten og horisontalplanet, hvor lasten fortsatt er i ro og, når den overskrides, begynner søl. For de fleste bulklaster er denne vinkelen innenfor 25-35°.
Bulklast lastet på et skip er også preget av porøsitet, eller porøsitet, det vil si forholdet mellom volumene som er okkupert direkte av lastpartikler og hulrommene mellom dem. Denne egenskapen, avhengig både av egenskapene til selve lasten og metoden for å laste den inn i lasterommet, bestemmer graden av krymping (komprimering) under transport.
Ris. 156. For å bestemme påvirkningen av den frie overflaten til en væskelast
for stabilitet
Ved transport av bulklast (spesielt korn), som et resultat av dannelsen av tomrom når de krymper på grunn av risting og vibrasjoner av skroget under reisen, ved plutselige eller store skråninger av fartøyet under påvirkning av en byge (som overstiger vinkelen av hvile), søler de på den ene siden og returneres ikke lenger helt til startposisjonen etter å ha rettet opp fartøyet.
Mengden last (korn) som blir sølt på denne måten øker gradvis og forårsaker en opplisting, noe som kan føre til at fartøyet kantrer. For å unngå dette tas spesielle tiltak - de legger poser med korn på toppen av kornet som helles i lasterommet (lastbagging) eller installerer ytterligere midlertidige langsgående skott i lasterommene - skiftebrett (se fig. 154). Hvis disse tiltakene ikke følges, skjer det alvorlige ulykker og til og med tap av skip. Statistikk viser at mer enn halvparten av skipene som ble tapt på grunn av kantring, fraktet bulklast.
En spesiell fare oppstår ved transport av malmkonsentrater, som når fuktigheten endres under reisen, for eksempel ved tining eller svette, blir svært mobile og lett beveger seg til siden. Denne lite studerte egenskapen til malmkonsentrater har forårsaket en rekke alvorlige skipsulykker.
FOREDRAG nr. 4
Generelle bestemmelser om stabilitet. Stabilitet ved lave helninger. Metasenter, metasentrisk radius, metasentrisk høyde. Metasentriske formler for stabilitet. Bestemmelse av landingsparametere og stabilitet ved flytting av last på et skip. Påvirkning på stabiliteten til løs og flytende last.
Skrå erfaring.
Stabilitet er evnen til et skip, fjernet fra en posisjon med normal likevekt av eventuelle ytre krefter, til å gå tilbake til sin opprinnelige posisjon etter opphør av virkningen av disse kreftene. Ytre krefter som kan forskyve et skip fra en posisjon med normal likevekt inkluderer: vind, bølger, bevegelse av last og mennesker, samt sentrifugalkrefter og momenter som oppstår når skipet snur. Navigatøren er forpliktet til å kjenne egenskapene til fartøyet sitt og korrekt vurdere faktorene som påvirker stabiliteten.
Det skilles mellom tverr- og langsgående stabilitet. Sidestabiliteten til et fartøy er preget av den relative posisjonen til tyngdepunktet G og sentrum av størrelsesorden MED. La oss vurdere sidestabilitet.
Hvis skipet vippes på den ene siden i en liten vinkel (5-10°) (fig. 1), vil det sentrale punktet bevege seg fra punkt C til punkt . Følgelig vil støttekraften som virker vinkelrett på overflaten skjære senterplanet (DP) ved punktet M.
Skjæringspunktet for fartøyets DP med fortsettelsen av retningen til støttekraften under en rulling kalles innledende metasenter M. Avstand fra påføringspunktet for støttekraften MED til det opprinnelige metasenteret kalles metasentrisk radius .
Fig.1 – C statiske krefter som virker på skipet ved lave hæler
Avstand fra innledende metasenter M til tyngdepunktet G kalt initial metasentrisk høyde
.
Den initiale metasentriske høyden karakteriserer stabiliteten ved små helninger av fartøyet, måles i meter og er et kriterium for fartøyets initiale stabilitet. Som regel anses den opprinnelige metasentriske høyden til motorbåter og hurtigbåter som god hvis den er større enn 0,5 m, for noen skip er det tillatt mindre, men ikke mindre enn 0,35 m.
En skarp tilt får skipet til å rulle og perioden med frirulling måles med en stoppeklokke, det vil si tiden for full sving fra den ene ytterposisjonen til den andre og tilbake. Den tverrgående metasentriske høyden til fartøyet bestemmes av formelen:
,
m
Hvor I- bredden på fartøyet, m; T- rullerende periode, sek.
For å evaluere de oppnådde resultatene, bruk kurven i fig. 2, bygget i henhold til data 
dacha designet båter.
Ri.2 – W Avhengighet av den opprinnelige metasentriske høyden av lengden på fartøyet
Hvis den innledende metasentriske høyden 
, bestemt av formelen ovenfor, vil være under den skraverte linjen, noe som betyr at skipet vil ha en jevn rulle, men utilstrekkelig initial stabilitet, og å seile på det kan være farlig. Hvis metasenteret er plassert over den skraverte stripen, vil fartøyet være preget av rask (skarp) rulling, men økt stabilitet, og derfor er et slikt fartøy mer sjødyktig, men dets beboelighet er utilfredsstillende. De optimale verdiene vil være de som faller innenfor det skyggelagte båndområdet.
Rullen til skipet på den ene siden måles etter vinkelen 
mellom den nye skråposisjonen til senterplanet med den vertikale linjen.
Den krengede siden vil fortrenge mer vann enn den motsatte siden, og tyngdepunktet vil forskyves mot hælen. Da vil de resulterende støtte- og vektkreftene være ubalanserte, og danne et par krefter med en skulder lik
.
Den gjentatte virkningen av vekt og støttekrefter måles ved det rette momentet:
.
Hvor D- oppdriftskraft lik vekten til fartøyet; l- stabilitetsarm.
Denne formelen kalles den metasentriske stabilitetsformelen og er kun gyldig for små rullevinkler, der metasenteret kan betraktes som konstant. Ved store rullevinkler er metasenteret ikke konstant, som et resultat av at det lineære forholdet mellom det rette momentet og rullevinklene brytes.
Liten ( 
) og stor ( 
) metasentriske radier kan beregnes ved å bruke formlene til professor A.P. Fan der Fleet:
;
.
Ved den relative posisjonen til lasten på skipet kan navigatøren alltid finne den mest gunstige verdien av den metasentriske høyden, hvor skipet vil være tilstrekkelig stabilt og mindre utsatt for stigning.
Krengemomentet er produktet av vekten av lasten som beveges over fartøyet med en skulder lik bevegelsesavstanden. Hvis en person veier 75 kg,å sitte på en bank vil bevege seg over skipet med 0,5 m, da vil krengemomentet være lik 75 * 0,5 = 37,5 kg/m.
For å endre øyeblikket som krenger skipet med 10°, er det nødvendig å laste skipet til full forskyvning helt symmetrisk i forhold til senterplanet. Fartøyets last bør kontrolleres ved dypgående målt på begge sider. Inklinometeret er installert strengt vinkelrett på DP slik at det viser 0°.
Etter dette må du flytte laster (for eksempel personer) på forhåndsmerkede avstander til inklinometeret viser 10°. Testeksperimentet skal utføres som følger: vipp skipet på den ene siden og deretter på den andre siden. Ved å kjenne festemomentene til et skip som krenger i forskjellige (opptil størst mulig) vinkler, er det mulig å konstruere et statisk stabilitetsdiagram (fig. 3), som vil tillate å vurdere skipets stabilitet.
Fig.3 – Statisk stabilitetsdiagram
Stabiliteten kan økes ved å øke bredden på fartøyet, senke tyngdepunktet og installere hekkbuler.
Hvis fartøyets CG er plassert under CV, anses fartøyet for å være veldig stabilt, siden støttekraften under en rulling ikke endres i størrelse og retning, men punktet for påføringen skifter mot fartøyets tilt. (Fig. 4, a). Derfor, ved krengning, dannes et par krefter med et positivt gjenopprettingsmoment, som har en tendens til å returnere skipet til sin normale vertikale posisjon på rett kjøl. Det er lett å verifisere det h>0, med en metasentrisk høyde på 0. Dette er typisk for yachter med tung kjøl og er ikke typisk for større fartøyer med konvensjonell skrogdesign.
Hvis CG er plassert over CV-en, er tre tilfeller av stabilitet mulig, som navigatøren bør være godt klar over.
1. tilfelle av stabilitet
Metasentrisk høyde h>0. Hvis tyngdepunktet er plassert over tyngdepunktet, så når fartøyet er i en skrå posisjon, skjærer handlingslinjen til støttekraften senterplanet over tyngdepunktet (fig. 4, b).
Fig. 4 – Etui av et stabilt fartøy
I dette tilfellet dannes også et par krefter med et positivt gjenopprettingsmoment. Dette er typisk for de fleste konvensjonelt utformede båter. Stabilitet i dette tilfellet avhenger av skroget og plasseringen av tyngdepunktet i høyden. Ved krengning kommer krengende side inn i vannet og skaper ytterligere oppdrift, og har en tendens til å jevne skipet. Men når et skip ruller med væske- og bulklast som kan bevege seg mot rullen, vil også tyngdepunktet forskyves mot rullen. Hvis tyngdepunktet under en rull beveger seg forbi loddet som forbinder størrelsespunktet med metasenteret, vil skipet kantre.
Andre tilfelle av et ustabilt kar i likevekt
Metasentrisk høyde h= 0. Hvis CG ligger over CG, vil under en rulling bevegelseslinjen til støttekraften passere gjennom CG MG = 0 (fig. 5).
Fig. 5 – Tilfelle av et ustabilt fartøy i likevekt
I dette tilfellet er CV-en alltid plassert på samme vertikal som CG-en, så det er ingen gjenvinnende kraftpar. Uten påvirkning av ytre krefter kan ikke skipet gå tilbake til oppreist stilling. I dette tilfellet er det spesielt farlig og helt uakseptabelt å transportere væske- og bulklast på et skip: med den minste gynging vil skipet kantre. Dette er typisk for båter med rund ramme.
3. tilfelle av et ustabilt skip med ustabil likevekt
Metasentrisk høyde h<0. ЦТ расположен выше ЦВ, а в наклонном положении судна линия действия силы поддержания пересекает след диаметральной плоскости ниже ЦТ (рис. 6). Сила тяжести и сила поддержания при малейшем крене образуют пару сил с отрицательным восстанавливающим моментом и судно опрокидывается.
Fig. 6 - C stråle fra et ustabilt skip i ustabil likevekt
De analyserte tilfellene viser at skipet er stabilt dersom metasenteret er plassert over skipets CG. Jo lavere CG går, jo mer stabilt er skipet. I praksis oppnås dette ved å plassere last ikke på dekk, men i nedre rom og lasterom.
På grunn av påvirkning av ytre krefter på skipet, samt som følge av utilstrekkelig sterk sikring av lasten, er det mulig for den å bevege seg på skipet. La oss vurdere påvirkningen av denne faktoren på endringer i landingsparametrene til fartøyet og dets stabilitet.
Vertikal bevegelse av last.
Fig. 1 – Påvirkningen av vertikal bevegelse av lasten på endringen i metasentrisk høyde
La oss bestemme endringen i landingen og stabiliteten til fartøyet forårsaket av bevegelsen av en liten last 
i vertikal retning (fig. 1) fra punktet 
nøyaktig 
. Siden massen til lasten ikke endres, forblir fartøyets forskyvning uendret. Derfor er den første likevektsbetingelsen oppfylt: 
. Det er kjent fra teoretisk mekanikk at når en av kroppene beveger seg, beveger CG til hele systemet seg i samme retning. Derfor er skipets CG 
vil flytte til et punkt 
, og selve vertikalen vil passere, som før, gjennom midten av mengden 
.
Den andre likevektsbetingelsen vil være oppfylt: 
.
Siden i vårt tilfelle begge likevektsbetingelsene er oppfylt, kan vi konkludere: Når lasten beveger seg vertikalt, endrer ikke skipet sin likevektsposisjon.
La oss vurdere endringen i initial lateral stabilitet. Siden formen på volumet til skipets skrog nedsenket i vann og arealet av vannlinjen ikke har endret seg, er posisjonen til midten av verdien 
og det tverrgående metasenteret forblir uendret når lasten beveger seg vertikalt. Bare skipets CG beveger seg, noe som vil resultere i en reduksjon i metasentrisk høyde 
, og 
, hvor 
, Hvor 
- vekten av den transporterte lasten, kN;
- avstanden som CG for lasten har beveget seg i vertikal retning, m.
Så den nye betydningen 
, hvor (+)-tegnet brukes når lasten flyttes opp, og (-)-tegnet brukes ned.
Fra formelen kan det sees at den vertikale bevegelsen av lasten oppover forårsaker en reduksjon i fartøyets sidestabilitet, og når man beveger seg nedover, øker sidestabiliteten.
Endringen i stabilitet er lik produktet 
. Endringen i sidestabilitet vil være relativt mindre for et skip med stor forskyvning enn for et skip med liten forskyvning, derfor er bevegelsen av last sikrere på skip med stor forskyvning enn på små skip.
Tverrgående horisontal bevegelse av last.
Flytte last 
fra punkt 
nøyaktig 
(Fig.2) på avstand 
vil føre til at skipet ruller i vinkel 
og forskyvning av dens CG i en retning parallelt med bevegelseslinjen til lasten.
Fig. 2 – Forekomst av krengemoment under tverrgående bevegelse av last
Lener seg på skrå 
, kommer skipet til en ny likevektsposisjon, skipets tyngdekraft 
, nå brukt på punktet 
og opprettholde kraften 
, brukt på punktet 
, handle langs en vertikal vinkelrett på den nye vannlinjen 
.
Bevegelsen av lasten fører til dannelsen av et krengemoment:
,
Hvor 
- last bevegelig skulder, m.
Opprettingsmoment i henhold til den metasentriske stabilitetsformelen
.
Siden skipet er i likevekt, altså 
og , hvor er rullevinkelen under tverrgående bevegelse av lasten 
. Siden rullevinkelen er liten, altså 
.
Hvis skipet allerede har en innledende krengningsvinkel, vil krengevinkelen være etter den horisontale bevegelsen av lasten 
.
Hovedkarakteristikken til stabilitet er rette øyeblikk, som må være tilstrekkelig for at fartøyet skal tåle den statiske eller dynamiske (plutselige) virkningen av krenge- og trimmomenter som oppstår ved forskyvning av last, under påvirkning av vind, bølger og andre årsaker.
Krenge- (trimming) og rettingsmomenter virker i motsatte retninger og er like i likevektsposisjonen til fartøyet.
Skille sidestabilitet, tilsvarende hellingen til fartøyet i tverrplanet (karrull), og langsgående stabilitet(skiptrim).
Den langsgående stabiliteten til sjøfartøyer er åpenbart sikret og brudd på den er praktisk talt umulig, mens plassering og bevegelse av last fører til endringer i sidestabilitet.
Når skipet vipper, vil dets sentrum av størrelsen (CM) bevege seg langs en bestemt kurve som kalles CM-banen. Med en liten helning av fartøyet (ikke mer enn 12°), antas det at banen til det sentrale punktet faller sammen med en flat kurve, som kan betraktes som en bue med radius r med et senter i punktet m.
Radius r kalles tverrgående metasentrisk radius av fartøyet, og dens senter m - skipets første metasenter.
Metasenter - krumningssenteret til banen som sentrum av størrelsesorden C beveger seg langs under prosessen med å vippe skipet. Hvis helningen oppstår i tverrplanet (rull), kalles metasenteret tverrgående, eller lite, mens helningen i lengdeplanet (trim) kalles longitudinalt, eller stor.
Følgelig skilles tverrgående (liten) r og langsgående (store) R metasentriske radier, som representerer krumningsradiene til banen C under rulling og trim.
Avstanden mellom det innledende metasenteret t og tyngdepunktet til fartøyet G kalles initial metasentrisk høyde(eller rett og slett metasentrisk høyde) og er betegnet med bokstaven h. Den opprinnelige metasentriske høyden er et mål på skipets stabilitet.
h = zc + r - zg; h = zm ~ zc; h = r - a,
hvor a er høyden av tyngdepunktet (CG) over CVen.
Metasentrisk høyde (m.h.) - avstanden mellom metasenteret og tyngdepunktet til fartøyet. M.v. er et mål på fartøyets innledende stabilitet, som bestemmer opprettingsmomentene ved små rulle- eller trimvinkler.
Med økende m.v. Stabiliteten til fartøyet øker. For positiv stabilitet av skipet er det nødvendig at metasenteret er over skipets tyngdepunkt. Hvis m.v. negativ, dvs. metasenteret er plassert under tyngdepunktet til skipet, kreftene som virker på skipet danner ikke et gjenopprettingsmoment, men et krengemoment, og skipet flyter med en innledende rulling (negativ stabilitet), som ikke er tillatt.
OG – heving av tyngdepunktet over kjølen; OM – forhøyning av metasenteret over carina;
GM - metasentrisk høyde; CM - metasentrisk radius;
m - metasenter; G - tyngdepunkt; C – Størrelsessenter
Det er tre mulige tilfeller av plasseringen av metasenteret m i forhold til tyngdepunktet til fartøyet G:
metasenteret m er plassert over tyngdepunktet til skipet G (h > 0). Med en liten helning skaper tyngdekreftene og oppdriftskreftene et par krefter, hvis øyeblikk har en tendens til å returnere skipet til sin opprinnelige likevektsposisjon;
Skipets CG G er plassert over metasenteret m (h< 0). В этом случае момент пары сил веса и плавучести будет стремиться увеличить крен судна, что ведет к его опрокидыванию;
Skipets tyngdepunkt G og metasenteret m faller sammen (h = 0). Skipet vil oppføre seg ustabilt, siden skulderen til de to styrkene mangler.
Den fysiske betydningen av metasenteret er at dette punktet fungerer som grensen for hvilken skipets tyngdepunkt kan heves uten å frata skipet positiv initial stabilitet.
- Avhengig av helningsplanet er det sidestabilitet ved krenging og langsgående stabilitet ved trim. I forhold til overflateskip (fartøyer), på grunn av den langstrakte formen til skipets skrog, er dens langsgående stabilitet mye høyere enn tverrstabiliteten, derfor er det for navigasjonssikkerheten viktigst å sikre riktig sidestabilitet.
- Avhengig av størrelsen på helningen, skilles stabilitet ved små helningsvinkler ( initial stabilitet) og stabilitet ved store helningsvinkler.
- Avhengig av arten av de handlende kreftene, skilles statisk og dynamisk stabilitet.
Initial lateral stabilitet
Under rulling regnes stabilitet som initial ved vinkler opp til 10-15°. Innenfor disse grensene er opprettingskraften proporsjonal med rullevinkelen og kan bestemmes ved hjelp av enkle lineære forhold.
I dette tilfellet antas det at avvik fra likevektsposisjonen er forårsaket av ytre krefter som ikke endrer hverken vekten til fartøyet eller posisjonen til dets tyngdepunkt (CG). Da endres ikke det nedsenkede volumet i størrelse, men endres i form. Hellinger med like volum tilsvarer vannlinjer med like volum, og avskjærer nedsenkede volumer av skroget av samme størrelse. Skjæringslinjen for vannlinjeplanene kalles helningsaksen, som med like volumhellinger går gjennom tyngdepunktet til vannlinjeområdet. Med tverrhellinger ligger den i senterplanet.
Frie overflater
Alle tilfellene diskutert ovenfor antar at fartøyets tyngdepunkt er stasjonært, det vil si at det ikke er noen laster som beveger seg når de vippes. Men når slike belastninger eksisterer, er deres innflytelse på stabilitet mye større enn andre.
Et typisk tilfelle er flytende last (drivstoff, olje, ballast og kjelevann) i tanker som er delvis fylte, det vil si med frie overflater. Slike laster kan renne over når de vippes. Hvis den flytende lasten fyller tanken helt, tilsvarer det en fast fast last.
Effekt av fri overflate på stabilitet
Hvis væsken ikke fyller tanken helt, det vil si at den har en fri overflate som alltid inntar en horisontal posisjon, så når fartøyet vippes i en vinkel θ væsken strømmer mot helningen. Den frie overflaten vil ha samme vinkel i forhold til KVL.
Nivåer av flytende last avskjærer like volum av tanker, det vil si at de ligner på vannlinjer med like volum. Derfor øyeblikket forårsaket av overløp av flytende last under en rulling δm θ, kan representeres på samme måte som øyeblikket for formstabilitet m f, bare δm θ motsatte m f ved tegn:
δm θ = − γ f i x θ,Hvor jeg x- treghetsmoment for det frie overflatearealet til væskebelastningen i forhold til lengdeaksen som går gjennom tyngdepunktet til dette området, γ f- egenvekt av flytende last
Deretter gjenopprettingsmomentet i nærvær av en væskebelastning med en fri overflate:
m θ1 = m θ + δm θ = Phθ − γ f i x θ = P(h − γ f i x /γV)θ = Ph 1 θ,Hvor h- tverrgående metasentrisk høyde i fravær av transfusjon, h 1 = h − γ f i x /γV- faktisk tverrgående metasentrisk høyde.
Effekten av den iriserende vekten gir en korreksjon til den tverrgående metasentriske høyden δ h = − γ f i x /γV
Tetthetene av vann og flytende last er relativt stabile, det vil si at hovedinnflytelsen på korreksjonen utøves av formen på den frie overflaten, eller snarere dens treghetsmoment. Dette betyr at sidestabiliteten hovedsakelig påvirkes av bredden, og lengden på den frie flaten.
Den fysiske betydningen av den negative korreksjonsverdien er at tilstedeværelsen av frie overflater alltid er reduserer stabilitet. Derfor tas det organisatoriske og konstruktive tiltak for å redusere dem:
Dynamisk stabilitet av fartøyet
I motsetning til den statiske effekten, gir den dynamiske effekten av krefter og momenter betydelige vinkelhastigheter og akselerasjoner til fartøyet. Derfor vurderes deres innflytelse i energier, mer presist i form av arbeidet med krefter og øyeblikk, og ikke i selve innsatsen. I dette tilfellet brukes kinetisk energiteoremet, ifølge hvilken økningen i den kinetiske energien til fartøyets helning er lik arbeidet til kreftene som virker på det.
Når et krengemoment påføres skipet m cr, konstant i størrelse, mottar den en positiv akselerasjon som den begynner å rulle med. Når du vipper, øker gjenopprettingsmomentet, men først opp til vinkelen θ st, ved hvilken m cr = m θ, blir det mindre krenging. Ved å nå den statiske likevektsvinkelen θ st, vil den kinetiske energien til rotasjonsbevegelse være maksimal. Derfor vil ikke skipet forbli i likevektsposisjon, men på grunn av kinetisk energi vil det rulle videre, men sakte, siden det rette momentet er større enn krengemomentet. Den tidligere akkumulerte kinetiske energien slukkes av det overflødige arbeidet med gjenopprettingsmomentet. Så snart omfanget av dette arbeidet er tilstrekkelig til å fullstendig slukke den kinetiske energien, vil vinkelhastigheten bli null og skipet vil slutte å krenge.
Den største helningsvinkelen som et skip mottar fra et dynamisk øyeblikk kalles den dynamiske krengevinkelen θ din. I motsetning til dette, rullevinkelen som skipet vil flyte med under påvirkning av samme øyeblikk (i henhold til tilstanden m cr = m θ), kalles den statiske rullevinkelen θ st.
Hvis vi viser til det statiske stabilitetsdiagrammet, uttrykkes arbeidet ved arealet under den rette momentkurven m inn. Følgelig er den dynamiske rullevinkelen θ din kan bestemmes ut fra likestilling av områder OAB Og BCD, tilsvarende det overskytende arbeidet til gjenopprettingsmomentet. Analytisk er det samme arbeidet beregnet som:
,i området fra 0 til θ din.
Etter å ha nådd den dynamiske bankvinkelen θ din, skipet kommer ikke i likevekt, men under påvirkning av et overflødig opprettingsmoment begynner å akselerere for å rette seg. I fravær av vannmotstand ville skipet gå inn i udempede svingninger rundt likevektsposisjonen ved krenging θ st / utg. Fysisk leksikon
Fartøy, evnen til et fartøy til å motstå ytre krefter som får det til å rulle eller trimme, og til å gå tilbake til sin opprinnelige likevektsposisjon etter at deres handling opphører; en av de viktigste sjødyktighet fartøy. O. ved krenging... ... Stor sovjetisk leksikon
Kvaliteten på et skip som er i likevekt i oppreist stilling og, etter å ha blitt fjernet fra det ved påvirkning av en kraft, returnerer til det igjen etter at dets handling opphører. Denne kvaliteten er en av de viktigste for navigasjonssikkerheten; det var mange… … Encyclopedic Dictionary F.A. Brockhaus og I.A. Efron
G. Evnen til et fartøy til å flyte i oppreist stilling og rette seg etter å ha vippet. Ephraims forklarende ordbok. T. F. Efremova. 2000... Moderne Ordbok Russisk språk Efremova
Stabilitet, stabilitet, stabilitet, stabilitet, stabilitet, stabilitet, stabilitet, stabilitet, stabilitet, stabilitet, stabilitet, stabilitet (