Елементи початкової поперечної стійкості. Поперечна стійкість судна Поперечна стійкість судна
Експлуатаційні якості судна
Найбільш характерними для маломірного судна експлуатаційними якостями є: пасажиромісткість,вантажопідйомність, водотоннажність і швидкість.
Пасажиромісткість - показник, що дорівнює кількості обладнаних місць для розміщення людей на судні. Пасажиромісткість залежить від вантажопідйомності:
п = G/100, чол. (З багажем), або п =G/75 , чол. (без багажу)
При цьому округлення отриманого результату проводиться до цілого цілого числа. На маломірному судні наявність обладнаних сидячих місць має відповідати встановленої для судна пасажиромісткості.
Пасажиромісткість орієнтовно можна розрахувати за формулою:
N=Lнб Bнб/K, Чол.,
де К -емпіричний коефіцієнт, що приймається рівним: для моторних та гребних човнів - 1,60; для катерів – 2,15.
Вантажопідйомність- Корисне навантаження судна, що включає в себе масу людей і багажу відповідно до пасажиромісткості. Розрізняють дедвейт та чисту вантажопідйомність.
Дедвейт -це різниця між водотоннажністю в повному вантажі і порожньому.
Чиста вантажопідйомність -це маса лише корисного вантажу, який може прийняти судно.
Для великих суден одиницею зміни вантажопідйомності є тонна, для малих - кг. Вантажопідйомність можна розрахувати за формулами, а можна визначити і досвідченим шляхом. Для цього на судно при водотоннажності порожньому, але з постачанням та запасом пального, послідовно поміщають вантаж до досягнення судном ватерлінії, що відповідає мінімальній висоті надводного борту. Маса вміщеного вантажу відповідає вантажопідйомності судна.
Водотоннажність . Розрізняють два види водотоннажності - масове (вагове) та об'ємне.
Масова (вагова) водотоннажність - це маса судна, що знаходиться на плаву, рівна масі витісненої судном води. Одиницею виміру є тонна.
Об'ємна водотоннажність V - це обсяг підводної частини судна м3. Розрахунок проводиться через основні виміри:
V = SL ВТ,
де S - коефіцієнт повноти водотоннажності, рівний для маломірних суден 0,35 - 0,6, причому менше значення коефіцієнта властиве для невеликих суден з гострими обводами. Для водовипромінюючих катерів S = 0,4 - 0,55, глиссирующих S = 0,45 - 0,6, моторних човнів 5 - 0,35 - 0,5, вітрильних суденцей коефіцієнт коливається від 0,15 до 0,4.
Швидкість.
Швидкість – це відстань, що проходить судном за одиницю часу. На морських суднах швидкість вимірюється у вузлах (миля на годину), але в суднах внутрішнього плавання - кілометрів на годину (км/ч). Судноводію маломірного судна рекомендується знати три швидкості: найбільшу (максимальну), яку судно розвиває за максимальної потужності двигуна; найменшу (мінімальну), за якої судно слухається керма; середню - найбільш економну за порівняно великих переходів. Швидкість залежить від потужності двигуна, розмірів та форми корпусу, завантаження судна та різних зовнішніх факторів: хвилювання, вітру, течії тощо.
Морехідні якості судна
Здатність судна триматися на плаву, взаємодіяти з водою, не перевертатися і не йти на дно при затопленні характеризується його морськими якостями. До них відносяться: плавучість, стійкість і непотоплюваність.
Плавучість.Плавучість - це здатність судна триматися поверхні води, маючи задану осадку. Чим більше вантажу поміщати на судно, тим глибше воно занурюватиметься у воду, але не втратить плавучості доти, доки вода не почне надходити всередину корпусу.
У разі течі в корпусі або пробоїни, а також потрапляння води під час штормової погоди всередину судна збільшується його маса. Тому судно повинне мати запас плавучості.
Запас плавучості -це непроникний для води об'єм корпусу судна, що знаходиться між вантажною ватерлінією та верхньою кромкою борту. За відсутності запасу плавучості судно затоне при попаданні всередину корпусу навіть невеликої кількості води.
Необхідний для безпечного плавання судна запас плавучості забезпечується наданням судну достатньої висоти надводного борту, а також наявності водонепроникних закриттів і переборок між відсіками та блоками плавучості — конструктивними елементами всередині корпусу маломірного судна у вигляді суцільного блоку з матеріалу (наприклад, пінопласту), що має . За відсутності таких перебірок і блоків плавучості будь-яка пробоїна підводної частини корпусу призводить до повної втрати запасу плавучості та загибелі судна.
Запас плавучості залежить від висоти надводного борту - що вище надводний борт, то більше вписувалося запас плавучості. Цей запас нормується мінімальною висотою надводного борту, залежно від величини якої для конкретного маломірного судна встановлюються район безпечного плавання та припустиме віддалення від берега. Однак зловживати висотою надводного борту не можна, оскільки це відбивається на іншій не менш важливій якості - стійкості
Стійкість.Постійність - це здатність судна протистояти силам, що викликає його спосіб, а після припинення дії цих сил (вітер, хвиля, переміщення пасажирів та ін) повертатися в початкове положення рівноваги. Одне і те судно може мати хорошу стійкість при розміщенні в ньому вантажу близько до днища і може частково або повністю втратити стійкість, якщо вантаж або людей розмістити трохи вище
Розрізняють два види стійкості: поперечну та поздовжню. Поперечна стійкість проявляється за крену судна, тобто. при способах його на борт. Під час плавання на судно діють дві сили: тяжкості та підтримки. Равнодіюча D (рис. 1, а) сили тяжіння судна, спрямована вниз, буде умовно прикладена в точці G, яка називається центром тяжіння (ЦТ), а рівнодіюча А сил підтримки, спрямована вгору, буде умовно прикладена в центрі тяжіння З зануреною у воду частини судна, що називається центром величини (ЦВ). Коли судно не має диферента та крену, ЦТ та ЦВ будуть розташовані в діаметральній площині судна (ДП).
Рис 1 Розташування одно діючих силтяжкості та підтримки щодо один одного при різних положеннях судна
|
|
|
Значення ho характеризує стійкість судна при малих способах. Положення точки М цих умовах майже залежить від кута крену ф.
Сила D і рівна їй сила підтримки А утворюють пару з плечем /, що створює відновлюючий момент MB=Dl. Цей момент прагне повернути судно у початкове становище. Зауважимо, що ЦТ при цьому знаходиться нижче за точку М.
Тепер уявімо, що на палубу цього ж судна покладено додатковий вантаж (рис. 1, в). В результаті ЦТ розташується значно вище, і при крені точка М виявиться нижчою за нього. Пара сил, що утворюється при цьому, створюватиме вже не відновлюючий, а перекидальний момент Мопр. Отже, судно буде нестійке і перекинеться.
На поперечну стійкість судна великий вплив має ширина корпусу: чим ширший корпус, тим стійкіше судно, і, навпаки, чим корпус вже і вище, тим стійкість буде гірше.
Для маломірних швидкісних суден (особливо при русі на великої швидкостіпід час хвилювання) далеко не завжди вирішеною проблемою є і збереження поздовжньої стійкості.
У кільових маломірних суден початкова метацентрична висота дорівнює, як правило, 0,3 - 0,6 м. Остійність судна залежить від завантаження судна, переміщення вантажів, пасажирів та інших причин. Чим більше метацентрична висота, тим більше відновлюючий момент і стійкіше судно, проте при великій стійкості судно має різку хитавицю. Покращує стійкість низьке розташування двигуна, паливного бака, сидінь та відповідне розміщення вантажів та людей.
При шквальному вітрі, сильному ударі хвилі об борт і в деяких інших випадках крен судна збільшується швидко і виникає динамічний момент, що хрещує. У цьому випадку крен судна буде збільшуватися і після досягнення рівності моменту, що хрещує і відновлює. Це відбувається через дію сили інерції. Зазвичай такий крен вдвічі більше крену від статичної дії такого ж моменту, що хрінить. Тому плавання за штормової погоди, особливо маломірних суден, дуже небезпечне.
Поздовжня стійкістьдіє при способах судна на ніс чи корму, тобто. при кільовій хитавиці. Цю стійкість судноводію слід враховувати під час руху на високих швидкостях під час хвилювання, т.к. "закопавшись" носом у воду катер або мотолодка може не відновити свого початкового положення і затонути, а іноді й перевернутися.
Чинники, що впливають на стійкість судна:
а) На стійкість судна найбільш відчутно впливає його ширина: чим більше вона по відношенню до його довжини, висоті борту та осідання, тим вище стійкість.
б) стійкість невеликого судна підвищується, якщо змінити форму зануреної частини корпусу при великих кутах крену. На цьому твердженні, наприклад, засновано дію бортових булів та пінопластового привального бруса, які при зануренні у воду створюють додатковий - момент, що відновлює.
в) Стійкість погіршується за наявності на судні паливних баків із дзеркалом поверхні від борту до борту, тому ці баки повинні мати внутрішні перегородки
г) На стійкість найбільше впливає розміщення на судні пасажирів і вантажів, їх слід розташовувати якомога нижче. Не можна допускати на судні малих розмірів під час його руху сидіння людей на борту та їхнє довільне переміщення. Вантажі повинні бути надійно закріплені, щоб виключити їх несподіване зміщення з місць укладання. погодних умовнеобхідно відвести судно в укриття та перечекати негоду. Якщо цього зробити неможливо через значну відстань до берега, то в штормових умовах потрібно намагатися тримати судно "носом на вітер", викинувши плавучий якір і працюючи двигуном на малому ходу.
Непотоплюваність.Непотоплюваність – це здатність судна після затоплення частини судна зберігати плавучість.
Непотоплюваність забезпечується конструктивно - розподілом корпусу на водонепроникні відсіки, обладнанням судна блоками плавучості та водовідливними засобами.
Незатоплювані обсяги корпусу найчастіше є блоками з пінопласту. Необхідна його кількість та розташування розраховуються для забезпечення аварійного запасу плавучості та підтримки аварійного судна у положенні "на рівному кілі".
Безумовно, що в умовах сильного хвилювання далеко не кожна пробоїна. моторний човента катер забезпечать виконання цих вимог.
Маневрені якості маломірного судна
До основних маневрених якостей судна відносяться: керованість, циркуляція, ходкість та інерція
Керованість.Керованість - це здатність судна утримувати на ходу заданий напрямок руху при незмінному положенні керма (стійкість на курсі) і змінювати на ходу напрямок свого руху під дією керма (поворотливість).
Стійкістю на курсіназивається властивість судна зберігати прямолінійний напрямок руху. Якщо судно при прямому положенні керма відхиляється від курсу, таке явище прийнято називати ризиковістю судна.
Якщо судно при прямому положенні керма відхиляється від курсу, таке явище прийнято називати ризиковістю судна.
Причини, що викликають ризик, можуть бути постійними і тимчасовими. До постійних належать причини, пов'язані з конструктивними особливостями судна: тупі носові обводи корпусу, невідповідність довжини судна його ширині, недостатня площа пера руля, вплив обертання гребного гвинта
Тимчасова ризиковість може бути викликана неправильним завантаженням судна, вітром, мілководдям, нерівною течією і т.п.
Поняття "стійкість на курсі" та "поворотливість" є суперечливими, проте ці якості притаманні практично всім судам і характеризують їхню керованість.
На керованість впливає багато факторів та причин, головними з яких є дія керма, робота гвинта та їх взаємодія.
Поворотливість- властивість судна змінювати напрямок руху під дією керма. Ця якість насамперед залежить від правильного співвідношення довжини та ширини корпусу, форми його обводів, а також від площі пера керма.
Особливості керованості судна під час переходу з переднього ходу на задній
Під час проведення швартових операцій чи необхідності терміново зупинити судно (небезпека зіткнення, запобігання посадки на мілину, надання допомоги людині за бортом та інших.) доводиться переходити з переднього ходу задній. У цих випадках судноводій повинен враховувати, що в перші секунди при зміні роботи гвинта правого обертання з переднього ходу на задній корма стрімко покотиться вліво, при гвинті лівого обертання - вправо.
Причини, що впливають на керованість
Крім керма і гвинта, що обертається, на стійкість і поворотливість судна впливають і інші причини, а також цілий ряд конструктивних особливостей судна: відносини головних розмірів, форми обводів корпусу, параметрів керма і гвинта. Керованість залежить від умов плавання: характеру завантаження судна, гідрометеорологічних чинників.
ЦиркуляціяЯкщо під час руху судна перекласти кермо в будь-яку сторону, судно почне повертатися і опише на воді криву лінію. Ця крива, що описується центром тяжкості судна при обороті, називається лінією циркуляції (рис. 2), а відстань між діаметральною площиною судна на прямому курсі та його діаметральною площиною після повороту на зворотний курс (180) - тактичним діаметром циркуляції. Чим менше тактичний діаметрциркуляції, тим краще вважається поворотність судна. Ця крива близька до кола, а її діаметр є мірою поворотливості судна
|
|
Вимірюється діаметр циркуляції зазвичай, у метрах. Для маломірних моторних суден розмір тактичного діаметра циркуляції здебільшого дорівнює 2-3 довжин судна. Кожному водієві необхідно знати діаметр циркуляції судна, яким йому доводиться керувати, тому що від цього залежить правильне і безпечне маневрування. Швидкість судна на циркуляції зменшується до 30%. Ніколи не слід забувати, що при русі кривою на судно діє відцентрова сила (рис. 3), спрямована від центру кривизни у зовнішню сторону і прикладена до центру тяжкості судна. |
|
Рис 2 Циркуляція / - Лінія циркуляції, 2 - тактичний діаметр циркуляції, 3 - діаметр циркуляції, що встановилася |
Дрейфу судна, що виникає від відцентрової сили, перешкоджає сила опору води — бічний опір, точка застосування якої розташована нижче центру тяжіння. В результаті виникає пара сил, що створює крен на борт, протилежний напрямку повороту. Нахил збільшується з підвищенням центру тяжкості судна над центром бічного опору та зі зменшенням метацентричної висоти. |
Збільшення швидкості при повороті і зменшення діаметра циркуляції значно збільшують крен, що може призвести до перекидання судна. Тому ніколи не робіть різких поворотів під час руху судна на великій швидкості.
На відміну від звичайних судин судин з глісуючими обводами на циркуляції отримують крен у внутрішню сторону (рис. 4). Походить це від додаткової підйомної сили, що виникає на корпусі при бічному зміщенні у зв'язку з обводами, що глісують. Одночасно з цим відбувається ковзання під дією відцентрової сили на зовнішню сторону, чому у глісуючих суден порівняно з водовипромінюючими суднами циркуляція дещо більша.
Крім діаметра циркуляції слід знати та її час, тобто. час, протягом якого судно робить поворот на 360°.
Названі елементи циркуляції залежать від водотоннажності судна та характеру розміщення вантажу за його довжиною, а також від швидкості ходу. На малій швидкості діаметр циркуляції менший.
Хідкість.Хідкість - це здатність судна рухатися з певною швидкістю при заданій потужності двигуна, долаючи при цьому сили опору руху.
Рух судна можливий лише за наявності певної сили, яка здатна подолати опір води – упор. При незмінній швидкості величина упору дорівнює величині опору води. Швидкість ходу судна та упор пов'язані наступною залежністю:
R. V = ho-N.де: V - швидкість судна; К – опір води; N – потужність двигуна; ho -ККД = 0,5.
Це рівняння показує, що зі збільшенням швидкості зростає опір води. Однак ця залежність має різний фізичний зміст і характер для водоймних суден і глісуючих.
Так наприклад, при швидкості водовипромінюючого судна до величини, що дорівнює V = 2 ÖL, км/год (L - довжина судна, м), опір води До складається з опору тертя води про обшивку корпусу і опору форми, що створюється завихрення води. Коли швидкість цього судна перевищує зазначену величину, починають утворюватися хвилі і до двох опор додається третє - хвильове. Хвильовий опір різко зростає із збільшенням швидкості.
Для глісуючих суден характер опору води такий самий як і для водовипромінюючих та величини швидкості V = 8 ÖL км/год. Однак при подальшому збільшенні швидкості судно отримує значний диферент на корму і його ніс піднімається. Цей режим руху носить назву перехідної (від водовипромінюючого до глісуючого). Характерною ознакою початку гліссування є мимовільне збільшення швидкості судна. Це викликано тим, що після підйому носової частини загальний опір води судну знижується, воно хіба що " підспливає " і збільшує швидкість при постійної потужності.
При глиссировании виникає ще одне вид опору води - бризкове, а хвильове опір і опір форми різко знижуються та його величини практично зводяться нанівець.
Таким чином на ходкість судна впливають чотири види опору:
опір тертя- залежить від площі змоченої поверхні судна, від якості її обробки та ступеня обростання (водорослями, молюсками тощо);
опір форми- залежить від обтічності корпусу судна, яка у свою чергу тим краще, чим гостріший кормовий край і чим більша довжина судна в порівнянні з шириною;
хвильовий опір- залежить від форми носового краю та довжини судна, чим довше судно, тим менше хвилеутворення;
бризковий опір- Залежить від відношення ширини корпусу до його довжини.
Висновок: 1. Найменший опір води випробовують водовипромінюючі судна з вузьким корпусом, круглясними обводами та загостреними носовими та кормовими краями.
2. У глісуючих суден, за відсутності хвилювання, широкий плоскодонний корпус з транцевою кормою забезпечує найменший опір води при найбільшій гідродинамічній підйомній силі.
Більше морехідні глісуючі судна з кілеватим або напівкільуватим корпусом. Підвищення швидкості цих суден досягається поздовжніми реданами та вилицьовими бризковідбійниками.
Інерція.Дуже важливою маневреною якістю судна є його інерція. Її зазвичай прийнято оцінювати довжинами гальмівного шляху, вибігу та шляхи розгону, а також їх тривалістю. Відстань, яка проходить судно за проміжок часу від моменту перемикання двигуна з повного ходу вперед на задній хід до моменту остаточної зупинки судна, називається гальмівним шляхом. Ця відстань зазвичай виражається у метрах, рідше – у довжинах судна. Відстань, що проходить судном за проміжок часу від моменту зупинки двигуна, що працює на передній хід, до зупинки судна під дією сили опору води, називається вибігом. Відстань, що проходить судно з моменту включення двигуна на передній хід до моменту придбання повної швидкості при заданому режимі роботи двигуна, називається шляхом розгону. Точне знання водієм зазначених вище якостей свого судна у великій мірі забезпечує безпеку маневрування у вузьках та на рейдах із обмеженими умовами плавання. Пам'ятайте! Моторні судна не мають гальм, тому для погашення інерції їм часто потрібно значно більше відстані та часу, ніж, скажімо, автомобілю
Остійністюназивається здатність судна, нахиленого дією зовнішніх сил із положення рівноваги, повертатися до стану рівноваги після припинення дії цих сил.
Нахилення судна можуть відбуватися під дією таких зовнішніх сил, як переміщення, приймання чи витрачання вантажів, тиск вітру, дія хвиль, натяг буксирного троса та ін.
Стійкість, яку судно має при поздовжніх способах, що вимірюються кутами диферента, називають поздовжньою. Вона, як правило, досить велика, тому небезпеки перекидання судна через ніс чи корму ніколи не виникає. Але вивчення її необхідно визначення диферента судна при вплив зовнішніх сил. Стійкість, яку судно має при поперечних способах, що вимірюються кутами крену 6, називають поперечною.
Поперечна стійкість є найважливішою характеристикою судна, що визначає його морехідні якості та рівень безпеки плавання. При вивченні поперечної стійкості розрізняють початкову стійкість (при малих способах судна) і стійкість на великих кутах крену. Початкова стійкість. При крені судна на малий кут під дією якоїсь із названих зовнішніх сил відбувається переміщення ЦВ за рахунок переміщення підводного об'єму (рис. 149). Величина відновлюючого моменту, що утворюється при цьому, залежить від величини плеча l= GKміж силами
ваги та підтримки нахиленого судна. Як видно з малюнка, момент, що відновлює Мв= Dl = Dh sinθ, де h- Підвищення точки Мнад ЦТ судна Gзване поперечною метацентричною висотою судна. Крапка Мзветься поперечного метацентру судна.
Мал. 149. Дія сил при нахилі судна
Метацентрична висота є найважливішою характеристикою стійкості. Вона визначається виразом
h = z c + r - z g,
де z c- Підвищення ЦВ над ОЛ; r- поперечний метацентричний радіус, т. е. підвищення метацентру над ЦВ; z g- Піднесення ЦТ судна над ОЛ.
Значення z gвизначають при розрахунку навантаження мас. Наближено можна
прийняти (для судна з повним вантажем) z g = (0,654-0,68) Н, де Н- Висота борту на міделі.
Значення z cі rвизначають за теоретичним кресленням або (для підрахункових розрахунків) за наближеними формулами, наприклад:
де У- ширина судна, м; Т- Опад, м; α - коефіцієнт повноти ватерлінії; δ - коефіцієнт загальної повноти; До- Коефіцієнт, що залежить від форми ватерлінії та її повноти і змінюється в межах 0,086 - 0,089.
З наведених формул видно, що поперечна стійкість судна підвищується зі збільшенням і α; зі зменшенням Т та δ; з підвищенням ЦВ z c; з
зниженням ЦТ z g. Таким чином, більш стійкі широкі судна, а також судна з низьким розташуванням ЦТ. При зниженні ЦТ, тобто при розташуванні більш важких вантажів - механізмів та обладнання - якомога нижче і при
полегшення високорозташованих конструкцій (надбудов, щогл, труб, які з цією метою іноді виготовляють з легких сплавів), метацентрична висота збільшується. І навпаки, при прийомі важких вантажів на палубу, зледеніння надводної частини корпусу, надбудов, щоглів тощо, під час плавання судна в зимових умовах стійкість судна зменшується.
Досвід кренування. На побудованому судні початкову метацентричну висоту визначають (використовуючи метацентричну формулу стійкості) дослідним шляхом - кренуванням судна, яке виробляють на кут 1,5-2 переносом з борту на борт заздалегідь зваженого вантажу. Схема досвіду кренування показано на рис. 150.
Мал. 150. Схема досвіду кренування.
1 - рейка з поділками; 2 - грузик і крилатка; 3 - ванна з водою або олією; 4 - нитка ваги; 5 - переносний вантаж, що кріпить
Кренящий момент М крвикликається перенесенням вантажу Рна відстань у: М кр = Ру. За метацентричною формулою стійкості h = М KP/Dθ (sin θ замінений величиною θ через небагато кута крену θ). Але θ = d/lтому h = Pyl/Dd.
Значення всіх величин, що входять до цієї формули, визначають у процесі досвіду кренування. Водотоннажність знаходять розрахунковим шляхом по опадів, заміряних за марками поглиблення.
На невеликих суднах перенесення вантажу (чавунних чушок, мішків з піском тощо) іноді замінюють перебіжками людей загальною масою близько 0,2-0,5 % водотоннажності порожнього судна. Кут крену θ заміряють вагами, опущеними в масляні ванни. Останнім часом ваги замінюють спеціальними приладами, що дозволяють точно заміряти кут крену під час досвіду кренування (з урахуванням того, що відбувається при перенесенні вантажу розгойдування судна) - так званими інклінографами.
За знайденою за допомогою досвіду кренування початковій метацентричній висоті розраховують за наведеними вище формулами положення ЦТ збудованого судна.
Нижче наведено зразкові значення поперечної метацентричної висоти для різних типів суден з повним вантажем:
Великі пасажирські судна …………………………… 0,3-1,5
Середні та малі пасажирські судна. . . ……………… 0,6-0,8
Великі суховантажні судна …………………………….. 0,7-1,0
Середні ………………………………………………….. 0,5-0,8
Великі наливні судна ………………………………… 2,0-4,0
Середні …………………………………………………... 0,7-1,6
Річкові пасажирські судна …………………………….... 3,0-5,0
Баржі ……………………………………………………… 2,0-10,0
Криголам ……… ………………………………………… 1,5-4,0
Буксири …………………………………………………… 0,5-0,8
Рибопромислові судна …………………………………. 0,7-1,0
Стійкість на великих кутах крену. У міру збільшення кута крену судна відновлюючий момент спочатку зростає (мал. 151, а-в), потім зменшується, стає рівним нулю і вже не перешкоджає, а навпаки, сприяє подальшому способу нахилення судна (рис. 151, г).
Мал. 151. Дія сил при нахиленні судна на великі кути
Оскільки водотоннажність Dдля цього стану навантаження залишається постійним, то відновлюючий момент М взмінюється пропорційно до зміни плеча lпоперечної стійкості. Цю зміну плеча стійкості залежно від кута крену 8 можна розраховувати та зображати графічно, у вигляді діаграми статичної стійкості(рис. 152), яку будують для найбільш характерних та небезпечних щодо стійкості випадків навантаження судна.
Діаграма статичної стійкості є важливим документом, що характеризує стійкість судна. З її допомогою можна, знаючи величину діючого на судно моменту, що кренить, наприклад, від тиску вітру, що визначається за шкалою Бофорта (табл. 8), або від перенесення на борт вантажу, від прийнятих несиметрично ДП водяного баласту або запасів палива і т. п. , - Визначити величину утворюється кута крену в тому випадку, якщо цей кут великий (більше 10 °). Малий кут крену обчислюють без побудови діаграми за наведеною вище метацентричну формулу.
Мал. 152. Діаграма статичної стійкості
По діаграмі статичної стійкості можна визначити початкову метацентричну висоту судна, яка дорівнює відрізку між горизонтальною віссю і точкою перетину дотичної до кривої плечей стійкості на початку координат з вертикаллю, проведеної при вугіллі крену, рівному одному радіану (57,3 °). Природно, що крутіше на початку координат крива, то більше вписувалося початкова метацентрична висота.
Особливо корисна діаграма статичної стійкості тоді, коли треба дізнатися кут крену судна від дії раптово доданої сили - за так званої динамічної дії сили.
Якщо на судно діє якась статично, тобто плавно, без ривків, прикладена сила, то утворюваний нею момент, що хрещує, створює кут крену, який визначають за діаграмою статичної стійкості (побудованої у формі кривої зміни відновлювальних моментів D(від кута крену) в точці перетину з кривою горизонтальної прямої, проведеної паралельно горизонтальної осі на відстані, що дорівнює значенню моменту, що хрещує (рис. 153, а). У цій точці (точка А) момент, що хрещує від статичної дії
Характеристика вітру та морського хвилювання
сили дорівнює відновлюючому моменту, що виникає при нахиленні судна і прагне повернути накранене судно у вихідне, пряме положення. Кут крену, при якому кренящий і відновлює моменти рівні, і є шуканим кутом крену від статично прикладеної сили.
Якщо ж кренящая сила діє на судно динамічно, тобто раптово (порив вітру, ривок буксирного троса і т. п.), то кут крену, що викликається нею, визначають за діаграмою статичної стійкості іншим чином.
Мал. 153. Визначення кута нахилу від дії статично ( а) та динамічно ( б) прикладеної сили
Горизонтальну лінію моменту, що кренить, наприклад від дії вітру при шквалі, продовжують вправо від точки А (рис. 153, б) до тих пір, поки відсікається нею площа ABC всередині діаграми не стане рівною площі AODпоза нею; при цьому кут крену (точка Е), що відповідає положенню прямої НДє шуканим кутом крену від дії динамічно доданої сили. Фізично це відповідає куту крену, при якому робота моменту, що кренить (графічно зображується площею прямокутника ODCE) виявляється рівною роботі відновлюючого моменту (площа фігури ОБІДВІ).
Якщо ж площа, обмежена кривою відновлювальних моментів, виявиться недостатньою, щоб зрівнятися з площею фігури, обмеженою моментом, що кренить поза нею, то судно перекинеться. Тому однією з головних характеристик діаграми, що свідчать про стійкість судна, є її площа, що обмежується кривою та горизонтальною віссю. На рис. 154 показані криві плечей статичної стійкості двох суден: з великою початковою стійкістю, але з малою площею діаграми ( 1 ) і з меншою початковою метацентричною висотою, але з більшою площеюдіаграми (2). Останнє судно здатне витримати сильніший вітер, воно стійкіше. Зазвичай площа діаграми більша у судна з високим надводним бортом і менше - з низьким.
Мал. 154. Криві статичної стійкості судна з високим (1) та з низьким (2) надводним бортом
Нормам стійкості Регістру СРСР, що передбачають як основний критерій (званий «критерієм погоди») умова: перекидальний момент М опр, тобто мінімальний динамічно прикладений момент, який при одночасному впливі бортової качки і найгіршому завантаженні викликає перекидання судна, не повинен бути менше динамічно прикладеного до судна моменту, що хрещує М крвід тиску вітру, тобто К = М опр/М кр≥ l,00.
При цьому значення перекидального моменту знаходять за діаграмою статичної стійкості за особливою схемою, а зіставляне з ним значення (в кН∙м) моменту, що хрещує (рис. 155) за формулою М кр = 0,001P у S п z n, де Р в-тиск вітру, МПа або кгс/м 2 (визначається за шкалою Бофорта в стовпці «при шквалі» або за таблицею Реєстру СРСР); S n- площа парусності (площа бічної проекції надводної частини судна), м2; z n- Підвищення центру парусності над ватерлінією, м.
При вивченні діаграми статичної стійкості цікавить кут, при якому крива перетинає горизонтальну вісь - так званий кут заходу сонця. За Правилами Регістру у морських суден цей кут не повинен бути меншим за 60°. Ці ж Правила вимагають, щоб максимальні значення відновлювальних моментів на діаграмі досягалися при вугіллі крену не менше 30°, а максимальне плече стійкості було б не менше 0,25 м у суден завдовжки до 80 м і не менше 0,20 м у суден завдовжки понад 105 м-коду.
Мал. 155. До визначення моменту, що кренить, від дії сили вітру
при шквалі (площа парусності заштрихована)
Вплив рідких вантажів на стійкість. Рідкі вантажі, що є в цистернах, при неповному заповненні цистерн у разі нахилення судна переміщуються у бік нахилення. Через це в той же бік переміщується ЦТ судна (з точки G 0в точку G), що призводить до зменшення плеча моменту, що відновлює. На рис. 156 показано, як плече стійкості l 0при обліку усунення рідкого вантажу зменшується до l.При цьому чим ширше цистерна або відсік, що мають вільну поверхню рідини, тим значніше переміщення ЦТ і, отже, більше зменшення поперечної стійкості. Тому зменшення впливу рідких вантажів прагнуть зменшити ширину цистерни, а під час експлуатації - обмежити кількість цистерн, у яких утворюються вільні рівні, т. е. витрачати запаси відразу з кількох цистерн, а по черзі.
Вплив сипких вантажів на стійкість.До сипучих вантажів відносять зерно всіх видів, вугілля, цемент, руду, рудні концентрати та ін.
Вільна поверхня рідких вантажів завжди залишається горизонтальною.
На відміну від них сипкі вантажі характеризуються кутом природного укосу, тобто найбільшим кутом між поверхнею вантажу та горизонтальною площиною, при якому вантаж ще перебуває у спокої і при перевищенні якого починається пересипання. Більшість сипких вантажів цей кут перебуває у межах 25-35°.
Сипучі вантажі, занурені на судно, характеризуються також пористістю, або шпаруватістю, тобто співвідношенням обсягів, зайнятих безпосередньо частинками вантажу, і порожнеч між ними. Ця характеристика, яка залежить як від властивостей самого вантажу, так і від способу його навантаження в трюм, визначає ступінь його усадки (ущільнення) під час транспортування.
Мал. 156. До визначення впливу вільної поверхні рідкого вантажу
на стійкість
При перевезенні сипучих вантажів (особливо зерна) внаслідок утворення порожнин у міру їх усадки від трясіння і вібрації корпусу під час рейсу, при різких або великих способах судна під дією шквала (перевищують кут природного укосу) вони пересипаються на один борт і вже не повертаються повністю до вихідного положення після випрямлення судна.
Кількість вантажу (зерна), що пересипався таким чином, поступово збільшується і викликає крен, який може призвести до перекидання судна. Щоб уникнути цього вживають спеціальних заходів - укладають поверх насипаного в трюм зерна мішки із зерном (міщення вантажу) або встановлюють у трюмах додаткові тимчасові поздовжні перебирання - шифтинг-бордси (див. рис. 154). За невиконання цих заходів відбуваються серйозні аварії і навіть загибель суден. Статистика показує, що більше половини суден, які загинули через перекидання, перевозили сипкі вантажі.
Особлива небезпека виникає при перевезенні рудних концентратів, які при зміні їх вологості під час рейсу, наприклад, при відтаванні або відпотуванні, набувають високої рухливості і легко зміщуються до борту. Це ще мало вивчена властивість рудних концентратів спричинила ряд важких аварій суден.
лекція №4
Загальні засади стійкості. Стійкість при малих способах. Метацентр, метацентричний радіус, метацентрична висота. Метацентричні формули стійкості. Визначення параметрів посадки та стійкості при переміщенні вантажів на судні. Вплив на стійкість незакріплених та рідких вантажів.
Досвід кренування.
Остійністю називається здатність судна, виведеного з положення нормальної рівноваги будь-якими зовнішніми силами, повертатися у своє початкове положення після припинення дії цих сил. До зовнішніх сил, здатних вивести судно з положення нормальної рівноваги, відносяться: вітер, хвилі, переміщення вантажів і людей, а також відцентрові сили та моменти, що виникають при поворотах судна. Судновод зобов'язаний знати особливості свого судна та правильно оцінювати фактори, що впливають на його стійкість.
Розрізняють поперечну та поздовжню стійкість. Поперечна стійкість судна характеризується взаємним розташуванням центру тяжіння Gта центру величини З.Розглянемо поперечну стійкість.
Якщо судно нахилити на один борт на малий кут (5-10 °) (рис.1), ЦВ переміститься з точки в точку . Відповідно сила підтримки, що діє перпендикулярно до поверхні, перетне діаметральну площину (ДП) у точці М.
Точка перетину ДП судна з продовженням спрямування сили підтримки при крені називається початковим метацентром М. Відстань від точки застосування сили підтримки Здо початкового метацентру називається метацентричним радіусом .
Рис.1 - Зтатичні сили, що діють на судно при малих нахиленнях
Відстань від початкового метацентру Мдо центру важкості Gназивається початковою метацентричною висотою
.
Початкова метацентрична висота характеризує стійкість при малих способах судна, вимірюється в метрах і є критерієм початкової стійкості судна. Як правило, початкова метацентрична висота мотолодок і катерів вважається хорошою, якщо вона більше 0,5 м,для деяких судів вона допустима менше, але не менше 0,35 м.
Різким нахилом викликається поперечна хита судна і секундоміром заміряється період вільної хитавиці, тобто час повного розмаху від одного крайнього положення до іншого і назад. Поперечну метацентричну висоту судна визначають за такою формулою:
,
м
де У- ширина судна, м; Т- Період качки, сек.
Для оцінки отриманих результатів є крива на рис. 2, побудована за даними у 
дачно спроектованих катерів.
Ри.2 - Ззалежність початкової метацентричної висоти від довжини судна
Якщо початкова метацентрична висота 
, визначена за наведеною вище формулою, виявиться нижче заштрихованої смуги, то означає, що судно буде мати плавну хитавицю, але недостатню початкову стійкість, і плавання на ньому може бути небезпечним. Якщо метацентр розташований вище заштрихованої смуги, судно буде відрізнятися стрімкою (різкою) хитавицею, але підвищеною стійкістю, і отже, таке судно більш мореплавне, але житло на ньому незадовільне. Оптимальними будуть значення, що потрапляють до зони заштрихованої смуги.
Крен судна на один із бортів вимірюється кутом 
між новим похиленим положенням діаметральної площини з вертикальною лінією.
Нахилений борт витіснятиме води більше, ніж протилежний, і ЦВ зміститься у бік крену. Тоді рівнодіючі сили підтримки та ваги будуть неврівноваженими, що утворять пару сил із плечем, рівним
.
Повторна дія сил ваги та підтримки вимірюється відновлюючим моментом:
.
де D- сила плавучості, що дорівнює силі ваги судна; l- плече стійкості.
Ця формула називається метацентричною формулою стійкості і справедлива тільки для малих кутів крену, при яких метацентр можна вважати постійним. При великих кутах крену метацентр не є постійним, унаслідок чого порушується лінійна залежність між відновлюючим моментом та кутами крену.
Малий ( 
) і великий ( 
) метацентричні радіуси можна обчислити за формулами професора А.П.Фан-дер-Фліта:
;
.
Взаємним розташуванням вантажу на судні судноводій завжди може знайти найбільш вигідне значення метацентричної висоти, при якій судно буде досить стійким і менше зазнавати хитавиці.
Нахиляючим моментом називається добуток ваги вантажу, що переміщується впоперек судна, на плече, що дорівнює відстані переміщення. Якщо людина вагою 75 кг,що сидить на банку, переміститься поперек судна на 0,5 м,то кренний момент дорівнюватиме 75 * 0,5 = 37,5 кг/м.
Для зміни моменту, що нахиляє судно на 10°, треба завантажити судно до водотоннажності абсолютно симетрично щодо діаметральної площини. Завантаження судна слід перевірити по осадах, що вимірюються з обох бортів. Креномер встановлюється строго перпендикулярно до ДП таким чином, щоб він показав 0°.
Після цього треба переміщати вантажі (наприклад, людей) на заздалегідь розмічені відстані, поки креномер не покаже 10°. Досвід для перевірки слід зробити так: нахилити судно на один, а потім на інший борт. Знаючи моменти, що кріплять судно на різні (до найбільшого можливого) кути, можна побудувати діаграму статичної стійкості (рис. 3), що дозволить оцінити стійкість судна.
Рис.3 – Діаграма статичної стійкості
Стійкість можна збільшувати за рахунок збільшення ширини судна, зниження ЦТ, пристрою кормових булів.
Якщо ЦТ судна розташований нижче ЦВ, то судно вважається дуже стійким, оскільки сила підтримки при крені не змінюється за величиною та напрямом, але точка її застосування зміщується у бік нахилу судна (рис. 4, а). Тому при крені утворюється пара сил з позитивним моментом, що відновлює, що прагнуть повернути судно в нормальне вертикальне положення па прямий кіль. Легко переконатися, що h>0, при цьому метацентрична висота дорівнює 0. Це типово для яхт з важким кілем і нетипово для великих суден зі звичайним пристроєм корпусу.
Якщо ЦТ розташований вище за ЦВ, то можливі три випадки стійкості, які судноводій повинен добре знати.
1-й випадок стійкості
Метацентрична висота h>0. Якщо центр тяжіння розташований вище центру величини, то при похилому положенні судна лінія дії сили підтримки перетинає діаметральну площину вище центру тяжіння (рис. 4, б).
Рис.4 – Випадок стійкого судна
У цьому випадку також утворюється пара сил з позитивним моментом, що відновлює. Це притаманно більшості судів нормальної форми. У цьому випадку стійкість залежить від корпусу і положення центру ваги по висоті. При крені борт, що крениться, входить у воду і створює додаткову плавучість, що прагне вирівняти судно. Однак при крені судна з рідкими та сипучими вантажами, здатними переміщатися у бік крену, центр ваги також зміститься у бік крену. Якщо центр тяжіння при крені переміститься за вертикальну лінію, що з'єднує центр величини з метацентром, судно перекинеться.
Другий випадок нестійкого судка при байдужій рівновазі
Метацентрична висота h= 0. Якщо ЦТ лежить вище за ЦВ, то при крене лінія дії сили підтримки проходить через ЦТ MG=0 (рис. 5).
Рис.5 – Випадок нестійкого судна при байдужій рівновазі
В даному випадку ЦВ завжди розташовується на одній вертикалі з ЦТ, тому пара сил, що відновлюється, відсутня. Без впливу зовнішніх сил судно не може повернутись у пряме положення. В даному випадку особливо небезпечно і зовсім неприпустимо перевозити на судні рідкі та сипкі вантажі: при найменшій хитавиці судно перевернеться. Це властиво шлюпкам із круглим шпангоутом.
3-й випадок нестійкого судна при нестійкій рівновазі
Метацентрична висота 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.
Рис.6 - Зпромені нестійкого судна при нестійкій рівновазі
Розібрані випадки показують, що судно стійке, якщо метацентр розташований вище ЦТ судна. Чим нижче опускається ЦТ, тим більше судно стійке. Фактично це досягається розташуванням вантажів не так на палубі, а нижніх приміщеннях і трюмах.
Внаслідок впливу на судно зовнішніх сил, а також внаслідок недостатньо міцного закріплення вантажу, можливе його переміщення судном. Розглянемо вплив даного чинника зміну параметрів посадки судна та її стійкість.
Вертикальне переміщення вантажу.
Рис.1 – Вплив вертикального переміщення вантажу зміну метацентрической висоти
Визначимо зміну посадки та стійкості судна, викликане переміщенням малого вантажу 
у вертикальному напрямку (рис.1) з точки 
в точку 
. Оскільки маса вантажу не змінюється, то й водотоннажність судна залишається незмінною. Отже, дотримується перша умова рівноваги: 
. З теоретичної механіки відомо, що з переміщенні однієї з тіл ЦТ всієї системи переміщається у тому напрямі. Отже, ЦТ судна 
переміститься в крапку 
а сама вертикаль пройде, як і раніше, через центр величини 
.
Буде дотримана друга умова рівноваги: 
.
Так як у нашому випадку обидві умови рівноваги дотримані, то можна зробити висновок: при вертикальному переміщенні вантажу судно не змінює свого положення рівноваги.
Розглянемо зміну початкової поперечної стійкості. Так як форми зануреного у воду об'єму корпусу судна та площі ватерлінії не змінилися, то положення центру величини 
та поперечного метацентру при переміщенні вантажу по вертикалі залишається незмінним. Переміщається лише ЦТ судна, що спричинить зменшення метацентричної висоти 
, а також 
, звідки 
, де 
- вага вантажу, що переміщається, кН;
- відстань, на яку перемістився ЦТ вантажу у вертикальному напрямку, м.
Таким чином, нове значення 
, де знак (+) застосовується під час переміщення вантажу вгору, а знак (-) вниз.
З формули видно, що вертикальне переміщення вантажу нагору викликає зменшення поперечної стійкості судна, а при переміщенні вниз поперечна стійкість збільшується.
Зміна стійкості дорівнює добутку 
. Зміна поперечної стійкості буде відносно менша у судна з більшою водотоннажністю, ніж у судна з малим, тому на суднах з великою водотоннажністю переміщення вантажів безпечніше, ніж на малих суднах.
Поперечне горизонтальне переміщення вантажу.
Переміщення вантажу 
з точки 
в точку 
(Рис.2) на відстань 
викличе крен судна на кут 
та зміщення його ЦТ у напрямку, паралельному лінії переміщення вантажу.
Рис.2 – Виникнення моменту, що кренить, при поперечному переміщенні вантажу
Нахилившись на кут 
, судно приходить у нове положення рівноваги, сила тяжкості судна 
, прикладена тепер у точці 
та сила підтримки 
, додана у точці 
діють по одній вертикалі, перпендикулярній до нової ватерлінії. 
.
Переміщення вантажу призводить до утворення моменту, що кренить:
,
де 
- плече переміщення вантажу, м.
Відновлюючий момент за метацентричною формулою стійкості
.
Оскільки судно перебуває у рівновазі, то 
і , звідки кут крену при поперечному переміщенні вантажу 
. Так як кут крену малий, то 
.
Якщо судно вже має початковий кут крену, то після горизонтального переміщення вантажу кут крену буде 
.
Основною характеристикою стійкості є відновлюючий момент, який повинен бути достатнім для того, щоб судно протистояло статичній або динамічній (раптовій) дії моментів, що кренять і диференціюють, що виникають від зміщення вантажів, під впливом вітру, хвилювання і з інших причин.
Кренящий (дифферентуючий) і відновлюючий моменти діють у протилежних напрямах і за рівноважному становищі судна рівні.
Розрізняють поперечну стійкість, відповідну способу судна в поперечній площині (крен судна), та поздовжню стійкість(Диферент судна).
Поздовжня стійкість морських суден свідомо забезпечена і її порушення практично неможливе, тоді як розміщення та переміщення вантажів призводить до змін поперечної стійкості.
При нахиленні судна його центр величини (ЦВ) переміщатиметься деякою кривою, яка називається траєкторією ЦВ. При малому способі судна (не більше 12°) допускають, що траєкторія ЦВ збігається з плоскою кривою, яку можна вважати дугою радіуса r з центром у точці m.
Радіус r називають поперечним метацентричним радіусом судна, а його центр m - початковим метацентром судна.
Метацентр - центр кривизни траєкторії, якою переміщається центр величини З процесі нахилення судна. Якщо спосіб відбувається в поперечній площині (крен), метацентр називають поперечним, або малим, при нахиленні в поздовжній площині (диферент) - поздовжнім, або великим.
Відповідно розрізняють поперечний (малий) r і поздовжній (великий) R метацентричні радіуси, що представляють радіуси кривизни траєкторії при крені і диференті.
Відстань між початковим метацентром т і центром тяжкості судна G називають початковою метацентричною висотою(або просто метацентричною висотою) і позначають літерою h. Початкова метацентрична висота є вимірником стійкості судна.
h = zc + r – zg; h = zm ~ zc; h = r - a,
де а - підвищення центру тяжкості (ЦТ) над ЦВ.
Метацентрична висота (м.в.) – відстань між метацентром та центром тяжкості судна. М.В. є мірою початкової стійкості судна, що визначає відновлювальні моменти при малих кутах крену або диферента.
У разі зростання м.в. стійкість судна підвищується. Для позитивної стійкості судна необхідно, щоб метацентр знаходився вище ЦТ судна. Якщо м.в. негативна, тобто. метацентр розташовується нижче ЦТ судна, сили, що діють на судно, утворюють не відновлюючий, а момент, що кренить, і судно плаває з початковим креном (негативна стійкість), що не допускається.
OG – підвищення центру тяжіння над кілем; OM – підвищення метацентру над кілем;
GM – метацентрична висота; CM – метацентричний радіус;
m – метацентр; G – центр тяжкості; С – центр величини
Можливі три випадки розташування метацентру m щодо центру тяжкості судна G:
метацентр m розташований вище за ЦТ судна G (h > 0). При малому способі сили тяжкості і сили плавучості створюють пару сил, момент якої прагне повернути судно в початкове рівноважне положення;
ЦТ судна G розташований вище за метацентр m (h< 0). В этом случае момент пары сил веса и плавучести будет стремиться увеличить крен судна, что ведет к его опрокидыванию;
ЦТ судна G та метацентр m збігаються (h = 0). Судно поводитиметься нестійко, оскільки відсутнє плече пари сил.
Фізичний зміст метацентру у тому, що це точка служить межею, до якого можна піднімати центр тяжкості судна, не позбавляючи судно позитивної початкової стійкості.
- Залежно від площини способу розрізняють поперечну стійкістьпри крені та поздовжню стійкістьпри диференті. Стосовно надводних кораблів (судів), через подовженість форми корпусу судна його поздовжня стійкість значно вища за поперечну, тому для безпеки плавання найбільш важливо забезпечити належну поперечну стійкість.
- Залежно від величини способу розрізняють стійкість на малих кутах способу ( початкову стійкість) та стійкість на великих кутах способу.
- Залежно від характеру діючих сил розрізняють статичну та динамічну стійкість.
Початкова поперечна стійкість
При крені стійкість розглядається як початкова при кутах до 10-15 °. У цих межах відновлююче зусилля пропорційно куту крену і може бути визначено за допомогою простих лінійних залежностей.
У цьому робиться припущення, що відхилення від становища рівноваги викликаються зовнішніми силами, які змінюють ні вага судна, ні становище його центру тяжкості (ЦТ). Тоді занурений обсяг не змінюється за величиною, але змінюється формою. Рівнооб'ємним способам відповідають рівнооб'ємні ватерлінії , що відсікають рівні за величиною занурені обсяги корпусу. Лінія перетину площин ватерліній називається віссю способу, яка при рівнооб'ємних способах проходить через центр ваги площі ватерлінії. При поперечних способах вона лежить у діаметральній площині.
Вільні поверхні
Усі розглянуті випадки припускають, що центр тяжкості судна нерухомий, тобто немає вантажів, що переміщуються при нахиленні. Але коли такі вантажі є, їх вплив на стійкість значно більший за інші.
Типовим випадком є рідкі вантажі (паливо, олія, баластова та котельна вода) у цистернах, заповнених частково, тобто мають вільні поверхні. Такі вантажі здатні переливатись при способах. Якщо вантаж повністю заповнює цистерну, він еквівалентний твердому закріпленому вантажу.
Вплив вільної поверхні на стійкість
Якщо рідина заповнює цистерну не повністю, тобто має вільну поверхню, що завжди займає горизонтальне положення, то при нахиленні судна на кут θ рідина переливається у бік способу. Вільна поверхня прийме такий самий кут щодо КВЛ.
Рівні рідкого вантажу відсікають рівні за величиною об'єми цистерн, тобто вони подібні до рівнооб'ємних ватерліній. Тому момент, що викликається переливанням рідкого вантажу при крені δm θ, можна уявити аналогічно моменту стійкості форми mф, тільки δm θпротилежно mф за знаком:
δm θ = − γ ж i x θ,де i x- момент інерції площі вільної поверхні рідкого вантажу щодо поздовжньої осі, що проходить через центр тяжкості цієї площі, γ ж- питома вага рідкого вантажу
Тоді відновлюючий момент за наявності рідкого вантажу з вільною поверхнею:
m θ1 = m θ + δm θ = Phθ − γ ж i x θ = P(h − γ ж i x /γV)θ = Ph 1 θ,де h- поперечна метацентрична висота без переливання, h 1 = h − γ ж i x /γV- Фактична поперечна метацентрична висота.
Вплив вантажу, що переливається, дає поправку до поперечної метацентричної висоті. δ h = − γ ж i x /γV
Щільності води та рідкого вантажу відносно стабільні, тобто основний вплив на поправку має форма вільної поверхні, точніше її момент інерції. Отже, на поперечну стійкість переважно впливає ширина, але в подовжню довжину вільної поверхні.
Фізичний сенс негативного значення поправки у цьому, що наявність вільних поверхонь завжди зменшуєстійкість. Тому вживаються організаційні та конструктивні заходи для їх зменшення:
Динамічна стійкість судна
На відміну від статичного, динамічний вплив сил та моментів повідомляє судну значні кутові швидкості та прискорення. Тому їх вплив у енергіях , точніше як роботи сил і моментів, а чи не в самих зусиллях. При цьому використовується теорема кінетичної енергії, згідно з якою збільшення кінетичної енергії способу судна дорівнює роботі діючих на нього сил.
Коли до судна прикладається момент, що хрещує m кр, Постійний за величиною, воно отримує позитивне прискорення, з яким починає кренитися. У міру способу зростає відновлюючий момент, але спочатку, до кута θ ст, за якого m кр = m θ, він буде менше хрещеного. Після досягнення кута статичної рівноваги θ сткінетична енергія обертального руху буде максимальною. Тому судно не залишиться в положенні рівноваги, а за рахунок кінетичної енергії буде кренитися далі, але сповільнено, оскільки момент, що відновлює, більше хрещує. Накопичена раніше кінетична енергія погашається надмірною роботою моменту, що відновлює. Як тільки величина цієї роботи буде достатньою для повного погашення кінетичної енергії, кутова швидкість стане рівною нулю і судно перестане кренитися.
Найбільший кут способу, який отримує судно від динамічного моменту, називається динамічним кутом крену θ дін. На відміну від нього кут крену, з яким судно плаватиме під дією того самого моменту (за умовою m кр = m θ), називається статичним кутом крену θ ст.
Якщо звернутися до діаграми статичної стійкості, робота виражається площею під кривою моменту, що відновлює. m в. Відповідно, динамічний кут крену θ дінможна визначити з рівності площ OABі BCD, що відповідають надлишковій роботі відновлювального моменту. Аналітично та ж робота обчислюється як:
,на інтервалі від 0 до θ дін.
Досягши динамічного кута крену θ дін, судно не входить у рівновагу, а під впливом надлишкового відновлюючого моменту починає прискорено спрямлятися. За відсутності опору води судно увійшло б в невгамовні коливання біля положення рівноваги при крені θ ст/за ред. Фізична енциклопедія
Судна, здатність судна протистояти зовнішнім силам, що викликає його Крен або диферент, і повертатися до початкового положення рівноваги після припинення їх дії; одне з найважливіших морехідних якостейсудна. О. при крені… … Велика Радянська Енциклопедія
Якість корабля перебувати у рівновазі у прямому становищі і, будучи з нього виведеною дією якоїсь сили, знову до нього повертатися після припинення її дії. Ця якість одна з найважливіших для безпеки плавання; було багато… … Енциклопедичний словник Ф.А. Брокгауза та І.А. Єфрона
Ж. Здатність судна плавати у прямому положенні та випрямлятися після способу. Тлумачний словник Єфремової. Т. Ф. Єфремова. 2000 … Сучасний тлумачний словникросійської мови Єфремової
, , , , , , , , , , , , .