Дать определение и назвать характеристики следующих видов остойчивости: “поперечная”, “начальная”, “при больших углах крена”, “статическая”, “динамическая”, “аварийная”.

Остойчивостью  называется способность судна, наклонённого под действием внешних сил из положения равновесия, возвращаться к состоянию равновесия после прекращения действия этих сил. Наклонения судна могут происходить  под действием сил, возникающих при перемещениях груза, под действием ветра и волн и пр. Остойчивость, которую судно имеет при продольных углах наклонения, измеряемых углами дифферента ψ, называют продольной. Она, как правило, довольно велика, поэтому опасности опрокидывания судна через нос или корму никогда не возникает. Её изучение нужно для определения дифферента судна под воздействием внещних сил.

Остойчивость, которую судно имеет при поперечных углах наклонения, измеряемых углами крена θ, называют поперечной. Поперечная остойчивость является важнейщей характеристикой судна, определяющей его мореходные качества и степень безопасности плавания.

Начальная остойчивость − это остойчивость на малых углах наклонения (10−15°). При её рассмотрении приняты следующие допущения:

· углы крена не превышают 10−15°, при этом палуба не входит в воду, а скула не выходит из воды;

· наклонения равнообъёмны, т.е. объёмное водоизмещение постоянно;

· наклонения происходят вокруг продольной оси, проходящей через центр тяжести действующей ватерлинии;

· центр величины перемещается по дуге окружности.

При крене на малый угол происходит смещение ЦВ (C − C1). Величина образующегося при этом восстанавливающего момента зависит от величины плеча l =GK между силами веса и поддержания. Восстанавливающий момент

М в =D ·l =D ·h · sin θ,

 где h − возвышение поперечного метацентра М над центром тяжести судна G, называемое поперечной метацентрической высотой (а формула называется метацентрической формулой поперечной остойчивости). Метацентрическая высота является важнейшей характеристикой остойчивости. Она определяется выражением

h = z c + r − z g, м

где     z c − возвышение ЦВ над ОЛ, м;

r − поперечный метацентрический радиус, м;

z g − возвышение ЦТ над ОЛ, м.

Остойчивость на больших углах крена. При поперечных наклонениях судна на углы более 10 − 15° уже нельзя пользоваться метацентрической формулой поперечной остойчивости. Дело в том, что допущения, принятые при определении начальной остойчивости, становятся неприемлемыми, так как при больших углах крена центр тяжести наклонной ватерлинии смещается с ДП; ЦВ перемещается не по дуге окружности, а по кривой переменной кривизны, а метацентрический радиус изменяет свою величину.  В этом случае поперечная метацентрическая высота уже не может служить критерием оценки остойчивости.

Статическая остойчивость. На рисунке видно, что при наклонении судна статически действующим (постепенно возрастающим) кренящим моментом Мкр на угол θ возникает пара сил P и D, которая создаёт восстанавливающий момент Мв. Этот восстанавливающий момент и является абсолютным количественным показателем остойчивости судна при данном водоизмещении и угле крена. Относительным показателем остойчивости является плечо восстанавливающего момента l ст. Это плечо называется плечом статической остойчивости. Условием равновесия является равенство кренящего и восстанавливающего моментов. Чаще всего для решения вопросов остойчивости на больших углах крена используется диаграмма статической остойчивости, представляющая собой  график зависимости плеч остойчивости l ст от угла крена θ.

Динамическая остойчивость. При динамическом воздействии кренящего момента судно кренится гораздо быстрее, чем при статическом воздействии момента такой же величины. Набирая значительную угловую скорость, судно по инерции пройдёт положение статического равновесия и накренится на больший угол. Прекращение наклонения произойдёт тогда, когда работа кренящего момента станет равной работе восстанавливающего

Т кр = Т в.

Условия динамической остойчивости выражаются диаграммой динамической остойчивости, которая является интегральной кривой диаграммы статической остойчивости (ординаты диаграммы динамической остойчивости в определённом масштабе соответствуют площадям диаграммы статической остойчивости).

Аварийная остойчивость. При затоплении части судовых помещений (во время аварии) судно теряет запас плавучести и остойчивость. Потеря остойчивости происходит как из-за появления свободной поверхности воды в затопленных помещениях, а также от высокого расположения самих затапливаемых отсеков.

 

Методы расчёта и построение диаграммы статической остойчивости. Требования к диаграмме статической остойчивости.

Зависимость между углом крена θ и плечом статической остойчивости l, изображенная графически, называется диаграммой статической остойчивости. Площадь, ограниченная кривой и осью абсцисс диаграммы, характеризует запас динамической остойчивости судна.

Универсальная диаграмма статической остойчивости. Диаграмму статической остойчивости для конкретного случая загрузки можно построить, используя универсальную диаграмму остойчивости либо пантокарены.

Зная значение начальной метацентрической высоты h, например сняв его сдиаграммы предельных для имеющегося значения M_z  и водоизмещения Δ, на универсальной диаграмме остойчивости, приводимой в Информации об остойчивости и прочности, находят луч h  и кривую Δ. Последовательно снимая плечи l для значений θ = 10°, 20° и т.д., строят диаграмму статической остойчивости.

Пантокарены. Пантокаренами называются кривые плеч остойчивости формы l _ф (расстояние от т. C до линии действия силы γ V), построенные для различных углов крена в зависимости от объёмного водоизмещения. Проведя на чертеже пантокарен вертикаль через заданную величину V, снимают значение l _ф для различных значений θ. Плечи диаграммы статической остойчивости определяют по формуле (в зависимости от того, в каких координатах построены пантокарены − с осью OY, проходящей через киль или через ЦВ):

или ,

где       z_g − возвышение ЦТ над килём;

a − возвышение ЦТ над ЦВ.

Особенности диаграммы статической остойчивости:

1. в пределах углов крена 0°≤ θ ≤10° существует линейная зависимость восстанавливающего момента от угла крена;

2. диаграмма имеет максимум при определённых углах крена (зависит от соотношения главных размерений судна − высоты борта и ширины); точка максимума соответствует началу входа линии палубы в воду;

3. диаграмма имеет угол, при котором восстанавливающий момент равен нулю − угол заката диаграммы статической остойчивости θ_з, во всей области 0< θ < θ _з остойчивость судна положительна.

Требования Регистра к диаграмме статической остойчивости.

1. максимальное плечо диаграммы статической остойчивости должно быть  для судов длиной менее 85 м l_max ≥0.25 м, для судов длиной более 105 м − l_max ≥0.25 м; промежуточные значения получают интерполяцией;

2. угол максимума диаграммы статической остойчивости θ _max ≥30°;

3. угол заката θ_з ≥30°.