Универсальная диаграмма статической остойчивости.

Универсальная ДСО (Рис.6а) объединяет в себе преобразованные пантокарены для определения l_ф и графики плеч веса l_в (θ). Чтобы упростить вид графических зависимостей l_в (θ) (см. формулу (6)) потребовалось сделать замену переменной q=sinθ, в результате синусоидальные кривые l_в (θ) трансформировались в прямые линии l_в(q (θ)). Но чтобы это осуществить, необходимо было принять неравномерную (синусоидальную) шкалу по оси абсцисс θ.

Универсальная диаграмма статической остойчивости

На универсальной ДСО, представляемой проектантом судна, имеются оба вида графических зависимостей — l_ф (Р,θ) и l_в (z_G,θ). В связи с изменением оси абсцисс, графики плеча формы l_ф уже не похожи на пантокарены, хотя заключают в себе тот же объем информации о форме корпуса, что и пантокарены.

Для использования универсальной ДСО необходимо с помощью измерителя снять с диаграммы расстояния по вертикали между кривой l_ф (θ, Р^*) и кривой l_в (θ,z_G^*) для нескольких значений угла крена судна θ = 10, 20, 30, 40 … 70⁰, что будет соответствовать применению формулы (6а). А затем на чистом бланке ДСО выстроить эти величины как ординаты будущей ДСО и соединить точки плавной линией (ось углов крена на ДСО теперь уже принимается с равномерной шкалой).

В обоих случаях, и при использовании пантокарен, и при использовании универсальной ДСО, конечная ДСО должна получаться одинаковой.

На универсальной ДСО иногда присутствует вспомогательная ось метацентрической высоты (справа), которая облегчает построение конкретной прямой со значением z_G^*: соответствующим некоторому значению метацентрической высоты h₀^*, поскольку

Обратимся теперь к способу определения координат центра тяжести судна X_G и Z_G. В информации об остойчивости судна всегда можно найти координаты центра тяжести порожнего судна абсциссу x_G0 и ординату z_G0.

Произведения веса судна на соответствующие координаты центра тяжести называются статическими моментами водоизмещения судна относительно плоскости миделя (М_х) и основной плоскости (М_z); для порожнего судна имеем:

Для загруженного судна эти величины можно вычислить, если суммировать соответствующие статические моменты для всех грузов, запасов в цистернах, балласта в балластных цистернах и порожнего судна:

Для статического момента М_Z необходимо добавить специальную положительную поправку, учитывающую опасное влияние свободных поверхностей жидких грузов, запасов и балласта, имеющуюся в таблицах цистерн судна, ∆М_Zh:

Эта поправка искусственно увеличивает значение статического момента, чтобы получались худшие значения метацентрической высоты, тем самым расчет ведется с запасом в безопасную сторону.

Разделив теперь статические моменты М_Х и M_Z^испр на полный вес судна в данном рейсе, получаем координаты центра тяжести судна по длине (X_G) и исправленную (Z_G^испр), которую далее используют для вычисления исправленной метацентрической высоты h₀^испр:

и затем — для построения ДСО. Величина Z_mo (d) снимается с кривых элементов теоретического чертежа для конкретной средней осадки.

 

59. Условия равновесия плавающего судна, запас плавучести, грузовая марка. Информация о непотопляемости.

На судно, плавающее неподвижно в положении равновесия на спокойной поверхности воды, действуют следующие силы (рис. 1.4);

- сила веса всех его частей, которые приводятся к их равнодействующей - силе веса судна P=Dg, направленной вертикально вниз и приложенной в центре тяжести (ЦТ) судна G (Xg, Уg, Zg);

-
Рис. 1.4. Силы, действующие на плавающее судно

гидростатические силы давления воды, действующие по нормалям к подводной поверхности судна; горизонтальные составляющие этих сил взаимно уравновешиваются, а вертикальные составляющие приводятся к их равнодействующей - силе плавучести -gV (g- удельный вес забортной воды), направленной вертикально вверх и приложенной в центре величины (ЦВ) - ЦТ подводного объема судна С (Хс Yc, Zc).

На корпус движущегося судна действуют, кроме того, гидродинамические силы давления воды, имеющие также не только горизонтальные, но и вертикальные составляющие. Однако при решении большинства задач статики судна подъемной силой корпуса, обусловленной гидродинамическими силами давления воды, пренебрегают. Эти силы учитывают только в некоторых специальных задачах статики, например в задачах, связанных с остойчивостью глиссирующих судов.

Основным физическим законом, определяющим плавучесть судна, служит закон Архимеда, согласно которому сила веса судна равна силе плавучести, а масса (водоизмещение судна D) равна массе вытесненной им воды;

; .

Формулы являются математическими выражениями первого условия равновесия плавающего судна.

Из теоретической механики известно, что для равенства двух сил необходимо и достаточно, чтобы они были равны по абсолютной величине и направлены противоположно друг другу по прямой, соединяющей точки их приложения. В данном случае обе силы - сила веса и сила плавучести - направлены вертикально; следовательно, вторым условием равновесия плавающего судна является расположение точек приложения этих сил - ЦТ и ЦВ - на одной вертикали, т. е. на одном перпендикуляре к плоскости ватерлинии. Уравнение плоскости ватерлинии может быть записано в виде:

Из аналитической геометрии известно, что прямая, соединяющая точки G и С, будет перпендикулярна плоскости, выраженной уравнением, в том случае, когда удовлетворяются следующие уравнения:

 

Уравнения выражают второе условие равновесия плавающего судна. В совокупности уравнения называют системой уравнений равновесия судна.

Если судно сидит прямо и на ровный киль (Q = y == 0), то уравнения равновесия принимают вид:

Грузовые марки.

Применяют следующие грузовые марки, отмечающие положение ГВЛ судна при его загрузке в различных зонах, районах и в разные сезонные периоды плавания:

- марки для судов с минимальным надводным бортом, а также с минимальным лесным надводным бортом;

- марки для парусных и для пассажирских судов;

- марки для грузовых судов с избыточным надводным бортом.

На рис. 1.14 в качестве примера рассматриваются марки, наносимые на судах с минимальным надводным бортом, совершающих международные рейсы. Эти марки представляют собой горизонтальные линии длиной 230мм. наносимые перпендикулярно вертикальной линии, проведенной на расстоянии 540 мм в нос от центра кольца грузовой марки.

 

Летняя грузовая марка, обозначаемая буквой Л, соответствует летнему надводному борту и наносится на одном уровне с горизонтальной линией, проходящей через центр крута. Зимней грузовой маркой, обозначаемой буквой 3, отмечают зимний надводный борт. который получается увеличением летнего надводного борта на 1/48 летней осадки. Зимняя грузовая марка ЗСА соответствует зимнему надводному борту для Северной Атлантики, назначаемому для судов длиной менее 100 м и получаемому увеличением зимнего надводного борта на 50 мм. Требуемое Правилами о грузовой марке морских судов увеличение зимнего надводного борта по сравнению с летним объясняется более суровыми условиями плавания в зимнее время, особенно в Северной Атлантике.

Грузовая марка для пресной воды отмечается буквой П и соответствует надводному борту для пресной воды, который определяется вычитанием из высоты летнего надводного борта изменения осадки судна при переходе из морской воды в пресную. Это изменение осадки (в сантиметрах) выражается формулой dd = D / (40q).

Тропическая грузовая марка обозначается буквой Т и соответствует тропическому надводному борту, получаемому уменьшением летнего надводного борта на 1/48 летней осадки. Тропическая грузовая марка для пресной воды ТП соответствует тропическому надводному борту для пресной воды, который получают, уменьшая тропический надводный борт на величину, определяемую формулой dd = D / (40q).

Нанесение других перечисленных выше марок для судов, совершающих международные рейсы, а также специальных грузовых марок для судов, не совершающих международных рейсов, рыболовных судов и судов длиной менее 24 м регламентировано упомянутым выше Правилами о грузовой марке морских судов.

Рис 1.14. Грузовые марки

Нанесенные на бортах судна грузовые марки, отвечающие данному сезону, зоне или району, в котором судно может оказаться, не должны быть погружены в воду на протяжении всего плавания суда до прихода в порт назначения. Однако если судно грузится в порт с пресной водой, то соответствующая грузовая марка может быть погружена на величину п оправки для пресной воды, указанной в свидетельстве о грузовой марке.

Над горизонтальной линией, проходящей через центр кольца знака грузовой марки, наносят двумя буквами обозначение организации, назначившей судну грузовые марки [в частности. Регистр СССР обозначается буквами Р и С (см. рис. 1.14)].