Розрахунок поправок на диферент. Диферент на ніс - положення судна, коли осаду носової частини більше осаду кормової частини.
Як визначають осадку та диферент судна?
Для визначення опади та диферента в носовій та кормовий частинахна обох бортах наносять марки поглиблення дециметрами арабськими цифрами. Нижні кромки цифр відповідають тому осаді, що вони позначають. Якщо осаду кормою більше за осад носом, то судно має диферент на корму і, навпаки, при осаді кормою менше за осад носом - диферент на ніс.
При осаді носом, що дорівнює осаді кормою, кажуть: "судно - на рівному кілі". Середня осадка являє собою напівсуму осад носа та корми.
Що таке водотоннажність та коефіцієнт повноти судна?
Основна величина, що характеризує розміри судна - це обсяг витісненої ним води, званий об'ємним водотоннажністю. Та ж кількість води, виражена в одиницях маси, називається масовою водотоннажністю. Для понтона, показаного на рис.5, об'ємна водотоннажність V складе 10 х 5 х 2 = 100 куб.м. Однак підводний обсяг переважної більшості суден значно відрізняється від обсягу паралелепіпеда (рис.6). Внаслідок цього водотоннажність судна менше обсягу паралелепіпеда побудованого на його головних розмірах та осаді.
Рис.5
Щоб оцінити ступінь повноти підводної поверхні, в теорію судна введено поняття про коефіцієнт загальної повноти g, що показує, яку частку обсягу зазначеного паралелепіпеда становить об'ємну водотоннажність судна V. Отже: V= g x L x B x T
Межі зміни коефіцієнта загальної повноти g
Щоб визначити масову водотоннажність, достатньо значення V помножити на значення питомої маси води (пресної - 1000 кгкуб. м, у Світовому океані - від 1023 до 1028 кгкуб.м. Крайніми значеннями водотоннажності судна при його нормальній експлуатації є водотоннажність у повному вантажі Різниця між ними називається дедвейтом, він являє собою масу вантажу, що перевозиться, запасів палива, мастил, води, провізії, екіпажу і пасажирів з багажем, тобто всіх змінних вантажів.
Чиста вантажопідйомність - маса вантажу, що перевозиться, який може бути прийнятий на борт.
У ряді випадків користуються такими поняттями, як стандартна водотоннажність, повна, нормальна і найбільша водотоннажність.
Стандартна водотоннажність - це водотоннажність абсолютно готового судна, повністю укомплектованого екіпажем, з усіма механізмами і пристроями і готового до виходу. Ця водотоннажність включає масу обладнання СЕУ, готової до дії, продовольства та прісної води, виключаючи запаси палива, мастильних матеріалів та котельної води.
Повна водотоннажність дорівнює стандартному танцюванню запаси палива, мастильних матеріалів і котельної води в кількостях, що забезпечують задану дальність плавання повним та економічними ходами.
Нормальна водотоннажність дорівнює стандартному танцювальним запасам палива, мастильних матеріалів і котельної води в кількості половини запасів, передбачених для повної водотоннажності.
Найбільша водотоннажність дорівнює стандартному плюс запаси палива, мастильних матеріалів та котельної води в повному обсязі в спеціально обладнаних для цього в цистернах (танках).
Крені диферентможуть утворюватися в результаті переміщення людей, вантажів, при качці, поворотах. Виникнення ходового диферента у маломірних судівна ніс або корму виникає в результаті неправильного положення (кута нахилу) підвісного двигуна на транці судна. Кути крену та диферента можуть дійти до небезпечно критичних, особливо за наявності в корпусі судна води та її переливанні. Переливання води у бік найменшого способу судна сприяє утворенню ще більшого крену або диферента і може викликати перекидання судна. Води в корпусі не повинно бути.
При крені опір з боку накрененного борту більше судно прагне ухилитися в протилежний бік, тобто меншого опору. Тому, щоб утримати судно на курсі, доводиться перекладати кермо у бік накраненого борту, що збільшує силу опору і зменшує швидкість ходу.
При різких поворотах водовипромінюючих суден крен особливо великий і спрямований на зовнішню сторону. Люди, які перебувають на борту, при раптовому маневрі, можуть переміститися в бік крену і тим більше посилити становище судна. Може виникнути реальна небезпека перекидання. Судноводію необхідно знати залежність швидкості свого судна та максимально можливого, з погляду безпеки, кута перекладки керма. Перед маневруванням необхідно переконатися, що люди знаходяться на своїх місцях, і немає передумов переміщення їх та вантажів.
Глиссирующие судна, з форми обводів корпусу, креняться у внутрішній бік повороту. Це безпечніше тому, що сила інерції спрямована в протилежний бік повороту і прагне зменшити крен. Слід пам'ятати, що люди, які перебувають у кокпіті, особливо стоячи, можуть впасти або вивалитися за борт. Треба уникати різких поворотів, а за необхідності обов'язково попереджати людей, що знаходяться на борту.
Для малого водовипромінюючого судна нормальним вважається диферент на корму трохи більше 5 див чи положення «Рівний кіль». При диференті на корму більше 5 см зменшується швидкість, тому що значне занурення корми збільшує масу води, що захоплюється, і лобовий опір судна. Диферент на корму спричинює підвищену стійкість судна на курсі. При необхідності змінити напрямок руху він погано реагує на перекладку керма, схильно увалюватися під вітер.
При диференті на ніс також збільшується опір води і зменшується швидкість. Диферент на ніс погіршує стійкість судна на курсі та викликає підвищену його чутливість до перекладки керма. При найменшій перекладці судно починає відхилятися від прямолінійного курсу і стає важко керованим прямолінійних ділянках шляху. Ці явища пояснюються тим, що за наявності диферента гідродинамічний вплив на корпус судна за його довжиною значно відрізняється від нормальних експлуатаційних умов.
При диференті на ніс корми судна, що має менший опір навколишньої води, стає більш рухомою та надмірно чутливою до перекладки рулів, а при диференті на корму – навпаки.
У глісуючих судів диферент на корму ускладнює вихід на гліссування. Судно може подолати «горб» опору. При гліссуванні можливе явище "дельфінування", періодичні вертикальні переміщення носової частини.
Це явище легко припинити, змістивши частину вантажу в ніс. У разі утруднення виходу на гліссування судна з перевантаженою кормою буває досить тимчасового переміщення частини вантажу в ніс. При диференті на ніс судна, що глісує, форштевень майже не піднімається над водою. Це збільшує змочену поверхню судна, отже зменшується швидкість. Крім того, на курсі під кутом до хвилі можливе різке зарискування судна. Це відбувається в результаті того, що якщо з лівого борту при вході в хвилю буде більша частина хвилі, то судно ризикне праворуч і навпаки.
Слід пам'ятати, що при буксируванні у судна, що буксирується, диферент на ніс не допустимо. У цьому випадку судно постійно замалювати, і в момент його повернення на початковий курс можливе перекидання. Натомість диферент на корму дає можливість судну йти строго в кільватер буксирувальнику.
При експлуатації водоймного судна стежити за ходовим диферентом так само важливо, як і на гліссирующем.
Далеко не завжди вдається скомпонувати судно при проектуванні та завантажити при виході в плавання так, щоб забезпечувалися оптимальне центрування та оптимальний диферент. Як відомо, надмірний ходовий диферент призводить до втрати швидкості, погіршує економічні показники.
Я зіткнувся із зазначеною проблемою, коли став проводити випробування свого водовипромінюючого човна «Каченя», переробленого з малого (№ 1) рятувальної шлюпки(довжина – 4,5 м; ширина – 1,85 м). Як тільки я давав повний газ двигуну "СМ-557Л", диферент на корму відразу ж зростав до величин, що явно перевищують допустимі 5-6 °: збільшувалося хвилеутворення, а швидкість не додавалася.
Почав шукати спосіб зменшити ходовий диферент. За аналогією зі швидкохідними катерами вирішив застосувати транцеві плити. Вирізав із бакелізованої фанери дві транцеві плити різної форми із змінним кутом нахилу і по черзі випробував їх на «Каченяті». Перші ж виходи показали, що при малих кутах нахилу плити неефективні, а при великих диферент, дійсно, зменшують, але одночасно починають працювати як гальмо. При ході на попутній хвилі через плити з'являється сильна ризиковість; на задньому ходу плита перегороджує надходження води до гребного гвинта. Як би там не було, але маючи потужність 13,5 л. с., розвинути швидкість вище 10 км/год не вдавалося ні з плитами, ні без них. Відносна швидкість - число Фруда по довжині - коливалася близько 0,4.
Після невдалих випробувань транцевих плит я вирішив спробувати встановити на гребний гвинт спеціально спрофільовану кільцеву насадку. Насадка, що відхиляє струмінь від гвинта вниз, за моїми розрахунками, повинна була не тільки створювати на корпусі додаткову підйомну силу, що зменшує ходовий диферент, але й одночасно підвищувати ККД гребного гвинта, оскільки двигун «СМ-557Л» розвиває занадто велику кількість обертів для можливої швидкості. .
Гребний вал «Каченя» має нахил щодо КВЛ близько 8°. Передня частина насадки – від носової кромки до площини диска гребного гвинта – виконана співвісно з гребним валом. У площині диска гребного гвинта осьова лінія насадки має злам - нахилена вниз на 8 ° (тут кут нахилу до КВЛ вже дорівнює 16 °).
Як видно зі схеми, за площиною гвинтового диска у верхній частині насадки її внутрішня утворює має вигляд прямої. Результуюча сила Р з розкладається на силу упору та підйомну силу. Сила упору була вимірювана динамометром і дорівнювала 200 кгс. Підйомна сила Р п, що безпосередньо зменшує ходовий диферент, приблизно дорівнює 57 кгс.
Тепер про виготовлення насадки. З пінопласту були нарізані рейки трапецеїдального перерізу, які потім склеювалися в циліндр за допомогою епоксидного клею. Обробка велася гострим ножем та рашпілем з перевіркою профілю за шаблонами. Зовні готова насадка була обклеєна двома шарами склотканини на епоксидному клеї. Внутрішня поверхня насадки покрита епоксидною шпаклівкою, в яку для зменшення тертя втертий графіт лускатий.
Зверху і знизу закріплені по два алюмінієві косинці, що стягуються болтами М6. Ці болти та кругові стропи із сталевого троса 0 2 мм надійно скріплюють в одне ціле насадку та косинці. Передні кінці косинців прикріплені до ахтерштевню, задні до стійки керма (рудерпосту).
Кінці лопатей гребного гвинта обрізані за внутрішнім діаметром насадки з кільцевим зазором 2-3 мм.
З насадкою «Каченя» успішно проходило вже дві навігації. За цей термін встановлено таке:
- швидкість збільшилася з 10 до 12 км/год (число Фруда бл. 0,5);
- ходовий диферент практично відсутній;
- навіть на крутій попутній хвилі човен добре слухається керма, а гребний гвинт майже не оголюється;
- човен надійно йде та задовільно слухається керма на задньому ходу.
Установка підвісного мотора на будь-який водозмішуючий човен, будь то фофан, тузик або чотиривесельний ял, завжди викликає сильний диферент на корму, що збільшується зі збільшенням швидкості. У статті про човен «Пелла» зазначалося, що швидкість його під мотором «Вітерець» (8 л. с.) складає 9,16 км/год, коли водій сидить на кормовій банці, і 11,2 км/год, коли він сидить у носі. Ось чіткий показник того, як позначається ходовий диферент на швидкості. Але є й інші мінуси такої посадки. Достатньо подумки провести пряму лінію від очей кермового, що сидить на кормі, вперед через верхню точку форштевня, щоб переконатися: предмети, що знаходяться на воді попереду, йому не видно. З таким поганим оглядом курсу експлуатація будь-якого судна забороняється. Можна запропонувати два виходи; укласти в носову частину човна баласт або встановити на гребний гвинт насадку.
Якщо заводи, що випускають підвісні мотори, освоїть і випуск профільованих антидиферентних насадок, буде заощаджено чимало бензину, а головне - покращаться умови експлуатації човнів, підвищиться безпека плавання; принаймні – зменшиться небезпека зіткнення з плаваючими перешкодами.
На стійкість вантажного судна під час руху дуже впливає його завантаження. Управління судном значно легше, коли його завантажено в повному обсязі. Судно, яке взагалі не має вантажу, легше слухається керма, але так як гвинт судна знаходиться близько від поверхні води, воно має підвищену ризиковість.
При прийманні вантажу, а отже, збільшення опади судно стає менш чутливим до взаємодії вітру і хвилі і стійкіше утримується на курсі. Від завантаження також залежить положення корпусу щодо поверхні води. (тобто має судно крен або диферент)
Від розподілу вантажу за довжиною судна щодо вертикальної осі залежить момент інерції маси судна. Якщо більшість вантажу зосереджена в кормових трюмах, момент інерції стає більшим і судно стає менш чутливим до впливів зовнішніх сил, що обурюють, тобто. більш стійким на курсі, але в той же час найважче приводиться до курсу.
Поліпшення поворотності можна досягти зосередженням найважчих вантажів у середній частині корпусу, але при одночасному погіршенні стійкості руху.
Розміщення вантажів, особливо важкоатлетів, нагорі викликає валкість і крен судна, що негативно впливає на стійкість. Зокрема, негативний вплив на керованість має наявність води під сланями трюму. Ця вода переміщатиметься від борту до борту навіть при відхиленні керма.
Диферент судна погіршує обтічність корпусу, знижує швидкість і призводить до зміщення точки застосування бічної гідродинамічної сили на корпусі в ніс або корму в залежності від осаду. Вплив цього зміщення аналогічно до зміни діаметральної площини за рахунок зміни площі носового підзору або кормового дейдвуда.
Диферент на корму зміщує в корму центр гідродинамічного тиску, підвищує стійкість руху на курсі та зменшує поворотливість. Навпаки, диферент на ніс, покращуючи поворотливість, погіршує стійкість на курсі.
При диферентах ефективність дії керма може погіршитися або покращити. При диференті на корму центр ваги зміщується до корми (рис. 36,а), плече моменту, що повертає, керма і сам момент зменшуються, поворотливість погіршується, а стійкість руху збільшується. При диференті на ніс, навпаки, при рівності «кермових сил» і , плече і момент збільшуються, тому поворотливість покращується, але стійкість на курсі стає гіршою (рис. 36, б).
При диференті на ніс у судна покращується поворотливість, підвищується стійкість руху на зустрічній хвилі, і навпаки, з'являються сильні гуркіт корми на попутній хвилі. Крім цього, при диференті на ніс судна з'являється прагнення до виходу на вітер на передньому ході та припинення звалювання носа під вітер на задньому ході.
При диференті на корму судно стає менш поворотним. На передньому ходу судно стійке на курсі, але при зустрічному хвилюванні легко ухиляється з курсу.
При сильному диференті на корму у судна з'являється прагнення увалювання носом під вітер. На задньому ходу судно управляється насилу, воно завжди прагне привестися кормою до вітру, особливо при бічному його напрямку.
При невеликому диференті на корму підвищується ефективність дії рушіїв і більшість судів підвищується швидкість ходу. Однак подальше збільшення диференту призводить до зменшення швидкості. Диферент на ніс через збільшення опору води руху зазвичай призводить до втрати швидкості переднього ходу.
У практиці судноводіння диферент на корму іноді спеціально створюють при буксируваннях, при плаванні у льодах, зменшення можливості пошкодження гвинтів і кермів, підвищення стійкості під час руху за напрямом хвиль і вітру та інших випадках.
Іноді судно здійснює рейс, маючи деякий крен на якийсь борт. Нахил можуть викликати такі причини: неправильне розташування вантажів, нерівномірне витрачання палива та води, конструктивні недоліки, бічне тиск вітру, скупчення пасажирів на одному борту та ін.
Рис.36 Вплив диференту Рис. 37 Вплив крену
Нахил надає різний вплив на стійкість одногвинтового та двогвинтового судна. При крені одногвинтове судно не йде прямо, а прагне ухилитися з курсу у бік, протилежний крену. Це пояснюється особливостями розподілу сил опору води руху судна.
При русі одногвинтового судна без крену на вилиці обох бортів чинитимуть опір дві сили і рівні один одному за величиною і напрямом (рис. 37, а). Якщо розкласти ці сили на складові, то сили й будуть спрямовані перпендикулярно бортам вилиць і вони будуть рівними один одному. Відтак судно йтиме рівно за курсом.
При крені судна на площу «л» зануреної поверхні вилиці накраненого борту більше площі «п» вилиці піднятого борту. Отже, більший опір зустрічної води випробовуватиме вилицю накраненого борту і меншу – вилицю піднесеного борту (рис. 37,б).
У другому випадку сили опору води та , прикладені до однієї та іншої вилиці, паралельні один одному, але різні за величиною (рис 37,б). При розкладанні цих сил за правилом паралелограма на складові (так щоб одна з них була паралельна, а інша перпендикулярна до борту), переконаємося, що складова перпендикулярна до борту, більша за відповідну складову протилежного борту.
У результаті можна дійти невтішного висновку у тому, що ніс одногвинтового судна при крені ухиляється убік піднесеного борту (протилежну крену), тобто. у бік найменшого опору води. Тому, щоб утримати одногвинтове судно на курсі, доводиться кермо перекладати у бік крену. Якщо на нахиленому одногвинтовому судні кермо буде в положенні прямо, судно здійснить циркуляцію в бік, протилежну крену. Отже, при здійсненні оборотів діаметр циркуляції у бік нахилу збільшується, у протилежний бік – зменшується.
У двогвинтових судів ухилення від курсу викликається спільним впливом неоднакового лобового опору води руху корпусу з боку бортів судна, а так само різною величиною впливу зусиль, що розгортають лівої і правої машин при одному числі оборотів.
У судна без крену точка докладання сил опору води руху знаходиться в діаметральній площині, тому опір з обох бортів має рівну дію на судно (див. рис. 37,а). Крім того, у судна не має крену, що розвертають моменти щодо центру тяжкості судна, створювані упором гвинтів і практично однакові, так як плечі упорів рівні, а тому .
Якщо, наприклад, судно має постійний крен на лівий борт, то поглиблення правого гвинта зменшиться і збільшиться поглиблення гвинтів на правому борту. Центр опору води руху переміститься у бік накраненого борту і займе положення (див. рис. 37,б) на вертикальній площині щодо якої діятимуть упори рушіїв з нерівними плечима додатка. тобто. тоді< .
Незважаючи на те, що правий гвинт із-за меншого заглиблення буде працювати менш ефективно порівняно з лівим, проте зі збільшенням плеча загальний момент, що розвертає, від правої машини стане значно більше ніж від лівої, тобто. тоді< .
Під впливом більшого моменту від правої машини судно прагнутиме ухилитися у бік лівого, тобто. нахиленого борту. З іншого боку, збільшення опору води руху судна із боку вилиць зумовить прагнення ухилити судно у бік підвищеного, тобто. правий борт.
Ці моменти за величиною можна порівняти між собою. Практика показує, кожен тип судна залежно від різних чинників при крені ухиляється у певний бік. Крім того, встановлено, що величини моментів, що ухиляють, дуже малі і їх легко компенсувати перекладкою керма на 2-3° у бік борту, протилежного стороні ухилення.
Коефіцієнт повноти водотоннажності.Його збільшення призводить до зменшення сили та зменшення демпфуючого моменту, а отже, до покращення стійкості на курсі.
Форма корми.Форма корми характеризується площею кормового підзору (підрізу) корми (тобто площею, що доповнює корму до прямокутника)
Рис.38. До визначення площі кормового підрізу:
а) корми з підвісним чи напівпідвісним кермом;
б) корми з кермом розташованим за рудерпостом
Площа обмежується кормовим перпендикуляром, лінією кіля (базовою лінією) та контуром корми (на рис. 38 заштрихована). Як критерій підрізу корми можна використовувати коефіцієнт:
де – середня осадка, м.
Параметр є коефіцієнтом повноти площ ДП.
Конструктивне збільшення площі підрізу кормового краю в 2,5 рази може зменшити діаметр циркуляції в 2 рази. Однак при цьому різко погіршиться стабільність на курсі.
Площа керма.Збільшення збільшує поперечну силу керма, але в той же час зростає і дія керма, що демпфує. Практично виходить, що збільшення площі керма призводить до поліпшення поворотності лише за великих кутах перекладки.
Відносне подовження керма.Збільшення при незмінній його площі призводить до зростання поперечної сили керма, що призводить до деякого поліпшення поворотності.
Розташування керма.Якщо кермо розташоване в гвинтовому струмені, швидкість натікання води на кермо зростає за рахунок додаткової швидкості потоку, викликаної гвинтом, що забезпечує значне поліпшення поворотності. Цей ефект особливо проявляється на одногвинтових суднах в режимі розгону, а в міру наближення швидкості до значення зменшується.
На двогвинтових суднах кермо, розташоване в ДП, має відносно малу ефективність. Якщо ж на таких суднах встановлені два пера руля за кожним з гвинтів, то поворотливість різко зростає.
Вплив швидкості судна з його керованість утворюється неоднозначно. Гідродинамічні сили і моменти на кермі і корпусі судна пропорційні квадрату швидкості потоку, що набігає, тому при русі судна з встановлюваною швидкістю незалежно від її абсолютного значення, співвідношення між зазначеними силами і моментами залишаються постійними. Отже, на різних швидкостях, що встановилися траєкторії (при однакових кутах перекладки керма) зберігають свою форму і розміри. Ця обставина неодноразово підтверджувалася натурними випробуваннями. Поздовжній розмір циркуляції (висув) істотно залежить від початкової швидкості руху (при маневруванні з малого ходу вибіг на 30% менше вибігу з повного ходу). Тому, щоб здійснити оборот на обмеженій акваторії за відсутності вітру та течії, доцільно перед початком маневру зменшити хід та виконати оборот на зниженій швидкості. Чим менша акваторія, на якій відбувається циркуляція судна, тим меншою має бути початкова швидкість його ходу. Але якщо в процесі маневру змінити частоту обертання гвинта, то зміниться швидкість потоку, що набігає на кермо, розташоване за гвинтом. При цьому момент, що створюється кермом. Зміниться відразу ж, а гідродинамічний момент на корпусі судна буде змінюватися повільно в міру зміни швидкості судна, тому колишнє співвідношення між цими моментами тимчасово порушиться, що призведе до зміни кривизни траєкторії. При збільшенні частоти обертання гвинта кривизна траєкторії збільшується (радіус кривизни зменшується) і навпаки. Коли швидкість судна прийде у відповідність до носової частоти обертання гвинта, кривизна траєкторії знову дорівнюватиме початковому значенню.
Все сказане вище справедливе для випадку штильової погоди. Якщо ж судно піддається впливу вітру певної сили, то цьому випадку керованість істотно залежить від швидкості судна: чим менше, тим більше вплив вітру на керованість.
Коли з якоїсь причини немає можливості допустити збільшення швидкості, але необхідно зменшити кутову швидкість повороту, краще зменшити частоту обертання рушіїв. Це ефективніше, ніж перекладання кермового органу на протилежний борт.
ВСТУП. 2
1. ПОНЯТТЯ ПРО ПОДОЛЬНУ ОСТІЙНІСТЬ СУДНА.. 3
2. ДИФЕРЕНТ СУДНОГО І КУТ ДИФЕРЕНТУ.. 6
ВИСНОВОК. 9
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ.. 10
ВСТУП
Остійність - здатність плавучого засобу протистояти зовнішнім силам, що викликає його крен або диферент і повертатися в стан рівноваги після закінчення впливу зовнішніх сил (Зовнішній вплив може бути обумовлений ударом хвилі, поривом вітру, зміною курсу тощо). Це одна з найважливіших морехідних якостей плавучого засобу.
Запасом стійкості називається ступінь захищеності плавучого засобу від перекидання.
Залежно від площини способу розрізняють поперечну стійкість при крені і поздовжню стійкість при диференті. Стосовно надводних суден, 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) і стійкість на великих кутах способу.
Залежно від характеру діючих сил розрізняють статичну та динамічну стійкість.
Статична стійкість - розглядається при дії статичних сил, тобто прикладена сила не змінюється за величиною.
Динамічна стійкість - розглядається при дії змінних (тобто динамічних) сил, наприклад вітру, хвилювання моря, зрушення вантажу і т.п.
Найважливішими чинниками, які впливають стійкість, є розташування центру тяжкості і центру величини судна (ЦВ).
1. ПОНЯТТЯ ПРО ПОДОЛЬНУ ОСТІЙНІСТЬ СУДНА
Стійкість, яка проявляється при поздовжніх способах судна, тобто при диференті, називається поздовжній.
Незважаючи на те, що кути диферента судна рідко досягають 10 град., а зазвичай становлять 2-3 град, поздовжнє нахилення призводить до значних лінійних диферентів при великій довжині судна. Так, у судна завдовжки 150 м кут способу 1 град. відповідає лінійному диференту, що дорівнює 2,67 м. У зв'язку з цим у практиці експлуатації судів питання, що належать до диференту, більш важливі, ніж питання поздовжньої стійкості, оскільки у транспортних судів з нормальними співвідношеннями головних розмірів поздовжня стійкість завжди позитивна.
При поздовжньому нахилі судна на кут ψ навколо поперечної осі Ц. Ст переміститься з точки С в точку C1 і сила підтримки, напрямок якої нормально до діючої ватерлінії, діятиме під кутом ψ до початкового напрямку. Лінії дії початкового та нового напряму сил підтримки перетинаються у точці.
Точка перетину лінії дії сил підтримки при нескінченно малому способі в поздовжній площині називається поздовжнім метацентром М.
Радіус кривизни кривої переміщення Ц. Ст в поздовжній площині називається поздовжнім метацентричним радіусом R, що визначається відстанню від поздовжнього метацентру до Ц. В.
Формула для обчислення поздовжнього метацентричного радіусу R аналогічна поперечному метацентричного радіусу;
де IF - момент інерції площі ватерлінії щодо поперечної осі, що проходить через її Ц. Т. (точка F); V - об'ємна водотоннажність судна.
Поздовжній момент інерції площі ватерлінії IF значно більший за поперечний момент інерції IX. Тому поздовжній метацентричний радіус R завжди значно більший за поперечний r. Орієнтовно вважають, що поздовжній метацентричний радіус R приблизно дорівнює довжині судна.
Основне положення стійкості полягає в тому, що момент, що відновлює, є моментом пари, утвореною силою ваги судна і силою підтримки. Як видно з малюнка в результаті застосування зовнішнього моменту, що діє в ДП, диференціюючим моментомМдіф, судно отримало спосіб на малий кут диферента ψ. Поруч із появою кута диферента виникає відновлюючий момент Мψ, що у бік, протилежну дії дифферентуючого моменту.
Поздовжнє нахилення судна продовжуватиметься доти, доки алгебраїчна сума обох моментів не стане рівною нулю. Оскільки обидва моменти діють у протилежні сторони, умову рівноваги можна записати як рівності:
Мдіф = Мψ.
Відновлюючий момент у цьому випадку буде:
Мψ = D" × GK1 (1)
де GK1 – плече цього моменту, зване плечем поздовжньої стійкості.
З прямокутного трикутника G M K1 отримуємо:
GK1 = MG × sinψ = H × sinψ (2)
Величина MG = Н, що входить в останній вираз, визначає підвищення поздовжнього метацентру над Ц. Т. судна і називається поздовжньою метацентричною висотою.
Підставивши вираз (2) у формулу (1), отримаємо:
Мψ = D" × H × sinψ (3)
де добуток D" × H - коефіцієнт поздовжньої стійкості. Маючи на увазі, що поздовжня метацентрична висота Н = R - а, формулу (3) можна записати у вигляді:
Мψ = D" × (R - a) × sinψ (4)
де а - піднесення Ц. Т. судна над його Ц. Ст.
Формули (3), (4) є метацентричними формулами поздовжньої стійкості.
Зважаючи на дещицю кута диферента у зазначених формулах, замість sin ψ можна підставити кут ψ (у радіанах) і тоді:
Мψ = D" × H × ψ або Мψ = D" × (R - a) × ψ.
Оскільки величина поздовжнього метацентричного радіусу R у багато разів більша за поперечний r, поздовжня метацентрична висота H будь-якого судна у багато разів більша за поперечну h. тому, якщо в судна забезпечена поперечна стійкість, то поздовжня стійкість забезпечена свідомо.
2. ДИФЕРЕНТ СУДНОГО І КУТ ДИФЕРЕНТА
У практиці розрахунків способів судна в поздовжній площині, пов'язаних з визначенням диферента, замість кутового диферента прийнято користуватися лінійним диферентом, значення якого визначається як різниця осаду судна носом і кормою, тобто d = ТН - ТК.
Диферент прийнято вважати позитивним, якщо осідання судна носом більше, ніж кормою; диферент корму корму вважається негативним. Найчастіше судна плавають з диферентом на корму.
Припустимо, що судно, що плаває на рівний кіль ватерлінією ПЛ, під дією деякого моменту отримало диферент і його нова діюча ватерлінія зайняла положення В1Л1. З формули для відновлюючого моменту маємо:
ψ = Мψ / (D" × H).
Проведемо пунктирну лінію АВ, паралельну ПЛ, через точку перетину кормового перпендикуляра з В1Л1. Диферент d – визначається катетом ВЕ трикутника ABE. Звідси:
tg ψ ≈ ψ = d / L
Порівнявши останні два вирази, отримаємо:
d / L = Мψ / (D" × H), звідси Мψ = (d / L) × D" × H.
Розглянемо методи визначення осад судна при дії на нього диферетуючого моменту, що виникає в результаті переміщення вантажу в поздовжньо-горизонтальному напрямку.
Припустимо, що вантаж р переміщений вздовж судна на відстань lx. Переміщення вантажу, як зазначалося, може бути замінено додатком до судна моменту пари сил. У нашому випадку цей момент буде диференціюючим і рівним: Мдіф = Р × lx × cos ? рівняння рівноваги при поздовжньому переміщеннівантажу (рівність диференціюючого та відновлюючого моментів) має вигляд:
P × lx × cosψ = D" × H × sinψ
звідки tgψ = (P × lx) / (D" × H)
Оскільки малі способи судна відбуваються навколо осі, що проходить через Ц. Т. F площі ватерлінії, можна отримати наступні вирази для зміни осад носом і кормою:
Отже, опади носом та кормою при переміщенні вантажу вздовж судна будуть:
Якщо врахувати, що tgψ = d/L і що D" × H × sinψ = Mψ, можна записати:
де Т - осідання судна при положенні на рівний кіль;
М1см - момент, що диференціює судно на 1 см.
Значення абсциси ХF знаходять по "кривим елементів теоретичного креслення", причому необхідно суворо враховувати знак перед XF: при розташуванні точки F в ніс від міделя величина XF вважається позитивною, а при розташуванні точки F в кормі від міделя - негативною.
Плечо lx також вважається позитивним, якщо вантаж переноситься у напрямку носової частини судна; при перенесенні вантажу в корму плече lx вважається негативним.
ВИСНОВОК
Остійність - одна з найважливіших морехідних якостей плавучого засобу. Щодо судів використовується уточнююча характеристика стійкість судна. Запасом стійкості називається ступінь захищеності плавучого засобу від перекидання.
Зовнішній вплив може бути обумовлено ударом хвилі, поривом вітру, зміною курсу тощо.
У практиці розрахунків способів судна в поздовжній площині, пов'язаних з визначенням диферента, замість кутового диферента прийнято користуватися лінійним диферентом.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. І., А., С. Контроль за посадкою, стійкістю і напругою корпусу судна: Навч. посібник – Владивосток, МДУ ім. адм. Г. І. Невельського, 2003. – 136 с.
2. Н. Експлуатаційні розрахунки морехідних характеристик судна – М.: Транспорт, 1990, 142с.
3. К., з. Загальний пристрійсудів. - Ленінград: "Суднобудування". – 1987. – 160с.
4. Г. Теорія та влаштування судна. - Підручник для річкових училищ та технікумів. М.: Транспорт, 1992. – 248с.
5. Г. Пристрій судна: Підручник. – 5-те вид., стереотип: – Л.: Суднобудування, 1989. – 344 с.