Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)


 

 

 

 



МОРЕХІДНІ ЯКОСТІ ТА МІЦНІСТЬ СУДНА



Плавучестью называют способность судна поддерживать вертикальное равновесие в заданном положении относительно поверхности воды в результате действия силы веса судна и выталкивающей силы воды. Мерой плавучести судна является его водоизмещение , где ρ – плотность забортной воды.

На судно, плавающее неподвижно на спокойной воде в положении равновесия, действуют следующие силы:

- сила веса всех его частей, которые приводятся к равнодействующей – силе веса судна Р = gΔ, направленной вертикально вниз и приложенной в центре тяжести (ЦТ) судна точке G(xg, yg, zg);

- 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 γV (γ – удельный вес забортной воды), направ­ленной вертикально вверх и приложенной в центре величины (ЦВ) - ЦТ подводного объема судна С(xc, 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 Δ) равна массе вытеснен­ной им воды:

P = γV = γСbLBd; Δ = ρV.

Эти 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

x tgψ + y tgθ – z + d = 0.

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

Эти уравнения выражают второе условие равновесия плавающего судна. В совокупности первое и второе условие составляют систему уравнений равновесия судна.

Если судно сидит прямо и на ровный киль (ψ = θ = 0), то уравнения второго условия равновесия принимают вид:

xg = xc; yg = yc.

Остойчивость.

В механике различают три вида статического равновесия тела. Если тело находится в положении равновесия и при малом отклонении возвращается в свое первона­чальное положение, то такое равновесие называют устойчивым. Если пои малом отклонении тело остается в том положении, в какое его отклонили, то равновесие будет безразличным. Наконец, если при малом отклонении тело будет стремиться еще больше отклониться от своего первоначального положения, то равновесие будет неустойчивым.

В статике судна применительно к равновесию плавающего судна я условиях возможного воздействия на него внешних моментов из­вестное в механике свойство статической устойчивости принято называть статической остойчивостью или просто остойчивостью.

Таким образом остойчивость можно определить как способность судна, отклоненного внешним моментом в вертикальной плоскости от положения равновесия, возвращаться в исходное положение равнове­сия после устранения момента, вызвавшего отклонение.

Приведенное выше определение показывает, что остойчивость судна тесно связана с его равновесием и служит характеристикой по­следнего. Судно считается остойчивым, если его равновесие устойчи­во, и неостойчивым, если его равновесие неустойчиво или безраз­лично.

Изучая остойчивость судна, различают остойчивость на малых углах наклонения, или начальную остойчивость, и остойчивость на больших углах наклонения. Это вызвано тем, что при оценке началь­ной остойчивости имеется возможность принять ряд допущений и по­лучить простые приближенные математические зависимости, тогда как задачи, связанные с остойчивостью на больших углах наклонения, могут быть решены только графическим путем.

При анализе остойчивости судна рассматривают его наклонения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях - поперечной и про­дольной. Наклонения в поперечной вертикальной плоскости, характе­ризуемые углами крена, связаны с поперечной остойчивостью судна, а наклонения в продольной плоскости, определяемые углами диффе­рента, с продольной остойчивостью судна.

Непотопляемостьюсудна называют его способность оставаться на плаву после затопления части его внутренних помещений (отсеков), имея посадку и остойчивость, обеспечивающие хотя бы ограниченное использование судна по назначению. Непотопляемость, в отличие от остойчивости неповрежденного судна, нельзя рассматривать как его мореходное качество. Непотопляемость является свойством судна сохранять свои мореходные качества в заданных пределах. Таким образом, судно обладает непотопляемостью, если после затопления части отсеков оно сохраняет плавучесть, остойчивость и посадку в той мере, которая достаточна для выполнения хотя бы части его функций.

Непотопляемость – специфическое качество судна. В отличие от ходкости, управляемости и других свойств судна с непотопляемостью моряки сталкиваются только при аварии, приводящей к поступлению воды внутрь корпуса. В то же время потеря непотопляемости связана с тяжелейшими последствиями – гибелью судна и людей, поэтому ее обеспечение является одной из важнейших задач как судостроителей, так и экипажа.

Непотопляемость является главным элементом живучести судна, поскольку утрата непотопляемости равносильна утрате судна как инженерного сооружения и как эксплуатационной единицы флота. Хотя практические меры по обеспечению непотопляемости насчи­тывают не одну тысячу лет, теория непотопляемости – сравнительно молодая наука: ей немногим более 100 лет.

В практике непотопляемость обеспечивается на всех этапах жизни судна: судостроителями на стадиях проектирования, постройки и ре­монта судна; экипажем в процессе эксплуатации неповрежденного судна; экипажем непосредственно в аварийной ситуации.

Управляемость судна характеризуется двумя качествами: поворотливостью (т.е. способностью судна по желанию судоводителя изменять направление движения) и устойчивостью на курсе (т.е. способностью судна сохранять заданное ему прямое направление движения без отклонения в стороны). Неустойчивые на курсе суда называются рыскливыми. Как поворот, так и удержание на курсе осуществляют с помощью руля.

В реальных условиях плавания на судно действуют различные возмущения (удары волн, порывы ветра, гидродинамическое воздействие проходящих мимо судов и неподвижных препятствий), которые стремятся вывести судно из прямолинейного равномерного движения. Но даже на ти­хой воде при отсутствии внешних возмущений некоторые суда имеют тенденцию уходить от прямого курса вследствие особенностей формы корпуса и распределения гидродинамической нагрузки в под­водной части. Иными словами, существуют устойчивые и неустойчи­вые суда.

Исследованием условий возможности движения судна прямым курсом занимается раздел управляемости – устойчивость движения судна на курсе. Устойчивость судна – это его способность сохранять после воздействия возмущений некоторые кинематические парамет­ры движения. Существуют некоторые разновидности устойчивости, например устойчивость движения на прямом курсе и устойчивость движения на циркуляции, автоматическая или собственная устойчи­вость и эксплуатационная устойчивость, динамическая и статическая устойчивость.

Ходкостью судна называется его способность перемещаться по воде с заданной скоростью под действием приложенной к нему движущей силы.

Движущая сила, вызывающая передвижение судна, может создаваться движителем, натяжением буксирного троса, давлением ветра на парус и т.д. Значение движущей силы зависит от мощности силовой установки, типа движителя, мощности буксира, силы давления ветра и т.д. Лучшей ходкостью из двух близких по размерениям и водоизмещению судов обладает то, которое при одинаковой тяге развивает большую скорость или, наоборот, для достижения одинаковой скорости требует меньшей тяги.

Приложенная к судну тяга затрачивается на преодоление сопротивления движению судна двух сред: воды и воздуха.

Сила сопротивления воды включает в себя силы различной природы, подчиняющиеся различным законам подобия и зависящие от различных свойств жидкостей. Сила трения обусловлена касательными составляющими, которые зависят от свойств вязкости. Сила давления состоит из двух составляющих – сопротивления формы (вязкостной природы) и волнового сопротивления (гравитационной природы). Таким образом, полное сопротивление воды движению судна можно записать в виде:

R = Rf + Rф + Rw + Rвч + Rвозд,

где Rf – сопротивление трения;

Rф – сопротивление формы;

Rw – волновое сопротивление.

Надводная часть судна движется в воздушной среде и испытывает ее сопротивление Rвозд.

В подводной части корпуса имеются выступающие части (скуловые кили, рудерпост, кронштейны, шахты, выкружки), которые создают дополнительное сопротивление выступающих частей Rвч.

Мощность, необходимую для преодоления силы сопротивления при буксировке с заданной скоростью, называют буксировочной мощностью (EPS, кВт):

Nб = EPS = Rυ

При решении многих судоводительских задач используют так на­зываемую паспортную диаграмму судна.

Паспортная диаграмма позволяет, в частности, решать задачи о средней потере скорости судна в тех или иных условиях плавания. Для этого необходимо сравнить две точки в верхней части паспортной диаграммы на кривой 8 при пересечении ее с кривой 2 и с кривой, соответствующей определенным эксплуатационным условиям, напри­мер с одной из кривых 3. Абсциссы этих точек дадут значения интере­сующих нас скоростей судна в этих условиях.

Качка судна – комплекс различных видов колебательных движений судна, которые оно совершает на морском волнении и на тихой воде.

Качка – сложный динамический процесс, чувствительный к небольшим изменениям состояния судна и режима его движения. Безопасная эксплуатация судна требует тщательного изучения поведения судна на волнении.

Мореходность судна на волнении – вся совокупность явлений, происходящих на судне при движении в условиях шторма. Некоторые из них:

- динамическая остойчивость, особенно на попутном волнении;

- ходкость судна на волнении;

- слеминг (днищевой, бортовой) – сильные удары днища в носовой оконечности, борта судна о волны, опасные потерей местной прочности;

- устойчивость на курсе, рыскание;

- и т.п.

Прочностью корпуса судна назы­вают его способность противостоять внешним усилиям, возникающим в процессе эксплуатации судна, без нарушения целости как всего корпуса, так и отдельных его конструктивных элементов. Прочности корпуса должна соответствовать необходимая жесткость, т. е. способ­ность сопротивляться внешним усилиям без значительных изменений формы конструкций. В большинстве случаев при удовлетворении требований к прочности жесткость оказывается достаточной.

Изучая прочность плавающего судна, его корпус рассматривают как пустотелую тонкостенную составную балку переменного по длине сечения, находящуюся под воздействием сложной системы сил, в чис­ло которых входят силы веса и инерции, гидростатические силы давления воды, гидродинамические силы, возникающие при движении судна, и т. п. Все эти силы в совокупности вызывают деформацию корпуса, которую в практических расчетах принято разделять на деформацию общего изгиба в продольной и поперечной плоскостях и местные деформации составных элементов корпуса. Соответственно рассматривают общую продольную прочность, поперечную прочность и местную прочность корпуса судна.

При характерных для морских судов соотношениях между вы­сотой борта и шириной корпуса обеспечение общей продольной проч­ности в обычных условиях плавания на взволнованной поверхности моря приводит также и к обеспечению общей поперечной прочности, которую проверяют только в особых случаях (например, при поста­новке в док).

Кроме усилий, возникающих при общем изгибе корпуса, отдель­ные его конструкции воспринимают различные местные нагрузки. Например, набор и настил палубы воспринимают вес расположенных на палубе грузов, днище и борта - давление забортной воды и т. д. Проверка прочности этих конструкций под действием таких местных нагрузок является задачей расчета местной прочности.

При проверке общей продольной прочности корпус судна рассматривают в условиях воздействия на него только вертикальной нагрузки - сил веса и верти­кальных составляющих гидростатических и гидродинамических сил давления воды.

Горизонтальные составляющие внешней нагрузки (упор движителей и силы сопротивления воды) не учитывают, так как общие напряжения в связях корпуса от таких сил пренебрежимо малы.

 

Контроль общей продольной прочности выполняется для каждого варианта загрузки судна, если это определено Правилами классификационного общества, судовой документацией.

Практическое занятие № 2


Просмотров 1094

Эта страница нарушает авторские права



allrefrs.ru - 2022 год. Все права принадлежат их авторам!