Условия и уравнения равновесия судна (8 видео)

Содержание

Уравнение плавучести. Условия равновесия судна
Условия равновесия плавающего судна, запас плавучести, грузовая марка. Информация о непотопляемости.
Условия плавучести и равновесия судна
Главная > Документ
🔍 Видео

Видео:Устойчивость судна и равновесие на водеСкачать

Уравнение плавучести. Условия равновесия судна

Рассмотрим плавание судна в полупогруженном состоянии на спокойной воде. Считается, что оно не совершает никаких движений или совершает их настолько медленно, что можно пренебречь силами инерционной природы (инерцией окружающей воды и масс судна). В этом случае судно будет находиться под действием сил тяжести всех частей судна и грузов, сил гидростатического давления на смоченную (погруженную) поверхность судна и сил аэростатического давления на поверхность судна и грузов, контактирующих с воздухом.

Все эти распределенные силы можно заменить их равнодействующими, приложенными в соответствующих точках. Судно будет находиться в равновесии, если сумма всех равнодействующих сил и сумма их моментов будет равна нулю.

Силы тяжести всех частей судна и грузов приводятся к одной равнодействующей – силе тяжести судна D_с (рис. 2.5), направленной вертикально вниз. Точка ее приложения G называется центром тяжести (центром масс) судна; его положение в системе координат теоретического чертежа (системе связанной с судном) определяется координатами x_g, y_g, z_g. Сила тяжести связана с массой судна D, зависимостью , где g – ускорение свободного падения.

Со стороны воды на каждую элементарную площадку поверхности корпуса будет действовать по нормали (перпендикулярно к ее поверхности) гидростатическое давление

где	r	–	плотность воды;
z	–	аппликата (глубина погружения) элементарной площадки;
р₀	–	атмосферное (аэростатическое) давление.

Рис. 2.5. Равновесие судна, плавающего с креном (а) и дифферентом (б)

Атмосферное давление действует как на надводную часть судна, так и на подводную (через объем воды). Учитывая незначительный перепад этого давления по высоте судна, влиянием аэростатического давления на посадку судна пренебрегают.

Поскольку горизонтальные составляющие статического давления воды на судно уравновешивают друг друга, равнодействующая направлена вертикально вверх и по величине равна силе тяжести воды в объеме погруженной части судна, т.е. .

Сила называется силой плавучести, объем погруженной части судна V – объемным водоизмещением, а величина – массовым водоизмещением судна. Вектор силы плавучести проходит через центр тяжести погруженного объема с координатами х_с, у_с, z_с; в теории корабля этот центр принято называть центром величины.

Судно находится в равновесии, если сила плавучести равна силе тяжести судна (D_с), а центр величины (с) находится на одной вертикали с центром тяжести (G) (см. рис. 2.5).

Первое условие равновесия запишем в виде ; это уравнение называется уравнением плавучести.

Второе условие определяет положение плоскости действующей ватерлинии и включает две составляющие (два уравнения). Для их получения рассмотрим произвольную посадку судна, т.е. посадку с креном и деферентом. Из рассмотрения прямоугольных треугольников BGCB и AGCA можно получить: и .

Последние уравнения и уравнение плавучести образуют систему уравнений равновесия судна для общего случая его посадки

(2.1)

При прямой посадке судна (q = y = 0, рис. 2.6) система уравнений равновесия судна принимает вид

Рис. 2.6. Равновесие судна, плавающего без крена и дифферента

Уравнения системы (2.1) содержат двоякого рода показатели:

· V, x_c, y_c, z_c – зависят от формы корпуса, задаваемой теоретическим чертежом, и от посадки судна.

Дата добавления: 2016-05-16 ; просмотров: 4042 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Видео:Мореходные классы. Остойчивость и поперечная качка.Скачать

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

Плавучесть— это способность судна плавать, имея заданную загрузку и определенную осадку. На судно, как на плавающее тело, постоянно действуют две категории сил; силы тяжести (вес судна) и силы давления воды (гидростатические силы).

Равнодействующая сил тяжести, которая представляет собой сумму сил тяжести всех элементов судна, определяет вес судна Р. Сила веса при любых положениях судна всегда направлена вертикально вниз. Точка приложения силы веса называется центром тяжести судна и обозначается буквой G.

Равнодействующая гидростатических сил является результирующей всех сил, возникающих вследствие давления воды на поверхность корпуса судна. Она называется силой плавучести (сила Архимеда) или силой поддержания D’. Сила плавучести направлена по вертикали вверх. Точка приложения силы плавучести называется центром величины. Эта точка обозначается буквой С и находится в центре тяжести подводного объема корпуса.

Рис 1. Действие сил веса и поддержания на судно:

Чтобы плавающее судно находилось в равновесии, эти две силы должны быть равны по величине и направлены в противоположные стороны по одной вертикали.

Из теоретической механики известно, что для равновесия тела, на которое действует две системы сил, необходимо и достаточно, чтобы равнодействующие этих сил были равны по величине и направлены по одной прямой в противоположные стороны. На основании этого правила для равновесия судна необходимо и достаточно, чтобы сила плавучести равнялась весу судна и центр тяжести G и центр величины С лежали на одной вертикали.

Обозначив координаты центра тяжести G через Xg, Yg, Zg, а координаты центра величины С через Xс, Yс, Zс, можно написать уравнения равновесия:

Аппликаты Z g и Zc характеризующие положение центра величины и центра тяжести по высоте, не связаны какой-либо зависимостью, но практически всегда у плавающего судна Zc

При плавании в штормовую погоду, а также в случае пробои-ны, течи судно принимает значительное количество воды, увеличивающей его массу. Поэтому судно должно иметь определенный запас плавучести.

Запас плавучести — это непроницаемый для воды объем корпуса судна, находящийся выше действующей ватерлинии. Этот объем образует помещения, ограниченные верхней водонепроницаемой палубой, а также надстройки при условии, что они водонепроницаемы, т. е. имеют водонепроницаемые двери и другие закрытия. При отсутствии запаса плавучести судно затонет при попадании внутрь корпуса даже небольшого количества воды.

Мерой запаса плавучести является отношение надводного объема корпуса к объемному водоизмещению судна.

Для сухогрузных судов запас плавучести составляет 25—50% водоизмещения, для наливных—10—25% и пассажирских —до 100%.

Необходимый для безопасного плавания судна запас плавучести обеспечивается приданием судну в процессе проектирования достаточной высоты надводного борта, устройством водонепроницаемых закрытий и делением судна на отсеки прочными водонепроницаемыми переборками и палубами. При отсутствии переборок и палуб любое повреждение подводной части судна при невозможности заделать его приводит к полной потере запаса плавучести и гибели судна.

Запас плавучести зависит от высоты надводного борта — чем выше надводный борт, тем больше запас плавучести. Минимальная допустимая высота надводного борта определяется Правилами Регистра Украины в зависимости от типа судна. Для контроля за ее сохранением на обоих бортах судна наносят особую грузовую марку.

Марки углублений(рис. 2). Для быстрого определения осадки судна на носу и в кормовой части судна наносят арабские или римские цифры — марки углублений.

На судах заграничного плавания марки углублений наносят: на правом борту в дециметрах и обозначают арабскими цифрами, высота цифр и интервала между ними равны 1 дм; на левом бор-ту— в футах и обозначают римскими цифрами, высота цифр и интервалы между ними равны 1/2 фута. На судах внутреннего плавания марки углублений наносят в дециметрах. Нижние кромки цифр соответствуют той осадке, которую они обозначают.

Марки углублений накернивают при постройке судна и наносят на темном фоне белой краской, а на светлом фоне— черной.

По известной осадке можно легко определить дедвейт и водоизмещение судна, используя специальную таблицу — грузовую шкалу.

Грузовая шкала позволяет решать и обратные задачи, например, как изменится осадка при при-еме известного количества груза и т. п. Такая шкала является одним из важнейших судовых документов.

Рис. 2. Марки углублений:

Грузовая марка(рис. 3) показывает минимальный допустимый надводный борт с учетом района плавания судна и времени года.

Рис. 9.16. Грузовая марка

Грузовые марки наносятся в соответствии с требованиями Международной конвенции по охране человеческой жизни на море и Правил Регистра Украины о грузовой марке. Суда загранплавания должны иметь Международное свидетельство о грузовой марке, а каботажные суда, плавающие во внутренних водах,— свидетельство Регистра Украины, учитывающее более легкие условия плавания между портами СНГ.

Марка наносится (накрашивается) следующим образом. На обоих бортах судна в средней части на уровне верхней (главной) палубы надводного борта наносят горизонтальную линию длиной 300 мм, которая называется палубной линией. От ее верхней кром-ки вниз откладывают высоту минимального летнего надводного борта и наносят горизонтальную линию длиной 450 мм. Из середины этой линии; как из центра, описывают

окружность диаметром 300 мм. Если грузовую марку наносят по Правилам Регистра, то по бокам круга наносят буквы «Р» и «С» высотой 115 мм и шириной 75 мм. На расстоянии 540 мм от центра круга (диска Плимсоля) в нос проводят вертикальную линию, а перпендикулярно ей —марки (горизонтальные линии длиной 230 мм, так называемую «гребенку»).

Летняя марка — это верхняя кромка линии, проходящей через центр круга, или линии, отмеченной буквой Л (S). Осадка судна в тропиках отмечается маркой Т (Т); для зимнего плавания -маркой 3 (W); для зимнего плавания в Северной Атлантике—маркой ЗСА (WNA). Эта марка наносится только на судах длиной не более 100,5 м. Осадка судна в пресной воде указывается маркой П (F), в пресной воде в тропиках — ТП (TF).

Непотопляемостьюназывают способность судна сохранять плавучесть и необходимую остойчивость после затопления одного или нескольких отсеков корпуса. Обеспечение непотопляемости является важнейшим условием безопасности плавания судна.

Характеристики непотопляемости судов нормируются Правилами Регистра. Судно признается удовлетворяющим требованиям непотопляемости, если аварийная ватерлиния при затоплении расчетных отсеков ни в одной точке не пересекает предельную линию погружения, проведенную на бортах корпуса ниже кромки незакрытых отверстий на 75 мм.

Требования к остойчивости поврежденного судна считаются выполняемыми, если расчеты для случая затопления указанного числа отсеков покажут следующее:

· начальная метацентрическая высота в конечной стадии затопления, определенная методом постоянного водоизмещения, составляет не менее 0,05 м;

· угол крена при этом без принятия мер по спрямлению не превышает 15°;

· аварийная ватерлиния на 300 мм проходит ниже отверстий в бортах или переборках;

· диаграмма статической остойчивости поврежденного судна имеет достаточную площадь участков с положительными плечами.

В период проектирования судна разрабатывают документ, содержащий информацию об аварийной остойчивости и посадке аварийного судна. Пользуясь ею, капитан в случае аварии имеет возможность оценить состояние поврежденного судна и принять необходимые меры по его спасению.

Непотопляемость судов обеспечивается прежде всего определенными конструктивными мероприятиями, а также грамотными действия-ми экипажа в аварийной ситуации. Так, при проектировании судна выбирают такую высоту непроницаемого надводного борта, при которой обеспечиваются достаточные запасы плавучести и остойчивости.

Важнейший фактор, обеспечивающий непотопляемость судна, — разделение корпуса на отсеки прочными водонепроницаемыми переборками. Разбивку на отсеки выполняют с учетом возможных повреждений и влияния затопления каждого из отсеков на крен, дифферент и остойчивость судна. Объем любого отсека должен быть меньше запаса плавучести, а уменьшение остойчивости при затоплении отсека не должно сопровождаться опрокидыванием судна. В процессе проектирования выполняют специальный расчет и строят кривую предельных длин отсеков, которая определяет максимально допустимое расстояние между водонепроницаемыми переборками. Число переборок должно удовлетворять требованию по их минимуму, обеспечивая при этом заданные требования по сохранению мореходных качеств после затопления части отсеков.

Иногда на крупных судах отсеки, ограниченные поперечными переборками, делят продольными водонепроницаемыми переборками. Однако наличие таких переборок может вызвать опасный крен судна после затопления отсека, ширина которого меньше ширины судна. Для ликвидации крена в подобных случаях разрабатывают систему затопления отсеков, что позволяет при сохранении достаточной остойчивости спрямить судно.

Видео:Урок 70. Виды равновесия. Условие равновесия тела при отсутствии вращения.Скачать

Условия плавучести и равновесия судна

Главная > Документ

Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

Условия плавучести и равновесия судна

Плавучестью называется способность судна плавать по определенную ватерлинию, неся всю положенную нагрузку.

На судно каК на плавающее тело постоянно действуют две категории сил: силы тяжести (вес судна) и силы давления воды (гидростатические силы).

Равнодействующая сил тяжести, которая представляет собой сумму сил тяжести всех элементов судна, определяет вес судна Р (рис. II. 1). Сила веса при любых положениях судна направлена вертикально вниз. Точка приложения силы веса называется центром тяжести судна и обозначается буквой G.

Равнодействующая гидростатических сил является результирующей всех сил, возникающих вследствие давления воды на каждый элемент смоченной поверхности корпуса. Она называется силой плавучести или силой поддержания. Сила плавучести направлена по вертикали вверх. Точка приложения силы плавучести называется центром величины. Эта точка, обозначаемая . буквой С, приложена в центре тяжести подводного объема судна.

Сила плавучести D ‘ = V , согласно закону Архимеда, равна весу вытесненной воды в объеме, равном погруженной в жидкость

части тела. Удельный вес воды -у является переменной величиной. При выполнении расчетов, связанных с проектированием судов, обычно принимают v = 10,05 кН/м 3 для морской воды и у = = 9,81 кН/м 3 для пресной.

Водоизмещение (масса) судна равна массе вытесняемой им воды:

где V — объемное водоизмещение, м 3 ; р— плотность забортной воды, равная для пресной воды 1,0т/м 3 и для морской воды 1,025 т/м 3 .

Из теоретической механики известно, что для равновесия тела, на которое действуют две системы сил, необходимо и достаточно, чтобы равнодействующие этих сил были равны по величине и направлены по одной прямой в противоположные стороны. На основании указанного правила для равновесия судна необходимо и достаточно, чтобы сила плавучести равнялась весу судна и центр величины и центр тяжести лежали на одной вертикали.

Действительно, если в какой-то момент одна из сил окажется больше, то под действием этой силы осадка, а следовательно, и объемное водоизмещение будут изменяться до тех пор, пока сила плавучести не станет равной весу судна. Если же центр величины и центр тяжести не лежат на одной вертикали, то образуется пара сил, момент которой вызывает крен или дифферент судна.

Обозначив координаты центра тяжести G через x g , у G , z G , а координаты центра величины С через х с , у с , z c , можно написать уравнения равновесия судна в виде

Аппликаты z G и z G , характеризующие положение центра величины и центра тяжести по высоте, не связаны какой-либо зависимостью, но практически всегда у плавающего судна z G z g , т. е. центр величины всегда лежит ниже центра тяжести.

Формулы (II. 1)—(П.3) представляют собой математическое выражение условий равновесия судна. Уравнения (II. 1) и (II.2) называются основными уравнениями плавучести, так как они устанавливают связь соответственно между весом или водоизмещением (массой) судна и весом или массой вытесняемой им воды.

При наличии у судна крена и дифферента условие (П.2) остается неизменным, а система (П.З) меняется и принимает более сложный вид. Действительно, в случае посадки судна на ровный киль, но с креном (рис. II.2, а), условие расположения центра тяжести и центра величины на одной вертикали запишется в виде