Статическая остойчивость морского судна. Ship’s Intact Stability

Статическая остойчивость морского судна. Ship’s Intact Stability

Понимание остойчивости морского судна  можно разделить на две части:

Intact Stability – Начальная остойчивость при неповрежденой целостности корпуса судна с отсеками, не затопленными забортной водой ;

Damage Stability – Остойчивость, которая включает в себя состояние поврежденных отсеков или танков, подвергшихся затоплению забортной водой, с последующим прогнозированием результирующих условий дифферента и осадки.

Аварийную остойчивость, однако, невозможно понять без четкого понимания начальной остойчивости и связанных с ней интересных сценариев. Следовательно, начиная с этой статьи, мы сначала сосредоточимся на начальной, что приведет к обсуждению случаев, когда применение концепции неповрежденной остойчивости окажется полезным, а затем перейдем к поврежденной остойчивости.

Для начала разберемся с терминологией:

• Центр тяжести G – геометрическая точка, положение которой определяется распределением массы в теле.
• Метацентр M – геометрическая точка, вокруг которой судно совершает свои колебательные движения (центр кривизны траектории).
• Метацентрическая высота GM – расстояние между центром тяжести и метацентром.
• Центр плавучести B (или С) –  геометрический центр погруженной (подводной) части корпуса судна, является точкой пересечения векторов силы плавучести.

Intact Stability или Начальная остойчивость:

Фундаментальной концепцией, стоящей за пониманием неповрежденной устойчивости плавающего тела, является теория равновесия. Для надводного судна могут возникнуть три типа условий равновесия в зависимости от соотношения между положениями центра тяжести и центра плавучести.

Статическая остойчивость морского судна. Ship’s Intact Stability

1. Устойчивое равновесие:

Устойчивое равновесие достигается, когда вертикальное положение G (центр тяжести) ниже положения поперечного метацентра M. Итак, когда судно кренится под углом (скажем, тета-Ɵ), центр плавучести В теперь смещается к В1. Боковое расстояние или рычаг между весом и плавучестью в этом состоянии приводит к моменту, который возвращает судно в исходное вертикальное (спрямленное) положение.

Момент, в результате которого судно возвращается в исходное положение, называется восстанавливающим моментом. Рычагом, вызывающим восстановление судна, является расстояние между вертикальными линиями, проходящими через G и B1. Это называется плечом или сокращенно GZ.

GM – метацентрическая высота является одним из самых важных показателей остойчивости мосркого судна.

2. Нейтральное равновесие:

Это наиболее опасная ситуация для любого надводного судна или корабля, и необходимо принять все меры предосторожности, чтобы избежать ее. Это происходит, когда вертикальное положение центра тяжести совпадает с поперечным метацентром М. В таких условиях восстанавливающее плечо не создается ни при каком угле крена.

В результате любой кренящий момент не создает восстанавливающий момент, и судно остается в накрененном положении до тех пор, пока сохраняется нейтральная остойчивость.

Такую остойчивость также называют нулевой.

Статическая остойчивость морского судна. Ship’s Intact Stability

Как хороший пример тела, погруженного в воду с таким совпадением центра тяжести и метацентром, можно привести пустую бочку или бревно, устоять на котором крайне сложно.

3. Неустойчивое равновесие:

Неустойчивое равновесие возникает, когда вертикальное положение G выше, чем положение поперечного метацентра M. Итак, когда судно кренится под углом (скажем, тета-Ɵ), центр плавучести В теперь смещается к В1. Но восстанавливающее плечо теперь имеет отрицательное значение, или, другими словами, созданный момент приведет к дальнейшему крену до тех пор, пока не будет достигнуто состояние устойчивого равновесия.

 

Остойчивость мосркого судна, очевидно, напрямую зависит от значения его метацентрической высоты GM.

GM > 0 означает, что судно остойчиво.
GM = 0 означает, что судно имеет нулевую остойчивость.
GM < 0 означает, что судно не остойчиво.

Статическая остойчивость морского судна. Ship’s Intact Stability

Продольная остойчивость:

Во всем, что мы обсуждали до сих пор, мы имели дело только с креном судна. Другими словами, речь шла только о поперечной остойчивости морского судна. Но анализ остойчивости не ограничивается только поперечным направлением. Продольные смещения грузов на борту или любой момент продольной дифферентовки (момент, который может вызвать дифферент судна) — это аспекты, которые обсуждаются в рамках продольной остойчивости судна или корабля.

Эффект смещения веса в сторону кормовой части приводит к дифференту (Trim) на корму. Центр тяжести  G теперь смещается на корму в новое положение G1, что вызывает дифферентный момент. Судно теперь дифферентуется на корму, что означает, что большая часть корпуса погружена в корму, а часть погруженного объема теперь выходит вперед. Это вызывает смещение центра плавучести судна к корме (от «В» к «В1»). Равновесный угол дифферента достигается, когда конечный центр тяжести G1 находится на одной линии с конечным центром плавучести B1.

Статическая остойчивость морского судна. Ship’s Intact Stability

Метацентр судна в его продольном направлении называется продольным метацентром ML, а вертикальное расстояние между центром тяжести и продольным метацентром называется продольной метацентрической высотой  GML. Как и в случае с поперечной остойчивостью, положительный продольный GM означает, что судно стабилен в продольном направлении и не будет погружаться.

Здесь важно отметить, что значения продольной GM обычно в 100-110 раз превышают значение поперечной GM. А так как значения поперечной GM всех типов судов колеблются от 0,2 до 2,5, то из этого следует, что GM в продольном направлении обычно достигает 100 м и более. Именно благодаря этому морские суда по своей природе обладают высокой остойчивостью в продольном направлении, и, следовательно, большинство исследований остойчивости судов сосредоточено на поперечной остойчивости корабля.

Статическая остойчивость морского судна. Ship’s Intact Stability

Читайте о Динамической остойчивости в следующей статье