В этой статье вы узнаете
Динамическая остойчивость морского судна или Внешние силы, влияющие на остойчивость
Анализ динамической поперечной остойчивости возникает из-за действия опрокидывающих сил или кренящих моментов, которые можно разделить на два типа в зависимости от их источников по отношению к судну:
Тип 1: Внешний кренящий момент
1. Сила ветра
Боковой ветер действуют на часть судна выше ватерлинии. Сопротивление действует как противодействующая сила на подводную часть корпуса. В данном случае генерируются два набора пар сил и соответствующих моментов.
Момент, создаваемый силой ветра и давлением воды, является кренящим моментом, а момент, создаваемый парой веса и плавучести, действует как восстанавливающий момент. Таким образом, когда судно испытывает боковой ветер, оно будет крениться до угла, при котором создаваемый восстанавливающий момент компенсирует кренящий момент.
2. Подъем груза на борт
Если подъем груза на борт судна выполняется палубным краном, то в этом случае кренящий момент вызывается смещением центра тяжести.
Чтобы узнать больше, необходимо понять фундаментальную концепцию, заключающуюся в том, что когда груз поднимается краном, его вес действует на точку опоры, то есть на конец стрелы крана, независимо от высоты груза над ним. Это также означает, что как только груз (допустим, контейнер) поднимается с причала, вес контейнера действует через конец стрелы крана, который является фиксированной точкой по отношению к судну.
Контейнер весом (w) поднимается левым бортом, но центр тяжести веса (g) будет лежать не в центре масс контейнера, а на конце стрелы. Судно и контейнер теперь можно рассматривать как двухточечную систему масс. Конечный центр тяжести системы (G1) будет лежать на линии (показана синим цветом), соединяющей начальный центр тяжести судна (G) и центр тяжести груза (g). Теперь, поскольку конечный центр тяжести судна сместился от осевой линии, это создаст кренящий момент в сторону левого борта. Судно будет крениться до тех пор, пока не достигнет положения равновесия (где сила плавучести и вес в конечном итоге действуют по одной линии).
Вы читаете статью Динамическая остойчивость морского судна на сайте MAVLIB.NET
3. Циркуляционные движения на высокой скорости
Когда судно выполняет поворот, центробежная сила действует горизонтально на центр тяжести корабля в направлении, противоположном направлению поворота. Эта сила уравновешивается гидродинамическим давлением, действующим на подводную часть корпуса в противоположном направлении. Судно кренится в сторону, противоположную направлению поворота, пока восстанавливающий момент, создаваемый парой веса и плавучести, не уравновешивает кренящий момент, создаваемый парой центробежной силы и гидродинамического давления. Чем круче поворот, тем больше создается центробежная сила, что приводит к большему углу крена.
Вы читаете статью Динамическая остойчивость морского судна на сайте MAVLIB.NET
4. Посадка судна на мель
Когда судно касается грунта таким образом, что только одна сторона подводного корпуса подвергается удару, направленная вверх сила реакции в точке контакта корпуса с морским дном приводит к крену. Часть энергии поступательного движения корабля поглощается восходящей силой реакции (R), также вызывающей первоначальный подъем корпуса судна до определенной степени. При отливе судно садится дальше на скалу, и величина силы реакции увеличивается. В таком состоянии плавучесть уменьшается, потому что теперь вес судна (w) поддерживается комбинацией силы реакции (R) и остаточной силы плавучести (w-R).
Судно будет крениться до такой степени, что моменты веса (w) и выталкивающей силы (b) относительно точки контакта с морским дном уравновешиваются.
Можно добавить, что влияние морской волны на корпус судна имеет подобное значение.
5. Натяжение швартовых концов
Суда пришвартовываются к швартовым точкам (кнехты, дельфины, крюки, пушки) при стоянке в порту или пришвартовываются к буям с оттяжками при погрузке нефти с морских наливных площадок. Если швартовы слишком натянуты или судно дрейфует от точки причаливания, повышенное натяжение швартовов вызывает крен судна. Однако этого можно легко избежать, адаптировав правильные методы швартовки.
Те же моменты срабатывают и при работе с буксиром, где точка приложения буксирного конца получит усилие, создающее крен судна.
Вы читаете статью Динамическая остойчивость морского судна на сайте MAVLIB.NET
Тип 2: Внутренние кренящие моменты
Предыдущие изученные случаи были внешними явлениями, приводящими к крену судна. Есть также многочисленные внутренние причины, которые приводят к таким же результатам. Большинство из них можно предотвратить, приняв надлежащие оперативные меры, но сейчас мы сосредоточимся только на том, как кренящие моменты вызываются внутренними явлениями.
1. Перемещения веса
Перемещение любого веса в поперечном направлении по отношению к диаметральной плоскости судна, изменит положение центра тяжести (с G на G1). Начальный рычаг, созданный между весом, действующим через G1, и плавучестью, действующей через «B», создаст кренящий момент. Судно кренится до точки, в которой новый центр плавучести (В1) находится в таком положении, что вес и плавучесть действуют по одной и той же линии.
Это также происходит, когда водяной балласт перекатывается с одного борта на другой или когда водяной балласт забирается только в один борт танка. В случае пассажирских судов скопление большинства пассажиров на одном борту судна также может быть проанализировано как случай переноса веса.
Важно понимать, что хотя это и состояние равновесия, допущение крена нежелательно для эксплуатации корабля. Следовательно, должны быть приняты корректирующие меры, чтобы вернуть судно в вертикальное положение.
2. Влияние свободной поверхности
Любая жидкость, находящаяся в танке, трюме или каком другом отсеке (частично заполненом), влияет на остойчивость судна, смещая центр тяжести при перемещении.
Обратите внимание, что когда жидкость в танке перемещается на нижнюю сторону, объем жидкости между точками «А» и «Т» теперь сместился на нижнюю сторону между точками А1 и Т1. Таким образом, центр тяжести этого объема жидкости сместился с «g» на «g1».
В результате смещения веса внутри судна, центр тяжести теперь смещается с «G» на «G1». Эффект этого смещения жидкости таков, что результирующий вес всей системы действует через воображаемую точку, которая намного выше фактического центра тяжести судна. Этот виртуальный центр тяжести «GV» получается путем продолжения вертикальной линии от нового центра тяжести «G1» до осевой линии судна. Таким образом, результирующая KG увеличивается, что приводит к уменьшению метацентрической высоты.
Новая метацентрическая высота с эффектом свободной поверхности теперь «GVM», а новый восстанавливающий рычаг — «GVZV», оба из которых значительно меньше исходных значений (без эффекта свободной поверхности). Именно это уменьшение метацентрической высоты или увеличение ЦТ из-за эффекта свободной поверхности снижает остойчивость судна или даже может сделать его неустойчивым.
Динамическая остойчивость морского судна
Со всеми внешними силами и их моментами, влияющие на остойчивость судна, можно ( и нужно) бороться. Но подробнее об этом поговорим в другой статье.
Подробнее о статической остойчивости морского судна можно узнать в этой статье