Ο υπολογισμός των κύριων μεταπαραμέτρων είναι αμετάβλητος σε διαφορετικά δοχεία. Στοιχεία αρχικής πλευρικής ευστάθειας Τι είναι το κέντρο βάρους ενός πλοίου

Η θεωρία της πλευρικής ευστάθειας εξετάζει την κλίση του πλοίου που εμφανίζεται στο μέσο επίπεδο του πλοίου και μια εξωτερική ροπή, που ονομάζεται ροπή κλίσης, δρα επίσης στο επίπεδο του μέσου πλοίου.

Χωρίς να περιοριστούμε σε μικρές κλίσεις του σκάφους προς το παρόν (θα θεωρηθούν ως ειδική περίπτωση στην ενότητα «Αρχική σταθερότητα»), ας εξετάσουμε τη γενική περίπτωση της κλίσης του αγγείου υπό τη δράση μιας σταθερής εξωτερικής ροπής κλίσης στο φορά. Στην πράξη, μια τέτοια στιγμή κλίσης μπορεί να προκύψει, για παράδειγμα, από τη δράση μιας σταθερής δύναμης ανέμου, η κατεύθυνση της οποίας συμπίπτει με το εγκάρσιο επίπεδο του σκάφους - το επίπεδο της μέσης τομής. Όταν εκτίθεται σε αυτή τη στιγμή κλίσης, το πλοίο έχει μια σταθερή κύλιση προς την αντίθετη πλευρά, το μέγεθος της οποίας καθορίζεται από τη δύναμη του ανέμου και τη ροπή ανόρθωσης από την πλευρά του πλοίου.

Στη βιβλιογραφία για τη θεωρία του πλοίου, είναι συνηθισμένο να συνδυάζονται στο σχήμα δύο θέσεις του πλοίου ταυτόχρονα - ευθεία και με λίστα. Η θέση της φτέρνας αντιστοιχεί σε μια νέα θέση της ίσαλου γραμμής σε σχέση με το πλοίο, η οποία αντιστοιχεί σε έναν σταθερό βυθισμένο όγκο, ωστόσο, το σχήμα του υποβρύχιου τμήματος του πλοίου με τακούνια δεν έχει πλέον συμμετρία: η δεξιά πλευρά είναι βυθισμένη περισσότερο από την αριστερή (Εικ. 1).

Όλες οι υδάτινες γραμμές που αντιστοιχούν σε μία τιμή της μετατόπισης του σκάφους (σε σταθερό βάρος του σκάφους) συνήθως καλούνται ίσος όγκος.

Η ακριβής αναπαράσταση στη χάραξη όλων των ίσων υδάτινων γραμμών συνδέεται με μεγάλες δυσκολίες υπολογισμού. Στη θεωρία των πλοίων, υπάρχουν αρκετές τεχνικές για τη γραφική απεικόνιση ίσου όγκου υδάτινων γραμμών. Σε πολύ μικρές γωνίες τακουνιού (σε απειροελάχιστες κλίσεις ίσου όγκου), μπορεί κανείς να χρησιμοποιήσει ένα συμπέρασμα από το θεώρημα του L. Euler, σύμφωνα με το οποίο δύο ίσου όγκου ίσαλες γραμμές, που διαφέρουν κατά μια απείρως μικρή γωνία φτέρνας, τέμνονται κατά μήκος μιας ευθείας γραμμής που διέρχεται μέσω του κοινού κέντρου βάρους τους της περιοχής (για πεπερασμένες κλίσεις αυτή η δήλωση χάνει την ισχύ της, αφού κάθε ίσαλο έχει το δικό της κέντρο βάρους της περιοχής).

Σχέδιο σχηματισμού της στιγμής αποκατάστασης

Αν αφαιρέσουμε την πραγματική κατανομή των δυνάμεων του βάρους του πλοίου και της υδροστατικής πίεσης, αντικαθιστώντας τη δράση τους με συγκεντρωμένα προκύπτοντα, φτάνουμε στο διάγραμμα (Εικ. 1). Στο κέντρο βάρους του σκάφους εφαρμόζεται δύναμη βάρους, κατευθυνόμενη σε όλες τις περιπτώσεις κάθετα στην ίσαλο γραμμή. Παράλληλα με αυτό, εφαρμόζεται μια δύναμη άνωσης στο κέντρο του υποβρύχιου όγκου του σκάφους - στο λεγόμενο κέντρο μεγέθους(τελεία ΜΕ).

Λόγω του γεγονότος ότι η συμπεριφορά (και η προέλευση) αυτών των δυνάμεων είναι ανεξάρτητες η μία από την άλλη, δεν δρουν πλέον κατά μήκος μιας γραμμής, αλλά σχηματίζουν ένα ζεύγος δυνάμεων παράλληλες και κάθετες στην ενεργή ίσαλο γραμμή. B 1 L 1. Σχετικά με τη δύναμη βάρους Rμπορούμε να πούμε ότι παραμένει κατακόρυφο και κάθετο στην επιφάνεια του νερού και το κεκλιμένο πλοίο αποκλίνει από την κατακόρυφο και μόνο η σύμβαση του σχεδίου απαιτεί να αποκλίνει το διάνυσμα της δύναμης βάρους από το κεντρικό επίπεδο. Οι ιδιαιτερότητες αυτής της προσέγγισης είναι εύκολο να κατανοηθούν εάν φανταστείτε μια κατάσταση με μια βιντεοκάμερα τοποθετημένη σε ένα πλοίο, η οποία δείχνει στην οθόνη την επιφάνεια της θάλασσας με κλίση σε γωνία ίση με τη γωνία κύλισης του πλοίου.

Το ζεύγος δυνάμεων που προκύπτει δημιουργεί μια στιγμή, η οποία συνήθως ονομάζεται στιγμή αποκατάστασης. Αυτή η στιγμή εξουδετερώνει την εξωτερική ροπή πτέρνας και είναι το κύριο αντικείμενο προσοχής στη θεωρία της σταθερότητας.

Το μέγεθος της ροπής επαναφοράς μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο (όπως για κάθε ζεύγος δυνάμεων) ως το γινόμενο μιας (κάθε από δύο) δυνάμεις και της απόστασης μεταξύ τους, που ονομάζεται ώμος στατικής σταθερότητας:

Ο τύπος (1) υποδεικνύει ότι τόσο ο ώμος όσο και η ίδια η ροπή εξαρτώνται από τη γωνία κύλισης του σκάφους, δηλ. αντιπροσωπεύουν μεταβλητές (με την έννοια του κυλίνδρου) ποσότητες.

Ωστόσο, όχι σε όλες τις περιπτώσεις η κατεύθυνση της ροπής επαναφοράς θα αντιστοιχεί στην εικόνα στο Σχ. 1.

Εάν το κέντρο βάρους (ως αποτέλεσμα των ιδιαιτεροτήτων της τοποθέτησης φορτίου κατά μήκος του ύψους του σκάφους, για παράδειγμα, όταν υπάρχει υπερβολικό φορτίο στο κατάστρωμα) αποδειχθεί αρκετά υψηλό, τότε μπορεί να προκύψει μια κατάσταση όταν Η δύναμη βάρους βρίσκεται στα δεξιά της γραμμής δράσης της δύναμης στήριξης. Τότε η στιγμή τους θα δράσει προς την αντίθετη κατεύθυνση και θα συμβάλει στην κλίση του πλοίου. Μαζί με την εξωτερική ροπή κλίσης θα ανατρέψουν το πλοίο, αφού δεν υπάρχουν άλλες αντίθετες στιγμές.

Είναι σαφές ότι σε αυτή την περίπτωση αυτή η κατάσταση θα πρέπει να αξιολογηθεί ως απαράδεκτη, καθώς το σκάφος δεν έχει σταθερότητα. Κατά συνέπεια, με υψηλό κέντρο βάρους, το πλοίο μπορεί να χάσει αυτή τη σημαντική ποιότητα αξιοπλοΐας - σταθερότητα.

Στα σκάφη εκτόπισης θαλάσσης, η δυνατότητα να επηρεάσει τη σταθερότητα του σκάφους, να το «ελέγχει», παρέχεται στον πλοηγό μόνο μέσω της ορθολογικής τοποθέτησης φορτίου και αποθεμάτων κατά μήκος του ύψους του σκάφους, τα οποία καθορίζουν τη θέση του κέντρου του σκάφους. της βαρύτητας. Όπως και να έχει, η επιρροή των μελών του πληρώματος στη θέση του κέντρου μεγέθους αποκλείεται, καθώς σχετίζεται με το σχήμα του υποβρύχιου τμήματος του κύτους, το οποίο (με σταθερή μετατόπιση και βύθισμα του σκάφους) είναι αμετάβλητο και με την παρουσία ενός κυλίνδρου το σκάφος αλλάζει χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση και εξαρτάται μόνο από το βύθισμα. Η ανθρώπινη επίδραση στο σχήμα του κύτους τελειώνει στο στάδιο του σχεδιασμού του σκάφους.

Έτσι, η κατακόρυφη θέση του κέντρου βάρους, που είναι πολύ σημαντική για την ασφάλεια του σκάφους, βρίσκεται στη «σφαίρα επιρροής» του πληρώματος και απαιτεί συνεχή παρακολούθηση μέσω ειδικών υπολογισμών.

Για τον υπολογισμό της παρουσίας «θετικής» ευστάθειας ενός αγγείου, χρησιμοποιείται η έννοια του μετακέντρου και του αρχικού μετακεντρικού ύψους.

Εγκάρσιο μετακέντρο- αυτό είναι το σημείο που είναι το κέντρο της καμπυλότητας της τροχιάς κατά μήκος του οποίου κινείται το κέντρο της τιμής όταν το πλοίο πτέρνα.

Κατά συνέπεια, το μετακέντρο (όπως και το κέντρο μεγέθους) είναι ένα συγκεκριμένο σημείο, η συμπεριφορά του οποίου καθορίζεται αποκλειστικά μόνο από τη γεωμετρία του σχήματος του σκάφους στο υποβρύχιο τμήμα και το βύθισμά του.

Συνήθως ονομάζεται η θέση του μετακέντρου που αντιστοιχεί στην προσγείωση του σκάφους χωρίς ρολό αρχικό εγκάρσιο μετακέντρο.

Η απόσταση μεταξύ του κέντρου βάρους του σκάφους και του αρχικού μετακέντρου σε μια συγκεκριμένη επιλογή φόρτωσης, μετρούμενη στο κεντρικό επίπεδο (DP), ονομάζεται αρχικό εγκάρσιο μετακεντρικό ύψος.

Το σχήμα δείχνει ότι όσο χαμηλότερο βρίσκεται το κέντρο βάρους σε σχέση με το σταθερό (για ένα δεδομένο βύθισμα) αρχικό μετακέντρο, τόσο μεγαλύτερο θα είναι το μετακεντρικό ύψος του σκάφους, δηλ. τόσο μεγαλύτερη είναι η μόχλευση της στιγμής αποκατάστασης και αυτής της ίδιας της στιγμής.

Εξάρτηση του βραχίονα της ροπής ανόρθωσης από τη θέση του κέντρου βάρους του σκάφους.

Έτσι, το μετακεντρικό ύψος είναι ένα σημαντικό χαρακτηριστικό που χρησιμεύει στον έλεγχο της σταθερότητας του αγγείου. Και όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή του, τόσο μεγαλύτερη στις ίδιες γωνίες κύλισης θα είναι η τιμή της ροπής ανόρθωσης, δηλ. αντίσταση του πλοίου στην κλίση.

Για τα μικρά τακούνια του αγγείου, το μετακέντρο βρίσκεται περίπου στη θέση του αρχικού μετακέντρου, καθώς η τροχιά του κέντρου μεγέθους (σημείο ΜΕ) είναι κοντά σε κύκλο και η ακτίνα του είναι σταθερή. Από ένα τρίγωνο με κορυφή στο μετακέντρο, ακολουθεί ένας χρήσιμος τύπος που ισχύει σε μικρές γωνίες κύλισης ( θ <10 0 ÷12 0):

πού είναι η γωνία κύλισης θ πρέπει να χρησιμοποιείται σε ακτίνια.

Από τις εκφράσεις (1) και (2) είναι εύκολο να ληφθεί η έκφραση:

που δείχνει ότι ο βραχίονας στατικής ευστάθειας και το μετακεντρικό ύψος δεν εξαρτώνται από το βάρος του σκάφους και τη μετατόπισή του, αλλά αντιπροσωπεύουν γενικά χαρακτηριστικά ευστάθειας με τα οποία μπορεί να συγκριθεί η ευστάθεια πλοίων διαφορετικών τύπων και μεγεθών.

Στατικός βραχίονας σταθερότητας

Έτσι για πλοία με υψηλό κέντρο βάρους (φορείς ξυλείας), το αρχικό μετακεντρικό ύψος παίρνει τις τιμές ω 0≈ 0 – 0,30 m, για πλοία ξηρού φορτίου ω 0≈ 0 – 1,20 m, για φορτηγά χύδην φορτίου, παγοθραυστικά, ρυμουλκά ω 0> 1,5 ÷ 4,0 m.

Ωστόσο, το μετακεντρικό ύψος δεν πρέπει να παίρνει αρνητικές τιμές. Ο τύπος (1) μας επιτρέπει να εξαγάγουμε άλλα σημαντικά συμπεράσματα: δεδομένου ότι η τάξη μεγέθους της ροπής αναστροφής καθορίζεται κυρίως από το μέγεθος της μετατόπισης του σκάφους R, τότε ο βραχίονας στατικής ευστάθειας είναι μια «μεταβλητή ελέγχου» που επηρεάζει το εύρος των αλλαγών της ροπής Μ μέσασε δεδομένη μετατόπιση. Και από τις παραμικρές αλλαγές l(θ)Λόγω ανακρίβειων στον υπολογισμό του ή σφαλμάτων στις αρχικές πληροφορίες (δεδομένα που λαμβάνονται από σχέδια πλοίου ή μετρημένες παραμέτρους στο πλοίο), το μέγεθος της στιγμής εξαρτάται σημαντικά Μ μέσα, που καθορίζει την ικανότητα του σκάφους να αντιστέκεται σε κλίσεις, δηλ. προσδιορίζοντας τη σταθερότητά του.

Ετσι, το αρχικό μετακεντρικό ύψος παίζει το ρόλο ενός καθολικού χαρακτηριστικού σταθερότητας, επιτρέποντας σε κάποιον να κρίνει την παρουσία και το μέγεθός του ανεξάρτητα από το μέγεθος του σκάφους.

Αν ακολουθήσουμε τον μηχανισμό ευστάθειας σε μεγάλες γωνίες κύλισης, θα εμφανιστούν νέα χαρακτηριστικά της ροπής ανόρθωσης.

Για αυθαίρετες εγκάρσιες κλίσεις του σκάφους, η καμπυλότητα της τροχιάς του κέντρου μεγέθους ΜΕαλλαγές. Αυτή η τροχιά δεν είναι πλέον ένας κύκλος με σταθερή ακτίνα καμπυλότητας, αλλά είναι ένα είδος επίπεδης καμπύλης που έχει διαφορετικές τιμές καμπυλότητας και ακτίνα καμπυλότητας σε κάθε σημείο. Κατά κανόνα, αυτή η ακτίνα αυξάνεται με την κύλιση του σκάφους και το εγκάρσιο μετακέντρο (ως αρχή αυτής της ακτίνας) φεύγει από το κεντρικό επίπεδο και κινείται κατά μήκος της τροχιάς του, παρακολουθώντας τις κινήσεις του κέντρου μεγέθους στο υποβρύχιο τμήμα του σκάφους . Σε αυτή την περίπτωση, φυσικά, η ίδια η έννοια του μετακεντρικού ύψους καθίσταται ανεφάρμοστη και μόνο η ροπή ορθής (και ο ώμος της μεγάλο(θ)) παραμένουν τα μόνα χαρακτηριστικά της ευστάθειας του πλοίου σε υψηλές κλίσεις.

Ωστόσο, σε αυτή την περίπτωση, το αρχικό μετακεντρικό ύψος δεν χάνει τον ρόλο του ως θεμελιώδους αρχικού χαρακτηριστικού της ευστάθειας του σκάφους στο σύνολό του, καθώς η τάξη μεγέθους της ροπής ορθοστάσεως εξαρτάται από την τιμή του, όπως σε μια ορισμένη «κλίμακα παράγοντας», δηλ. Η έμμεση επίδρασή του στη σταθερότητα του σκάφους σε μεγάλες γωνίες κυλίνδρου παραμένει.

Έτσι, για τον έλεγχο της σταθερότητας του σκάφους πριν από τη φόρτωση, είναι απαραίτητο στο πρώτο στάδιο να εκτιμηθεί η τιμή του αρχικού εγκάρσιου μετακεντρικού ύψους ω 0, χρησιμοποιώντας την έκφραση:

όπου τα z G και z M0 είναι εφαρμογές του κέντρου βάρους και του αρχικού εγκάρσιου μετακέντρου, αντίστοιχα, μετρούμενα από το κύριο επίπεδο στο οποίο βρίσκεται η αρχή του συστήματος συντεταγμένων OXYZ που σχετίζεται με το σκάφος (Εικ. 3).

Η έκφραση (4) αντικατοπτρίζει ταυτόχρονα τον βαθμό συμμετοχής του πλοηγού στη διασφάλιση της σταθερότητας. Επιλέγοντας και ελέγχοντας τη θέση του κέντρου βάρους του σκάφους σε ύψος, το πλήρωμα διασφαλίζει τη σταθερότητα του σκάφους και όλα τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά, ιδίως, Ζ Μ0, πρέπει να παρέχονται από τον μελετητή με τη μορφή γραφικών παραστάσεων οικισμού δ, που καλούνται καμπύλες θεωρητικών στοιχείων σχεδίασης.

Περαιτέρω έλεγχος της ευστάθειας του σκάφους πραγματοποιείται σύμφωνα με τις μεθόδους του Ναυτικού Μητρώου Ναυτιλίας (RS) ή σύμφωνα με τις μεθόδους του Διεθνούς Ναυτιλιακού Οργανισμού (IMO).

Αρχικό εγκάρσιο μετακεντρικό ύψος

Διάγραμμα στατικής ευστάθειας

Βραχίονας δεξιάς στιγμής μεγάλοκαι η ίδια η στιγμή Μ μέσαέχουν γεωμετρική ερμηνεία με τη μορφή Στατικού Διαγράμματος Σταθερότητας (SSD) (Εικ. 4). DSO είναι γραφική εξάρτηση του βραχίονα της ροπής επαναφοράς μεγάλο(θ) ή η ίδια η στιγμήΜ μέσα (θ) από γωνία κύλισης θ .

Αυτό το γράφημα, κατά κανόνα, απεικονίζεται για την κύλιση ενός πλοίου μόνο στη δεξιά πλευρά, καθώς η όλη εικόνα όταν ένα πλοίο κυλά προς την αριστερή πλευρά για ένα συμμετρικό πλοίο διαφέρει μόνο στο σημάδι της στιγμής Μ μέσα (θ).

Η σημασία του DSO στη θεωρία της σταθερότητας είναι πολύ μεγάλη: δεν είναι μόνο μια γραφική εξάρτηση Μ μέσα(θ); Το DSO περιέχει ολοκληρωμένες πληροφορίες σχετικά με την κατάσταση φόρτωσης του σκάφους από την άποψη της ευστάθειας. Το DSO του πλοίου σας επιτρέπει να λύσετε πολλά πρακτικά προβλήματα σε ένα δεδομένο ταξίδι και είναι ένα έγγραφο αναφοράς για τη δυνατότητα να ξεκινήσετε τη φόρτωση του πλοίου και την αποστολή του σε ένα ταξίδι.

Οι ακόλουθες ιδιότητες μπορούν να σημειωθούν ως DSO:

· Το DSO ενός συγκεκριμένου σκάφους εξαρτάται μόνο από τη σχετική θέση του κέντρου βάρους του σκάφους σολκαι το αρχικό εγκάρσιο μετακέντρο m(ή μετακεντρική τιμή ύψους ω 0) και μετατόπιση R(ή προσχέδιο d μέσος) και λαμβάνει υπόψη τη διαθεσιμότητα υγρού φορτίου και προμηθειών χρησιμοποιώντας ειδικές ρυθμίσεις,

· το σχήμα του κύτους ενός συγκεκριμένου σκάφους εκδηλώνεται στο DSO πάνω από τον ώμο l(θ),άκαμπτα συνδεδεμένο με το σχήμα των περιγραμμάτων του σώματος , που αντανακλά τη μετατόπιση του κέντρου της ποσότητας ΜΕπρος την πλευρά που εισέρχεται στο νερό όταν το σκάφος κουνιέται.

μετακεντρικό ύψος ω 0, που υπολογίζεται λαμβάνοντας υπόψη την επίδραση του υγρού φορτίου και των αποθεμάτων (βλ. παρακάτω), εμφανίζεται στο DSO ως η εφαπτομένη της εφαπτομένης στο DSO στο σημείο θ = 0, δηλαδή:

Για να επιβεβαιωθεί η ορθότητα της κατασκευής του DSO, γίνεται μια κατασκευή σε αυτό: η γωνία παραμερίζεται θ = 1 rad (57,3 0) και κατασκευάστε ένα τρίγωνο με υποτείνουσα εφαπτομένη στο DSO στο θ = 0, και οριζόντιο σκέλος θ = 57,3 0. Το κάθετο (απέναντι) σκέλος πρέπει να είναι ίσο με το μετακεντρικό ύψος ω 0σε κλίμακα άξονα μεγάλο(m).

· καμία ενέργεια δεν μπορεί να αλλάξει τον τύπο του DSO, εκτός από την αλλαγή των τιμών των αρχικών παραμέτρων ω 0Και R, δεδομένου ότι το DSO αντανακλά, κατά μία έννοια, το αμετάβλητο σχήμα του κύτους του πλοίου μέσω της αξίας μεγάλο(θ);

μετακεντρικό ύψος ω 0καθορίζει στην πραγματικότητα το είδος και την έκταση του ΔΣΔ.

Γωνία ρολού θ = θ 3, στο οποίο το γράφημα DSO τέμνει τον άξονα x ονομάζεται γωνία ηλιοβασιλέματος του DSO. Γωνία ηλιοβασιλέματος θ 3καθορίζει μόνο την τιμή της γωνίας κύλισης στην οποία η δύναμη βάρους και η δύναμη άνωσης θα ενεργούν κατά μήκος μιας ευθείας γραμμής και μεγάλο(θ 3) = 0. Κρίνετε την ανατροπή του σκάφους κατά τη διάρκεια ενός κυλίνδρου

θ = θ 3δεν θα είναι σωστό, αφού η ανατροπή του σκάφους ξεκινά πολύ νωρίτερα - αμέσως μετά την υπέρβαση του μέγιστου σημείου του DSO. Μέγιστο σημείο DSO ( μεγάλο = μεγάλοΤο m (θ m)) δείχνει μόνο τη μέγιστη απόσταση μεταξύ της δύναμης βάρους και της δύναμης στήριξης. Ωστόσο, η μέγιστη μόχλευση l mκαι μέγιστη γωνία θmαποτελούν σημαντικές ποσότητες στον έλεγχο της ευστάθειας και υπόκεινται σε επαλήθευση συμμόρφωσης με τα σχετικά πρότυπα.

Το DSO σάς επιτρέπει να λύσετε πολλά προβλήματα στατικής του πλοίου, για παράδειγμα, τον προσδιορισμό της στατικής γωνίας κύλισης ενός πλοίου υπό την επίδραση μιας σταθερής (ανεξάρτητης από την κύλιση του πλοίου) ροπής κλίσης Μ κρ= συνθ. Αυτή η γωνία φτέρνας μπορεί να προσδιοριστεί από την προϋπόθεση ότι οι ροπές κλίσης και ανόρθωσης είναι ίσες Μ σε (θ) = Μ κρ. Στην πράξη, αυτό το πρόβλημα επιλύεται ως εργασία εύρεσης της τετμημένης του σημείου τομής των γραφημάτων και των δύο ροπών.

Αλληλεπίδραση στιγμών φτέρνας και διόρθωσης

Το διάγραμμα στατικής ευστάθειας αντικατοπτρίζει την ικανότητα του πλοίου να δημιουργεί μια ροπή ανόρθωσης όταν το πλοίο έχει κλίση. Η εμφάνισή του έχει αυστηρά συγκεκριμένο χαρακτήρα, που αντιστοιχεί στις παραμέτρους φόρτωσης του σκάφους μόνο σε ένα δεδομένο ταξίδι ( R = Р i, h 0 =h 0i). Ο πλοηγός, ο οποίος συμμετέχει στον προγραμματισμό του ταξιδιού φόρτωσης και στους υπολογισμούς ευστάθειας στο πλοίο, είναι υποχρεωμένος να κατασκευάσει ένα συγκεκριμένο DSO για δύο καταστάσεις του πλοίου στο επερχόμενο ταξίδι: με την αρχική τοποθεσία του φορτίου αμετάβλητη και στο 100% και 10 % των καταστημάτων του πλοίου.

Για να μπορέσει να κατασκευάσει διαγράμματα στατικής ευστάθειας για διάφορους συνδυασμούς μετατόπισης και μετακεντρικού ύψους, χρησιμοποιεί βοηθητικά γραφικά υλικά που είναι διαθέσιμα στην τεκμηρίωση του πλοίου για το σχεδιασμό αυτού του σκάφους, για παράδειγμα, pantokarens, ή ένα γενικό διάγραμμα στατικής ευστάθειας.

Παντοκαρένα

Τα Pantocares παρέχονται στο πλοίο από τον σχεδιαστή ως μέρος πληροφοριών σχετικά με τη σταθερότητα και τη δύναμη για τον καπετάνιο. Παντοκαρέναείναι καθολικά γραφήματα για ένα δεδομένο σκάφος, που αντικατοπτρίζουν το σχήμα του κύτους του όσον αφορά τη σταθερότητα.

Τα παντοκαρένια (Εικ. 6) απεικονίζονται ως μια σειρά από γραφήματα (σε διαφορετικές γωνίες πτέρνας (θ = 10,20,30,….70˚)) ανάλογα με το βάρος του αγγείου (ή το βύθισμά του) κάποιου μέρους του βραχίονας στατικής ευστάθειας, που ονομάζεται βραχίονας σταθερότητας - l f (Π, θ ).

Παντοκαρένα

Ο βραχίονας σχήματος είναι η απόσταση με την οποία θα κινηθεί η δύναμη άνωσης σε σχέση με το αρχικό κέντρο μεγέθους C oόταν το πλοίο κυλά (Εικ. 7). Είναι σαφές ότι αυτή η μετατόπιση του κέντρου μεγέθους σχετίζεται μόνο με το σχήμα του σώματος και δεν εξαρτάται από τη θέση του κέντρου βάρους σε ύψος. Ένα σύνολο τιμών σχήματος βραχίονα σε διαφορετικές γωνίες φτέρνας (για συγκεκριμένο βάρος αγγείου Р=Р i) αφαιρούνται από τα γραφήματα pantocaren (Εικ. 6).

Για τον προσδιορισμό των βραχιόνων σταθερότητας μεγάλο(θ) και να κατασκευάσετε ένα διάγραμμα στατικής ευστάθειας για το επερχόμενο ταξίδι, είναι απαραίτητο να συμπληρώσετε τους βραχίονες φόρμας με βραχίονες βάρους εγώ μέσα, που είναι εύκολο να υπολογιστούν:

Τότε οι τεταγμένες του μελλοντικού DSO λαμβάνονται με την έκφραση:

Βραχίονες σταθερότητας σχήματος και βάρους

Έχοντας κάνει υπολογισμούς για δύο καταστάσεις φορτίου ( R zap.= 100% και 10%), δύο DSOs κατασκευάζονται σε κενή μορφή, που χαρακτηρίζει τη σταθερότητα του σκάφους σε αυτό το ταξίδι. Απομένει ο έλεγχος των παραμέτρων ευστάθειας για τη συμμόρφωσή τους με τα εθνικά ή διεθνή πρότυπα για τη σταθερότητα των θαλάσσιων σκαφών.

Υπάρχει ένας δεύτερος τρόπος να κατασκευαστεί ένα DSO, χρησιμοποιώντας το καθολικό DSO ενός δεδομένου σκάφους (ανάλογα με τη διαθεσιμότητα συγκεκριμένων βοηθητικών υλικών στο πλοίο).

Ας υποθέσουμε ότι το πλοίο, από την αρχική του θέση χωρίς ρολό ή φινίρισμα, κάνει εγκάρσιες ή διαμήκεις κλίσεις ίσου όγκου. Στην περίπτωση αυτή, το επίπεδο των διαμήκων κλίσεων θα είναι ένα κατακόρυφο επίπεδο που συμπίπτει με το DP και το επίπεδο των εγκάρσιων κλίσεων θα είναι ένα κατακόρυφο επίπεδο που συμπίπτει με το επίπεδο του πλαισίου που διέρχεται από το CV.

Πλευρικές κλίσεις

Στην όρθια θέση του σκάφους, το CV βρίσκεται στο DP (σημείο C) και η γραμμή δράσης της δύναμης άνωσης gV βρίσκεται επίσης στο DP (Εικ. 2). Όταν το σκάφος γέρνει εγκάρσια υπό γωνία I, το σχήμα του βυθισμένου όγκου αλλάζει, το CV κινείται προς την κατεύθυνση της κλίσης από το σημείο C στο σημείο C I και η γραμμή δράσης της δύναμης άνωσης θα έχει κλίση προς το DP στο μια γωνία Ι.

Το σημείο τομής των γραμμών δράσης της δύναμης άνωσης σε μια απειροελάχιστη εγκάρσια κλίση ίσου όγκου του σκάφους ονομάζεται εγκάρσιο μετακέντρο (σημείο m στο Σχ. 2). Η ακτίνα καμπυλότητας της τροχιάς του CV r (η ανύψωση του εγκάρσιου μετακέντρου πάνω από το CV) ονομάζεται εγκάρσια μετακεντρική ακτίνα.

Στη γενική περίπτωση, η τροχιά CV είναι μια σύνθετη χωρική καμπύλη και κάθε γωνία κλίσης αντιστοιχεί στη δική της θέση του μετακέντρου (Εικ. 3). Ωστόσο, για μικρές κλίσεις ίσου όγκου, με γνωστή προσέγγιση, μπορεί να υποτεθεί ότι η τροχιά

Το CV βρίσκεται στο επίπεδο κλίσης και είναι ένα τόξο κύκλου με κέντρο στο σημείο m. Έτσι, μπορούμε να υποθέσουμε ότι κατά τη διάρκεια μιας μικρής εγκάρσιας ίσου όγκου κλίσης του αγγείου από ευθεία θέση, το εγκάρσιο μετακέντρο βρίσκεται στο DP και δεν αλλάζει τη θέση του (r = const).

Ρύζι. 2.

Ρύζι. 3. Κίνηση βιογραφικού σε υψηλές κλίσεις

Ρύζι. 4.

Η έκφραση για την εγκάρσια μετακεντρική ακτίνα r προκύπτει από τη συνθήκη ότι ο άξονας της μικρής εγκάρσιας ισοδύναμης κλίσης του δοχείου βρίσκεται στο DP και ότι με τέτοια κλίση ο σφηνοειδές όγκος v μεταφέρεται, όπως λέγαμε, από το πλευρά που άφηνε το νερό στην πλευρά που μπήκε στο νερό (Εικ. 4).

Σύμφωνα με το γνωστό θεώρημα της μηχανικής, όταν ένα σώμα που ανήκει σε ένα σύστημα σωμάτων κινείται, το κέντρο βάρους ολόκληρου του συστήματος θα κινείται προς την ίδια κατεύθυνση παράλληλα με την κίνηση του σώματος, και αυτές οι κινήσεις είναι αντιστρόφως ανάλογες με τις βαρυτικές δυνάμεις του σώματος και του συστήματος, αντίστοιχα. Αυτό το θεώρημα μπορεί να επεκταθεί στους όγκους ομογενών σωμάτων. Ας υποδηλώσουμε:

С С И - κίνηση του κεντρικού σημείου (γεωμετρικό κέντρο όγκου V),

β - μετατόπιση του γεωμετρικού κέντρου του σφηνοειδούς όγκου v. Στη συνέχεια, σύμφωνα με το θεώρημα

από όπου: S S I =

Για το στοιχείο μήκους δοχείου dx, υποθέτοντας ότι ο σφηνοειδής όγκος έχει σχήμα τριγώνου στο επίπεδο του πλαισίου, λαμβάνουμε:

ή σε χαμηλή γωνία

Αν μέχρι, τότε:

dv b = y 3 Και dx.

Ενσωματώνοντας, παίρνουμε:

v b = Και y 3 dx, ή:

όπου J x = ydx είναι η ροπή αδράνειας της περιοχής της ίσαλου γραμμής σε σχέση με τον διαμήκη κεντρικό άξονα.

Τότε η έκφραση για τη μετακίνηση του βιογραφικού θα μοιάζει με:

Όπως φαίνεται από το Σχ. 5, σε μικρή γωνία Ι

Συγκρίνοντας τις εκφράσεις, διαπιστώνουμε ότι η εγκάρσια μετακεντρική ακτίνα είναι:

Εφαρμογή του εγκάρσιου μετακέντρου.

Σε σχέση με πλοία επιφανείας (σκάφη), λόγω του επιμήκους σχήματος του κύτους του πλοίου, η διαμήκης ευστάθειά του είναι πολύ υψηλότερη από την εγκάρσια ευστάθεια, επομένως, για την ασφάλεια της ναυσιπλοΐας, είναι πολύ σημαντικό να διασφαλιστεί η σωστή πλευρική ευστάθεια.

• Ανάλογα με το μέγεθος της κλίσης, διακρίνεται η σταθερότητα σε μικρές γωνίες κλίσης ( αρχική σταθερότητα) και σταθερότητα σε μεγάλες γωνίες κλίσης.

• Ανάλογα με τη φύση των δρώντων δυνάμεων, διακρίνεται η στατική και η δυναμική σταθερότητα.

Αρχική πλευρική σταθερότητα

Κατά τη διάρκεια του κυλίνδρου, η σταθερότητα θεωρείται αρχική σε γωνίες έως 10-15°. Μέσα σε αυτά τα όρια, η δύναμη ανόρθωσης είναι ανάλογη με τη γωνία κύλισης και μπορεί να προσδιοριστεί χρησιμοποιώντας απλές γραμμικές σχέσεις.

Στην περίπτωση αυτή, γίνεται η υπόθεση ότι οι αποκλίσεις από τη θέση ισορροπίας προκαλούνται από εξωτερικές δυνάμεις που δεν αλλάζουν ούτε το βάρος του σκάφους ούτε τη θέση του κέντρου βάρους του (CG). Τότε ο βυθισμένος όγκος δεν αλλάζει σε μέγεθος, αλλά αλλάζει σε σχήμα. Οι κλίσεις ίσου όγκου αντιστοιχούν σε γραμμές ίσου όγκου, αποκόπτοντας βυθισμένους όγκους του κύτους ίσου μεγέθους. Η γραμμή τομής των επιπέδων της ίσαλου γραμμής ονομάζεται άξονας κλίσης, ο οποίος, με ίσες κλίσεις όγκου, διέρχεται από το κέντρο βάρους της περιοχής της ίσαλου γραμμής. Με εγκάρσιες κλίσεις, βρίσκεται στο διαμετρικό επίπεδο.

Ελεύθερες επιφάνειες

Όλες οι περιπτώσεις που συζητήθηκαν παραπάνω υποθέτουν ότι το κέντρο βάρους του σκάφους είναι ακίνητο, δηλαδή, δεν υπάρχουν φορτία που κινούνται όταν γέρνει. Αλλά όταν υπάρχουν τέτοια φορτία, η επίδρασή τους στη σταθερότητα είναι πολύ μεγαλύτερη από άλλα.

Χαρακτηριστική περίπτωση είναι το υγρό φορτίο (καύσιμα, πετρέλαιο, έρμα και νερό λέβητα) σε δεξαμενές που είναι μερικώς γεμάτες, δηλαδή με ελεύθερες επιφάνειες. Τέτοια φορτία μπορεί να υπερχειλίσουν όταν γέρνουν. Εάν το υγρό φορτίο γεμίσει πλήρως τη δεξαμενή, ισοδυναμεί με ένα στερεό, ασφαλισμένο φορτίο.

Εάν το υγρό δεν γεμίσει εντελώς τη δεξαμενή, δηλαδή έχει μια ελεύθερη επιφάνεια που καταλαμβάνει πάντα οριζόντια θέση, τότε όταν το δοχείο γέρνει υπό γωνία θ το υγρό ρέει προς την κλίση. Η ελεύθερη επιφάνεια θα έχει την ίδια γωνία σε σχέση με το KVL.

Τα επίπεδα υγρού φορτίου αποκόπτουν ίσους όγκους δεξαμενών, δηλαδή είναι παρόμοια με ίσου όγκου υδάτινες γραμμές. Επομένως, η στιγμή που προκαλείται από την υπερχείλιση υγρού φορτίου κατά τη διάρκεια ενός κυλίνδρου δm θ, μπορεί να αναπαρασταθεί παρόμοια με τη στιγμή της σταθερότητας του σχήματος mστ, μόνο δm θαπέναντι m f με σημάδι:

Οπου i x- ροπή αδράνειας της ελεύθερης επιφάνειας του υγρού φορτίου σε σχέση με τον διαμήκη άξονα που διέρχεται από το κέντρο βάρους αυτής της περιοχής, γ f- ειδικό βάρος υγρού φορτίου

Στη συνέχεια, η στιγμή επαναφοράς παρουσία υγρού φορτίου με ελεύθερη επιφάνεια:

Οπου η- εγκάρσιο μετακεντρικό ύψος απουσία μετάγγισης, h 1 = h − γ f i x /γV- πραγματικό εγκάρσιο μετακεντρικό ύψος.

Η επίδραση του υπερχειλισμένου βάρους δίνει διόρθωση στο εγκάρσιο μετακεντρικό ύψος δ h = − γ f i x /γV

Οι πυκνότητες του νερού και του υγρού φορτίου είναι σχετικά σταθερές, δηλαδή, η κύρια επιρροή στη διόρθωση ασκείται από το σχήμα της ελεύθερης επιφάνειας ή μάλλον τη ροπή αδράνειας της. Αυτό σημαίνει ότι η πλευρική σταθερότητα επηρεάζεται κυρίως από το πλάτος και το διαμήκη μήκος της ελεύθερης επιφάνειας.

Η φυσική έννοια της αρνητικής διόρθωσης είναι ότι η παρουσία ελεύθερων επιφανειών είναι πάντα μειώνεισταθερότητα. Ως εκ τούτου, λαμβάνονται οργανωτικά και εποικοδομητικά μέτρα για τη μείωσή τους:

1. Πλήρης εφαρμογή πίεσης των δεξαμενών για την αποφυγή χαλαρών επιφανειών
2. Εάν αυτό δεν είναι δυνατό, γεμίστε κάτω από το λαιμό ή το αντίστροφο, μόνο στο κάτω μέρος. Σε αυτή την περίπτωση, οποιαδήποτε κλίση μειώνει απότομα την ελεύθερη επιφάνεια.
3. έλεγχος του αριθμού των δεξαμενών με ελεύθερες επιφάνειες
4. διαίρεση δεξαμενών με εσωτερικά αδιαπέραστα διαφράγματα προκειμένου να μειωθεί η ροπή αδράνειας της ελεύθερης επιφάνειας i x

Δυναμική σταθερότητα

Σε αντίθεση με το στατικό φαινόμενο, η δυναμική επίδραση των δυνάμεων και των ροπών προσδίδει σημαντικές γωνιακές ταχύτητες και επιταχύνσεις στο σκάφος. Επομένως, η επιρροή τους εξετάζεται στις ενέργειες, πιο συγκεκριμένα με τη μορφή του έργου των δυνάμεων και των στιγμών, και όχι στις ίδιες τις προσπάθειες. Σε αυτή την περίπτωση, χρησιμοποιείται το θεώρημα της κινητικής ενέργειας, σύμφωνα με το οποίο η αύξηση της κινητικής ενέργειας της κλίσης του σκάφους είναι ίση με το έργο των δυνάμεων που ασκούνται σε αυτό.

Όταν εφαρμόζεται μια ροπή κλίσης στο πλοίο m cr, σταθερό σε μέγεθος, δέχεται θετική επιτάχυνση με την οποία αρχίζει να κυλά. Καθώς γέρνετε, η ροπή επαναφοράς αυξάνεται, αλλά στην αρχή μέχρι τη γωνία θ st, στο οποίο m cr = m θ, θα είναι λιγότερο φτέρνα. Με την επίτευξη της γωνίας στατικής ισορροπίας θ st, η κινητική ενέργεια της περιστροφικής κίνησης θα είναι μέγιστη. Επομένως, το πλοίο δεν θα παραμείνει στη θέση ισορροπίας, αλλά λόγω της κινητικής ενέργειας θα κυλήσει περαιτέρω, αλλά αργά, αφού η ροπή ανόρθωσης είναι μεγαλύτερη από τη ροπή κλίσης. Η προηγουμένως συσσωρευμένη κινητική ενέργεια σβήνει από το υπερβολικό έργο της ροπής επαναφοράς. Μόλις το μέγεθος αυτού του έργου είναι αρκετό για να σβήσει εντελώς την κινητική ενέργεια, η γωνιακή ταχύτητα θα μηδενιστεί και το πλοίο θα σταματήσει να κουνιέται.

Η μεγαλύτερη γωνία κλίσης που δέχεται ένα πλοίο από μια δυναμική στιγμή ονομάζεται δυναμική γωνία της φτέρνας θ din. Αντίθετα, η γωνία κύλισης με την οποία το πλοίο θα επιπλέει υπό την επίδραση της ίδιας στιγμής (σύμφωνα με την συνθήκη m cr = m θ), ονομάζεται στατική γωνία κύλισης θ st.

Αν αναφερθούμε στο διάγραμμα στατικής ευστάθειας, το έργο εκφράζεται από το εμβαδόν κάτω από την καμπύλη της ροπής ανόρθωσης μ. μέσα. Αντίστοιχα, η δυναμική γωνία κύλισης θ dinμπορεί να προσδιοριστεί από την ισότητα των περιοχών ΟΑΒΚαι BCD, που αντιστοιχεί στο πλεονάζον έργο της ροπής επαναφοράς. Αναλυτικά η ίδια εργασία υπολογίζεται ως εξής:

στην περιοχή από 0 έως θ din.

Έχοντας φτάσει στη δυναμική γωνία τράπεζας θ din, το πλοίο δεν έρχεται σε ισορροπία, αλλά υπό την επίδραση μιας υπερβολικής ροπής ανόρθωσης αρχίζει να επιταχύνει για να ισιώσει. Ελλείψει αντίστασης στο νερό, το πλοίο θα έμπαινε σε ταλαντώσεις χωρίς απόσβεση γύρω από τη θέση ισορροπίας κατά την κλίση θ stμε πλάτος από 0 έως θ din. Αλλά στην πράξη, οι ταλαντώσεις εξαφανίζονται γρήγορα λόγω της αντοχής στο νερό και παραμένει να επιπλέει με στατική γωνία φτέρνας θ st.

Το δυναμικό αποτέλεσμα μιας στιγμής πτέρνας είναι πάντα πιο επικίνδυνο από το στατικό, καθώς οδηγεί σε πιο σημαντικές κλίσεις. Μέσα στο ευθύ τμήμα του διαγράμματος στατικής ευστάθειας, η δυναμική γωνία κύλισης είναι περίπου διπλάσια από τη στατική: θ din ≈ 2 θ st.

Δείτε επίσης

• Θεωρία πλοίου
: [σε 18 τόμους] / εκδ. , 1911-1915.
• ISO 16155:2006. 

Η ευστάθεια είναι μια από τις σημαντικότερες αξιοπλοΐα ενός σκάφους, η οποία συνδέεται με εξαιρετικά σημαντικά ζητήματα που αφορούν την ασφάλεια της ναυσιπλοΐας. Απώλεια σταθερότητας σημαίνει σχεδόν πάντα τον θάνατο του πλοίου και, πολύ συχνά, του πληρώματος. Σε αντίθεση με τις αλλαγές στην άλλη αξιοπλοΐα, η μείωση της σταθερότητας δεν εκδηλώνεται με ορατό τρόπο και το πλήρωμα του πλοίου, κατά κανόνα, δεν γνωρίζει τον επικείμενο κίνδυνο μέχρι τελευταία δευτερόλεπταπριν ανατραπεί. Επομένως, η μεγαλύτερη προσοχή πρέπει να δοθεί στη μελέτη αυτής της ενότητας της θεωρίας του πλοίου.

Για να επιπλέει ένα πλοίο σε μια δεδομένη θέση ισορροπίας σε σχέση με την επιφάνεια του νερού, πρέπει όχι μόνο να ικανοποιεί τις συνθήκες ισορροπίας, αλλά και να μπορεί να αντισταθεί σε εξωτερικές δυνάμεις που τείνουν να το βγάλουν από τη θέση ισορροπίας και μετά η παύση της δράσης αυτών των δυνάμεων, να επιστρέψει στην αρχική του θέση. Επομένως, η ισορροπία του πλοίου πρέπει να είναι σταθερή ή, με άλλα λόγια, το πλοίο να έχει θετική ευστάθεια.

Έτσι, η ευστάθεια είναι η ικανότητα ενός σκάφους, που έχει βγει από μια κατάσταση ισορροπίας από εξωτερικές δυνάμεις, να επιστρέψει ξανά στην αρχική του θέση ισορροπίας αφού σταματήσει η δράση αυτών των δυνάμεων.

Η σταθερότητα του αγγείου συνδέεται με την ισορροπία του, η οποία χρησιμεύει ως χαρακτηριστικό του τελευταίου. Εάν η ισορροπία του πλοίου είναι σταθερή, τότε το πλοίο έχει θετική σταθερότητα. αν η ισορροπία του είναι αδιάφορη, τότε το πλοίο έχει μηδενική σταθερότητα και, τέλος, αν η ισορροπία του πλοίου είναι ασταθής, τότε έχει αρνητική ευστάθεια.

Καπετάνιος δεξαμενόπλοιου Shiryaev

Αυτό το κεφάλαιο θα εξετάσει τις πλευρικές κλίσεις του πλοίου στο επίπεδο πλαισίου του μέσου πλοίου.

Η σταθερότητα κατά τις εγκάρσιες κλίσεις, δηλαδή όταν συμβαίνει κύλιση, ονομάζεται εγκάρσια. Ανάλογα με τη γωνία κλίσης του σκάφους, η πλευρική ευστάθεια χωρίζεται σε σταθερότητα σε μικρές γωνίες κλίσης (έως 10-15 μοίρες) ή στη λεγόμενη αρχική σταθερότητα και σταθερότητα σε μεγάλες γωνίες κλίσης.

Η κλίση του πλοίου συμβαίνει υπό την επίδραση ενός ζεύγους δυνάμεων. η στιγμή αυτού του ζεύγους δυνάμεων, που προκαλεί το σκάφος να περιστραφεί γύρω από τον διαμήκη άξονα, θα ονομάζεται κλίση Mkr.

Εάν το Mcr που εφαρμόζεται στο πλοίο αυξάνεται σταδιακά από το μηδέν στην τελική τιμή και δεν προκαλεί γωνιακές επιταχύνσεις, άρα και δυνάμεις αδράνειας, τότε η ευστάθεια με τέτοια κλίση ονομάζεται στατική.

Η ροπή κλίσης που επενεργεί στο πλοίο οδηγεί αμέσως στην εμφάνιση γωνιακής επιτάχυνσης και δυνάμεων αδράνειας. Η σταθερότητα που εκδηλώνεται με μια τέτοια κλίση ονομάζεται δυναμική.

Η στατική σταθερότητα χαρακτηρίζεται από την εμφάνιση μιας ροπής επαναφοράς, η οποία τείνει να επαναφέρει το σκάφος στην αρχική του θέση ισορροπίας. Η δυναμική σταθερότητα χαρακτηρίζεται από το έργο αυτής της στιγμής από την αρχή μέχρι το τέλος της δράσης της.

Ας εξετάσουμε την ομοιόμορφη εγκάρσια κλίση του αγγείου. Θα υποθέσουμε ότι στην αρχική θέση το πλοίο έχει ευθεία προσγείωση. Στην περίπτωση αυτή, η δύναμη στήριξης D' δρα στο DP και εφαρμόζεται στο σημείο C - το κέντρο του μεγέθους του σκάφους (Κέντρο άνωσης-B).

Ας υποθέσουμε ότι το δοχείο, υπό την επίδραση μιας ροπής κλίσης, έχει λάβει εγκάρσια κλίση σε μικρή γωνία θ. Τότε το κέντρο του μεγέθους θα μετακινηθεί από το σημείο C στο σημείο C 1 και η δύναμη στήριξης, κάθετα στη νέα υπάρχουσα ίσαλο γραμμή B 1 L 1, θα κατευθυνθεί υπό γωνία θ ως προς το κεντρικό επίπεδο. Οι γραμμές δράσης της αρχικής και της νέας κατεύθυνσης της δύναμης υποστήριξης θα τέμνονται στο σημείο m. Αυτό το σημείο τομής της γραμμής δράσης της δύναμης στήριξης σε μια απειροελάχιστη ίσου όγκου κλίση ενός πλωτού σκάφους ονομάζεται εγκάρσιο μετακέντρο.

Μπορούμε να δώσουμε έναν άλλο ορισμό για το μετακέντρο: το κέντρο καμπυλότητας της καμπύλης μετατόπισης του κέντρου μεγέθους στο εγκάρσιο επίπεδο ονομάζεται εγκάρσιο μετακέντρο.

Η ακτίνα καμπυλότητας της καμπύλης μετατόπισης του κέντρου μιας ποσότητας στο εγκάρσιο επίπεδο ονομάζεται εγκάρσια μετακεντρική ακτίνα (ή μικρή μετακεντρική ακτίνα). Καθορίζεται από την απόσταση από το εγκάρσιο μετακέντρο m έως το κέντρο μεγέθους C και συμβολίζεται με το γράμμα r.

Η εγκάρσια μετακεντρική ακτίνα μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο:

δηλ. η εγκάρσια μετακεντρική ακτίνα είναι ίση με τη ροπή αδράνειας Ix της περιοχής της ίσαλου γραμμής σε σχέση με τον διαμήκη άξονα που διέρχεται από το κέντρο βάρους αυτής της περιοχής, διαιρούμενη με την ογκομετρική μετατόπιση V που αντιστοιχεί σε αυτήν την ίσαλο γραμμή.

Συνθήκες σταθερότητας

Ας υποθέσουμε ότι το πλοίο, το οποίο βρίσκεται σε θέση άμεσης ισορροπίας και επιπλέει κατά μήκος της ίσαλου γραμμής της εναέριας γραμμής, ως αποτέλεσμα της δράσης της εξωτερικής ροπής κλίσης Mkr, έχει κλίση έτσι ώστε η αρχική ίσαλο γραμμή της εναέριας γραμμής με νέα υπάρχουσα ίσαλο γραμμή B 1 L 1 σχηματίζει μια μικρή γωνία θ. Λόγω της αλλαγής στο σχήμα του τμήματος του κύτους που είναι βυθισμένο στο νερό, η κατανομή των δυνάμεων υδροστατικής πίεσης που ασκούνται σε αυτό το τμήμα του κύτους θα αλλάξει επίσης. Το κέντρο του μεγέθους του σκάφους θα μετακινηθεί προς το ρολό και θα μετακινηθεί από το σημείο C στο σημείο C 1.

Η υποστηρικτική δύναμη D', παραμένοντας αμετάβλητη, θα κατευθυνθεί κατακόρυφα προς τα πάνω κάθετα στη νέα ενεργή ίσαλο γραμμή και η γραμμή δράσης της θα τέμνει την DP στο αρχικό εγκάρσιο μετακέντρο m.

Η θέση του κέντρου βάρους του πλοίου παραμένει αμετάβλητη και η δύναμη βάρους P θα είναι κάθετη στη νέα ίσαλο γραμμή B 1 L 1. Έτσι, οι παράλληλες μεταξύ τους δυνάμεις P και D' δεν βρίσκονται στην ίδια κατακόρυφο και, επομένως, σχηματίζουν ένα ζεύγος δυνάμεων με τον βραχίονα GK, όπου το σημείο K είναι η βάση της καθέτου που έχει χαμηλώσει από το σημείο G στο κατεύθυνση δράσης της υποστηρικτικής δύναμης.

Το ζεύγος δυνάμεων που σχηματίζεται από το βάρος του σκάφους και τη δύναμη στήριξης, που τείνει να επαναφέρει το σκάφος στην αρχική του θέση ισορροπίας, ονομάζεται ζεύγος επαναφοράς και η ροπή αυτού του ζεύγους ονομάζεται ροπή επαναφοράς Μθ.

Το ζήτημα της ευστάθειας ενός σκάφους με τακούνια αποφασίζεται από την κατεύθυνση δράσης της στιγμής ανατροπής. Εάν η ροπή ανόρθωσης τείνει να επαναφέρει το πλοίο στην αρχική του θέση ισορροπίας, τότε η ροπή ανόρθωσης είναι θετική, η ευστάθεια του πλοίου είναι επίσης θετική - το πλοίο είναι σταθερό. Στο Σχ. Το σχήμα 2 δείχνει τη θέση των δυνάμεων που δρουν στο πλοίο, η οποία αντιστοιχεί σε μια θετική ροπή ανόρθωσης. Είναι εύκολο να επαληθευτεί ότι συμβαίνει μια τέτοια στιγμή εάν το CG βρίσκεται κάτω από το μετακέντρο.

Στο Σχ. Το σχήμα 3 δείχνει την αντίθετη περίπτωση, όταν η ροπή επαναφοράς είναι αρνητική (το κέντρο βάρους βρίσκεται πάνω από το μετακέντρο). Τείνει να εκτρέπει περαιτέρω το πλοίο από τη θέση ισορροπίας του, αφού η κατεύθυνση της δράσης του συμπίπτει με την κατεύθυνση δράσης της εξωτερικής ροπής κλίσης Mkr. Σε αυτή την περίπτωση, το πλοίο δεν είναι σταθερό.

Θεωρητικά, μπορεί να υποτεθεί ότι η ροπή επαναφοράς όταν το σκάφος γέρνει είναι ίση με μηδέν, δηλαδή η δύναμη βάρους του σκάφους και η δύναμη στήριξης βρίσκονται στην ίδια κατακόρυφο, όπως φαίνεται στο Σχ. 4.

Η απουσία ροπής ανόρθωσης οδηγεί στο γεγονός ότι μετά τη λήξη της ροπής κλίσης, το πλοίο παραμένει σε κεκλιμένη θέση, δηλ. το πλοίο βρίσκεται σε αδιάφορη ισορροπία.

Έτσι, σύμφωνα με τη σχετική θέση του εγκάρσιου μετακέντρου m και C.T. Το G μπορεί να κριθεί με βάση το πρόσημο της ροπής επανόρθωσης ή, με άλλα λόγια, από την ευστάθεια του σκάφους. Έτσι, εάν το εγκάρσιο μετακέντρο βρίσκεται πάνω από το κέντρο βάρους (Εικ. 2), τότε το πλοίο είναι σταθερό.

Εάν το εγκάρσιο μετακέντρο βρίσκεται κάτω από το κέντρο βάρους ή συμπίπτει με αυτό (Εικ. 3, 4), το πλοίο δεν είναι σταθερό.

Αυτό δημιουργεί την έννοια του μετακεντρικού ύψους: το εγκάρσιο μετακεντρικό ύψος είναι η ανύψωση του εγκάρσιου μετακέντρου πάνω από το κέντρο βάρους του σκάφους στην αρχική θέση ισορροπίας.

Το εγκάρσιο μετακεντρικό ύψος (Εικ. 2) καθορίζεται από την απόσταση από το κέντρο βάρους (δηλ. G) έως το εγκάρσιο μετακέντρο (δηλ. m), δηλ. το τμήμα mG. Αυτό το τμήμα είναι σταθερή τιμή, αφού και C.T. , και το εγκάρσιο μετακέντρο δεν αλλάζει θέση σε μικρές κλίσεις. Από αυτή την άποψη, είναι βολικό να γίνει αποδεκτό ως κριτήριο για την αρχική ευστάθεια ενός σκάφους.

Εάν το εγκάρσιο μετακέντρο βρίσκεται πάνω από το κέντρο βάρους του αγγείου, τότε το εγκάρσιο μετακεντρικό ύψος θεωρείται θετικό. Τότε η προϋπόθεση για τη σταθερότητα του αγγείου μπορεί να δοθεί με την εξής διατύπωση: το αγγείο είναι σταθερό εάν το εγκάρσιο μετακεντρικό του ύψος είναι θετικό. Αυτός ο ορισμός είναι βολικός στο ότι επιτρέπει σε κάποιον να κρίνει τη σταθερότητα του σκάφους χωρίς να λαμβάνει υπόψη την κλίση του, δηλ. σε γωνία κύλισης μηδέν, όταν δεν υπάρχει καθόλου ροπή ανόρθωσης. Για να καθορίσουμε ποια δεδομένα είναι απαραίτητα για να λάβουμε την τιμή του εγκάρσιου μετακεντρικού ύψους, ας στραφούμε στο Σχ. 5, το οποίο δείχνει τη σχετική θέση του κέντρου μεγέθους C, του κέντρου βάρους G και του εγκάρσιου μετακέντρου m ενός σκάφους που έχει θετική αρχική πλευρική σταθερότητα.

Το σχήμα δείχνει ότι το εγκάρσιο μετακεντρικό ύψος h μπορεί να προσδιοριστεί με έναν από τους ακόλουθους τύπους:

h = Z C ± r – Z G ;

h = Z m – Z G .

Το εγκάρσιο μετακεντρικό ύψος προσδιορίζεται συχνά χρησιμοποιώντας την τελευταία ισότητα. Η εφαρμογή του εγκάρσιου μετακέντρου Zm μπορεί να βρεθεί από το μετακεντρικό διάγραμμα. Οι κύριες δυσκολίες στον προσδιορισμό του εγκάρσιου μετακεντρικού ύψους ενός σκάφους προκύπτουν κατά τον προσδιορισμό της εφαρμογής του κέντρου βάρους ZG, το οποίο προσδιορίζεται χρησιμοποιώντας έναν συνοπτικό πίνακα του φορτίου μάζας του σκάφους (το θέμα συζητήθηκε στη διάλεξη -).

Στην ξένη βιβλιογραφία, ο προσδιορισμός των αντίστοιχων σημείων και των παραμέτρων σταθερότητας μπορεί να φαίνεται όπως φαίνεται παρακάτω στο Σχήμα. 6.

• όπου K είναι το σημείο καρίνας.
• Β – κέντρο άνωσης.
• G—κέντρο βάρους.
• M – εγκάρσιο μετακέντρο.
• CV – εφαρμογή του κέντρου μεγέθους.
• KG – εφαρμογή του κέντρου βάρους.
• KM - εφαρμογή του εγκάρσιου μετακέντρου.
• VM – εγκάρσια μετακεντρική ακτίνα (Radius of metacentre);
• BG – ανύψωση του κέντρου βάρους πάνω από το κέντρο μεγέθους.
• GM – εγκάρσιο μετακεντρικό ύψος.

Ο βραχίονας στατικής ευστάθειας, που συμβολίζεται στη βιβλιογραφία μας ως GK, υποδηλώνεται στην ξένη βιβλιογραφία ως GZ.

Προτεινόμενη ανάγνωση:

Μέθοδοι για τον προσδιορισμό του κέντρου μεγέθους (c.v.) και του κέντρου βάρους (c.g.) ενός σκάφους

Για τον προσδιορισμό της θέσης οποιουδήποτε σημείου στο πλοίο, συμπεριλαμβανομένου του γ. τ. και γ. γ., χρησιμοποιήστε ένα σύστημα αξόνων συντεταγμένων που συνδέονται σταθερά με το κύτος του πλοίου.

Ο κατακόρυφος άξονας OZ είναι η γραμμή τομής του DP με το επίπεδο του πλαισίου του μέσου πλοίου, ο διαμήκης - οριζόντιος άξονας OX είναι η γραμμή τομής του DP με το κύριο επίπεδο και ο εγκάρσιος - οριζόντιος άξονας OY είναι η γραμμή τομής του μεσαίο τμήμα - πλαίσιο με το κύριο επίπεδο. Σε αυτήν την περίπτωση, η θετική κατεύθυνση των αξόνων λαμβάνεται ως η κατεύθυνση του άξονα OX - φέρνοντας, OY - προς τη δεξιά πλευρά, OZ - προς τα πάνω. Η θέση των σημείων g και c που μας ενδιαφέρουν μπορεί να βρεθεί χρησιμοποιώντας κατά προσέγγιση και ακριβείς εξαρτήσεις. Κατά προσέγγιση μέθοδοι για τον προσδιορισμό της συντεταγμένης γ. V. Συντεταγμένη γ. V. κατά το πλάτος του δοχείου, λόγω της συμμετρίας του αγγείου σε σχέση με το DP, θα πρέπει πάντα να βρίσκεται στο διαμετρικό επίπεδο, δηλ. y c =0.

Αν δεν υπάρχει αυτή η ισότητα, τότε το πλοίο θα έχει κλίση.

Η συντεταγμένη του σημείου c κατά το μήκος του σκάφους x c είναι πάντα κοντά στο μέσο του σκάφους, εάν δεν υπάρχει επένδυση στην πλώρη ή στην πρύμνη, και αλλάζει τη θέση του από το μεσαίο πλαίσιο του πλοίου εντός μικρών ορίων. Τυπικά το xc ποικίλλει από +0,02L έως -0,035L, όπου L είναι το μήκος του δοχείου.

Συντεταγμένη γ. V. το ύψος του σκάφους μπορεί να ποικίλλει εντός των ακόλουθων ορίων: για σκάφη με ορθογώνια διατομή z c = 0,5T, όπου T είναι το βύθισμα του σκάφους. για πλοία με τριγωνική διατομή το z c θα είναι ίσο με; Τ από το κύριο επίπεδο, δηλ. z с =0,66Т, επομένως αυτή η συντεταγμένη εξαρτάται από το σχήμα της διατομής και επομένως από τους αντίστοιχους συντελεστές πληρότητας.

Προσδιορισμός των συντεταγμένων του κέντρου μεγέθους (c.v.) και του κέντρου βάρους (c.t.) Το κέντρο βάρους (g) ενός σκάφους που βρίσκεται χωρίς κλίση, δηλ. που επιπλέει σε θέση ισορροπίας, πρέπει πάντα να βρίσκεται στην ίδια κατακόρυφη με το κέντρο μεγέθους (c). Αυτό επιτυγχάνεται με την κατάλληλη διάταξη του φορτίου στο πλοίο, και σε αυτή την περίπτωση y c = 0.

Η θέση του σημείου g σε ύψος, δηλ. η εφαρμογή του z g εξαρτάται από τη θέση του φορτίου στο πλοίο σε σχέση με το ύψος του και μπορεί να εκφραστεί σε κλάσματα του ύψους της πλευράς του πλοίου H από την εξάρτηση

όπου k είναι ο πειραματικός συντελεστής, η τιμή του οποίου συνιστάται για άδεια φορτηγά πλοία 0,35?0,5, για ρυμουλκά βιδωτά πλοία 0,60?0,70.

Για φορτωμένα φορτηγά πλοία, καθώς και για επιβατηγά πλοίαμε υψηλές υπερκατασκευές πάνω από το κατάστρωμα, η τιμή z g μπορεί να είναι μεγαλύτερη από N, δηλ. k>1,0.

Για να προσδιοριστούν με ακρίβεια οι τιμές των συντεταγμένων του κέντρου βάρους - z g και x g, το πλοίο χωρίζεται σε είδη βάρους, οι αποστάσεις των κέντρων βάρους αυτών των αντικειμένων βάρους από το κύριο επίπεδο και το μεσαίο επίπεδο - πλαίσιο είναι αποφασισμένος.

Αφού προσδιοριστούν όλα τα φορτία βάρους, έχουν βρεθεί οι ώμοι του κέντρου βάρους τους και έχουν υπολογιστεί οι ροπές δύναμης, η συντεταγμένη του κέντρου βάρους κατά μήκος του σκάφους x g θα καθοριστεί από τον τύπο

όπου UM n είναι το άθροισμα των ροπών όλων των δυνάμεων των στοιχείων βάρους στην πλώρη του σκάφους σε σχέση με το μεσαίο επίπεδο - πλαισίου.

UM k - το άθροισμα των ροπών όλων των δυνάμεων των στοιχείων βάρους στην πρύμνη του πλοίου σε σχέση με το μεσαίο επίπεδο του πλοίου - το πλαίσιο.

Το σύμβολο (+) θα υποδεικνύει ότι η τετμημένη του κέντρου βάρους βρίσκεται στην πλώρη του πλοίου και η (-) ότι βρίσκεται στην πρύμνη του πλοίου, αφού εδώ ο άξονας x έχει αρνητικό αξία.

Η συντεταγμένη του κέντρου βάρους κατά μήκος του ύψους z g καθορίζεται από τον τύπο

όπου UM είναι το άθροισμα των ροπών όλων των δυνάμεων σε σχέση με το κύριο επίπεδο.

Ο τραπεζοειδής κανόνας, μέθοδοι προσδιορισμού της ογκομετρικής μετατόπισης ενός σκάφους και του τρυπανιού

Η ογκομετρική μετατόπιση μπορεί να προσδιοριστεί με διάφορους τρόπους. Ας εξετάσουμε το απλούστερο από αυτά, που παρέχει έναν βαθμό ακρίβειας επαρκή για εξάσκηση, μια μέθοδο που βασίζεται στη χρήση του τραπεζοειδούς κανόνα.

Αρχικά, εφαρμόζουμε τον τραπεζοειδή κανόνα για να προσδιορίσουμε τις περιοχές των σχημάτων που οριοθετούνται από καμπύλες γραμμές.

Ας χωρίσουμε το καμπυλόγραμμο σχήμα (Εικόνα 7) σε n ίσα μέρη. Το μήκος κάθε τέτοιου τμήματος θα είναι και η περιοχή u i κάθε τμήματος μπορεί να οριστεί ως τα εμβαδά των τραπεζοειδών, οι πλευρές των οποίων είναι τεταγμένες y i και τα ύψη Dl.

Σχήμα 7 - Σχέδιο για τον υπολογισμό της επιφάνειας χρησιμοποιώντας την τραπεζοειδή μέθοδο

Επομένως, S = š 1 + š 2 + ... š n-1 + š n ή

Αντικαθιστώντας τις τιμές για το u στον τύπο με τη μορφή περιοχών μεμονωμένων τραπεζοειδών, λαμβάνουμε

Αυτή η έκφραση ονομάζεται τύπος τραπεζοειδούς κανόνα, στον οποίο y 0 +y 1 +y 2 +y 3 +….+y n-1 +y n είναι το άθροισμα των τεταγμένων, που συμβολίζεται με; 0 ;

Λέγεται τροπολογία.

Ολόκληρη η τιμή σε αγκύλες είναι το διορθωμένο ποσό και υποδεικνύεται με το; διορθώθηκε, τότε η έκφραση για την περιοχή ενός καμπυλόγραμμου σχήματος μπορεί να γραφτεί συντομευμένα ως εξής:

Είναι πιο βολικό να πραγματοποιείτε όλους τους υπολογισμούς σε μορφή πίνακα (Πίνακας 1).

Κατά τον υπολογισμό της ογκομετρικής μετατόπισης ενός σκάφους, είναι απαραίτητο να υπολογιστεί ο όγκος του υποβρύχιου τμήματός του, που περιορίζεται από την επιφάνεια του σκάφους και το επίπεδο της τρέχουσας ίσαλου γραμμής.

Γνωρίζοντας τις διαστάσεις του δοχείου και το περίγραμμά του κατά τον υπολογισμό της ογκομετρικής μετατόπισης, σύμφωνα με τον τραπεζοειδή κανόνα, προχωράμε από το γεγονός ότι η ογκομετρική μετατόπιση V αντικαθίσταται από το άθροισμα των όγκων V 1 +V 2 +V 3 +….+ V n-1 +V n στο οποίο διαιρείται το υποβρύχιο τμήμα του σκάφους με επίπεδα σε ίση απόσταση το ένα από το άλλο παράλληλα με το επίπεδο του μέσου πλοίου - το πλαίσιο ή το επίπεδο της υπάρχουσας ίσαλου γραμμής.

Πίνακας 1 - Υπολογισμός εμβαδού με την τραπεζοειδή μέθοδο

Ας εξετάσουμε την περίπτωση όταν ένα πλοίο, με μήκος ίσαλου γραμμής L και βύθισμα Τ, κόβεται σε n διαμερίσματα από επίπεδα παράλληλα προς το επίπεδο πλαισίου του μέσου πλοίου, όπως φαίνεται στο Σχήμα 8 με την απόσταση μεταξύ των διαμερισμάτων.

Εικόνα 8 - Τομή του σκάφους με επίπεδα παράλληλα προς το επίπεδο του πλαισίου του μέσου πλοίου

Έχοντας υποδηλώσει τους όγκους των διαμερισμάτων του πλοίου μεταξύ του μηδενικού και του πρώτου τμήματος μέχρι το V 1, μεταξύ του πρώτου και του δεύτερου έως το V 2 κ.λπ., γράφουμε μια έκφραση για τον όγκο του υποβρύχιου τμήματος του πλοίου

V=V 1 +V 2 +V 3 +…+V n-1 +V n .(30)

Οι όγκοι των επιλεγμένων διαμερισμάτων του σκάφους μπορούν να προσδιοριστούν ως το γινόμενο του μισού αθροίσματος των εμβαδών των πλαισίων και της απόστασης μεταξύ τους DL, μετά την οποία η εξίσωση παίρνει τη μορφή

ή κατ' αναλογία με το προηγούμενο θα έχουμε

όπου F 0 +F 1 +….+F n - το άθροισμα των εμβαδών των πλαισίων.

Τροπολογία;

η έκφραση σε αγκύλες είναι η διορθωμένη ποσότητα.

Για τον προσδιορισμό των περιοχών πλαισίου F i (Εικόνα 9), λόγω της συμμετρίας του δοχείου σε σχέση με το DP, προσδιορίζεται μόνο η μισή επιφάνεια του πλαισίου και στη συνέχεια το αποτέλεσμα διπλασιάζεται. Στην περίπτωση αυτή, το ίζημα Τ χωρίζεται σε m ίσα μέρη και οι τεταγμένες y 0, y 1 ...., y m σύρονται μέσω των σημείων διαίρεσης, οι περιοχές που περιορίζονται από αυτές τις τεταγμένες θα είναι f 1, f 2, .. .., f m. Αποστάσεις μεταξύ τεταγμένων

Εικόνα 9 - Σχέδιο για τον υπολογισμό της επιφάνειας του πλαισίου

Κατ' αναλογία με την προηγούμενη, η εξίσωση για τον προσδιορισμό της περιοχής πλαισίου F i θα έχει τη μορφή

όπου είναι το διπλό διορθωμένο άθροισμα που προκύπτει αθροίζοντας πρώτα τις τεταγμένες κατά μήκος των πλαισίων και μετά τα πλαίσια κατά μήκος του αγγείου.

Η ογκομετρική μετατόπιση μπορεί να ληφθεί με την κοπή του πλοίου με ισαπέχοντα επίπεδα παράλληλα με το κύριο επίπεδο και στη συνέχεια αθροίζοντας τα διαμερίσματα που σχηματίζονται από αυτά τα επίπεδα (Εικόνα 10).

Σε αυτή την περίπτωση, το βύθισμα Τ χωρίζεται σε m ίσα μέρη, με αποτέλεσμα μια σειρά από περιοχές ίσαλου γραμμής S που απέχουν μεταξύ τους.

Εικόνα 10 - Τομή σκάφους με επίπεδα παράλληλα προς το κύριο επίπεδο

Παρόμοια με την προηγούμενη, η έκφραση για τον προσδιορισμό της ογκομετρικής μετατόπισης του δοχείου θα έχει τη μορφή

Η περιοχή καθεμίας από τις υδάτινες γραμμές S 0 , S 1 , .... S m καθορίζεται από την εξάρτηση

όπου είναι το διπλό διορθωμένο άθροισμα που προκύπτει αθροίζοντας πρώτα τις τεταγμένες κατά μήκος των ίσαλων γραμμών και μετά τις ίσαλες γραμμές κατά μήκος του βυθίσματος του σκάφους.

Είναι εύκολο να δούμε ότι το αποτέλεσμα του προσδιορισμού της ογκομετρικής μετατόπισης σε δύο περιπτώσεις θα είναι το ίδιο.

Οι υπολογισμοί της ογκομετρικής μετατόπισης του δοχείου γίνονται πάντα σε μορφή πίνακα (Πίνακας 2).

Σε αυτόν τον πίνακα, από το θεωρητικό σχέδιο του σκάφους, εισάγονται οι τιμές τεταγμένων y για κάθε ίσαλο για κάθε πλαίσιο στη μία πλευρά. Αθροίστε τις τεταγμένες οριζόντια και κάθετα, βρείτε τις διορθώσεις για κάθε άθροισμα ως το άθροισμα των ακραίων τεταγμένων, βρείτε τα διορθωμένα αθροίσματα; κορρ. Σε οριζόντιες γραμμές, υπολογίστε το εμβαδόν κάθε καρέ πολλαπλασιάζοντας την τιμή; isp στο DT (απόσταση μεταξύ ίσαλων γραμμών) και σε κάθετες στήλες να υπολογίσετε την περιοχή κάθε ίσαλου πολλαπλασιάζοντας τις αντίστοιχες τιμές; isp σε DL (απόσταση μεταξύ πλαισίων σχεδίασης).

Στην κάτω δεξιά γωνία του πίνακα, προκύπτει το διορθωμένο άθροισμα των ποσών της στήλης και ταυτόχρονα το διορθωμένο άθροισμα των ποσών της γραμμής CU. Αυτή η τιμή πρέπει να είναι η ίδια τόσο κατακόρυφα όσο και οριζόντια, κάτι που αποτελεί ένα είδος ελέγχου για την ορθότητα του υπολογισμού της ογκομετρικής μετατόπισης.

Πίνακας 2 - Υπολογισμός εμβαδών πλαισίων, υδατογραμμών και μετατόπισης του σκάφους

Υπολογίζοντας την αξία του διπλά διορθωμένου ποσού;; , προσδιορίστε την ογκομετρική μετατόπιση χρησιμοποιώντας τον τύπο

Χρησιμοποιώντας τις τιμές των περιοχών πλαισίου που λαμβάνονται στον πίνακα, συνήθως κατασκευάζεται μια καμπύλη μεταβολών σε αυτές τις περιοχές κατά μήκος του αγγείου. Μια τέτοια καμπύλη ονομάζεται γραμμή κατά μήκος των πλαισίων. Για να γίνει αυτό, το μήκος του δοχείου L σχεδιάζεται σε κάποια κλίμακα, στην οποία απεικονίζεται η θέση όλων των πλαισίων σχεδίασης σε ίση απόσταση από F 0 έως F n. Στις ανακατασκευασμένες τεταγμένες, οι τιμές της βυθισμένης περιοχής των αντίστοιχων πλαισίων F απεικονίζονται στην κατάλληλη κλίμακα Η καμπύλη που συνδέει τα άκρα αυτών των τεταγμένων ονομάζεται γραμμή κατά μήκος των πλαισίων (Εικόνα 11).

Εικόνα 11 - Σχηματισμός κατά μήκος πλαισίων

Αυτό το τρυπάνι έχει τις ακόλουθες ιδιότητες:

1. Η περιοχή του σχήματος, που περιορίζεται από τη γραμμή L, τις εξωτερικές τεταγμένες και τη γραμμή κατά μήκος των πλαισίων, που υπολογίζεται σύμφωνα με τον τραπεζοειδή κανόνα, είναι αριθμητικά ίση με την ογκομετρική μετατόπιση του δοχείου.

2. Abscissa c.t. η περιοχή αυτή εκφράζει την τετμημένη του c.v. αγγείο, δηλ. Χ με

3. Ο συντελεστής πληρότητας του πεδίου μάχης κατά πλαίσια δεν είναι άλλος από τον συντελεστή διαμήκους πληρότητας της ογκομετρικής μετατόπισης του σκάφους

4. Η κατασκευή με πλαίσια δίνει μια σαφή ιδέα για τη φύση της κατανομής της ογκομετρικής μετατόπισης κατά μήκος του σκάφους, η οποία είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε κατά τον υπολογισμό της αντοχής του σκάφους.

Ομοίως, κατασκευάζεται μια καμπύλη μεταβολών σε περιοχές ίσαλου γραμμής ανάλογα με το βύθισμα του σκάφους (Εικόνα 12). Αυτή η καμπύλη ονομάζεται γραμμή ίσαλου. Για να γίνει αυτό, το βύθισμα του σκάφους Τ σχεδιάζεται σε κάποια κλίμακα, στην οποία απεικονίζονται οι θέσεις όλων των ίσων αποστάσεων ίσαλων γραμμών από S 0 έως S m. Σε άλλη κλίμακα, σε κάθε τετμημένη που αποκαθίσταται από την αντίστοιχη ίσαλο γραμμή, αποτυπώνεται η τιμή του εμβαδού της. Η καμπύλη που συνδέει τα άκρα αυτών των τετμημάτων ονομάζεται γραμμή ίσαλου. Έχει τις εξής ιδιότητες:

1. Η περιοχή του σχήματος, που περιορίζεται από τη γραμμή Τ, τα ακραία τετμημένα και τη γραμμή κατά μήκος των υδατογραμμών, που υπολογίζεται σύμφωνα με τον τραπεζοειδή κανόνα, είναι αριθμητικά ίση με την ογκομετρική μετατόπιση του σκάφους.

Εικόνα 12 - Γραμμή μάχης κατά μήκος της ίσαλου γραμμής

2. Η τεταγμένη του κέντρου βάρους της περιοχής είναι ίση με την τεταγμένη του κέντρου μεγέθους του σκάφους Z c.

3. Ο συντελεστής πληρότητας της περιοχής γραμμής κατά μήκος των ίσαλων γραμμών είναι ο συντελεστής κατακόρυφης πληρότητας της μετατόπισης του σκάφους

4. Η καμπύλη δίνει μια οπτική αναπαράσταση της φύσης της κατανομής της ογκομετρικής μετατόπισης στο ύψος του αγγείου, η οποία είναι σημαντικό να γνωρίζουμε για να χαρακτηρίσουμε τα λεία περιγράμματα του αγγείου.

1. Σταθερότητα επιφανειακού πλωτού σώματος

2. Σταθερότητα επιφανειακού πλωτού σώματος

Ένα επιφανειακό σώμα υπό την επίδραση οποιωνδήποτε εξωτερικών δυνάμεων μπορεί να γέρνει προς τη μία ή την άλλη κατεύθυνση. Η ικανότητα ενός σώματος να επιστρέψει στην αρχική του θέση ονομάζεται σταθερότητα.

Ένα πλωτό σώμα ή πλοίο έχει τρία χαρακτηριστικά σημεία: το κέντρο βάρους g, το κέντρο μεγέθους c και το μετακέντρο m. Το κέντρο βάρους g ενός πλοίου ξηρού φορτίου δεν αλλάζει τη θέση του κατά την κύλιση. Όταν το σκάφος γέρνει, το κέντρο μεγέθους κινείται προς την κατεύθυνση της κλίσης, ενώ η γραμμή δράσης της Αρχιμήδειας δύναμης τέμνει τον άξονα πλοήγησης «0 - 0» σε ένα σημείο που ονομάζεται μετακέντρο. Η θέση του μετακέντρου δεν παραμένει σταθερή όταν το πλοίο γέρνει. Ωστόσο, σε γωνίες που δεν υπερβαίνουν το u = 15°, η θέση του μετακέντρου παραμένει σχεδόν αμετάβλητη και γίνεται αποδεκτή ως αμετάβλητη. Στην περίπτωση αυτή, το κέντρο της ποσότητας c κινείται περίπου κατά μήκος ενός κυκλικού τόξου που περιγράφεται από το σημείο m με ακτίνα r και ονομάζεται μετακεντρική ακτίνα. Η σταθερότητα του αγγείου εξαρτάται από τη σχετική θέση των κέντρων c, g, m.

Ας υποθέσουμε ότι έχουμε ένα πλοίο που έχει λάβει μια λίστα υπό γωνία και< 15 о (рисунок 13). Для надводно - плавающих тел Архимедова сила D всегда равна силе веса G. Эти две силы образуют пару сил, стремящуюся вернуть судно в первоначальное (нормальное) положение. Таким образом, рассматриваемый случай является случаем остойчивого положения судна.

Ας απεικονίσουμε τη δεύτερη περίπτωση (Εικόνα 14), όταν το κέντρο βάρους g θα βρίσκεται στον άξονα πλοήγησης πάνω από το κέντρο της τιμής c. Στην περίπτωση αυτή, η προκύπτουσα στιγμή που το πλοίο γέρνει υπό γωνία τείνει να επαναφέρει το πλοίο στην κανονική του θέση, δηλ. και σε αυτή την περίπτωση έχουμε σταθερή θέση του πλοίου.

Εικόνα 13 - Σταθερότητα του σκάφους όταν το κέντρο βάρους είναι κάτω από το κέντρο μεγέθους.

Εικόνα 14 - Σταθερότητα του σκάφους όταν το κέντρο βάρους είναι κάτω από το μετακέντρο, αλλά πάνω από το κέντρο μεγέθους

Ωστόσο, είναι εύκολο να παρατηρήσουμε ότι, υπό ίσες συνθήκες, η σταθερότητα στη δεύτερη περίπτωση είναι μικρότερη από τη σταθερότητα στην πρώτη περίπτωση, καθώς η μόχλευση του ζεύγους δυνάμεων και επομένως η ροπή επαναφοράς στην πρώτη περίπτωση θα είναι μεγαλύτερη.

Και τέλος, εξετάστε την τρίτη περίπτωση, όταν το κέντρο βάρους θα βρίσκεται πάνω από το μετακέντρο m (Εικόνα 15). Το ζεύγος δυνάμεων που προκύπτει τείνει να γέρνει ακόμη περισσότερο το πλοίο. Σε αυτή την περίπτωση, δεν υπάρχουν δυνάμεις ικανές να επαναφέρουν το πλοίο στην κανονική του θέση. Έχουμε περίπτωση ασταθούς θέσης σκάφους. Έχοντας εξετάσει τρεις περιπτώσεις με ένα πλοίο που είχε διαφορετική θέση του κέντρου βάρους, μπορούμε να πούμε ότι όσο υψηλότερο είναι το κέντρο βάρους του πλοίου, τόσο μικρότερη είναι η ευστάθειά του. Κατά συνέπεια, για να αυξηθεί η σταθερότητα των σωμάτων, πρέπει πάντα να προσπαθεί κανείς να χαμηλώνει το κέντρο βάρους τους.

Εικόνα 15 - Σταθερότητα του αγγείου όταν το κέντρο βάρους βρίσκεται πάνω από το μετακέντρο

Η διαφορετική επιρροή ενός ζεύγους δυνάμεων στη σταθερότητα των πλωτών σωμάτων εξαρτάται από τη σχετική θέση του κέντρου βάρους g και του μετακέντρου m. Όταν το μετακέντρο βρίσκεται πάνω από το κέντρο βάρους, το σώμα είναι σταθερό και όταν το μετακέντρο βρίσκεται κάτω από το κέντρο βάρους, δεν είναι σταθερό. Αυτό μπορεί επίσης να χαρακτηριστεί από τον λόγο r και a, όπου a είναι η απόσταση μεταξύ του κέντρου βάρους και του κέντρου μεγέθους. Είναι γενικά αποδεκτό ότι μια θετική τιμή του a αντιστοιχεί στη σχετική θέση των κέντρων c και g, όταν το κέντρο c βρίσκεται στον άξονα κολύμβησης κάτω από το κέντρο g.

Ετσι

όταν r>a - το πλοίο είναι σταθερό (περιπτώσεις 1 και 2),

στο r

Η απόσταση μεταξύ του κέντρου βάρους και του μετακέντρου στον άξονα κολύμβησης θεωρείται το μετακεντρικό ύψος h. Υπάρχει η ακόλουθη σχέση μεταξύ h,r και a

Εάν τώρα στρέψουμε ξανά την προσοχή μας στις περιπτώσεις θέσης πλοίου που εξετάστηκαν παραπάνω, θα παρατηρήσουμε ότι για την πρώτη και τη δεύτερη περίπτωση h>0 και για την τρίτη το μετακεντρικό ύψος h< 0. Следовательно, знак при h характеризует остойчивость судна. Положительное значение метацентрической высоты характеризует остойчивое положение судна, а отрицательное значение метацентрической высоты - неостойчивое.

Και, τέλος, όταν το μετακέντρο m συμπίπτει με το κέντρο βάρους του πλοίου όταν έχει κλίση υπό γωνία και, δηλ. όταν h=0 ή r= a, θα έχουμε την περίπτωση ασταθούς θέσης του σκάφους, αφού στην περίπτωση αυτή οι γραμμές δράσης της Αρχιμήδειας δύναμης D και η δύναμη βαρύτητας του σκάφους G θα συμπίπτουν και, επομένως, δεν μπορεί να σχηματιστεί στιγμή αποκατάστασης. Αυτή η περίπτωση στη θεωρία της κολύμβησης ονομάζεται αδιάφορη κατάσταση.

Κατά τη λειτουργία των πλοίων, μερικές φορές είναι απαραίτητο να μεταβείτε από γραμμική κίνηση σε κίνηση κατά μήκος μιας καμπύλης και αντίστροφα. Αυτό είναι δυνατό με την προϋπόθεση ότι στο πλοίο εφαρμόζονται εξωτερικές δυνάμεις, οι ροπές των οποίων θα αναγκάσουν το πλοίο να αποκλίνει από την αρχική κατεύθυνση κίνησης.

Η ικανότητα ενός πλοίου να αλλάζει κατεύθυνση και να κινείται κατά μήκος μιας καμπύλης διαδρομής ονομάζεται ευκινησία.

Η αλλαγή της πορείας του πλοίου μπορεί να επιτευχθεί με δύο τρόπους - είτε με τη βοήθεια συσκευών πρόωσης, είτε με τη βοήθεια ειδικών μηχανισμών διεύθυνσης. Η πρώτη μέθοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο σε αυτοκινούμενα πλοία με δύο προωθητές. Με τη βοήθεια συσκευών πρόωσης, το πλοίο αλλάζει πορεία εάν οι στάσεις από την πρόωση Τ είναι άνισες σε μέγεθος ή εάν κατευθύνονται σε αντίθετες κατευθύνσεις (Εικόνα 16).

Εικόνα 16 - Ευκινησία σκάφους

Σε αυτή την περίπτωση, δημιουργείται μια ροπή από ένα ζεύγος δυνάμεων, η αριθμητική τιμή των οποίων μπορεί να προσδιοριστεί από τον τύπο:

όπου τα T 1 και T 2 είναι οι στάσεις του αριστερού και του δεξιού κινητού.

l είναι η απόσταση μεταξύ των αξόνων των ελίκων.

Αυτή η στιγμή αναγκάζει το πλοίο να αλλάξει πορεία.

Εάν T 1 = T 2, το πλοίο θα περιστραφεί στη θέση του χωρίς να δέχεται κίνηση προς τα εμπρός. Εάν T 1 >T 2, το σκάφος, εκτός από την περιστροφή υπό την επίδραση της στιγμής, θα έχει και κίνηση προς τα εμπρός, και αν T 1<Т 2 судна, кроме вращения, будет иметь и поступательное движение назад.

Συνήθως, για την περιστροφή του σκάφους χρησιμοποιείται μια διάταξη διεύθυνσης, η οποία είναι, στη γενικότερη περίπτωση, μια κατακόρυφη πλάκα (λεπίδα πηδαλίου) που βρίσκεται στη ροή πίσω από την πρύμνη του σκάφους (Εικόνα 17). Η λεπίδα του πηδαλίου μπορεί να περιστρέφεται γύρω από τον άξονα o. Η πλάκα μαζί με άλλες συσκευές στερέωσης και περιστροφής της ονομάζεται πηδάλιο.

Εικόνα 17 - Δυνάμεις που δρουν στο πλοίο κατά την περιστροφή του πηδαλίου

Εάν το πηδάλιο εκτρέπεται από τη διάμετρο κατά μια γωνία b, τότε σε ταχύτητα σκάφους V, σύμφωνα με τους νόμους της υδρομηχανικής, μια υδροδυναμική δύναμη πίεσης δρα στο πηδάλιο, το μέγεθος της οποίας μπορεί να προσδιοριστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο Jossel

όπου Ra είναι η πίεση του νερού στο πτερύγιο του πηδαλίου.

F είναι η περιοχή του υποβρύχιου τμήματος της λεπίδας του πηδαλίου.

V—ταχύτητα σκάφους.

β - γωνία μετατόπισης της λεπίδας του πηδαλίου (γωνία απόκλισης από τη διάμετρο).

kb - πειραματικός συντελεστής ανάλογα με τη γωνία b, αντιπροσωπεύει την πίεση ανά 1 m 2 της περιοχής του πτερυγίου του πηδαλίου με ταχύτητα πλοίου 1 m/sec.

Η τιμή του k b καθορίζεται από τον εμπειρικό τύπο

Η τιμή του k συνιστάται να είναι 400 n/m 3 για πλοία με μονή βίδα και 225 n/m 3 για πλοία με δύο βίδες. Όταν το πηδάλιο μετατοπίζεται σε γωνία b στο πλοίο, εκτός από τη δύναμη αντίστασης R και το στοπ Τ, που είναι αμοιβαία ισορροπημένα (με ομοιόμορφη κίνηση), ενεργούν και οι ακόλουθες δυνάμεις:

1. Ζεύγος δυνάμεων που σχηματίζει μια ροπή Μ. Η αριθμητική τιμή αυτής της ροπής καθορίζεται από την εξάρτηση

Σε αυτόν τον τύπο, η τιμή είναι πολύ μικρότερη, b είναι το μήκος της λεπίδας του πηδαλίου και l είναι το μήκος του σκάφους, λόγω του οποίου η τιμή αγνοείται. Μετά την αντικατάσταση της τιμής του P a στην εξίσωση (48), είναι σαφές ότι εάν το πλοίο κινείται με σταθερή ταχύτητα, το μέγεθος της στιγμής εξαρτάται από το γινόμενο cosб sinb. Αυτό το προϊόν φτάνει στο μέγιστο σε b = 36 o. Επομένως, δεν υπάρχει λόγος να εκτραπεί η λεπίδα του πηδαλίου κατά περισσότερο από 35-36 o, καθώς η στιγμή περιστροφής του σκάφους δεν αυξάνεται.

2., παρασύροντας το πλοίο στην αντίθετη κατεύθυνση της στροφής του πηδαλίου. Για να το επαληθεύσουμε, ας εφαρμόσουμε δυνάμεις Ra στο σημείο g, κατευθυνόμενες σε αντίθετες κατευθύνσεις. Αυτό δεν θα διαταράξει την ισορροπία του σκάφους. Μία δύναμη Ra που ασκείται στο σημείο g μαζί με τη δύναμη Ra που ασκείται στη λεπίδα του πηδαλίου σχηματίζει ένα ζεύγος δυνάμεων. Ας το αναλύσουμε στα συστατικά του.

Η δύναμη αυξάνει την αντίσταση στην κίνηση του σκάφους λόγω της επίδρασης πέδησης της λεπίδας του πηδαλίου, η οποία βρίσκεται σε μια ορισμένη γωνία ως προς την κατεύθυνση κίνησης. Η δύναμη προκαλεί πλευρική μετατόπιση του σκάφους (drift), η παρουσία της οποίας προκαλεί την εμφάνιση πλευρικής δύναμης οπισθέλκουσας. είναι η δύναμη που προκαλεί ένα πλοίο να αλλάξει την αρχική του πορεία. Το θεωρούμενο περίπλοκο σχήμα αλληλεπίδρασης των δυνάμεων που προκύπτουν σε σχέση με τη μετατόπιση της λεπίδας του πηδαλίου στη γωνία b καθορίζει επίσης μια πολύ περίπλοκη διαδρομή κίνησης του σκάφους. Συνηθίζεται να εξετάζονται τρεις περίοδοι κίνησης του σκάφους.

Η πρώτη είναι ευέλικτη, όταν μετατοπίζεται το πηδάλιο και όταν, υπό την επίδραση δύναμης, το πλοίο υφίσταται πλευρική μετατόπιση.

Το δεύτερο είναι εξελικτικό, το οποίο συνεχίζεται έως ότου το πλοίο αρχίσει να περιστρέφεται ομοιόμορφα γύρω από έναν σταθερό άξονα.

Το τρίτο είναι σταθερό, όταν όλες οι δυνάμεις που δρουν στο πλοίο και οι ροπές τους εξισορροπούνται αμοιβαία και το πλοίο αρχίζει να κινείται κυκλικά.

Η καμπύλη που περιγράφεται από το κέντρο βάρους του πλοίου κατά τη διάρκεια της πλήρους στροφής του ονομάζεται κυκλοφορία του πλοίου (Εικόνα 21) και η διάμετρός του είναι η διάμετρος κυκλοφορίας. Ο χρόνος κατά τον οποίο το πλοίο κάνει μια πλήρη περιστροφή ονομάζεται περίοδος κυκλοφορίας. Όσο μικρότερη είναι η διάμετρος κυκλοφορίας, τόσο καλύτερη είναι η ευκινησία του σκάφους, επομένως, η ευκινησία είναι μια από τις πιο σημαντικές ιδιότητες των σκαφών ράφτινγκ που πρέπει να εργάζονται σε δρόμους ράφτινγκ σε υδάτινες περιοχές που περιορίζονται από πλωτές κατασκευές.

Η διάμετρος κυκλοφορίας μπορεί να προσδιοριστεί από τον τύπο

όπου S είναι η περιοχή της λεπίδας του πηδαλίου, m2.

l,T - μήκος και βύθισμα του σκάφους, m;

OB - περίοδος ελιγμών όταν συμβαίνει πλευρική μετατόπιση, αριθμητικά ίση με k.

π.Χ. είναι μια εξελικτική περίοδος.