Характерные типы диаграмм статической остойчивости

Как было установлено выше, остойчивость судна тем больше, чем больше ординаты диаграммы статической остойчивости и чем дальше отстоят от начала координат углы, определяющие максимум и закат диаграммы. Эти показатели формы диаграммы, прежде всего, определяются шириной судна и высотой водонепроницаемого надводного борта, а также наличием на верхней палубе водонепроницаемых надстроек и открытых отверстий в корпусе (иллюминаторы, люки и т.д.).

1. Влияние ширины судна на форму ДСО можно установить, рассмотрев поперечные сечения двух гладкопалубных (без надстроек) судов Рис.6 , которые отличаются шириной корпуса при одинаковых водоизмещении, осадке, надводном борте и аппликате центра тяжести. На Рис.6 b) показаны ДСО этих судов

a) b)

Рис.3.6

C

Рис. 6

Из Рис.6 видно, что наибольшую метацентрическую высоту имеет широкое судно. Это объясняется увеличением поперечного метацентрического радиуса, который возрастает с увеличением момента инерции Iх площади действующей ватерлинии. Кроме того, увеличение ширины судна приводит к уменьшению угла входа кромки палубы в воду, что вызывает смещение угла заката ДСО в сторону меньших значений. Т.о., увеличение ширины судна влияет на поперечную остойчивость следующим образом: начальный участок ДСО становится более крутым, угол крена, отвечающий максимальному значению плеча остойчивости, уменьшается; угол заката ДСО сдвигается в сторону меньших углов крена.

2. Влияние высоты надводного борта на форму ДСО можно установить, рассмотрев поперечные сечения двух гладкопалубных судов Рис.7.

Изображенные здесь суда имеют одинаковые водоизмещения, осадку, ширину и аппликату центра тяжести, но отличаются высотой надводного борта. Поскольку увеличение высоты борта не изменяет размера площади действующей ватерлинии, момент инерции Iх этой площади также не изменяется. Следовательно, у обоих судов значения поперечного метацентрического радиуса и поперечной метацентрической высоты будут одинаковыми (Рис.7).

a) b)

Л

В

Л

B

2

1 2

G

57,3

h

		C

0

Рис.3. 7

И это равенство будет сохраняться вплоть до входа кромки верхней палубы в воду. Т.о. увеличение высоты борта следующим образом влияет на форму ДСО: начальная поперечная остойчивость судна остается неизменной; ординаты диаграммы (плечи статической остойчивости) получаются большими; угол крена, соответствующий максимальному значению плеча остойчивости, увеличивается; угол заката диаграммы сдвигается в сторону больших углов крена.

Характер влияния закрытых надстроек на остойчивость судна аналогичен влиянию увеличенного надводного борта. Ранний закат диаграммы статической остойчивости у низкобортных судов частично может быть устранен за счет развитых надстроек, расположенных на палубе, до которой обеспечивается герметичность корпуса судна.

При наличии отверстий в борту, верхней палубе или в надстройках, через которые вода может попасть внутрь корпуса, ДСО считаются действительными до угла заливания. При наклонениях, превышающих угол заливания, судно следует считать полностью утратившим остойчивость; ДСО при этом угле обрываются (Рис3.8 )

Рис.3.8

Ниже приведены наиболее характерные типы ДСО современных судов.

h

a) б)

57,3

57,3

в) г)

	h

h

Рис.9

На Рис3.9,а ДСО типична для судов с относительно малой метацентрической высотой (в пределах 0,3-0,5м) и большим надводным бортом. Кривая плеч ДСО этих судов отходит вверх от касательной к начальному участку и имеет точку перегиба (максимум) достаточно далеко удаленную от начала координат. В результате получается т.н. S-образная кривая плеч остойчивости. Такая диаграмма указывает на относительно малую остойчивость на начальных углах крена; однако при больших наклонениях остойчивость судна оказывается достаточной за счет протяженности и площади ДСО.

ДСО Рис3.9,б характеризует суда с умеренными значениями метацентрической высоты ( в пределах 0,5-1,0м). При наличии сравнительно большого надводного борта эти суда обладают достаточной остойчивостью на больших углах крена. Такие ДСО с углом заката в р-не 60-90 град. характерны для многих грузовых и крупных пассажирских судов.

ДСО Рис3.9,в характерна для судна с очень большой метацентрической высотой при малом отношении L/B и недостаточной высотой надводного борта. При малом надводном борте кромка палубы судна начинает входить в воду уже при небольших углах крена и остойчивость судна с этого момента быстро уменьшается. Такое судно с избыточной начальной остойчивостью будет обладать резкой качкой при недостаточной остойчивости на больших углах крена.

ДСО Рис3.9,г относится к судну с отрицательной начальной метацентрической высотой или иначе с отрицательной начальной остойчивостью. Касательная к начальному участку кривой ДСО располагается ниже оси абсцисс, а сама кривая с увеличением углов крена пересекает ось абсцисс и уходит в область положительных значений ординат плеч остойчивости. На диаграмме в промежутке между строго прямым положением судна ( =0) и наклоненным на правый борт ( ) плечи остойчивости имеют отрицательные значения. Начиная с некоторого угла крена , плечи остойчивости становятся положительными, и при дальнейшем увеличении крена диаграмма сначала достигает максимума, а затем и угла заката. В силу симметрии судна относительно диаметральной плоскости при наклонении на левый борт диаграмма имеет такую же форму, как и при наклонении на правый борт, но плечи остойчивости имеют противоположные знаки. В прямом положении ( =0) судно находится в неустойчивом положении, а в наклонном ( ) – в устойчивом. Следовательно, судно с отрицательной начальной остойчивостью не может длительно плавать в прямом положении, т.к. под действием случайных внешних причин стремится занять положение устойчивого равновесия, т.е. накрениться на угол . Учитывая, что ДСО симметрична, приходим к заключению, что судно будет плавать в устойчивом положении равновесия с креном на правый либо на левый борт. Если такое судно плавает с начальным креном на один борт и под действием каких-либо сил перейдет за прямое положение, то оно не вернется к прежнему углу крена О, а будет стремиться к положению устойчивого равновесия, определяемого углом крена О=О на противоположный борт. При движении такого судна наблюдается характерное переваливание с борта на борт. Т.о,.наличие отрицательной остойчивости при малых углах крена (отрицательная метацентрическая высота) еще не может служить основанием для заключения о том, что судно вообще неостойчиво и должно опрокинуться.

Чтобы иметь возможность строить диаграммы статической остойчивости при различных сочетаниях водоизмещения и метацентрической высоты, он пользуется вспомогательными графическими материалами, имеющимися в судовой документации по проекту этого судна, например, пантокаренами, либо универсальной диаграммой статической остойчивости.

Пантокарены.

Пантокарены поставляются на судно проектировщиком в составе информации об остойчивости и прочности для капитана. Пантокарены представляют собой универсальные графики для данного судна, отражающие форму его корпуса в части остойчивости.

Пантокарены (Рис.3.10) изображены в виде серии графиков (при разных углах крена ( θ = 10,20,30,….70˚)) в зависимости от веса судна (или его осадки) некоторой части плеча статической остойчивости, называемой плечом остойчивости формы – l_ф (Р, θ).

Рис.3.10 Пантокарены.

Плечо формы - это расстояние, на которое переместится сила плавучести относительно исходного центра величины C_ο при крене судна (Рис. 7). Понятно, что это смещение центра величины связано только с формой корпуса и не зависит от положения центра тяжести по высоте. Набор значений плеча формы при разных углах крена (при конкретном весе судна Р=Р_i) снимают с графиков пантокарен (Рис.10).

Чтобы определить плечи остойчивости l (θ) и построить диаграмму статической остойчивости в предстоящем рейсе необходимо дополнить плечи формы – плечами веса l_в, которые легко рассчитать (см. Рис.3. 11):

Рис.3. 11. Плечи остойчивости формы и веса

Тогда ординаты будущей ДСО получаются по выражению:

l (θ) = l_ф (Р,θ) – l_в (z_G,θ) (3.5 )

Выполнив вычисления для двух состояний нагрузки (Р_зап. = 100% и 10%), строят на чистом бланке две ДСО, характеризующих остойчивость судна в этом рейсе. Остается выполнить проверку параметров остойчивости на их соответствие национальным или международным нормативам по остойчивости морских судов.

Существует второй способ построения ДСО, использующий универсальную ДСО данного судна (зависит от наличия на судне конкретных вспомогательных материалов).