49. Массовые и объемные характеристики судна.

Массовые характеристики судна

Полную массу судна принято разделять на две части. К первой части относятся массы, которые всегда находятся на судне и составляют массу судна порожнем. В эту часть включают металлический корпус с оборудованием, судовые устройства, системы, главные и вспомогательные механизмы и штатное снабжение. Сюда же относят массы воды, топлива и масла, находящиеся в котлах, механизмах и трубопроводах энергетических установок, подготовленных к запуску, и остатки жидких грузов в цистернах, которые не могут быть откачаны (мертвый запас), а также твердый балласт, если он постоянно находится на судне.

Ко второй части относят переменные грузы, т.е. грузы, массы которых могут быть различными от рейса к рейсу, а также изменяться в течение рейса. В эту часть включают перевозимый груз, запасы топлива, воды, смазочных и других расходных материалов, Команду с багажом, запасы провизии и принимаемый жидкий балласт. Все эти переменные массы составляют дедвейт судна, называемый также полной грузоподъемностью.

Дедвейт судна определяется как разность между водоизмещением судна по установленную для него расчетную грузовую ватерлинию при стандартной плотности воды и водоизмещением судна порожнем. Наряду с дедвейтом или полной грузоподъемностью используется понятие полезной или чистой грузоподъемности, состоящей из массы грузов и пассажиров с багажом, перевозка которых является назначением судна. Чистая грузоподъемность определяется как разность между дедвейтом и массой переменных грузов, расходуемых в течение рейса или принимаемых для обеспечения эксплуатации судна.

Объемные характеристики судна

Рассмотрим объемные характеристики судна, которые в дальнейшем будут использоваться при практических расчетах мореходных качеств.

Грузовместимость судна.

Грузовместимостью называется суммарный объем всех помещений судна, предназначенных для размещения перевозимых грузов. Различают грузовместимость насыпную или зерновую и грузовместимость по генеральному грузу или киповую.

Зерновая вместимость грузового помещения определяется как его теоретический объем (т.е. объем, определенный по теоретическому чертежу) за вычетом объема находящегося в нем набора и других конструкций и систем. Обычно зерновая вместимость составляет 95-96% теоретического объема помещения.

Киповая вместимость меньше зерновой, она получается вычетом из последней объемов между шпангоутами, бимсами, стойками переборок, которые не могут быть использованы для размещения штучных грузов.

Судно характеризуется также удельной грузовместимостью χ, которая представляет отношение грузовместимости помещений для перевозимого груза к чистой грузоподъемности и имеет разную величину в зависимости от назначения судна. У судов для генеральных грузов χ=1,9-2,2 м³/т; у лесовозов χ=2,3-2,7 м³/т; у судов для массовых грузов χ =1,4-1,6 м³/т; у танкеров χ =1,1-1,4 м³/т.

50. Продольная остойчивость. Метацентрические формулы.

Используя полученные выше результаты, сформулируем условия, которые должны выполняться для того, чтобы судно было остойчивым.

Рассмотрим поперечные наклонения и допустим, что судно наклонено на малый угол θ на правый борт (рис.3.3).

Здесь и в дальнейшем условимся изображать судно в прямом положении, а наклонять будем след ватерлинии так, что на рис.3.3 W₀L₀ соответствует ватерли­нии судна в прямом положении, а WL- ватерлинии судна, накрененного на угол θ. Ясно, что вертикальные силы в наклоненном положении будут изображаться наклонными векторами, перпендикулярными уровню воды WL. Если метацентр т располагается ниже ЦТ О (рис.3.3 б)) или совпадает с ним, то образующийся момент будет другого знака или равен нулю. Это позволяет установить следующее условие остойчивости судна: для того, чтобы судно было остойчивым, необходимо, чтобы его поперечный метацентр т располагался выше ЦТ G. Если же метацентр т расположен ниже ЦТ G или совпадает с ним, то судно неостойчиво.

Из того, что поперечный метацентр самый низкий из всех метацентров судна следует, что если судно остойчиво в поперечной плоскости, то оно остойчиво вообще, т.е. остойчиво при наклонениях во всех других плоскостях.

Величина восстанавливающего момента М_а определяется произведением силы веса судна Р на плечо пары GK (рис.3.Зл), которое называется плечом статической остойчивости:M_в=P GK(3.10)

В свою очередь из треугольника mGK для плеча остойчивости найдем: GK= mGsin θ(3.11)

Отрезок mG, равный возвышению поперечного метацентра над ЦТ судна, обозначается h и называется поперечной метацентрической высотой: mG= h(3.12)

Используя это обозначение, для восстанавливающего момента при поперечных наклонениях получим выражение: M_в =Phsin θ (3.13). Заменяя для таких углов sin θ самим θ в радианах, получим: M_в =Ph θ. (3.14)

Эта формула называется метацентрической формулой остойчивости для поперечных наклонений. Она даст зависимость восстанавливающего момента от угла крена в виде линейкой функции и ее применение ограничивается только малыми углами крена. Заметим, что для плавающих тел вращения формула (3.13) справедлива для любых углов крена и любой осадки, т.к. в этом случае I_х и r₀ остаются постоянными при любом угле крена и траектория ЦВ есть окружность. При продольных наклонениях (рис.3.4) аналогично предыдущему для плеча остойчивости найдем: GK=MGsinΨ (3.15)

Отрезок MG, равный возвышению продольного метацентра М над ЦТ судна, обозначается Н и называется продольной метацентрической высотой: MG=H

M_Ψ =PHΨ – метацентрическая формула остойчивости для продольных наклонений, она же справедлива и для малых углов дифферента.