Основи теорії судна. Експлуатаційні, морехідні та маневрені якості

Судна його поздовжня стійкість значно вища за поперечну, тому для безпеки плавання найбільш важливо забезпечити належну поперечну стійкість.

Залежно від величини способу розрізняють стійкість на малих кутах способу ( початкову стійкість) та стійкість на великих кутах способу.

Залежно від характеру діючих сил розрізняють статичну та динамічну стійкість.

Статична стійкість- Розглядається при дії статичних сил, тобто прикладена сила не змінюється за величиною. Динамічна стійкість- розглядається при дії змінних (тобто динамічних) сил, наприклад вітру, хвилювання моря, зрушення вантажу і т.п.

Початкова поперечна стійкість

Початкова поперечна стійкість. Система сил, що діють на судно

При крені стійкість розглядається як початкова при кутах до 10-15 °. У цих межах відновлююче зусилля пропорційно куту крену і може бути визначено за допомогою простих лінійних залежностей.

У цьому робиться припущення, що відхилення від становища рівноваги викликаються зовнішніми силами, які змінюють ні вага судна, ні становище його центру тяжкості (ЦТ). Тоді занурений обсяг не змінюється за величиною, але змінюється формою. Рівнооб'ємним способам відповідають рівнооб'ємні ватерлінії , що відсікають рівні за величиною занурені обсяги корпусу. Лінія перетину площин ватерліній називається віссю способу, яка при рівнооб'ємних способах проходить через центр ваги площі ватерлінії. При поперечних способах вона лежить у діаметральній площині.

Вільні поверхні

Усі розглянуті випадки припускають, що центр тяжкості судна нерухомий, тобто немає вантажів, що переміщуються при нахиленні. Але коли такі вантажі є, їх вплив на стійкість значно більший за інші.

Типовим випадком є рідкі вантажі (паливо, олія, баластова та котельна вода) у цистернах, заповнених частково, тобто мають вільні поверхні. Такі вантажі здатні переливатись при способах. Якщо вантаж повністю заповнює цистерну, він еквівалентний твердому закріпленому вантажу.

Вплив вільної поверхні на стійкість

Якщо рідина заповнює цистерну в повному обсязі, тобто. має вільну поверхню, що займає горизонтальне положення, то при нахиленні судна на кут θ рідина переливається у бік способу. Вільна поверхня прийме такий самий кут щодо КВЛ.

Рівні рідкого вантажу відсікають рівні за величиною обсяги цистерн, тобто. вони подібні до рівнооб'ємних ватерліній. Тому момент, що викликається переливанням рідкого вантажу при крені δm θ, можна уявити аналогічно моменту стійкості форми mф, тільки δm θпротилежно mф за знаком:

δm θ = - γ ж i x θ,

де i x- момент інерції площі вільної поверхні рідкого вантажу щодо поздовжньої осі, що проходить через центр тяжкості цієї площі, γ ж- питома вага рідкого вантажу

Тоді відновлюючий момент за наявності рідкого вантажу з вільною поверхнею:

m θ1 = m θ + δm θ = Phθ − γ ж i x θ = P(h − γ ж i x /γV)θ = Ph 1 θ,

де h- поперечна метацентрична висота без переливання, h 1 = h − γ ж i x /γV- Фактична поперечна метацентрична висота.

Вплив вантажу, що переливається, дає поправку до поперечної метацентричної висоті. δ h = - γ ж i x /γV

Щільності води та рідкого вантажу відносно стабільні, тобто основний вплив на поправку має форма вільної поверхні, точніше її момент інерції. Отже, на поперечну стійкість переважно впливає ширина, але в подовжню довжину вільної поверхні.

Фізичний сенс негативного значення поправки у цьому, що наявність вільних поверхонь завжди зменшуєстійкість. Тому вживаються організаційні та конструктивні заходи для їх зменшення:

Коли до судна прикладається момент, що хрещує m кр, Постійний за величиною, воно отримує позитивне прискорення, з яким починає кренитися. У міру способу зростає відновлюючий момент, але спочатку, до кута θ cт, за якого m кр = m θ, він буде менше хрещеного. Після досягнення кута статичної рівноваги θ cткінетична енергія обертального руху буде максимальною. Тому судно не залишиться в положенні рівноваги, а за рахунок кінетичної енергії буде кренитися далі, але сповільнено, оскільки момент, що відновлює, більше хрещує. Накопичена раніше кінетична енергія погашається надмірною роботою моменту, що відновлює. Як тільки величина цієї роботи буде достатньою для повного погашення кінетичної енергії, кутова швидкість стане рівною нулю і судно перестане кренитися.

Найбільший кут способу, який отримує судно від динамічного моменту, називається динамічним кутом крену θ дін. На відміну від нього кут крену, з яким судно плаватиме під дією того самого моменту (за умовою m кр = m θ), називається статичним кутом крену θ ст.

Якщо звернутися до діаграми статичної стійкості, робота виражається площею під кривою моменту, що відновлює. m в. Відповідно, динамічний кут крену θ дінможна визначити з рівності площ OABі BCD, що відповідають надлишковій роботі відновлювального моменту. Аналітично та ж робота обчислюється як:

на інтервалі від 0 до θ дін.

Досягши динамічного кута крену θ дін, судно не входить у рівновагу, а під впливом надлишкового відновлюючого моменту починає прискорено спрямлятися. За відсутності опору води судно увійшло б у незагасаючі коливання біля положення рівноваги при крені θ ст Морський словник - Рефрижераторне судно Ivory Tirupati початкова стійкість негативна Стійкість здатність плавучого засобу протистояти зовнішнім силам, що викликає його нахил або диферент і повертатися в стан рівноваги по закінченні того, що ... Вікіпедія

Судно, корпус якого під час руху піднімається над водою під дією підйомної сили, створюваної зануреними у воду крилами. Патент на С. на п. к. видано в Росії в 1891, проте застосовуватися ці судна стали з 2-ї половини 20 ст. Велика Радянська Енциклопедія

Машина підвищеної прохідності здатна рухатися як по суші, так і по воді. Автомобіль амфібія має збільшений обсяг герметизованого кузова, який іноді для кращої плавучості доповнюється навісними поплавцями. Пересування по воді. Енциклопедія техніки

- (Малайськ.) Тип парусного судна, поперечна стійкість до рого забезпечується аутригером поплавком, прикріп. до осн. корпусу поперечними балками. Судно подібне до парусного катамарана. У давнину П. служили засобом повідомлення на вах Тихого ... ... Великий енциклопедичний політехнічний словник

амфібія Енциклопедія «Авіація»

амфібія- (Від грец. amphíbios - провідний подвійний спосіб життя) - гідролітак, обладнаний сухопутним шасі і здатний базуватися як на водній поверхні, так і на сухопутних аеродромах. Найбільш поширені А. човни. Зліт з води, … Енциклопедія «Авіація»

Остійністюназивається здатність судна протидіяти силам, що відхиляють його від положення рівноваги, і повертатися до початкового положення рівноваги після припинення дії цих сил.

Отримані умови рівноваги судна є достатніми для того, щоб воно постійно плавало в заданому положенні щодо поверхні води. Потрібно ще, щоб рівновага судна була стійкою. Властивість, що у механіці називається стійкістю рівноваги, теоретично судна прийнято називати стійкістю. Таким чином, плавучість забезпечує умови положення рівноваги судна із заданою посадкою, а стійкість – збереження цього положення.

Остійність судна змінюється із збільшенням кута способу і за деякому його значенні повністю втрачається. Тому доцільним дослідження стійкості судна на малих (теоретично нескінченно малих) відхиленнях від положення рівноваги з Θ = 0, Ψ = 0, а потім вже визначати характеристики його стійкості, їх допустимі межі при великих способах.

Прийнято розрізняти стійкість судна при малих кутах способу (початкову стійкість) і стійкість на великих кутах способу.

При розгляді малих способів є можливість прийняти ряд припущень, що дозволяють вивчити початкову стійкість судна в рамках лінійної теорії та отримати прості математичні залежності її показників. Стійкість судна на великих кутах способу вивчається за уточненою нелінійною теорією. Природно, що властивість стійкості судна єдиний і прийнятий поділ має суто методичний характер.

При вивченні стійкості судна розглядають його способи у двох взаємно перпендикулярних площинах – поперечній та поздовжній. При способах судна в поперечній площині, що визначаються кутами крену, вивчають його поперечну стійкість; при способах у поздовжній площині, що визначаються кутами диферента, вивчають його поздовжню стійкість.

Якщо спосіб судна відбувається без значних кутових прискорень (перекачування рідких вантажів, повільне надходження води у відсік), то стійкість називають статичної.

У ряді випадків сили, що нахиляють судно, діють раптово, викликаючи значні кутові прискорення (шквал вітру, накат хвилі тощо). У таких випадках розглядають динамічнустійкість.

Остійність - дуже важлива морехідна властивість судна; разом із плавучістю воно забезпечує плавання судна в заданому положенні щодо поверхні води, необхідному для забезпечення ходу та маневру. Зменшення стійкості судна може викликати аварійний крен і диферент, а повна втрата стійкості - його перекидання.

Щоб не допустити небезпечного зменшення стійкості судна, всі члени екіпажу зобов'язані:

Завжди мати чітке уявлення про стійкість судна;

Знати причини, що зменшують стійкість;

Знати та вміти застосовувати всі засоби та заходи щодо підтримки та відновлення стійкості.

Знайдемо умову, за дотримання якої судно, що плаває в стані рівноваги без крену і диферента, матиме початкову стійкість. Вважаємо, що вантажі при нахиленні судна не зміщуються і ЦТ судна залишається у точці, що відповідає вихідному положенню.

При способах судна сила тяжкості Р і сили плавучості γV утворюють пару, момент якої певним чином впливає на судно. Характер цього впливу залежить від взаємного розташування ЦТ та метацентру.

Малюнок 3.9 - Перший випадок стійкості судна

Можливі три характерні випадки стану судна для яких вплив на нього моменту сил Р і γV якісно по-різному. Розглянемо їх з прикладу поперечних способів.

1-й випадок(Малюнок 3.9) - метацентр розташовується вище ЦТ, тобто. z m > z g. У разі можливе різне розташування центру величини щодо центру тяжкості.

1) У початковому положенні центр величини (точка С 0), розташовується нижче центру тяжіння (точка G) (рисунок 3.9, а), але при нахиленні центр величини зміщується у бік нахилення настільки сильно, що метацентр (точка m) розташовується вище центру тяжіння судна. Момент сил Р і γV прагне повернути судно у вихідне положення рівноваги, і тому воно стійке. Подібне розташування точок m, G і 0 зустрічається на більшості судів.

2) У початковому положенні центр величини (точка 0), розташовується вище центру тяжкості (точка G) (рисунок 3.9,б). При нахиленні судна момент сил Р і γV, що виникає, випрямляє судно, і тому воно стійке. В даному випадку, незалежно від розмірів усунення центру величини при способі, пара сил завжди прагне випрямити судно. Це тим, що точка G лежить нижче точки З 0 . Таке низьке становище центру тяжкості, що забезпечує безумовну стійкість на судах, важко здійснити конструктивно. Таке розташування центру ваги можна зустріти, зокрема, на вітрильних яхтах.

Малюнок 3.10 - Другий та третій випадок стійкості судна

2-й випадок(Малюнок 3.10,а) - метацентр розташовується нижче ЦТ, тобто. z m< z g . В этом случае при наклонении судна момент сил Р и γV стремится еще больше отклонить судно от исходного положения равновесия, которое, следовательно, является неустойчивым. В этом случае наклонения судно имеет отрицательный восстанавливающий момент, т.е. оно не остойчиво.

3-й випадок(Малюнок 3.10, б) - метацентр збігається з ЦТ, тобто. z m = z g. В цьому випадку при нахилі судна сили Р і γV продовжують діяти по одній вертикалі, момент їх дорівнює нулю - судно і в новому положенні перебуватиме в стані рівноваги. У механіці – це випадок байдужої рівноваги.

З точки зору теорії судна відповідно до визначення стійкості судна судно в 1-му випадку стійке, а в 2 і 3-му - не стійке.

Отже, умовою початкової стійкості судна є розташування метацентру вище за ЦТ. Судно має поперечну стійкість, якщо z m > z g , (3.7)

і поздовжньої стійкістю, якщо z м > z g . (3.8)

Звідси стає зрозумілим фізичне значення метацентру. Ця точка є межею, до якої можна піднімати центр ваги, не позбавляючи судно позитивної початкової стійкості.

Відстань між метацентром і ЦТ судна при Ψ = Θ = 0 називають початковою метацентричною висотоюабо просто метацентричною висотою.Поперечної та поздовжньої площини способу судна відповідають відповідно поперечна h і поздовжня H метацентричні висоти. Очевидно, що

h = z m - z g і H = z м - z g (3.9)

або h = z c + r - z g і H = z c + R - z g (3.10)

h = r - α і H = R - α, 3.11)

де α = z g - z c - Підвищення ЦТ над ЦВ.

Як бачимо h і H розрізняються лише метацентричними радіусами, т.к. є однією і тією ж величиною.

тому H значно більше h.

α = (1 %) R, тому практично вважають, що H = R.

Непотоплюваність судна

Непотоплюваністьназивається здатність судна після затоплення частини приміщень зберігати достатню плавучість та стійкість. Непотоплюваність, на відміну від плавучості та стійкості, не є самостійною морехідною якістю судна. Непотоплюваністю можна назвати властивість судна зберігати свої морехідні якостіпри затопленні частини водонепроникного об'єму корпусу, а теорію непотоплюваності можна характеризувати як теорію плавучості та стійкості пошкодженого судна.

Судно, що має хорошу непотоплюваність, при затопленні одного або декількох відсіків повинно, перш за все, залишатися на плаву і мати достатню стійкість, що не допускає його перекидання. Крім того, судно не повинно втрачати ходкість, яка залежить від осідання, крену та диференту. Збільшення опади, значний крен та диферент підвищують опір води руху судна та погіршують ефективність роботи гвинтів та суднових механізмів. Судно має також зберігати керованість, яка при справному кермовому пристрої залежить від крену та диферента.

Непотоплюваність є одним із елементів живучості судна, оскільки втрата непотоплюваності пов'язана з найважчими наслідками – загибеллю судна та людей, тому її забезпечення є одним із найважливіших завдань, як для суднобудівників, так і для екіпажу. Насправді непотоплюваність забезпечується усім етапах життя судна: суднобудівниками на стадіях проектування, будівництва та ремонту судна; екіпажем у процесі експлуатації непошкодженого судна; екіпажем безпосередньо в аварійній ситуації. З такого підрозділу випливає, що непотоплюваність забезпечується трьома комплексами заходів:

Конструктивними заходами, що проводяться при проектуванні, будівництві та ремонті судна;

Організаційно-технічними заходами, які є запобіжними та проводяться під час експлуатації судна;

Заходами боротьби за непотоплюваність після аварії, спрямованими на боротьбу з надходженням води, відновлення стійкості та спрямування пошкодженого судна.

Конструктивні заходи.Ці заходи здійснюються на стадіях проектування та спорудження судна та зводяться до призначення таких запасів плавучості та стійкості, щоб при затопленні заданої кількості відсіків зміна посадки та стійкості аварійного судна не виходила з мінімально допустимих меж. Найбільш ефективним засобом для використання запасу плавучості при пошкодженні корпусу є поділ судна на відсіки водонепроникними перебірками і палубами. Справді, якщо судно немає внутрішнього підрозділи на відсіки, то за наявності підводної пробоїни корпус заповниться водою і судно зможе використовувати запас плавучості. Розподіл суден на відсіки провадиться відповідно до частини V “Правил класифікації та спорудження морських суден” Морського Регістру Судноплавства. Ватерлінія непошкодженого судна, що застосовується при розподілі на відсіки, положення якої фіксується в судновій документації, називається вантажною ватерлінією поділу на відсіки. Ватерлінія пошкодженого судна після затоплення одного або кількох набряків називається аварійною ватерлінією. Судно втрачає запас плавучості, якщо аварійна ватерлінія збігається з граничною лінією занурення– лінією перетину зовнішньої поверхні настилу палуби перебірок із зовнішньою поверхнею бортової обшивки біля борту. Найбільша довжина частини судна, розташованої нижче граничної лінії занурення є довжиною поділу судна на відсіки. Під палубий перебірокрозуміють найвищу палубу, до якої доводяться поперечні водонепроникні перебирання по всій ширині судна.

Кількість води, що влилася в пошкоджений відсік судна, визначається за допомогою коефіцієнта проникності приміщенняμ – відношення об'єму, який може бути заповнений водою під час затоплення відсіку, до повного теоретичного об'єму приміщення. Регламентуються такі коефіцієнти проникності:

Для приміщень, зайнятих механізмами – 0,85;

Для приміщень зайнятих вантажами чи запасами – 0,6;

Для житлових приміщень та приміщень, зайнятих вантажами, що мають високу проникність (порожні контейнери та ін.) – 0,95;

Для порожніх та баластових цистерн – 0,98.

Важливою характеристикою непотоплюваності судна є гранична довжина затоплення, під якою розуміють найбільшу довжину умовного відсіку після затоплення якого, при коефіцієнті проникності, що дорівнює 0,80, при осаді відповідної вантажної ватерлінії поділу судна на відсіки та за відсутності вихідного диферента, аварійна ватерлінія стосуватиметься граничної лінії занурення.

Важливим конструктивним заходом щодо забезпечення непотоплюваності є створення міцних та водонепроникних закрить (дверей, люків, горловин), встановлених за контуром водонепроникного відсіку, які повинні добре працювати при крені, диференті та морському хвилюванні. Для всіх дверей ковзного та навісного типу у водонепроникних перебираннях повинні бути передбачені індикатори, що знаходяться на ходовому містку та показують їхнє положення. Водонепроникність і міцність судна повинна бути забезпечена не тільки в підводній частині, а й у надводній частині корпусу, оскільки остання визначає запас плавучості, що витрачається при пошкодженні.

Для активної боротьби екіпажу за непотоплюваність на судні також передбачається:

Створення суднових систем (кренова, диферентна, водовідливна, осушувальна, перекачування рідких вантажів, затоплення, спускний і перепускний, баластування);

Постачання аварійним майном та матеріалами.

Такі закриття, системи та механізми повинні мати відповідне маркування, що забезпечує їх правильне використання з максимальною ефективністю. Місця зосередження аварійних засобів називаються аварійними постами. Це можуть бути спеціальні приміщення або комори, ящики та щити на палубі. До таких постів можуть бути виведені пристрої дистанційного запуску суднових систем.

Організаційно-технічні заходи.Організаційно-технічні заходи щодо забезпечення непотоплюваності проводяться екіпажем судна в процесі експлуатації з метою попередження надходження води у відсіки, а також збереження посадки та стійкості судна, що запобігають його затопленню або перекиданню. До таких заходів належать:

Правильна організація та систематична підготовка екіпажу до боротьби за непотоплюваність;

Підтримка всіх технічних засобів боротьби за непотоплюваність, аварійного постачання у стані, що гарантує можливість негайного їх використання;

Систематичне спостереження за станом усіх корпусних конструкцій з метою перевірки їхнього зносу (корозії), заміна окремих елементів конструкцій при поточному або середньому ремонті у разі перевищення встановлених норм зношування;

Планомірне фарбування корпусних конструкцій;

Усунення перекосів і провисання водонепроникних дверей, люків та ілюмінаторів, систематичне їхнє походжання та підтримання всіх пристроїв, що задраюють, у справному стані;

Контроль забортних отворів, особливо під час докування судна;

Суворе дотримання інструкції щодо прийому та витрачання рідких палива;

Розкріплення вантажів по-похідному та запобігання їх переміщенню під час качки (особливо поперек судна);

Компенсація втрат стійкості, спричинених зледенінням судна, шляхом прийому рідкого баласту та проведення заходів щодо видалення льоду (сколювання, змивання гарячою водою);

Боротьба за непотоплюваність.Під боротьбою за непотоплюваність розуміється сукупність дій екіпажу, спрямованих на підтримку та можливе відновлення запасів плавучості та стійкості судна, а також на приведення його в положення, що забезпечує хід та керованість.

Боротьба за непотоплюваність здійснюється негайно після отримання судном ушкодження та складається з боротьби з водою, що надходить, оцінки його стану та заходів щодо відновлення стійкості та спрямлення судна.

Боротьба з водою, що надходитьполягає у виявленні надходження води всередину судна, здійсненні можливих заходів щодо запобігання або обмеження надходження та подальшого поширення забортної води судном, а також її видалення. При цьому вживаються заходи щодо відновлення непроникності бортів, перебірок, платформ, забезпечення герметичності аварійних відсіків. Малі пробоїни, шви, що розійшлися, тріщини закладають дерев'яними клинами і пробками (чопами) (рисунок 3.11). На пробоїни більшого розміру ставлять жорсткий металевий пластир або мат, притиснутий щитком

Малюнок 3.11 - Дерев'яні клини та пробки: Малюнок 3.12 - Притискні болти:

а,б,в - клини; г, д – пробки а – з відкидною скобою; б, в – гачкові.

Для їх кріплення до комплекту аварійного майна входять спеціальні болти та струбцини, розпірні бруси та клини (рисунок 3.12 3.15). Закладення пробоїни описаними способами є тимчасовим заходом. Після відкачування води остаточне відновлення герметичності здійснюється шляхом бетонування пробоїни - встановлення цементного ящика. Успішність загортання пробоїни малого розміру залежить від місця їх розташування (надводні або підводні), від доступності пробоїни зсередини судна, від її форми та розташування країв розірваного металу (всередину корпусу або назовні).

Малюнок 3.13 - Металеві пластирі:

а – клапанний; б - з притискним болтом; 1 – коробчастий корпус; 2 – ребра жорсткості; 3 – гніздо для розсувного упору; 4 – патрубки із заглушками для стрижнів гачкових болтів; 5 – клапан; 6 – рими для кріплення підкільних кінців; 7,8 - притискний болт з відкидною скобою; 9 – гайка з ручками; 10 – притискний диск.

Малюнок 3.14 - Металевий розсувний упор:

1,8 – підп'ятники; 2,3 - гайки з рукоятками; 4 – штир; 5 – зовнішня трубка; 6 – внутрішня трубка; 7 – шарнір

У суміжні з аварійним відсіком приміщення вода може надходити в результаті її фільтрації через різні нещільності (порушення герметичності перебірних сальників трубопроводів, кабелів тощо). У таких випадках герметичність відновлюють конопаткою, клинами або пробками, а самі перебирання підкріплюють аварійними брусами, щоб запобігти їх витріщуванню або руйнуванню.

Малюнок 3.15 - Аварійна струбцина: а – із захватами за шпангоути швелерного типу; б - захоплення для шпангоутів бульбового типу; 1 – струбцина; 2 – притискний гвинт; 3 – рукоятки притискного гвинта; 4 – гайка-повзун; 5 – стопорні гвинти; 6 – болти, що скріплюють дві

планки швелера; 7- захоплення

Малюнок 3.16 – М'які пластирі

а – навчальний; 1 парусину; 2 – прошивка; 3 – ліктрос; 4 – кутові коуші; 5 – кренгельс для контрольного кінця; б - шпигований: 1 - парусинова покришка з двох шарів; 2 – мат шпигований; 3 – прошивка; 4 – коуш кутовий; в – полегшений: 1 – кутовий коуш; 2 – ліктрос; 3 – кишеня для рейки; 4 – рейка розпірна із труби; 5,7 - шари парусини; 6 - повстяна прокладка; г - кальчужний: 1,2 - подвійний шар парусинової подушки; 3 – ліктрос пластиру; 4 – кільце сітки; 5 - шайба парусинова; 6 – ліктрос сітки

М'які пластирі (рисунок 3.16) є основним засобом для тимчасового загортання пробоїн, оскільки можуть щільно прилягати по обводах корпусу судна будь-де.

Література:: с.36-47; : с.37-53, 112-119: : с.42-52; : с. 288-290.

Запитання для самоконтролю:

1. Назвіть основні розміри судна?

2. Дати визначення морських характеристик судна?

3. Запас плавучості судна?

4. Дайте визначення всіх об'ємних експлуатаційних характеристик судна?

5. Намалюйте вантажну марку та розшифруйте літерні позначення біля гребінки?

6. Що називається непотоплюваністю судна?

7. Які організаційно-технічні заходи забезпечують непотоплюваність?

8. Що називається стійкістю судна?

9. Дайте визначення метацентричної висоти?

Рульовий пристрій

Конструкції кермів

Сучасне суднове кермо є вертикальним крилом з внутрішніми підкріплюючими ребрами, що обертається навколо вертикальної осі, площа якого у морських суден становить 1/10 - 1/60, площі зануреної частини ДП (твору довжини судна на його осаду: LT).

На форму керма значний вплив має форма кормового краю судна і розташування гребного гвинта.

За формою профілю пера рулі діляться на плоскі та профільні обтічні. Профільне кермо складається з двох опуклих зовнішніх оболонок, що мають з внутрішньої сторони ребра і вертикальні діафрагми, зварених один з одним і утворюють каркас для підвищення жорсткості, який з обох боків покритий сталевими листами, що приварені до нього.

Профільні керма мають перед пластинчастими ряд переваг:

Більше значення нормальної сили тиску на кермо;

Найменший момент, необхідний для повороту керма.

Крім того, обтічний руль дозволяє поліпшити пропульсивні якості судна. Тому він знайшов найбільше застосування.

Внутрішню порожнину пера руля заповнюють пористим матеріалом, що запобігає попаданню води всередину. Перо керма кріпиться до рудерпису разом із ребрами (рисунок 4.1). Рудерпіс відливають (або відковують) заодно з петлями для навішування керма на рудерпост (виливок іноді замінюють зварною конструкцією), що є невід'ємною частиною ахтерштевня.

Величина площі пера руля залежить від типу судна та його призначення. Для орієнтовної оцінки необхідної площі керма зазвичай використовують відношення S/LT, яке для морських транспортних суден з одним кермом становить 1,8-2,7 для танкерів-1,8-2,2;

для буксирів – 3-6; для суден прибережного плавання – 2,3-3,3.

за способу з'єднанняз корпусом та кількості опорпера пасивні керма поділяють на:

Прості (багатоопорні) (рисунок 4.2, а, 6);

Напівпідвісні (одноопорні - підвішені на балері та оперті на корпус в одній точці) (рисунок 4.2, в);

Підвісні (беззапорні, підвішені на балері) (рисунок 4.2, г).

за положення осібалера щодо пера розрізняють:

Рулі небалансірні (звичайні), у яких вісь балера проходить поблизу передньої кромки пера;

Балансирні, вісь балера у яких розташована на деякій відстані від передньої кромки керма. Напівпідвісні балансирні керма називають також напівбалансирними.

Небалансірні керма встановлюють на одногвинтових суднах, напівбалансірні та балансирні - на всіх суднах. Застосування підвісних (балансирних) кермів дозволяє знизити потужність кермової машини за рахунок зменшення моменту, що крутить, необхідного для перекладки керма.

Малюнок 4.1 - Рульовий пристрій з напівпідвісним балансирним обтічним кермом: 1 - перо керма; 2 – рудерпіс; 3 – нижній опорний підшипник балера; 4 – гельмпортова труба; 5 - верхній опорно-упорний підшипник балера; 6 – рульова машина; 7 - запасний валиковий кермовий привід; 8 – балер; 9 - нижній штир пера керма; 10 - рудерпост

Балер керма- це масивний вал, за допомогою якого повертається перо керма. Нижній кінець балера зазвичай має криволінійну форму і закінчується лапою - фланцем, що служить для з'єднання балера з пером керма болтами, що полегшує знімання керма при ремонті. Іноді замість фланцевого (застосовують або конусне з'єднання. Кріплення пера руля до балера та корпусу на багатьох типах суден має багато спільного і відрізняється незначно.

Балер керма входить у кормовий підзор корпусу через гельмпортову трубу, що забезпечує непроникність корпусу, і має не менше двох опор (підшипників) по висоті. Нижня опора розташовується над гельмпортової труби і, як правило, має сальникове ущільнення, що перешкоджає попаданню води в корпус судна; верхня опора розміщується безпосередньо біля місця закріплення сектора чи румпеля. Зазвичай верхня опора (опорно-упорний підшипник) сприймає масу балера та пера керма, для чого на балері роблять кільцевий виступ.

Крім кермів, на суднах застосовуються пристрої, що підрулюють. За допомогою рушія, що встановлюється в поперечному каналі корпусу судна, вони створюють тягове зусилля в напрямку, перпендикулярному його ДП, забезпечують керованість за відсутності руху судна або при русі його на гранично малих швидкостях, коли звичайні кермові пристрої неефективні. Як рушії використовуються гвинти фіксованого або регульованого кроку, крильчасті рушії або насоси. Підрулюючі пристрої розташовані в носовому або кормовому краю, а на деяких судах встановлюють по два таких пристрої і в носовий і кормовий краях. І тут можливий як розворот судна дома, а й рух його лагом без використання головних рушіїв. Для поліпшення керованості є також поворотні насадки, що закріплюються на балері, і спеціальні балансирні керма.

Пост управління

В склад схеми управліннякермовим пристроєм входять:

Пост керування зі стежить електричною системою;

Електрична передача від поста керування електромотором.

Для дистанційного керування електрогідравлічними кермовими машинами на суднах широко застосовується система управління «Лелека». Спільно з гірокомпасом і рульовою машиною вона забезпечує чотири види управління: «Автомат», «Слідкуючий», «Простий», «Ручний».

Види управління «Автомат», «Слідкуючий» є основними. При несправності цих видів керування рульовою машиною переводять на «Простий». У разі відмови у роботі дистанційної системи електричної передачі переходять на вигляд «Ручний».

Складовими частинами системи «Лелека» є пульт управління (ПУ) – авторулевий «Лелека», виконавчий механізм (ІМ-1) та кермовий датчик (РД).

Основний пост управління знаходиться в рульовій рубці у колійного компаса та репітера гірокомпасу. Штурвал або пульт керування кермом монтують зазвичай на одній колонці з авторульовим агрегатом. Основним елементом електричної передачі є система контролерів, поміщених у штурвальній колонці та пов'язаних електропроводкою з електродвигуном основного приводу в румпельному відділенні.

Рульові машини

Кермові машини. В даний час широко застосовуються кермові машини двох типів - електричні та гідравлічні. Керують роботою рульових машин дистанційно з кермової рубки, використовуючи тросову, валикову, електричну або гідравлічну передачу. На сучасних судах найпоширенішими є дві останні.

Рульові приводи

На суднах морського флоту експлуатуються різноманітні кермові приводи, серед яких переважне поширення набули кермові машини. електричними та гідравлічнимиприводами вітчизняного та зарубіжного виробництва. Вони забезпечують передачу зусиль кермового двигуна до балера.

Серед них широко відомі два основні типи приводів.

Механічний секторно-румпельний привід від електромотора (рисунок 4.3) застосовується на суднах малої та середньої водотоннажності.

У цьому приводі румпель жорстко скріплений із балером керма. Сектор вільно насаджений на балер пов'язаний з румпелем за допомогою пружинного амортизатора, а з рульовим двигуном - зубчастою передачею.

Перекладання керма здійснюється електромотором через сектор та румпель, а динамічні навантаження від ударів хвиль гасяться амортизаторами.

Малюнок 4.3 - Рульовий пристрій із механічним секторно-румпельним приводом

від електромотора:

1 – ручний (аварійний) штурвальний привід; 2 – румпель; 3 – редуктор; 4 – кермовий сектор; 5 електродвигун; 6 - пружина, 7-балер керма; 8- профільне фігурне кермо; 9 - сегмент черв'ячного колеса та гальма; 10 – черв'як.

Схема управління секторно-кермової машиною з електричною передачею наведена на

малюнку 4.4

Малюнок 4.5 - Схема керування кермовим пристроєм з гідравлічним приводом

двоплунжерної кермової машини:

1 - датчик положення керма; 2 – кабельна мережа; 3 - приводний електромотор маслонасосу; 4 – масляний насос; 5 – рульова колонка; 6 - репітер положення керма; 7- приймач телемотора; 8- гідроцилінди рульової машини; 9-балер керма; 10 - маслопровід; 11 - регулювальна тяга зворотного зв'язку системи, що стежить; 12 – датчик телемотора; 13 - маслопровід.

Силовий привід плунжерний від гідроциліндрів застосовують на сучасних судах (рисунок 4.5). До його складу входять два гідроциліндри, маслонасос, телемотор та гідросистема.

Робота пристрою здійснюється в такий спосіб. При обертанні штурвала, розміщеного в рульовій рубці, телединамічний датчик посту керування формує командний сигнал у вигляді тиску масла, яке нагнітається гідросистемою в циліндр телемотора. Під дією цього сигналу телемотор приводить у дію

важільну систему зворотного зв'язку, яка відкриває доступ силової олії в один із гідроциліндрів. При цьому масло під тиском насоса перепускається з одного циліндра в інший, рухаючи поршень і повертаючи румпель, балер та перо керма в потрібну сторону. Після цього регулювальна тяга повертається в нульове положення, а датчик і репітор фіксують нове положення керма.

Щоб тиск масла в гідроциліндрах не підвищувався при ударах об перо керма сильної хвилі або великої крижини, гідросистема забезпечена запобіжними клапанами та амортизаційними пружинами.

У разі виходу з ладу телемотора керування кермової машини можна здійснювати з румпельного відділення вручну.

При виході з ладу обох масляних насосів переходять на ручне перекладання керма, для чого труби гідросистеми безпосередньо з'єднують з гідроциліндрами, створюючи в них тиск обертанням штурвала в посту управління.

Компонування агрегатів двоплунжерної кермової машини з аналогічним принципом дії показано на малюнку 4.6. Ці машини набули найбільшого поширення на сучасних суднах, оскільки вони забезпечують найвищий коефіцієнт корисної дії всього кермового пристрою. У них тиск робочої олії в гідроциліндрах безпосередньо перетворюється спочатку в поступальний рух плунжера, а потім через механічну передачу - обертальний рух балера керма, який жорстко пов'язаний з румпелем. Необхідний тиск масла і потужність кермової машини формуються радіально-поршневими насосами змінної продуктивності, а роздачу його по циліндрах здійснює телемотор, який отримує команду від штурвала з кермової рубки.

Коефіцієнт використання чистої вантажопідйомності судна (формула, її пояснення та межі зміни цього показника).

Постійністю називається здатність судна, відхиленого від положення рівноваги, повертатися до нього після припинення дії сил, що викликали відхилення.

Нахилення судна можуть походити від дії хвиль, що набігають, через несиметричне затоплення відсіків при пробоїні, від переміщення вантажів, тиску вітру, через прийом або витрачання вантажів.

Нахилення судна у поперечній площині називають креном,а в поздовжній - диферентом.Кути, що утворюються при цьому, позначають відповідно θ і ψ

Стійкість, яку судно має при поздовжніх способах, називають поздовжній.Вона, як правило, досить велика, і небезпека перекидання судна через ніс або корму ніколи не виникає.

Стійкість судна при поперечних способах називається поперечної.Вона є найважливішою характеристикою судна, що визначає його морехідні якості.

Розрізняють початкову поперечну стійкість при малих кутах крену (до 10 - 15°) і стійкість при великих способах, оскільки відновлюючий момент при малих і великих кутах крену визначається різними способами.

Початкова стійкість.Якщо судно під дією зовнішнього моменту хрещення М КР(наприклад, тиску вітру) отримає крен на кут θ (кут між вихідною WL 0та чинною WL 1ватерлініями), то, внаслідок зміни форми підводної частини судна, центр величини Зпереміститься в крапку З 1(Рис. 5). Сила підтримки yVбуде додана в точці C 1і спрямована перпендикулярно до діючої ватерлінії WL 1 .Крапка Мзнаходиться на перетині діаметральної площини з лінією дії сил підтримки та називається поперечним метацентром. Сила ваги судна Рзалишається в центрі тяжкості G.Разом із силою yVвона утворює пару сил, яка перешкоджає нахиленню судна моментом, що кренить. М КР. Момент цієї пари сил називається відновлюючим моментомМ Ст.Розмір його залежить від плеча l=GKміж силами ваги та підтримки нахиленого судна: M В = Pl = Ph sin θ, де h- Підвищення точки Мнад ЦТ судна G,зване поперечною метацентричною висотою судна.

Мал. 5. Дія сил при нахилі судна.

З формули видно, що величина моменту, що відновлює, тим більше, чим більше h.Отже, метацентрична висота може бути мірою стійкості даного судна.

Величина hданого судна за певної осідання залежить від положення центру тяжкості судна. Якщо вантажі розташувати те щоб центр тяжкості судна зайняв вищу становище, то метацентрична висота зменшиться, разом із нею - плече статичної стійкості і відновлюючий момент, т. е. стійкість судна знизиться. При зниженні положення центру важкості метацентрична висота збільшиться, стійкість судна підвищиться.

Так як для малих кутів їх синуси приблизно рівні величині кутів, виміряних у радіанах, то можна записати М = Рhθ.

Метацентричну висоту можна визначити з виразу h = r + z c - z g ,де z c- Підвищення ЦВ над ОЛ; r- поперечний метацентричний радіус, т. е. підвищення метацентру над ЦВ; z g- Підвищення ЦТ судна над основною.

На побудованому судні початкову метацентричну висоту визначають дослідним шляхом. кренованням,тобто поперечним способом судна шляхом переміщення вантажу певної ваги, званого крен-баластом.

Стійкість на великих кутах крену. У міру збільшення крену судна відновлюючий момент спочатку зростає, потім зменшується, стає рівним нулю і далі не тільки не перешкоджає способу, а навпаки, сприяє йому (рис. 6).

Мал. 6. Діаграма статичної стійкості.

Так як водотоннажність для даного стану навантаження постійно, то відновлюючий момент змінюється тільки внаслідок зміни плеча поперечної стійкості l ст. За розрахунками поперечної стійкості на великих кутах крену будують діаграму статичної стійкості, являє собою графік, що виражає залежність l ствід кута крену. Діаграму статичної стійкості будують для найхарактерніших і найнебезпечніших випадків навантаження судна.

Користуючись діаграмою, можна визначити кут крену по відомому моменту, що хрячить або, навпаки, по відомому куту крена знайти момент, що хрінить. За діаграмою статичної стійкості можна визначити початкову метацентричну висоту. Для цього від початку координат відкладають радіан, що дорівнює 57,3°, і відновлюють перпендикуляр до перетину з дотичної до кривої плечей стійкості на початку координат. Відрізок між горизонтальною віссю і точкою перетину в масштабі діаграми і дорівнюватиме початковій метацентричній висоті.

При повільному (статичному) дії кренящего моменту стан рівноваги при крені настає, якщо дотримується умова рівності моментів, тобто. М КР = М В(Мал. 7).

Мал. 7. Визначення кута крену від дії статично (а) та динамічно (б) прикладеної сили.

При динамічній дії моменту, що хрещує (порив вітру, ривок буксирного троса на борт) судно, нахиляючись, набуває кутової швидкості. Воно за інерцією пройде положення статичної рівноваги і продовжуватиме кренитися доти, поки робота моменту, що хрещує, не стане рівною роботі відновлюючого.

Величину, кута крену при динамічній дії моменту, що хрещує, можна визначити за діаграмою статичної стійкості. Горизонтальну лінію моменту, що хрещує, продовжують вправо до тих пір, поки площа ОДСЄ(робота моменту, що хрещує) не стане рівною площі фігури ОБІДВІ(Робота відновлюючого моменту). При цьому площа ОАСЕє спільною, тому можна обмежитися порівнянням площ О ТАКі ABC.

Якщо ж площа, обмежена кривою відновлювальних моментів, виявиться недостатньою, то судно перекинеться.

Постійність морських суден повинна відповідати вимогам Регістру, відповідно до яких необхідне виконання умови (так званого критерію погоди): К = M опр хв / М дн max ≥ 1» де M опр хв- мінімальний перекидальний момент (мінімальний динамічно прикладений хрещення момент з урахуванням качки), під дією якого судно ще не втратить стійкість; М дн max- динамічно прикладений момент, що хрещує від тиску вітру при найгіршому щодо стійкості варіанті завантаження.

Відповідно до вимог Регістру максимальне плече діаграми статичної стійкості l maxмає бути не менше 0,25 м для суден довжиною 85 м і не менше 0,20 м для суден більше 105 м при куті нахилу θ більше 30 °. Кут заходу діаграми (кут, при якому крива плечей стійкості перетинає горизонтальну вісь) для всіх суден повинен бути не менше 60 °.

Вплив рідких вантажів на стійкість.Якщо цистерна заповнена недоверху, т. е. у ній є вільна поверхня рідини, то при нахилі рідина переллється у бік крену і центр тяжкості судна зміститься у той самий бік. Це призведе до зменшення плеча стійкості, а отже, до зменшення моменту, що відновлює. При цьому чим ширше цистерна, в якій є вільна поверхня рідини, тим значнішим буде зменшення поперечної стійкості. Для зменшення впливу вільної поверхні доцільно зменшувати ширину цистерн та прагнути до того, щоб під час експлуатації була мінімальна кількість цистерн із вільною поверхнею рідини.

Вплив сипких вантажів на стійкість.При перевезенні сипких вантажів (зерна) спостерігається дещо інша картина. На початку способу вантаж не переміщається. Тільки коли кут крену перевищить кут природного укосу, вантаж починає пересипатися. При цьому вантаж, що пересипався, не повернеться в колишнє положення, а, залишившись біля борту, створить залишковий крен, що при повторних кренних моментах (наприклад, шквалах) може призвести до втрати стійкості і перекидання судна.

Для запобігання пересипанню зерна в трюмах встановлюють підвісні поздовжні напівперебирання - шифтинг-бордсиабо укладають поверх насипаного в трюмі зерна мішки із зерном (міщення вантажу).

Вплив підвішеного вантажу на стійкість.Якщо вантаж знаходиться в трюмі, то при підйомі його, наприклад краном, відбувається ніби миттєве перенесення вантажу в точку підвісу. В результаті ЦТ судна зміститься вертикально вгору, що призведе до зменшення плеча моменту, що відновлює, при отриманні судном крену, тобто до зменшення стійкості. При цьому зменшення стійкості буде тим більше, чим більша маса вантажу та висота його підвісу.

Залежно від площини способу розрізняють поперечну стійкістьпри крені та поздовжню стійкістьпри диференті. Стосовно надводних кораблів (судів), через подовженість форми корпусу судна його поздовжня стійкість значно вища за поперечну, тому для безпеки плавання найбільш важливо забезпечити належну поперечну стійкість.

Залежно від величини способу розрізняють стійкість на малих кутах способу ( початкову стійкість) та стійкість на великих кутах способу.

Залежно від характеру діючих сил розрізняють статичну та динамічну стійкість.

Статична стійкість- Розглядається при дії статичних сил, тобто прикладена сила не змінюється за величиною. Динамічна стійкість- розглядається при дії змінних (тобто динамічних) сил, наприклад, вітру, хвилювання моря, зрушення вантажу тощо.

Початкова поперечна стійкість

Вільні поверхні

Вплив вільної поверхні на стійкість

Якщо рідина заповнює цистерну не повністю, тобто має вільну поверхню, що завжди займає горизонтальне положення, то при нахиленні судна на кут θ рідина переливається у бік способу. Вільна поверхня прийме такий самий кут щодо КВЛ.

Рівні рідкого вантажу відсікають рівні за величиною об'єми цистерн, тобто вони подібні до рівнооб'ємних ватерліній. Тому момент, що викликається переливанням рідкого вантажу при крені δm θ, можна уявити аналогічно моменту стійкості форми mф, тільки δm θпротилежно mф за знаком:

δm θ = − γ ж i x θ,

Тоді відновлюючий момент за наявності рідкого вантажу з вільною поверхнею:

m θ1 = m θ + δm θ = Phθ − γ ж i x θ = P(h − γ ж i x /γV)θ = Ph 1 θ,

Вплив вантажу, що переливається, дає поправку до поперечної метацентричної висоті. δ h = − γ ж i x /γV

Динамічна стійкість судна

На відміну від статичного, динамічний вплив сил та моментів повідомляє судну значні кутові швидкості та прискорення. Тому їх вплив у енергіях , точніше як роботи сил і моментів, а чи не в самих зусиллях. При цьому використовується теорема кінетичної енергії, згідно з якою збільшення кінетичної енергії способу судна дорівнює роботі діючих на нього сил.

Коли до судна прикладається момент, що хрещує m кр, Постійний за величиною, воно отримує позитивне прискорення, з яким починає кренитися. У міру способу зростає відновлюючий момент, але спочатку, до кута θ ст, за якого m кр = m θ, він буде менше хрещеного. Після досягнення кута статичної рівноваги θ сткінетична енергія обертального руху буде максимальною. Тому судно не залишиться в положенні рівноваги, а за рахунок кінетичної енергії буде кренитися далі, але сповільнено, оскільки момент, що відновлює, більше хрещує. Накопичена раніше кінетична енергія погашається надмірною роботою моменту, що відновлює. Як тільки величина цієї роботи буде достатньою для повного погашення кінетичної енергії, кутова швидкість стане рівною нулю і судно перестане кренитися.

на інтервалі від 0 до θ дін.

Судна, здатність судна протистояти зовнішнім силам, що викликає його Крен або диферент, і повертатися до початкового положення рівноваги після припинення їх дії; одна з найважливіших морехідних якостей судна. О. при крені… … Велика Радянська Енциклопедія

Якість корабля перебувати у рівновазі у прямому становищі і, будучи з нього виведеною дією якоїсь сили, знову до нього повертатися після припинення її дії. Ця якість одна з найважливіших для безпеки плавання; було багато… … Енциклопедичний словник Ф.А. Брокгауза та І.А. Єфрона

Ж. Здатність судна плавати у прямому положенні та випрямлятися після способу. Тлумачний словник Єфремової. Т. Ф. Єфремова. 2000 … Сучасний тлумачний словник Єфремової

, , , , , , , , , , , , .

Основною характеристикою стійкості є відновлюючий момент, який повинен бути достатнім для того, щоб судно протистояло статичній або динамічній (раптовій) дії моментів, що кренять і диференціюють, що виникають від зміщення вантажів, під впливом вітру, хвилювання і з інших причин.

Кренящий (дифферентуючий) і відновлюючий моменти діють у протилежних напрямах і за рівноважному становищі судна рівні.

Розрізняють поперечну стійкість, відповідну способу судна в поперечній площині (крен судна), та поздовжню стійкість(Диферент судна).

Поздовжня стійкість морських суден свідомо забезпечена і її порушення практично неможливе, тоді як розміщення та переміщення вантажів призводить до змін поперечної стійкості.

При нахиленні судна його центр величини (ЦВ) переміщатиметься деякою кривою, яка називається траєкторією ЦВ. При малому способі судна (не більше 12°) допускають, що траєкторія ЦВ збігається з плоскою кривою, яку можна вважати дугою радіуса r з центром у точці m.

Радіус r називають поперечним метацентричним радіусом судна, а його центр m - початковим метацентром судна.

Метацентр - центр кривизни траєкторії, якою переміщається центр величини З процесі нахилення судна. Якщо спосіб відбувається в поперечній площині (крен), метацентр називають поперечним, або малим, при нахиленні в поздовжній площині (диферент) - поздовжнім, або великим.

Відповідно розрізняють поперечний (малий) r і поздовжній (великий) R метацентричні радіуси, що представляють радіуси кривизни траєкторії при крені і диференті.

Відстань між початковим метацентром т і центром тяжкості судна G називають початковою метацентричною висотою(або просто метацентричною висотою) і позначають літерою h. Початкова метацентрична висота є вимірником стійкості судна.

h = zc + r – zg; h = zm ~ zc; h = r - a,

де а - підвищення центру тяжкості (ЦТ) над ЦВ.

Метацентрична висота (м.в.) – відстань між метацентром та центром тяжкості судна. М.В. є мірою початкової стійкості судна, що визначає відновлювальні моменти при малих кутах крену або диферента.
У разі зростання м.в. стійкість судна підвищується. Для позитивної стійкості судна необхідно, щоб метацентр знаходився вище ЦТ судна. Якщо м.в. негативна, тобто. метацентр розташовується нижче ЦТ судна, сили, що діють на судно, утворюють не відновлюючий, а момент, що кренить, і судно плаває з початковим креном (негативна стійкість), що не допускається.

OG – підвищення центру тяжіння над кілем; OM – підвищення метацентру над кілем;

GM – метацентрична висота; CM – метацентричний радіус;

m – метацентр; G – центр тяжкості; С – центр величини

Можливі три випадки розташування метацентру m щодо центру тяжкості судна G:

метацентр m розташований вище за ЦТ судна G (h > 0). При малому способі сили тяжкості і сили плавучості створюють пару сил, момент якої прагне повернути судно в початкове рівноважне положення;

ЦТ судна G розташований вище за метацентр m (h< 0). В этом случае момент пары сил веса и плавучести будет стремиться увеличить крен судна, что ведет к его опрокидыванию;

ЦТ судна G та метацентр m збігаються (h = 0). Судно поводитиметься нестійко, оскільки відсутнє плече пари сил.

Фізичний зміст метацентру у тому, що це точка служить межею, до якого можна піднімати центр тяжкості судна, не позбавляючи судно позитивної початкової стійкості.