Благовещенский С.Н., Холодилин А.Н. Справочник по статике и динамике корабля. Статика корабля. Том 1

Подождите немного. Документ загружается.

Здесь Хс$ — абсцисса центра величины, определяемая для ватерлинии WL^ по мас-

штабу Бонжана (§ 12); х

св

— абсцисса центра величины, определяемая для того же

водоизмещения по гидростатическим кривым.

Если для данного судна строится диаграмма Фирсова, полезно дополнить ее

кривыми

равного возвышения метацентра z

$, предложенными А. А. Гундобиным

(рис.

2.8)

Способ построения этих кривых вполне

аналогичен способу построения кривых по-

стоянного водоизмещения (§ 13). Для упро-

щения

расчета статических моментов М

ху

и моментов инерции 1

^ рекомен-

дуется

дополнить масштаб Бонжана кривыми

си -я- у

, построенными в функции от

углубления данного шпангоута. Пример по-

строения дополненного масштаба Бонжана

приведен на рис. 2.9. Пример построения

метацентрической диаграммы при разных

дифферентах показан на рис. 2.10.

§ 34. ОПЫТ КРЕНОВАНИЯ

Опыт кренования производится в целях

проверки расчетов нагрузки и остойчивости

судна путем экспериментального определения

его водоизмещения и положения его центра

тяжести.

Определение положения центра тяже-

сти судна опытным путем производится на

основании

зависимости

между

величинами кренящего момента, создаваемого

переносимым горизонтально поперек судна грузом, и вызываемого этим моментом

угла

крена

Ж- ^

(2.91)

Если путем замера (взвешивания) определены вес

груза

р, плечо переноса I

крен 9, то метацентрическая высота h может быть вычислена по формуле

'Л

<^>

Рис.

2.10.

Возвышение центра тяжести судна над основной плоскостью

й=

с+ (

— Л) "сов tjj,.

(2.92)

(2.93)

где величины г

и г в

случае

отсутствия или малости дифферента (ф ^

0,005)

опре-

деляются по кривым элементов теоретического чертежа или по метацентрической

диаграмме, исходя из водоизмещения D. При наличии дифферента эти веллчины дол-

жны определяться специальным расчетом (§ 33). Водоизмещение D, с включением

веса переносимого

груза

(называемого также крен-балластом) определяется по мас-

штабу Бонжана на основании замера осадок судна носом и кормой по маркам

углуб-

ления

и по надводному

борту.

При этом определяется и абсцисса центра величины х

Объемный вес у забортной воды рекомендуется определять с помощью ареометра.

Абсцисса центра тяжести судна

— y(zg — z

(2.94)

Измерение

углов

крена обычно производится с помощью веское, инклиногра-

фов

либо

других

подходящих приборов или приспособлений. В

случае

применения

весков количество их должно быть не менее

трех.

Для увеличения точности отсчетов

длина Я весков от точки подвеса до той грани рейки, по которой производятся изме-

рения,

должна быть возможно большей — на больших

судах

4—6 м. Для гашения

колебаний

веска к нему прикрепляется крылатка, опущенная в бачок с густым ма-

шинным

маслом или мазутом.

Угол

крена находится по выражению

e~e

= -^,

(2.95)

где X — длина веска,

Ъ — перемещение нити его по рейке. Наибольший крен судна

во время опыта не должен превосходить

4°.

Требуемое количество переносимого груза для производства опыта определяется

формулой

(2.96)

где величины D

и h

определяются по данным предшествующих теоретических рас-

четов,

а 9

есть наибольший ожидаемый крен.

Метацентрическая

высота судна во время опыта должна быть не менее 0,25 м.

Если

судно имеет меньшую метацентрическую высоту, она должна быть повышена

до указанной величины путем приема специального балласта в низко расположенные

помещения

судна.

В качестве крен-балласта

могут

быть использованы специально изготовленные

чугунные чушки, крен-контейнеры, броневые плиты и др. В отдельных случаях при

измерении

углов

крена инклинографами

качестве крен-балласта

могут

служить

также люди, переходящие

одного борта на другой.

Для производства опыта переносимый

груз

разбивают на четыре или шесть при-

близительно равных по весу групп, после чего каждую группу взвешивают на ве-

сах и маркируют. Все группы размещают на палубе в широкой части судна в местах,

допускающих удобный перенос груза, по две (или три) группы на каждом борту.

При

этом намечается

обводится мелом место для укладки крен-балласта либо

для каждой группы на обоих бортах устраиваются специальные стеллажи со спин-

ками

замеряются плечи переноса.

Первый

отсчет по вескам производят при равномерном расположении груза

на

обоих бортах, после чего груз.переносят по одной группе сначала на один борт,

потом

на другой и, наконец, в исходное положение, и после каждого переноса произ-

водят отсчет по вескам. Полное количество отсчетов по каждому веску получается

при

четырех группах груза равным девяти, при шести—тринадцати, соответственно

числу положений груза. Вычисление кренящего момента производят по табл. 2.1.

Запись

отсчетов и обработку по каждому веску производят по табл. 2.2. Здесь

предусматривается, что вследствие незаметных на глаз колебаний судна весок во

время

отсчета не перестает качаться, и наблюдатель записывает четное число (в таб-

лице

— 10) текущих положений веска при наибольших отклонениях его как

Ту,

так

другую

сторону. Отсчет.по веску при данном положении переносимого груза

определяется как среднее арифметическое текущих отсчетов.

Средние

значения

углов

крена по показаниям всех трех-весков вычисляются

табл. 2.3

2.4.

Наиболее

вероятное значение метацентрической высоты во "время опыта опре-

деляется из условия минимума суммы квадратов ошибок отдельного наблюдения

(минимума

дисперсии ошибки). Соответствующие вычисления проводятся

табл. 2.5. В столбце V таблицы вследствие нелинейности начального участка диа-

граммы остойчивости записывают поправку Ah на неточность метацентрической фор-

мулы. Величина этой поправки может быть определена по приближенной формуле

ДЛ

= — 4" 'о tg

(2.97)

более точно по формуле

6°

Ah=~~(r

-r

) (-g-) ,

(2.98)

где

— метацентрические радиусы

прямом положении и при пяти

градусах

крена,

6° —

угол

крена судна

градусах

во время опыта кренования.

Таблица 2.1

Вычисление кренящего момента

Положение

Вес переносимой

группы

р^

Ръ

Рз

Плечо

переноса

(

-к

~к

•

-к •

-и

+и

1з

Момент переноса

' +Рхк

+РА

—РА

—Pik

—рз1з

—PiU

+PiU

+рз1з

Суммарный

кренящий момент

М-

+Pik

+Pik+PA

+Pik

—Рзк

—P3h—Pik

—рзк

Таблица 2.2

Отсчеты

по веснам, мм

Отклонения веска

Вправо

Влево

Вправо

Влево

Вправо

Влево

Вправо

Влево

Вправо

Влево

Сумма 2

Среднее значение отсче-

та, мм

Положение переносимого

груза

Тек

ущие

отсче

ты

Таблица

2.3

Углы

крена

по

отдельному веску

Весок

№ . . .,

длина веска

К = . . . мм.

Средний

отсчет

при

прямом положении судна

ал —-г-(<*о

+ а« +

мм

№ отсчета

Отсчеты

по

веску <х

(

мм

«0

«1

«2

«3

а»

«в

«7

«в

Отклонение веска

при

крене

(

- — а„,

мм

—

— а

—

—а

а„

— а

а,

—а

—

Угол

крена

е,

—

в.

—

Вычисление средних углов крена

Таблица

2.4

№

отсчета

Крен

по

показаниям веское

«;

III

в!

в;

вГ

Среднее значение крена

•'в-4-

(H + III + IV)

Таблица 2.5

Вычисление метацентрической высоты

наблю-

дений

Суммы

Кренящий

момент

М^, тем

Угол

крена

(

рад

J1I

Мета-

центри-

ческая

высота

Поправка

на нели-

нейность

ЛА

Мет ацен-

трическая

высота

по

отдель-

ным

наблю-

дениям

(

..=IV+V

Ошибка

отдель-

ного

наблюде-

ния

*i=

VII

(VII)'

VIII

Если поправка ДЛ на нелинейность начального участка диаграммы статической

остойчивости не превышает

0,005

м, то ее можно не принимать во внимание и диа-

грамму остойчивости считать в начальном участке линейной.

В этом случае целесообразно применить для обработки результатов опыта не-

сколько видоизмененную

схему

расчета, приняв за

угол

крена не отклонения судна

от прямого положения, как в описанной выше схеме, а изменение крена судна при

каждом перемещении груза.

В этой схеме в качестве кренящего момента принимается момент переноса

УИ

,• =

•=

Pili,

и таблица для расчета приращений

угла

крена принимает вид табл. 2.6.

Расчет метацентрической высоты производится, как указано в табл. 2.5, но коли-

чество значений метацентрической высоты по отдельным наблюдениям возрастает

до восьми. Это

дает

преимущество по сравнению со схемой табл. 2.5 и, кроме того,

исключает систематическую ошибку, возможную в схеме табл. 2.5 нри неточном от-

счете для- прямого положения. Схема обработки результатов опыта по табл. 2.6

рекомендуется также Регистром

СССР.

Таблица 2.6

Приращение

углов

крена

№ наблюдений

Весок

№...

Отсчеты

по

веску

«1

а»

<*.

а»

Приращение отклонения

веска

Oi—«0

«S—?!

<Х

—OJJ

—а

—а„

—а.

—а

*,=..

. .

Приращение

угла

крена

е-

Метацентрическая высота по данным опыта (см. табл. 2.5)

Ло

±2"'=4-£б.

(2.99)

где п — количество значений метацентрической высоты по отдельным наблюдениям.

Квадратичная ошибка

S-

100

Вероятная относительная погрешность определения среднего значения мета-

центрической высоты по способу наименьших квадратов

(2.101)

"о Уп

где t

имеет следующие значения:

п 8 9 10 И 12 13 14 15 16

5,4 5,0 4,8 4,6 4,5 4,3 4,2 4,1 4,0

Погрешность fi

учитывает случайные ошибки определения кренящих моментов,

измерений

плеч переноса крен-балласта при отдельных его положениях,

углов

крена

при

отдельных наблюдениях, влияние дополнительных неучитываемых кренящих

моментов от колебаний скорости ветра и т. п., но не учитывает погрешности опреде-

ления

веса судна во время опыта.

Средняя

квадратичная погрешность определения водоизмещения может быть

оценена

по формуле

где 5 — площадь действующей ватерлинии во время опыте; ЛГ — возможная

ошибка

измерения осадки судна, оцениваемая по условиям проведения измерений.

Если

о меньше 0,4%, она должна приниматься равной 0,4%. Суммарная квад-

ратичная погрешность опыта

= +У 6* + 6Ь.

(2.103)

Абсолютная погрешность опыта

АЛ = H=6

Расчетное значение метацентрической высоты в условиях проведения опыта

определяется по формуле

=Л

+ДЛ

(2.104)

где А/1

— поправка на влияние свободных поверхностей жидких грузов, наличие

которых допускается на

судне

во время проведения опыта,

(2.105)

Регистр

СССР

признает кренование качественным в

следующих

случаях:

1. Если для каждого отдельного наблюдения удовлетворяется условие

Наблюдения, не удовлетворяющие этому условию, исключаются из обработки с со-

ответствующим уменьшением общего числа наблюдений п и повторным вычислением

метацентрической высоты ft

2. Если вероятная относительна^ ошибка среднего значения метацентрической

высоты удовлетворяет условию

0,02(1

"о

при

6„ г£ 0,04 при h

> 2 м.

3. Если при наихудшем по величине /

шах

расчетном

случае

нагрузки удовлетво-

ряется условие

-77"< 0,04 м или 10% от /

шах

смотря по

тому,

что больше,

где D

— водоизмещение судна при креновании; D — водоизмещение судна при рас-

считываемом

случае

нагрузки; /

гаах

— максимальная ордината диаграммы статичес-

кой

остойчивости.

4. Если количество исключенных из обработки наблюдений не превышает од-

ного или в обоснованном

случае

двух.

При

несоблюдении указанных требований, предъявляемых к качеству опыта,

допускается по согласованию с Регистром

СССР

принимать в расчет полученную

метацентрическую высоту за вычетом из нее вероятной абсолютной ошибки опыта

+ Ah

— \6

Во время кренования полезно строить вспомогательный график для осущест-

вления

оперативного контроля за

ходом

опыта. По оси ординат графика отклады-

ваются суммарные величины кренящего момента от переноса грузов (см. табл.*2.Ц),

по

оси абсцисс — соответствующие

углы

крена, замеренные по каждому веску (см.

табл. 2.4). Нанесенные указанным образом точки должны лежать приблизительно

на

одной прямой. Если при каком-либо отсчете* точка существенно отклоняется

от прямой,

следует

постараться выяснить причину несовпадения и обязательно про-

извести дополнительный (сверх первоначально предусмотренных) перенос

крен-

балласта. • ' _ '

Точнее при вычислении данных табл. 2.5 промахом, т. е. явно недоброкаче-

ственным наблюдением, может считаться лишь такое, для которого

где значение t^n) зависит от общего числа наблюдений л (табл. 2.7).

Таблица

2.7

Зависимость t

(n) от общего числа наблюдений п

Показатели

h («)

Число

наблюдений л

1.8

1,9

2.0

2,1

2,2

2,3

Одно явно — недоброкачественное наблюдение должно быть исключено из обра-

ботки,

и табл. 2!5; должна быть пересчитана заново. Если после пересчета обнару-

жится еще одно недоброкачественное наблюдение или первоначально их окажется

два, то весь опыт кренования должен рассматриваться как недоброкачественный

должен быть повторен заново.

4 С. Н. Благовещенский, А. Н. Холодилин

В особых случаях кренование может производиться с помощью жидкого бал*

ласта, т. е. путем перекачки принятой в бортовые цистерны и отсеки воды. В случав

кренования

жидким юрён-балластом самое тщательное внимание должно быть об-

ращено

на точное определение веса и положения центра тяжести принятого крен-

балласта. Вес его может быть определен и путем вычисления, но при этом необходимо,

чтобы правильно и достаточно точно были определены объемы и центры тяжести объе-

мов

цистерн и отсеков, используемых для крен-балласта. Достаточно точно так же

должен быть учтен коэффициент заполнения этих цистерн и отсеков. Уровни в них

после каждой операции перекачки должны быть тщательно замерены. Влияние

свободного уровня крен-балласта на остойчивость должно быть пренебрежимо

малым.

Остатки крен-балласта, не поддающиеся перекачке, должны тщательно учиты-

ваться после каждой операции по перекачке. Ошибка в определении кренящего момен-

та, создаваемого при каждой операции по перекачке, не должна превосходить 0,2%

от его величины. Соответствие используемых для крен-балласта цистерн и отсеков

их чертежам должно быть проверено на месте. Перемещение центра тяжести крен-

балласта при каждой операции по его перекачке должно быть достаточно близким

поперечно-горизонтальному. Должны быть полностью исключены все возможности

каких-либо изменений в количестве крен-балласта как во время нахождения его

на

судне, так и во время перекачки. Наличие крен-балласта должно быть тщательно

проверено

перед самым началом кренования и непосредственно после его окончания.

После

окончания кренования крен-балласт должен занимать свое исходное поло-

жение.

Выполнение

перечисленных требований весьма трудоемко. Поэтому желательно

избегать кренования с помощью жидкого балласта. Для кренования крупных судов

могут

использоваться специально изготовленные крен-контейнеры большого веса,

перемещаемые краном. •

Если

углы

крена судна измеряются инклинографами, количество их на судне

должно быть не менее

двух.

Они .должны устанавливаться в разных помещениях,

не

далее четверти длины судна от миделя. Подготовка приборов к опыту должна

производиться

в соответствии с инструкцией для пользования прибором. Должны

иметься тарировочные свидетельства.,

Наличие инклинографов позволяет применить в качестве крен-балласта вес

людей. В этом случае все люди, находящиеся на судне, должны быть взвешены и обя-

зательно быть на верхней палубе и участвовать в переходах с борта на борт. Не

принимающие

участие в переходах люди должны быть удалены с судна. Допускается

лишь

по одному вахтенному в машинном отделении и у котлов, если за ними тре-

буется наблюдение. В момент отсчета вахтенные должны находиться в диаметраль-

ной

плоскости судна.

Метацентрическая

высота в условиях опыта определяется выражением

А = 57,3-^., •

(2.106)

где р — вес кренящего груза (людей), Н; Ъ — плечо перехода людей, м; D — вес

судна, Н; 0 — приращение

угла

крена в

градусах

при переходах людей, определяе-

мое как среднее арифметическое всех приращений, записанных приборами на инкли-

нограммах.

Опыт производится в следующем порядке. Все люди, участвующие в переходах,

'выстраиваются вдоль намеченной на палубе параллельно диаметральной плоскости

линии

по правому борту к нему спиной. После этого производится запись на ленте '•

малых колебаний судна в виде зигзагообразной линии. По этой записи проводится

средняя

линия. Затем по команде люди возможно быстрее переходят на левый борт,

выстраиваются вдоль намеченной линии левого борта лицом к нему.и производится

следующая запись. Расстояние между этими линиями равно плечу переноса и из-

меряется стальной рулеткой. Затем по истечении

1—1,5,

мин все снова переходят

на

правый борт, поворачиваются спиной, к борту, и производится следующая за-

пись.

Всего должно быть записано 10—12 наклонений. Все записи должны иметь

зигзагообразный характер, а средние линии их на ленте должны быть прямолинейны

взаимно параллельны. Если этого нет, то измерение неудовлетворительно, и сле-

98 .

дует

выяснить,

что

мешает

судну

свободно качаться. Расстояние

между

двумя

по-

следовательными • средними линиями, умноженное

на

постоянную прибора, опреде-

ляет вызванное переходом людей приращение

угла

крена

градусах.

Вероятная

случайная относительная погрешность опыта принимается равной относительной

случайной погрешности определения среднего значения приращений

угла

крена.

Если кренящий м'омент создается специальным крен-балластом,

то

порядок

про-

ведения опыта отличается

от

описанного выше

применением веское лишь

тем, что

вместо весков

служат

инклинографы.

Большое внимание должно быть обращено

на

измерение осадки судна

во

время

опыта. Целесообразно производить замер осадки дважды: перед началом опыта

сразу

по его

окончании. Измерять осадку

следует

со

шлюпки

или с

плота

по

маркам

углубления

каждого борта. Кроме того, полезно произвести контрольные замеры

высоты надводного борта

сопоставить

их с

замерами осадок.

Для

облегчения

за-

мера осадок

при

наличии небольшого волнения полезно применить открытую

обоих

концов

стеклянную

трубку,

один конец которой погрузить

воду

на

некоторую

глубину.

Необходимо иметь

виду,

что у

некоторых

судов

возможен изгиб корпуса,

ко-

торый должен быть

учтен

при

обработке результатов опыта

Пусть

процессе опыта путем замера осадок

оконечностях

и в

средней части

судна

или

каким-либо иным способом замерена стрелка прогиба

принимаемая

8а максимальную. Ординаты

упругой

линии

могут

быть приняты изменяющимися

ко

длине судна

по

параболическому закону

)

(2Л07)

Руководствуясь формулой (2.107),

следует

нанести

на

масштаб Бонжана

и на

теоретический корпус положение действующей ватерлинии, которая

при

этом должна

быть изогнутой

по

длине судна

по

параболе, причем величины

/ (х)

должны отсчиты-

ваться

от

прямой, соединяющей значения осадок

и Т

на

носовом

кормовом

перпендикулярах, определенными

результате

данных замеров

по

маркам

углубле-

ния.

По

масштабу Бонжана, дополненному интегральными кривыми

В. Г.

Власова

(§

17),

вычисляются водоизмещение судна

V с

выступающими частями

аппликата

центра величины,

а по

чертежу

корпуса момент инерции площади ватерлинии

(см.

табл.

Протокола,

с. 106) и

метацентрический радиус

г = -г^-.

Аппликата центра тяжести судна

при

нагрузке

его в

момент опыта после приве-

дения

судна

неизогнутое состояние определится

по

формулам, предложенным

В.

Г.

Власовым,

='г,,

+ f — hp + Дг

, .

(2.108)

где

Здесь

т) —

коэффициент полноты площади кривой изгибающих моментов

на

тихой

-воде;

где

М —

наибольший изгибающий момент

на

тихой воде.

Величины

т) и М

определяются

по

данным расчетов

прочности судна. Величина

Дг

всегда

положительна независимо

от

формы изгиба.

По

найденной расчетной метацентрической высоте

определяется по

формуле

(2.93)

или

.(2.108)

возвышение центра тяжести судна

над основной иоскостью при

Учет

изгиба корпуса обязателен, если

превышает

см.

нагрузке, соответствующей условиям опыта. Для перехода к тому

случаю

нагрузки,

который принимается за основной и по которому

могут

быть высчитаны все

другие

нагрузки, составляются ведомости излишних и недостающих грузов с указанием ко-

ординат их центров тяжести. Для гражданских

судов

это обычно бывает

«судно

порожнем».

Для повышения точности и надежности опыта должны быть соблюдены

следую-

щие требования:

судно должно иметь минимальное количество излишних и недостающих грузов;

жидкие

грузы

должны быть по возможности все либо выкачаны и соответствую-

щие помещения осушены, либо тщательно запрессованы для уничтожения свободных

поверхностей. Все подвижные

грузы

должны быть закреплены;

судно должно быть установлено в закрытом месте, защищенном от ветра, те-

чения

и волнения, и не должно касаться ни берега, ни грунта;

швартовы должны быть заведены так, чтобы они не мешали,

судну

крениться.

Во время производства отсчетов по веснам швартовы должны ослабляться;

никаких

работ на

судне

во время опыта производиться не должно. Все люди,

не

принимающие участия в опыте, должны быть удалены с судна. Механизмы не

должны работать. Люди,

участвующие

в проведении опыта, должны находиться

на

своих

местах.

Хождение по

судну

должно быть запрещено;

для паровых

судов

опыт производится при наличии воды в котлах по рабочий

уровень, так как это отвечает нормальным условиям плавания этих судов.

Для производства опыта кренования с применением веское необходимо

следую-

щее оборудование и чертежи:

кренящий

балласт (в количестве, определяемом в соответствии с приведенными

выше указаниями); вески; деревянные рейки и доски;

ванночки

для масла в целях гашения колебаний весков; миллиметровая

бумага

(три полоски шириной

120—140

мм, длиной

500—600

мм); карандаши (по две штуки

каждому наблюдателю, заранее остро отточенные);

канцелярские

кнопки

(для крепления миллиметровки); шлюпка или плотик (для

замера осадок); -

стеклянные трубки длиной 600 мм, диаметром

15—20

мм (две штуки для замера

осадок);

футшток или рейка (для замера надводного борта);

рулетка;

мел (для разметки места кренящего балласта на палубе);

ареометр;

секундомеры (три штуки для замера периода

качки);

теоретический чертеж;

кривые элементов теоретического чертежа;

масштаб Бонжана;

спецификация;

- .

чертежи общего расположения с экспликацией к ним;

ведомости снабжения;

расчет весовой нагрузки;

чертеж марок углубления.

Для облегчения производства опыта полезно иметь заранее заготовленные блан-

ки

как для ведения протокола, опыта, так и Для относящихся к нему расчетов.

Ниже

приводятся формы подобных бланков.

ПРОТОКОЛ ПРОИЗВОДСТВА ОПЫТА КРЕНОВАНИЯ

1. Время производства опыта .

Начало

Конец

2. Место производства опыта

3. Состояние погоды : ветер м/с

Поверхность воды :

4. Опыт производил

присутствии .

100