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

Подождите немного. Документ загружается.

8. Вычисляют предельную скорость ветра

—, (4.50)

8. Вычисляют

„=1,16*1/

где коэффициент К находят по формуле (4.47).

Если

диаграмма статической остойчивости имеет обрыв или

уступ

вследствие

угла

заливания, то расчет

ведут

по тем же формулам, но за расчетный

угол

опроки-

дывания принимают

угол

заливания.

65.

РАСЧЕТ КРЕНА СУДНА НА ЦИРКУЛЯЦИИ

Крен

судна на циркуляции вызывается рядом причин, главной из которых

является действие центробежной силы инерции, возникающей вследствие движения

судна по криволинейной траектории.

В тех случаях, когда известны скорость судна на установившейся циркуляции

ее диаметр, кренящий момент может быть вычислен по формуле

(

+ Р

()

(451)

где v — скорость судна на установившейся циркуляции, R — радиус установив-

шейся

циркуляции; Dig — масса судна; z

— возвышение ЦТ судна над основной

плоскостью, Р — сила давления воды на руль, z

— возвышение точки приложения

силы Р над основной, z

— возвышение над основной точки приложения гидроди-

намической

реактивной силы.

Обычно второй член формулы (4.51) мал по сравнению с первым, и потому его

можно не учитывать.

Скорость судна на установившейся циркуляции может быть получена либо по

данным испытаний судов-прототипов, либо путем теоретического расчета управляе-

мости судна. Для ориентировочных инженерных расчетов она может быть опреде-

лена по эмпирической формуле, предложенной Г. А. Фирсовым,

•

б2)

где Оо — скорость судна на прямом курсе при выходе его на циркуляцию, м/с;

— длина судна по грузовой ватерлинии.

Наибольший

кренящий момент от центробежной силы инерции на установив-

шейся

циркуляции при наименее благоприятных соотношениях между элементами

циркуляции

и судна может быть определен по формуле Г. А. Фирсова

ЭД

кр

0,233

-|_.-|-(

--L).

,. (4.63)

Угол

статического крена может быть определен по метацентрической формуле

остойчивости

либо, в

случае

недопустимости ее использования,

путем

обычного построения по

диаграмме статической остойчивости. Формула Г. А. Фирсова получила применение

при

проверке остойчивости морских пассажирских судов по Правилам Регистра

СССР.

Формула Г. А. Фирсова не учитывает влияния на кренящий момент геометри-

ческой формы судна, главных размерений,

угла

крена и ряда

других

факторов.

191

Кроме того, она основана на предположении, что циркуляция судна совершается*

с таким радаусбм, при котором кренящий момент принимает максимальное значе-

ние

(/?=2,65L). Фактически же судно не

всегда

может совершать циркуляцию с та-

ким

радиусом.

Более точно,крен на циркуляции может быть вычислен по методике, предложен-

ной

В. Я. Скворцовым на основе циркуляционно-отрывной теории крыла предельно

палого удлинения, разработанной К. К. Федяевским.

0,1

Величина крена на циркуляции существенно зависит от формы кормовых шпан-

гоутов

судна. Поэтому методика Скворцова не универсальна и разработана приме-

нительно к пассажирским и грузовым транспортным

судам

с обычной формой кормы.

Методика предусматривает два варианта расчетной схемы.

Расчет

угла

крена на установившейся циркуляции с применением метацентри-

ческой формулы остойчивости. Расчетная формула имеет вид

-fil \-g о—У "• t

)

где величину с находят по графику (рис. 4.3) в зависимости от параметров К и N

К-

„ ,

(4.56)

** 7г-

AT*

67,?A/-ojj

(4.Я7)

вдесь б — коэффициент общей полноты судна, /

и Д/ определяют по графикам

(рис.

4.4 и 4.8) в зависимости от В/Т и б. На графике рис. 4.6 приведены значения

1Й

относительного радиуса циркуляции

R =

~т—

безразмерной скорости

на

цирку-

ляции

t7= , при

которых возникает максимальный крен.

р и м е°р 1.

Элементы судна:

L = 72,0 м; В — 11,94 м; Т = 3,95 м; D =

2260

т; б =

0,665;

= 14 уз = 7,2 м/с; z

= 4,6 м; h = 0,5 м.

O,01i

0,008

0,00В

0,004

0,001

-о.оог

Рис.

4.4.

•

—•

По

графикам

рис. 4.4 и 4.5

—0,011;

Д/ =

0,0043;

--0,011-72

•2-0,665(4,6—1,97)'

—

0,226;

57,3'-0,0043-7,2»

2-9,81-0,665-0,5

~ '

По

графику

рис. 4.3

коэффициент

с и

радиус

соответствующий максималь-

ному

углу

крена, равны

=0,31

R= 1,72.

0,01

-0,01

-0.0Z

^-'

.^—•

...«

,—•

.—'

---

»-—«

•

^-—

==-

^—

—«=

—

-——

Рис.

4.5.

Угол

крена

(4.55)

5,84-7,244,6—1,97)

в=

7Т0^ ~

С.

Нг^лц-овещенсквй,

А. Н.

Холодилив

193

Расчет

максимального кренящего момента и угла крена на установившейся

циркуляции с применением диаграммы статической остойчивости.

Максимальный

кренящий

момент вычисляют по формуле

7Г-М.

(4.58)

где А находят по графику (4.6) в зависимости от отношения величин

0,9

0,д

0,ё

0,1

-•-

•—-

-^-

= К =

26 ( г» —

Д/L

г» —

(4.59)

(4.60)

(4.61)

Входящие в формулы (4.60)—(4.61) ве-

личины /о и Д/ определяют по графикам

рис.

4.4 и 4.5. На графике рис. 4.6 приве-

дены также кривые значений безразмерного

радиуса R и безразмерной скорости 5. Для

-2-1

0 12

, * определения графика максимального креня-

щего момента нужно задаться несколькими

Рис.

4.6. значениями

угла

крена и, определив по

графикам соответствующие им значения Л_,

вычислить по формуле (4.58) кренящий мо-

мент как функцию

угла

крена. Нанеся на диаграмму статической остойчивости, по-

строенную в масштабе моментов, график кренящего момента, находят точку их

пересечения, абсцисса которой определяет искомый статический крен.

Пример

2. Элементы судна те же, что в примере 1. По графикам рис. 4.4»

4.5

—0,011, Д/ = 0,0043;

0,011-72

2-0,665(4,6—

1,97)

—

0,226;

0,0043-72

а ~

2-0,665(4,6

— 1,97)

Расчет кренящего момента выполнен в табл. 4.7.

0,091.

194

Таблица 4.7

"я

—0,226

—0,044

0,138

0,320

0,502

по

графикам

рис.

4.6

0,23

0,25

0,27

0,29

0,32

№ тем

•"'кр'

Тс м

100

109

118

127

140

Если возможный для данного судна минимальный радиус циркуляции Ro пре-

вышает тот, который соответствует максимальному кренящему моменту, расчетный

кренящий

момент может быть для такого судна вычислен по формуле

—

v — R

где величины и = — и R =-у— связаны

между

собой соотношением, указанным

К.

К. Федяевским,

\-L

sin

-£-

^—

Ф i j

Действующий на судно в эволюционном периоде циркуляции динамический кре-

нящий

момент при проверке по Правилам Речного Регистра

РСФСР

остойчивости

водоизмещающих пассажирских

судов

внутреннего плавания вычисляют по эмпи-

рической формуле

«Ш

с»

-£-(г

—а,Г),

(4.64)

где с — коэффициент, 'зависящий от типа

судовых

движителей и равный для винто-

вых и водометных

судов

0,029

0,045

для колесных судов, а

— коэффициент, учи-

тывающий смещение центра бокового давления воды по высоте при дрейфе судна

определяемый по табл. 4.5 в зависимости от отношения BIT, где В — ширина

судна по действующей ватерлинии.

56.

ВЛИЯНИЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ГРУЗОВ И ИЗМЕНЕНИЯ

НАГРУЗКИ

НА ОСТОЙЧИВОСТЬ

Кренящие

моменты от перемещения грузов

могут

возникать вследствие разных'

причин,

зависящих от типа и конструкции судов. Так, у судов, перевозящих зерно

или

иные сыпучие или навалочные грузы, перемещения грузов на борт

могут

соз-

даться вследствие воздействия больших наклонений, возникающих при бортовой

качке.

Для уменьшения опасного влияния смещения грузов на остойчивость на

судах,

перевозящих зерно, устанавливаются временные зернонепроницаемые про-

дольные переборки, называемые шифтингбордсами.

У лесовозных

судов

кренящий момент может возникать вследствие смещения

недостаточно закрепленного лесного палубного

груза

и вследствие несимметричного

его намокания или обмерзания. Кренящие моменты

будут

возникать также' при не-

симметричном приеме или расходовании

груза,

топлива, балласта и т. п. Получа-

ющиеся при этом кренящие моменты должны каждый раз определяться примени-

тельно к данным типам

судов

и конкретным условиям эксплуатации по общим фор-

мулам, приведенным в § 27 и 44.

При

проверке остойчивости судов, перевозящих зерновые грузы, применяются

международные рекомендации для определения кренящих моментов от смещения

зерна. При полной загрузке зерном насыпью трюмов, твиндеков и

других

грузовых

помещений,

даже

при самой тщательной штивке, неизбежно остаются пустые про-

странства

между

свободной поверхностью зерна и закрывающим

сверху

грузовое

помещение палубным настилом. Средняя расчетная глубина этого пустого простран-

ства зависит от ширины помещения и от высоты

подпалубной

продольной

балки

определяется формулой

h=h

+ 0,75 (d — 600) мм, (4.65)

где h

— стандартная глубина пустого пространства, мм d — фак-

тическая высота подпалубной балки, мм.

•

195 '

Глубина пустого пространства нал поверхностью зернового

груза

Расотояние

от

комингса

люка

до границы

помещения,

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

Стандартная

глубина

пустого про-

странства

Л,,

мм

570

530

500

480

450

• 440

430

450

470

490

520

550

590

Если по формуле

(4.65)

получается Л < 100 мм,

следует

^принимать h = 100 мм.

В полностью загруженных помещениях, ограниченных

сверху

поверхностями,

наклоненными

к горизонтали под углом.ЗО" и более, пустое пространство считается

отсутствующим.

Рис.

4.7.

Проверку остойчивости при перевозке зерна допускается производить двумя

способами: приближенным и уточненным. •

При

расчете по-приближенному способу диаграмма статической остойчивости

(кривая

/ на рис. 4.7) считается в предположении, что центр тяжести

груза

находится

центре тяжести объема всего грузового помещения, а кривую 2 плеч кренящего

момента вычисляют только по величине поперечного горизонтального смещения,

зерна. .

По

уточненному способу диаграмма статической остойчивости (кривая 3 на

рис.

4.7) строится, исходя из фактического положения центра тяжести зернового

196

груза

(с

учетом

подпалубных пустот), но кривую 4 плеч кренящего момента вычисляют

учетом

как поперечного, так и вертикального расчетного смещения зерна.

Обе кривые плеч кренящих моментов (приближенная и уточненная) аппрокси-

мируются прямыми, проходящими через точку А при

угле

крена 9•= 0° с ордина-'

той /

Гв

, соответствующей суммарной поперечной составляющей кренящих момен-

тов от расчетного смещения зерна во

всех

грузовых

помещениях.

Вторая точка В, через которую проводится график плеч кренящего момента

(кривая

2 на рис. 4.7), имеет при

угле

крена 40° ординату 1„

Г40

0,81„.

Гв

. По

уточненному способу соответствующая вторая точка С (кривая 4 на рис. 4.7) имеет

при

том же крене %— 40° ординату /

Г40

0,8/

.г

0,66/

> где 1

Гг

—

суммарная составляющая вертикаль'

ного расчетного смещения зерна во

всех

грузовых

помещениях.

Плечо расчетного суммарного кре-

нящего момента 1

Го

определяют по

формуле

'п.

Гп "~

~~гГ

(4.66)

лп

Рис.

4.8.

где D — водоизмещение, т;

объемный кренящий момент от попе-

речного смещения зерна, отнесенный к

единице длины грузового помещения,

; %i — длина участка грузового по-

мещения,

соответствующего расчетного

сечения;

{*,- — удельный погрузочный объем

груза

для соответствующего расчет-

ного сечения, м

/Т; i — индекс расчетного участка.

Аналогичной формулой определяют /

для построения графика /

/ (G) по уточненному способу

•п. г- —

(4.67)

где М

Тг[

— объемный кренящий момент от вертикального смещения зерна, отне-

сенный

к единице длины грузового помещения, м

. '

Моменты Af

и УИ

^ для разной конфигурации и устройств

грузовых

помещении

вычисляют по связанным со смещением зерна изменениям конфигурации

положений центров тяжести пустот над зерном до и после его расчетного смещения.

Численно

объемные моменты на единицу длины М

и М

равны изменению

статического момента поперечного сечения пустот до и после их «перемещения», обус-

ловленного смещением зерна соответственно в поперечном и вертикальном направ-

лениях.

Условный расчетный

угол

смещения поверхности зерна в полностью загружен-

ных помещениях принимается равным 15°, а в частично загруженных помещениях

равным 25

. Однако в трюмах, загруженных меньше чем на V

их высоты,

угол

смещения

принимается 15°.

Ниже

в качестве примера приводятся две схемы смещения зерна для

двух

конфи-

гураций трюмов и сооответстЁующие им расчетные формулы. Более детальные ука-

зания

приводятся в соответствующих документах Регистра

СССР.

Пример

1. Район размещения зерна находится позади или впереди люка

при

наличии продольной переборки в диаметральной плоскости и без

учета

под-

палубных балок (рис. 4.8).

Суммарные моменты #а оба борта

Bhz, м

197

где В — ширина судна.

Знак

д считается положительным при смещении пустоты

сторону поднятого борта (на приведенных

схемах

слева направо), знак z положи-

телен при смещении центра тяжести пустоты вниз. Для трюмов и грузовых поме-

щений,

расположенных за пределами цилиндрической вставки, расчет ведется

как

для цилиндрических объемов, но расчетное сечение принимается на расстоя-

нии

0,4Яг

от широкой части помещения, где kt—его длина.

Пример

2. Тот же район, но без продольной переборки в диаметральной

плоскости и с учетом подпалубных балок. Здесь возможны два варианта, изобра-

женные на рис. 4.9.

А. Свободная поверхность зерна расположена выше нижней кромки подпалуб-

ной

балки, h < d (рис. 4.9, а). Моменты М

вычисляют по формулам

п.

vy = v^i +

;

где vi — площадь поперечного сечения »-й пустоты

£>i = 0,5 (В — б

) h — v

, м

;

= 0,5 (В — В

) h, м

;

— площадь, определяемая при образовании после смещения зерна

трех

отдельных пустот (у обеих подпалубных балок и у поднятого борта) по формуле

. • v

= Вф — v

. .

Б.

Свободная поверхность зерна расположена ниже нижней кромки подпалуб-

ной

балки, h> d (рис. 4.9, б).

В этом случае после смещения зерна остаются только две отдельные пустоты

(у балки со стороны опущенного борта и пустота у поднятого борта, слившаяся

с пустотой у соседней балки), площадь которых определяют по формуле

= В

А.

Этот последний случай возможен и при h < d, и возможность его выясняется

при

составлении эскиза расположения свободных поверхностей и пустот при сме-

щении

зерна.

Остойчивость судна считается достаточной, если удовлетворены следующие

условия:

угол

статического крена .после смещения зерна не превышает 12° или

угла

по-

гружения кромки палубы в

воду,

смотря по тому, что меньше;

оставшаяся площадь диаграммы статической остойчивости между кривыми

восстанавливающих и кренящих плеч до

угла

, соответствующего максимальной

разности между ординатами, или

угла

40°, или,

угла

заливания 0/ в зависимости

от того, который из них меньше, при всех условиях загрузки оказывается не меньше

0,075

м-рад;

начальная метацентрическая высота после поправки на влияние свободных

поверхностей жидких грузов не менее 0,30 м.

Приведенные правила

могут

применяться и к перевозке сыпучих или навалоч-

ных грузов, иных, чем зерно, если удельно-погрузочный их объем ц более 1 м

/т.

При

рассмотрении остойчивости пассажирских судов приходится определять

кренящие

моменты от скопления пассажиров на одном борту.

Предполагается, что пассажиры скопляются на верхних, доступных для них

палубах по одну сторону от диаметральной плоскости возможно ближе к фальш-

борту. При расчете по Правилам Регистра

СССР

кренящего момента вес одного пас-

сажира

следует

принимать равным 75 кг. Плотность размещения пассажиров на

палубе — шесть человек на каждый квадратный метр свободной площади палубы.

Площадь проходов между диванами и узких проходов между рубкой и фальшбор-

том или

леерным заграждением

следует

принимать с коэффициентом 0,5. Центр

198

тяжести стоящих людей

следует

принимать на высоте 1,1 м над палубой, сидящих

людей — на высоте 0,3 м над сиденьем.

Для ориентировочных расчетов величину кренящего момента от скопления

пассажиров на одном борту можно определять по приближенной формуле

Ш=Р-^-,

(4.68)

где Р — общий вес располагающихся на палубах пассажиров, В — ширина судна.

Для судов, плавающих в зимнее время в зимних сезонных зонах, установленных

Правилами

Регистра

СССР

о грузовой марке, должна учитываться возможность

обледенения. При этом

следует

учитывать изменение водоизмещения, возвышения

центра тяжести над основной и площади парусности от обледенения. Для судов', пла-

вающих в зимнее время севернее параллели 66,3

N и южнее параллели 60° S,

должны по Правилам Регистра

СССР

приниматься следующие нормы обледенения.

Количество льда на квадратный метр площади общей горизонтальной проекции

открытых палуб принимается 30 кг. В общую горизонтальную проекцию палуб

входит сумма горизонтальных проекций всех открытых палуб и переходов, неза-

висимо от наличия навесов. Момент по высоте горизонтальной нагрузки определяется

по

возвышениям центров тяжести соответствующих участков палуб и переходов.

Количество льда на квадратный метр площади парусности

следует

принимать

15 кг.

Для судов, плавающих в зимнее время в остальных районах зимней сезонной'

*эны,

нормы обледенения

следует

принимать вдвое меньшими.

199

ОСТОЙЧИВОСТЬ БУКСИРНЫХ СУДОВ

ПРИ ДЕЙСТВИИ УСИЛИЙ,'ВОЗНИКАЮЩИХ

ОТ

ПОПЕРЕЧНОГО

РЫВКА БУКСИРНОГО

ТРОСА

В практике эксплуатации буксирных

судов

нередки аварии, связанные

внезап-

ным

натяжением предварительно ослабленного буксирного троса

при

расположении

его перпендикулярно диаметральной плоскости буксира. Подобные ситуации

воз-

никают

при

ошибках маневрирования, когда буксируемое судно, двигаясь

по

инер-

ции,

внезапно натягивает трос

или

если

оно

преждевременно

дает

ход и т. п. Во

многих

случаях

такие ситуации заканчиваются опрокидыванием буксирного судна

или

столь большим накренением

его, что оно

заливается водой через считающиеся

открытыми отверстия

тонет.

Угол

динамического крена буксирного судна

при

поперечном рывке буксирного

троса может быть определен

по

приближенной формуле, предложенной

В. М. Лав-

рентьевым,

£% Г '

69)

Здесь

<— плечо динамической остойчивости судна;

«* 2 -^- —

коэффициент

присоединенных масс воды

при

поперечном движении судна, равный отношению

присоединенной

массы

массе всего судна;

о —

скорость рывка, равная скорости

движения буксируемого воза;

-*-

ускорение силы тяжести;

с=

—Е-— относи-

тельная «динамическая» абсцисса точки подвеса буксирного гака

4,55-^-,

(4.70)

где

—

расстояние.по горизонтали

между

точкой подвеса буксирного гака

и цен-

тром тяжести судна; L—длина судна;

ордината точки подвеса буксирного гака

тром тяжести судна; L—длина судна; Ъ

= ——

—относительная «динамическая»

Рхх

(4.71)

где

г, —

возвышение точки подвеса буксирного гака

над основной плоскостью,

—

ширина судна,

а а е

вычисляют

по

формулам

0,2+ 6,3 (-2 4-)

+ %

а = — \*1 *-;

(4.72)

е = 0,145 + 0,2 ^- + 0,06-1,; (4.73)

Ргг" радиус инерции массы судна

учетом

инерции массы воды относительно

вертикальной центральной

оси,

отнесенный

массе судна

присоединенной массе

воды

при

поперечном движении судна; р^—радиус инерции массы судна

присо-

единенной

массы воды относительно центральной продольной оси, отнесенный

сум-

марной

массе суднч,

воды

при

поперечном движении судна -в воде.

Динамический

угол

крена

определяют

по

диаграмме динамической остой-

чивости

как

абсциссу точки диаграммы, ордината которой равна вычисленному

по

формуле

(4.69)

значению

Формула

(4.69)

получена

предположениях,

что

масса

буксируемого воза бесконечно велика

по

сравнению

массой буксирного судна,

200