> Энциклопедический словарь Гранат, страница > Судно во время своей службы должно удовла творять целому ряду условий

Судно во время своей службы должно удовла творять целому ряду условий

Судно во время своей службы должно удовла творять целому ряду условий, важнейшими из которых являются нижеследующие. Плавучесть, то есть свойство судна держаться па воде при вполне определенном положении, соответ ствуюшем состоянию его нагрузки. Это свойство, отве-

С

чающее закону Архимеда, по которому вес плавающего тела равняется весу вытесненной им жидкости—вполне применимо к плавающему судну, так как оно находится под действием двух равных и противоположных сил: собственного веса и давления окружающей судно воды. Эго свойстзо даст возможность определить вес судна,

зная количество вытесненной им воды, то есть его водоизмещение, и плотность воды, в которой оно плавает (плотность пресной воды принимается за единицу, плотность соленой воды доходит до 1,026; вес судна или весозое водоизмещение считаются или в метрических т.ах по 1000 килограмм. или в английских т.ах по 1016 килограмм.;

вес 36 куб. ф. пресной воды или 35 куб. ф. морской воды равен одной англ. т. в =62 пуд.).

Одно и то же судно при разной плотности воды будет сидеть в ней неодинаково (в пресной воде глубже, чем в морской); с другой стороны, всякое изменение нагрузки изменит и водоизмещение судна, а следовательно и величину его среднего углубления. Поэтому для быстрого и верного определения новых условий погружения судна необходимо иметь диаграмму изменения водоизмещения по его углублению, так называемым грузовой размер (фи г. 6). При помощи грузового размера можно по заданному среднему углублению находить соответствующее водоизмещение и обратно. Для небольших изменений нагрузки можно пользоваться величиной ь т.ах груза, изменяющего среднее углубление судна на небольшую определенную величину, наир., 1 см., равную весу слоя воды такой же толщины с площадью основания,равной площади грузовой ватерлинии, то есть 0,01 S. Д, где S—в кв. метрах, а Д — плотность воды.

При получении судном дифферента, его водоизмещение можно определить по масштабу Бон ж а и а (ф и г. 7), диаграмме распределения площадей каждого шпангоута в зависимости от углубления; отметив на этих кривых углубление каждого сечения, суммируют соответствующие им площади и, таки» образом, получают повое водоизмещение.

Равнодействующая статического давления воды направлена вертикально вверх и проходит через центр тяжести вытесняемого объёма воды, который, благодаря однородности среды, приходится в геометрическом центре этого объёма и наз. центром вел и чины (ЦБ); в нормальном прямом положении судна ЦВ лежит в диаметральной плоскости, а координаты его по глубине и длине судна зависят от распределения водоизмещения в этих направлениях; для представления о положении ЦВ при различных углублениях судна строят диаграммы его положения в вертикальном и горизонтальном направлениях (табл. II).

Равнодействующая собственного веса судна направлена вертикально вниз и проходит через его центр хя жест и (ЦТ); положение ЦТ можно определитьили путем вычисления, зная вес и относительное расположение на судне каждого отдельного устройства или груза, или путем опытного наклонения (смотрите ниже остойчивость). На положение ЦТ влияет каждое перемещение какого-либо груза; поэтому определяют отдельно координаты ЦТ вполне готового, но порожнего судна, а затем для каждого отдельного случая нагрузки, зная распределение принятых грузов и положение их центров тяжести, находят положение общего ЦТ судна.

Кора“Л. НОС

Ф..г. 7,

Для того, чтобы судно находилось в свойственном ему прямом положении, необходимо, чтобы обе равнодействующие проходили по одной вер гикали, иначе говоря, ЦВ и ЦТ лежали бы на одной вертикальной лиыии (ф и г. 8; это условие заранее учитывается при проектировании судна и назначении для него нормальной нагрузки; при изменении нагрузки оно также должно быть принято во внимание, иначе судно получит крен или дифферент, исправить которые можно лишь путем приема на судно балласта, добавочный статический момент которого должен привести ЦТ на одну вертикаль с ЦВ в прямом положении судна.

Фигура 8.

Остойчивостью судна наз. свойство, по которому судно, будучи выведено под влиянием внешней силы из прямого положения, стремится принять его вновь. Для упрощения исследования остойчивость судна рассматривают отдельно в двух направлениях: продольном—при наклонениях вокруг поперечной оси, и поперечном — при наклонениях вокруг продольной оси. Так как поперечные наклонения судна при том жэ кренящем моменте гораздо значительнее, чем продольные, то на поперечную остойчивость приходится обращать значительно большее внимание.

При поперечном наклонении (крен) судна на некоторый угол 9 (ф и г. 9) один из бортов входит в воду, а другой выходит из нее; объём подвод-иой части, оставаясь по величине постоянным, перевешается па сторону входящего борта, а с ним вместе перемещается ЦВ — С; вертикальная равнодействующая давления воды, проходящая через новое положение ЦВ будет образовывать с прежним ее направлением (в диам. плоскости) угол <р и пересекать ее в некоторой точке, ваз. метацентром (МЦ) — М. Так как

Фег. 9.

равнодействующая веса судна сохраняет при этом вертикальное направление и проходит через прежний ЦТ—G-то обе равнодействующие составят пару сил, стремя щуюся повернуть судно в ту или другую сторону, смотря по их относительному расположению. Очевидно, если МЦ лежит выше ЦТ, то пара сил будет восстанавливать судно в прямое положение, то есть оно будет остойчиво; если МЦ окажется ниже ЦТ, то пара сил будет стремиться еще более накренить судно, следов., оно является неостойчивым; наконец, если МЦ совпадает с ЦТ, то судно окажется в положении безразличного равновесия. В каждом отдельном случае величина вращающего момента будет выражаться произведением из веса судна на горизонтальное расстояние между обеими равнодействующими — GZ; так как вес судна остается постоянным, то вращающий момент будет пропорционален расстоянию OZ между равнодействующими, которое наз. плечом остойчивости; из фигура 9 видно, что GZ=MG.sin c=MCcein <p — GCc.sin 9. величина MG паз. метацентр и ческой высотой, МСе—м етаце нтрнческим радиусом; так как МС0 зависит исключительно от формы судна, то выражение M0o.sin 9 наз. остойчивостью Ф о р м ы; с другой стороны, GCc представляет функцию от распределения грузов по высоте, поэтому выражение 0Co.sin 9 наз. остойчивостью веса. При небольших углах крена (до 10°—15°) положение МЦ изменяется так мало, что его можно принять постоянным, одинаковым с высотой МЦ при наклонении на бесконечно-малый угол крена; в условиях такой начальной остойчивости метацентрический радиус

МСо находится из выражения МС0 =« —, где J—момент инерции площади грузовой ватерлинии относительно ее продольной оси, а V — водоизмещение по эту грузовую. Для приближенного вычисления начального метацентрического радиуса можно воспользоваться выраже-„ k.LB3 кВ3 кпнем: MVC.=о , где величина т-

cLBT о Т околеблется в пределах 0,07 — 0,09, среднее — 0,08. Казалось бы, что для повышения остойчивости выгодно иметь возможно большую начальную метацентрическую высоту, но вто связано большей частью с такими неудобствами в других отношениях (смотрите ниже качка), что приходится удовлетворяться сравнительно незначительной величиной МО; практика выработала следующие пределы величины MG: крупные военные суда — 1,2 m — 2,5 m; средние — 0,9 ш—1,2 га; мелкие — 0,5 га — 0,7 т; в торговых судах MG значительно меньше, а именно: от 0,3 m до 0.8 т. В коммерческих судах бывают случаи нагрузки, когда ЦТ

оказывается настолько высок, что МЦ находится нижа его, и, следовательно, метацентрическая высота MG. становится отрицательной; при таких условиях судно является, как было сказано, неостойчивым и, обычно принимает наклонное положение на правый или левый борт (кренится до тех пор, пока равнодействующая водоизмещения пройдет через ЦТ судна, см. остойчивость на больших углах крена). При изменении углубления положенно МЦ не остается постоянным, поэтому необходимо иметь кривую метацентров для различных углублений (табл. И), в пределах которых может изменяться, при той или иной, нагрузке, средпее углубление судна; на такой диаграмме при углублении, соответствующем порожнему суднуг показывают положение его ЦТ; тогда при размещении, принимаемых грувов можно будет правильно ориентироваться для обеспечения надлежащей остойчивости.

Выше было указано на возможность определения положения ЦТ судна опытным путем. Обычно (ф и г. 10) этот опыт производится путем переноса груза с одного борта на другой; это вызовет перемещение ЦТ судна на тот же борт и, следовательно, наклонение судна на некоторый угол. Зная вес переносимого груза р, горизонтальный путь его переноса 1, вес судна D и угол 9, можно из выражения: р.]=D.MG.tg 9 определить MG. откуда при помощи метацентрической кривой легиона йти ЦТ.

Определение центра тяжести судна путем наклонения

Фигура 10.

Для порожнего судна положение! ЦТ можно определить также с достаточной точностью из следующих соотношений между высотой ЦТ над килем и полной высотой судна от киля до верхней непрерывной палубы: быстроходные пароходы . .. 0,55 — 0,5811

трехпалубные грузовики с надстр.. . 0,54 — 0,56Н

грузовики с легкой палубой 0,56 — 0.581L

товаро-иассаж. суда с легкой палуб. 0,60 — 0,65Н

паровые яхты. 0,65 — 0,70Н

буксиры 0,65 — 0,70] L

парусные суда..0,69—0,71Н.

За пределами начальной остойчивости, т.-с. при больших углах крена, положение МЦ по остается постоянным; поэтому его приходится вычислять по теоретическому чертежу для отдельных углов крена (через 8°—10°), доводя их до 60°—90°. Очень большое влияние на положение МЦ оказывает образование надводной части судна, главным образом высота надводного борта, так как вхождение кромки верхней водонепроницаемой палубы в воду очень уменьшает проекцию перемещения ЦВ, а, следовательно, и плечо

GZ. Остойчивость па больших углах крена может совершенно не соответствовать характеру начальной остойчивости: судно с большой начальной MG, но имеющее низкий надводный борт, может уже при небольшом крене войти палубой в воду нпотерят остойч и в о с т ь; с другой стороны — суда с очень малой начальной MG, но высокобортные (как эго, обычно, бывает на морских торговых судах), будут даже на очень больших углах крена иметь сухую палубу и достаточный восстанавливающий момент. Бывают случаи, особенно при недогруженном судне, когда высокое положение ЦТ порожнего судна не успели понизить приемкой в трюмы тяжелых тузов, когда судно, даже с отрицательной начальной MG и начинающее уже ва“ литься на борт, получает при некотором угле крена“ благодаря высокому борту, положительную метацентрическую высоту и может держаться в этом положении. (С этим обстоятельством пришлось встретиться на современных крупнейших товаро-пассажирских пароходах, где для избежания отрицательной величины MG в разгруженном состоянии судна пришлось в подводной части сделать специальные уширения корпуса).

Для суждения о характере остойчивости на больших углах крена пользуются кривой плеч остойчивости, так называемым диаграммой Рида (фигура 11), из которой можно видеть, при каком

угле крена плечо остойчивости возрастает до максимума и где судно вовсе теряет остойчивость; на фигуре 12 даны кривые плеч остойчивости двух судов с одинаковым образованием подводной части и с одинаково расположенным ЦТ, но имеющих различную высоту надводного борта.

Так как величина начальной метацентрнческой высоты еще не достаточно ясно характеризует остойчивость судна, то в качестве меры остойчивости принимают величину плеча остойчивости при некотором практически допустимом крене, например, в 30°.

Работа, которую надобно затратить для того, чтобы сообщить судну некоторый угол крена, определяет его динамическую остойчивость; так как эта работа складывается из непрерывного преодоления промежуточных восстанавливающих моментов рассмотренной выше статической остойчивости, то ее можно получить из диаграммы статических моментов, измеряя площадь кривой моментов от прямого положения судна-до данного угла крена; составленная по такому способу диаграмма для различных углов крена наз. диаграммой динамической остойчивости (фигура 11). Так как работа внешней силы, накренившей судно на некоторый угол, не будет соответствовать работе сил статической остойчивости (потому что восстанавливающий момент только при этом угле крена сравнялся с моментом силы), то избыток работы силы уйдет на д о б а в о ч и ы и крен судна; сели не принимать в расчет задерживающего влияния сопротивления воды, то добавочный крен может получить одинаковую величину с первоначальным, а это может повести к опасной величине крена, если статическая остойчивость окажется при нем недостаточной; поэтому внезапное действие шквала на корабль оолее опасно и заставляет судно более накрениться, чем влияние силы той же величины, но действующей медленно.

Б отношении продольной остойчивости судно подчиняется тем же законам, как и для поперечной, с той разницей, что высота продольного МЦ над ЦВ зависит от величины продольного момента инерции площади грузовой ватерлинии относительно поперечной оси, проходящей через ее центр тяжести; так как продольный момент инерции значительно больше поперечного, то продольный метацентр и чес кий радиус значительно больше, чем поперечный, и для морских судов является, примерно, того же порядка, как и длина судна. При наклонении в продольном направлении важны не углы наклонения

(которые по причине большого М/С0 весьма невелики), а величины погружения той или другой оконечности, образующие вынужденный дифферент судна. Можно считать, что, за исключением чисто катастрофических случаев, судно всегда находится в состоянии начали-

Зависимость остойчивости от высоты борта.

Фьг. 12.

ной продольной остойчивости, когда« положение продольного МЦ можно принимать постоянным; в этих условиях изменение дифферента от переноса некоторого груза по длине судна будет прямо пропорционально моменту этого груза и обратно пропорционально моменту, изменяющему дифферент судна на какую-либо условную величину, например, 1,0 ш (этот мо-

d.m7g _ —

мент = ——, где D — весовое водоизмещение, M/G —

продольная метацентрпческая высота (с очень небольшой погрешностью М/G можно заменить величиной М/С, то есть прод. метацентричеекям радиусом) и L — длина судна. Для быстрого определения элементов плавучести и начальной остойчивости судов обычного типа можно пользоваться следующими приближенными формулами французского инженера Normand:

1) отстояние ЦВ от грузовой ватерлинии =

2) возвышение поперечного МЦ над ЦВ —

В3

= 10,008 + 0,0746 а3] —

3) возвышение продольного МЦ над ЦВ =

- [0,008 + 0,077 а“]

Особого внимания заслуживает вопрос о норме остойчивости мелкосидящих озерных и речных судов, ЦТ которых находится высоко над ватерлинией. Несмотря на значительную ширину таких судов, возможность опрокидывания их далеко не исключена, как было показано несколькими катастрофами. Поэтому необходимо перед началом плавания этих судов производить опыты с креном для выяснения всех условий остойчивости; от производства таких опытов могут быть освобождены лишь те суда, размеры которых гарантируют достаточную величину остойчивости: например, по правилам, изданным в 1912 году мин. путей сообщения, признаком заведомо достаточной остойчивости для двухъярусных плоскодонных пароходов считалось, если MG не меньше 0,1 высоты надводного борта нли не меньше 0,9 т; кроме В3

того, выражение ~ +0,5 Т должно быть больше С,45

высоты борта. Точно также серьезным вопросом является сохранение остойчивости при существовании па судне жидкого (вода, нефть) или сыпучего груза (зерно), в заполняющего полностью всего объёма трюма и имеющего свободную поверхность. При наклонении такого судна его ЦТ не остается на месте, но передвигается в сторону наклонения и этим уменьшает плечо остойчивости; также действует и живая сила передвигающегося груза, увеличивая крен судна. Вредное влияние такого груза зависит, главным образом, от величины момента инерции его свободной поверхности; поэтомупользуются всеми средствами, чтобы уменьшить этот момент или путем уменьшения величины самой поверхности (устраивая, например, верхнюю часть трюма в виде узкого колодца — башенно-палубные и ящичные суда), иди разбивая трюм в продольном направлении несколькими переборками на узкие отсеки, в которых способность грузов перемещаться будет значительно ограничена. Исследование условий остойчивости имеет весьма важное значение в очень многих случаях жизни судна, например, при спуске его на воду, подъеме в док, посадке на мель, а также при подъеме затонувших судов и так далее

Условия остойчивости в подводных судах, вполне погруженных в воду или имеющих на поверхности воды лишь небольшую башенку, значительно отличаются от обычных условий остойчивости для надводных судов. При этом (ф и г. 13) для вполне погруженной лодки ЦТ должзн находиться всегда ниже ЦВ, и отстоянием между этими точками измеряется как поперечная, так и продольная остойчивость лодок; из этого сонягыо, что продольная остойчивость подлодки явциями различных государств постановления и правила рассматривают вопрос об обеспечении непотопляемости с двух сторон: путем установления наименьшей высоты надводного борта, оставляющей судну необходимый запас плавучести, и путем распределения внутри водонепроницаемого корпуса прочных поперечных переборок. Высота надводного борта определяется в зависимости от назначения, условий плавания судна и крепости его надводной части; ватерлиния, по которую может грузиться судно, и остающаяся высота надводного борта указываются г р у з о-вой маркой (фигура 14), которая наносится на каждом борту судна. Запас плавучести при этом, сообразно типу судна, составляет от 20% до 35% от полного объёма судна по верхнюю прочную палубу, до которой сосчитан надводный борт. Поперечные переборки, доведенные до палубы, ограничивающей принимаемый в расчет запас плавучести, и достаточно прочные, чтобы выдержать давление столба воды такой же высоты, имеют громадное влияние как на сохранение запаса плавучести и неповрежденных отсеках судна, так и на образующийся при заполнении водой поврежденных отсекоз дифферент судна. Поэтому, с одной стороны, число переборок должно быть таково, чтобы подразделить судно на отсеки, заполнение водой каждого из которых (а по- новейшим правилам даже любых двух соседних) не лишало бы судно запаса плавучести, а с другой—не вызывало бы вхождение в воду надводного борта по длине судна. Поэтому каждое судно должно иметь, по крайней мере, одну переборку в носовой части судна (на случай столкновения) на расстоянии от штевня не меньшем 1/20 длины судна; две переборки должны ограничивать отделение, занятое главными механизмами судна, и, наконец, на винтовых судах, кроме того, должна быть крайняя кормовая переборка, до которой доводится дейдвудная труба (кожух, в который заключен взл гребного винта, идущий от ахтерштевня до указанной переборки и оканчивающийся непропускающим воду внутрь судна сальником). На коммерческих судах, особенно грузовых, увеличению числа переборок мешает вызываемая этим теснота трюмов и усложнение устройства для нагрузки и разгрузки судна.

После гибели и 1912 г. крупнейшего в мире судна «Титаник4, как следствия столкновения его с ледяной

J РУSОВДЯ МЛРКД Л - и лровы к. В-пдрусньгх счдо&.

S -sera“, W- з“мо. Рь/ - о пресно» аоде

/S - » Индийском оке“-С #

Ннй- а сгв чяст“ О тляHTHftcxora Оке.янл.

Ф::г. 14.

В.

VA//7

ляется крайне незначительной, и требуется большая внимательность, чтобы при помощи специальных приспособлений удерживать лодку в горизонтальном положении.

К числу важнейших качеств каждого судяа относится его непотопляемость, то есть способность держаться на плаву при повреждениях наружной обшивки и заполнении внутренних помещений забортной водой. Неоднократные случаи гибели судов, не исключая самых крупных, заставили обратить на этот вопрос самое серьезное внимание. Изданные по этому случаю правительственными учреждениями и общественными орган изагорой, правила о непотопляемости судов были рассмотрены весьма тщательно на Лондонской конференции 1914 года, и требования, предъявленные к вновь строящимся судам, были в этом отношении значительно усилены, а на некоторых уже построенных судах пришлось сделать добавочиыо изменения в подразделении судна на отсеки.

На ф и г. 15 показана кривая переборок, предписываемая правилами германского учреждении Seeberufsgenossenschaft, много сделавшего в области изучения непотопляемости судна; любая ордината этой кривой дает длину расположенного симметрично отно

Сительпо nee отсека, заполнение которого водой еще не вызывает опасного для непотопляемости дифферента судна.

Капка. Рассматривая условия остойчивости судна при его наклонении, мы принимали его как бы лишенным массы и инерции. 11а самом деле, конечно, это не так, и судно при возвращении своем из вынужденного наклонения не только не остановится в прямом положении, но, по инерции, будет продолжать поворачиваться дальше, то есть крениться в другую сторону, стремясь достигнуть того же угла крена, как и начале колебания: затем оно станет снова выпрямляться и так далее, пока, вследствие сопротивления воды, эти колебания совершенно не затухнут. Такое явление ваз.