НАВИГАЦИОННЫЕ КАЧЕСТВА СУДНА

Плавучесть — способность судна устойчиво плавать на воде при заданных осадках (величине погружения). Плавучесть обеспечивается водонепроницаемостью обшивки корпуса. У судна, плавающего на воде при определенной осадке, силы веса уравновешиваются силами поддержания воды. Равнодействующая сил веса Р приложена в центре тяжести G судна и направлена вертикально вниз. Равнодействующая сил поддержания воды D приложена к центру тяжести объема подводной части корпуса С, называемому центром величины, и направлена вертикально вверх. Обе равнодействующие (рис. 4) действуют в одной (диаметральной) плоскости, благодаря чему судно находится в равновесии.

Рис. 4. Силы, действующие на судно при плавании на спокойной воде

Объем вытесненной судном воды равен объему подводной части его корпуса и называется объемным водоизмещением, которое определяется (м3) из выражения



Для определения веса вытесненной воды нужно ее объем умножить на удельный вес воды. Удельный вес пресной (речной) воды равен 1, а морской — в среднем 1,026 т/м3.

Вес вытесненной судном воды D называется весовым водоизмещением.

Водоизмещение судна изменяется с изменением его нагрузки. В практике различают водоизмещение судна порожнем и в полном грузу. Разница между весовыми водоизмещениями в полном грузу и порожнем называется полной грузоподъемностью, или дедвейтом.

Объем помещений, предназначенный для размещения грузов, называется грузовместимостью. Единицей измерения вместимости на речном флоте является кубический метр (м3), а на морском — регистровая объемная тонна, представляющая собой условно принятый объем в 2,83 м3.

Для оценки изменения водоизмещения в зависимости от изменения средней осадки судна пользуются графиком грузового размера или грузовой шкалой.

В практике работы на грузовых судах для определения веса принятых или снятых грузов пользуются еще количеством груза, приходящегося на 1 см осадки, вычисляемого(т) по формуле



Здесь Q — грузоподъемность (регистровая) судна, т; Тр — осадка (регистровая) судна в полном грузу, см; То —осадка судна порожнем, см.

Для безопасности плавания судна большую роль играет запас плавучести, который равен объему надводной части корпуса (включая и объем надстроек над главной палубой, если они герметически закрываются).

Чем выше надводный непроницаемый борт, тем больше запас плавучести и судно более безопасно для плавания.

Допустимая высота надводного борта в зависимости от типа судна и его назначения устанавливается Правилами Речного Регистра и обозначается на бортах судна специальными грузовыми марками.

Грузовая марка состоит из круга, пересеченного по центру горизонтальной линией, палубной линии и линий осадок, выше которых судно не должно быть погружено в воду.

Палубная линия длиной 300 мм наносится вдоль борта. Внешний диаметр круга грузовой марки делают равным 250 мм, а толщину (ширину) всех линий — 25 мм, длину горизонтальной линии, пересекающей круг,— 400 мм. Центр круга грузовой марки должен находиться на одной вертикали с серединой палубной линии, и расстояние от него до верхней кромки палубной линии равно назначаемой для данного судна высоте надводного борта (рис. 5,а).

Если судну по своему техническому состоянию разрешается плавать в районах, гидрометеорологические условия которых различны, то рядом с окружностью наносят вертикальную линию шириной 25 мм, от которой отходят горизонтальные линии, проведенные на уровне разрешенных осадок. Против каждой линии осадок буквами М, О, Р, Л (высотой 100 мм) обозначается район плавания.

В соответствии с принятой классификацией судов по районам плавания установлены четыре типа грузовых марок (рис. 5,6).

Грузовую марку наносят на середине длины судна, на каждом борту, белой краской на темном фоне и черной — на светлом.

Кроме грузовых марок, на штевнях каждого судна наносят еще марки углубления. Как грузовые марки, так и марки углубления перед окраской вновь строящегося корпуса высекают керном.

Остойчивость — способность судна, выведенного воздействием внешних сил из положения равновесия, возвращаться вновь к исходному положению после прекращения действия этих сил. Наклонения судна могут происходить относительно диаметральной плоскости и плоскости мидель-шпангоута.

Наклонения судна относительно его диаметральной плоскости определяются углами крена, остойчивость в этом случае называется поперечной. Наклонения судна относительно плоскости его миделя определяются углами дифферента, а остойчивость тогда называется продольной.

Поперечную остойчивость подразделяют на начальную — при малых углах крена (до 10=20°) и остойчивость на больших углах крена. Продольную остойчивость судна практически всегда рассматривают как начальную, так как углы дифферента обычно малы.

Допустим, что судно от действия силы ветра накренилось (рис. 6,а), один борт ушел в воду глубже, а другой вышел из воды. Величина подводного объема при этом не изменилась, изменилась его форма, а следовательно, центр величины (точка С), как центр тяжести этого объема, в котором приложена равнодействующая сил поддержания D, переместится в сторону наклонения судна в точку С1.

Центр тяжести G, к которому приложена равнодействующая Р сил веса судна, не изменит своего положения, так как не происходило ни перемещения, ни изменения по величине сил веса судна при его наклонении.

Равнодействующие сил веса и сил поддержания по-прежнему остаются равными между собой, но располагаются теперь в разных, параллельных друг другу плоскостях и образуют так называемую пару сил с плечом GZ. Произведение силы этой пары на плечо дает момент, действие которого направлено на восстановление судна в прямое положение. Такой момент называется восстанавливающим, а положение судна — остойчивым (см. рис. 6,а).

Некоторые суда остаются с креном и после того, как действие внешних сил прекратилось. Это объясняется тем, что при крене судна центр величины расположится снова в одной вертикальной плоскости с центром тяжести.

В этом случае плечо пары сил отсутствует и момент его будет равен нулю (рис. 6,б). Такое положение судна называется «безразличным».

На рис. 6,в показан случай наклонения судна, при котором центр величины и центр тяжести судна не находятся в одной вертикальной плоскости и приложенные в этих точках силы образуют пару с моментом, направленным на увеличение крена, т. е. на опрокидывание судна. Такой момент называется опрокидывающим, а судно —неостойчивым.

Положения центра тяжести и центра величины по высоте от днища у разных судов различны и определяются расчетом.

Для суждения об остойчивости судна, кроме центра тяжести и центра величины, приходится рассчитывать величины целого ряда элементов, к важнейшим из которых относятся метацентрическая высота и метацентрический радиус.

Метацентрической высотой h (см. рис. 6,а) называется расстояние от центра тяжести судна G до метацентра М (точка пересечения направления действия равнодействующей D сил поддержания с диаметральной плоскостью судна). Чем больше метацентрическая высота, тем остойчивее судно.

Метацентрическим радиусом ρ называется расстояние от центра величины судна С до метацентра М (см. рис. 6,а).

Величины метацентрической высоты и радиуса зависят от ширины судна и от величины площади грузовой ватерлинии; чем шире судно и чем больше площадь грузовой ватерлинии, тем больше метацентрическая высота и радиус и, следовательно, лучше остойчивость судна.

Величина метацентрической высоты зависит также от расположения по высоте центра тяжести судна. Чем выше он расположен, тем остойчивость хуже.

Центр тяжести может перемещаться в вертикальном положении от приема, снятия и перемещения грузов на судне. Так, например, если вновь принимаемый груз размещать выше центра тяжести судна (выше грузовой ватерлинии) или снимать груз, расположенный ниже грузовой ватерлинии, то центр тяжести будет повышаться, а следовательно, метацентрическая высота будет уменьшаться и остойчивость судна — ухудшаться.

Значительное повышение центра тяжести приводит к отрицательной остойчивости судна, на что следует обращать внимание при погрузке и выгрузке, а также размещении груза на судне. Не следует допускать полной или значительной разгрузки трюмов при наличии большого количества груза на верхней палубе. Нельзя также загружать палубу, не загрузив предварительно трюмы, или размещать тяжеловесные грузы на палубе, а легковесные — в трюмах.

Метацентрическая высота уменьшается при переливании жидких грузов внутри судна с борта на борт и при перемещении грузов, не закрепленных на своих местах, особенно сыпучих. Сильно уменьшается метацентрическая высота при затоплении трюмов от пробоины в корпусе.

При больших углах крена (свыше 20°) метацентрическая высота не характеризует остойчивости, и для суждения о ней строят диаграмму статической остойчивости.

При продольных наклонениях судна точка пересечения направления равнодействующей сил давления воды (поддержания) с плоскостью мидель-шпангоута называется продольным метацентром, а расстояние от этой точки до центра тяжести — продольной метацентрической высотой.

Продольная метацентрическая высота всегда бывает большой (от одной до трех длин судна). Ввиду этого неостойчивых в продольном отношении судов нет. Если же силы действуют на судно динамически, т. е. сразу или почти сразу всей своей величиной, то судно накренится на угол, почти вдвое превышающий угол крена, получающийся при статическом действии тех же сил. Это наклонение является опасным для недостаточно остойчивых судов. Суждение о том, перевернется судно или нет, можно иметь, используя диаграмму статической остойчивости.

Динамическое действие сил наблюдается при затоплении отсеков судна через пробоины, ударе волны о борт, внезапном порыве шквалистого ветра и т. п.

Непотопляемость — способность судна плавать и сохранять свои навигационные качества после затопления одного или нескольких его отсеков. Она обеспечивается правильным распределением поперечных водонепроницаемых переборок в корпусе. Количество их и порядок расположения устанавливаются Правилами Речного Регистра в зависимости от длины судна и запаса плавучести.

На некоторых современных судах непотопляемость обеспечивается устройством двойного дна и двойных бортов, а также продольных переборок.

Ходкость — способность судна к поступательному перемещению по воде за счет источника энергии, находящегося на данном судне или вне его. Она обеспечивается соответствующей мощностью силовой установки и обводами корпуса. Ходкость судна характеризуется скоростью его движения.

При движении судно преодолевает сопротивление воды и воздуха. Полное сопротивление воды состоит из: сопротивления трения, величина которого зависит от величины смоченной поверхности корпуса и качества отделки поверхности обшивки; волнового сопротивления, зависящего от форм обводов корпуса; вихревого сопротивления, возникающего в тех местах, где имеются резкие изменения обтекаемой поверхности или выступающие наружу части.

Судно должно сохранять свою скорость при минимальной затрате мощности силовой установки при плавании как на спокойной воде, так и па волнении. Мощность машин рассчитывается с учетом преодоления полного сопротивления и обеспечения наибольшей заданной скорости движения судна.

Управляемость — способность судна устойчиво двигаться по заданному направлению или изменять его под действием специальных устройств. Она характеризуется устойчивостью судна на заданном курсе и поворотливостью.

Способность судна сохранять приданное ему направление движения (курс) называется устойчивостью на курсе. Если судно держится на курсе, не требуя перекладки руля в течение 5—6 с, то его устойчивость считается удовлетворительной. Устойчивое на курсе судно не требует перекладки руля больше чем на 2—3°.

Способность судна к частым и самопроизвольным отклонениям от первоначального курса независимо от действия руля называется рыскливостью.Это — отрицательное качество судна.

Поворотливостью называется способность судна изменять направление своего движения при отклонениях руля.

Управляемость судна обеспечивается рулевым устройством.

Качка — колебательные движения судна, происходящие под воздействием внешних сил. По форме движения различают бортовую, килевую и вертикальную качки. При плавании на волнении возникают сразу все три вида качки.

Качка действует отрицательно на прочность корпуса судна, может вызвать перемещение грузов и срыв оборудования со своих мест. Изнурительно воздействуя на людей, качка создает трудности в несении вахт.

С целью придания качке плавности при эксплуатации судна) размещают надлежащим образом принимаемые грузы, а иногда выбирают курс по отношению к волнам и изменяют скорость хода. Для гашения качки применяются различные устройства: скуловые кили, цистерны с жидким грузом(водой или топливом), гироскопические устройства, поворотные бортовые рули и т. п.