Sidostabilitet. Fartygets initiala stabilitet Överdriven stabilitet

Teorin om lateral stabilitet tar hänsyn till skeppets lutning som uppstår i mittskeppsplanet, och ett yttre moment, kallat krängningsmomentet, verkar också i mittskeppsplanet.

Utan att begränsa oss till små lutningar av fartyget för närvarande (de kommer att betraktas som ett specialfall i avsnittet "Initial stabilitet"), låt oss överväga det allmänna fallet med krängning av fartyget under inverkan av ett yttre krängningsmoment konstant i tid. I praktiken kan ett sådant krängningsmoment uppstå, till exempel från verkan av en konstant vindkraft, vars riktning sammanfaller med fartygets tvärplan - mittsektionsplanet. När det utsätts för detta krängningsmoment har fartyget en konstant rullning till motsatt sida, vars storlek bestäms av vindkraften och det rätande momentet på fartygets sida.

I litteraturen om fartygsteori är det vanligt att i figuren kombinera två positioner av fartyget samtidigt - rakt och med en lista. Det krängda läget motsvarar ett nytt läge för vattenlinjen i förhållande till fartyget, vilket motsvarar en konstant nedsänkt volym, dock har formen på undervattensdelen av det krängda skeppet inte längre symmetri: styrbordssidan är nedsänkt mer än den vänstra (Figur 1).

Alla vattenlinjer som motsvarar ett värde av fartygets deplacement (vid konstant vikt av fartyget) kallas vanligtvis lika volym.

Den exakta representationen i figuren av alla vattenlinjer med lika volym är förknippad med stora beräkningssvårigheter. Inom fartygsteorin finns det flera tekniker för att grafiskt avbilda vattenlinjer med lika volymer. Vid mycket små krängningsvinklar (vid infinitesimala lutningar med lika volym) kan man använda en följd från L. Eulers sats, enligt vilken två vattenlinjer med lika volym, som skiljer sig åt med en oändligt liten krängningsvinkel, skär varandra längs en rät linje som passerar genom deras gemensamma tyngdpunkt i området (för ändliga lutningar förlorar detta påståendet sin giltighet, eftersom varje vattenlinje har sin egen tyngdpunkt i området).

Om vi abstraherar från den verkliga fördelningen av krafter av fartygets vikt och hydrostatiska tryck, och ersätter deras verkan med koncentrerade resultanter, kommer vi fram till diagrammet (fig. 1). I fartygets tyngdpunkt appliceras en viktkraft, riktad i alla fall vinkelrätt mot vattenlinjen. Parallellt med den finns en flytkraft som appliceras i mitten av fartygets undervattensvolym - i den s.k. centrum av magnitud(punkt MED).

På grund av att dessa krafters beteende (och ursprung) är oberoende av varandra verkar de inte längre längs en linje, utan bildar ett kraftpar parallella och vinkelräta mot den verkande vattenlinjen B 1 L 1. Angående viktkraft R vi kan säga att det förblir vertikalt och vinkelrätt mot vattenytan, och det lutade skeppet avviker från vertikalen, och endast ritningens konvention kräver att vektorn för viktkraften avviker från mittplanet. Detaljerna för detta tillvägagångssätt är lätta att förstå om du föreställer dig en situation med en videokamera monterad på ett fartyg, som på skärmen visar havets yta lutande i en vinkel som är lika med fartygets rullningsvinkel.

Det resulterande kraftparet skapar ett moment, som vanligtvis kallas återställande ögonblick. Detta moment motverkar det yttre krängningsmomentet och är huvudobjektet för uppmärksamhet i stabilitetsteorin.

Storleken på återställningsmomentet kan beräknas med formeln (som för vilket kraftpar som helst) som produkten av en (endera av två) krafter och avståndet mellan dem, som kallas statisk stabilitet skuldra:

Formel (1) indikerar att både skuldran och själva momentet beror på fartygets rullningsvinkel, dvs. representerar variabla (i betydelsen rulle) kvantiteter.

Men inte i alla fall kommer riktningen för återställningsmomentet att motsvara bilden i fig. 1.

Om tyngdpunkten (som ett resultat av särdragen med placeringen av last längs fartygets höjd, till exempel när det finns överflödig last på däck) visar sig vara ganska hög, kan en situation uppstå när viktkraften är till höger om den stödjande kraftens verkningslinje. Då kommer deras ögonblick att agera i motsatt riktning och kommer att bidra till fartygets krängning. Tillsammans med det yttre krängningsmomentet kommer de att kantra fartyget, eftersom det inte finns några andra motverkande moment.

Det är uppenbart att denna situation i detta fall bör bedömas som oacceptabel, eftersom fartyget inte har stabilitet. Följaktligen, med en hög tyngdpunkt, kan fartyget förlora denna viktiga sjövärdighetskvalitet - stabilitet.

På havsgående deplacementfartyg ges möjligheten att påverka fartygets stabilitet, att "kontrollera" den, till navigatören endast genom rationell placering av last och reserver längs fartygets höjd, som bestämmer positionen för fartyget. fartygets tyngdpunkt. Hur som helst är besättningsmedlemmarnas inflytande på placeringen av magnitudcentrum uteslutet, eftersom det är förknippat med formen på undervattensdelen av skrovet, som (med en konstant förskjutning och djupgående av fartyget) är oförändrad, och i närvaro av en rulle av fartyget förändras den utan mänsklig inblandning och beror endast på djupgåendet. Mänskligt inflytande på formen på skrovet slutar vid fartygets designstadium.

Således är tyngdpunktens vertikala läge, vilket är mycket viktigt för fartygets säkerhet, i besättningens "inflytandesfär" och kräver konstant övervakning genom speciella beräkningar.

För att beräkna närvaron av "positiv" stabilitet hos ett kärl, används begreppet metacenter och initial metacentrisk höjd.

Tvärgående metacenter- det här är den punkt som är krökningscentrum för den bana längs vilken värdets centrum rör sig när fartyget kränger.

Följaktligen är metacentret (liksom magnitudcentrum) en specifik punkt, vars beteende uteslutande bestäms av geometrin hos fartygets form i undervattensdelen och dess djupgående.

Metacentrets position som motsvarar landningen av fartyget utan rulle kallas vanligtvis initialt tvärgående metacenter.

Avståndet mellan fartygets tyngdpunkt och det initiala metacentrum i ett visst lastalternativ, mätt i mittplanet (DP), kallas initial tvärgående metacentrisk höjd.

Figuren visar att ju lägre tyngdpunkten är belägen i förhållande till det konstanta (för ett givet djupgående) initiala metacentrum, desto större blir fartygets metacentriska höjd, dvs. desto större är hävstångseffekten av det återställande ögonblicket och detta ögonblick i sig.

Således är den metacentriska höjden en viktig egenskap som tjänar till att kontrollera fartygets stabilitet. Och ju större dess värde, desto större vid samma rullningsvinklar blir värdet på det rätande momentet, dvs. fartygets motstånd mot krängning.

För små krängningar på fartyget är metacentret ungefär beläget på platsen för det initiala metacentret, eftersom bana för magnitudcentrum (punkt MED) är nära en cirkel och dess radie är konstant. Från en triangel med en vertex i metacentrum följer en användbar formel som är giltig vid små rullningsvinklar ( θ <10 0 ÷12 0):

var är rullningsvinkeln θ bör användas i radianer.

Från uttryck (1) och (2) är det lätt att få uttrycket:

som visar att den statiska stabilitetsarmen och metacentriska höjden inte är beroende av fartygets vikt och dess förskjutning, utan representerar universella stabilitetsegenskaper med vilka stabiliteten hos fartyg av olika typer och storlekar kan jämföras.

Så för fartyg med hög tyngdpunkt (timmerlastare) tar den initiala metacentriska höjden värdena h 0≈ 0 – 0,30 m, för torrlastfartyg h 0≈ 0 – 1,20 m, för bulkfartyg, isbrytare, bogserbåtar h 0> 1,5 ÷ 4,0 m.

Den metacentriska höjden bör dock inte ha negativa värden. Formel (1) tillåter oss att dra andra viktiga slutsatser: eftersom storleksordningen på det rätande momentet bestäms huvudsakligen av storleken på fartygets förskjutning R, då är den statiska stabilitetsarmen en "kontrollvariabel" som påverkar intervallet för vridmomentändringar M in vid en given förskjutning. Och från de minsta förändringar l(θ) På grund av felaktigheter i beräkningen eller fel i den initiala informationen (data hämtade från fartygsritningar eller uppmätta parametrar på fartyget), beror storleken på momentet avsevärt M in, som bestämmer fartygets förmåga att motstå lutningar, dvs. bestämmer dess stabilitet.

Således, den initiala metacentriska höjden spelar rollen som en universell stabilitetsegenskap, vilket gör att man kan bedöma dess närvaro och storlek oavsett storleken på kärlet.

Om vi följer stabilitetsmekanismen vid stora rullningsvinklar kommer nya funktioner i det rätande momentet att dyka upp.

För godtyckliga tvärgående lutningar av kärlet, krökningen av banan för storlekscentrum MEDändringar. Denna bana är inte längre en cirkel med konstant krökningsradie, utan är en slags platt kurva som har olika krökningsvärden och krökningsradie vid varje punkt. Som regel ökar denna radie med fartygets rullning och det tvärgående metacentret (som början av denna radie) lämnar mittplanet och rör sig längs dess bana och spårar rörelserna i storlekscentrumet i fartygets undervattensdel . I det här fallet blir förstås själva begreppet metacentrisk höjd otillämpligt, och bara det rätande ögonblicket (och dess axel l(θ)) förblir de enda egenskaperna för fartygsstabilitet vid höga lutningar.

Men i det här fallet förlorar den initiala metacentriska höjden inte sin roll som en grundläggande initial egenskap för fartygets stabilitet som helhet, eftersom storleksordningen på det rätande momentet beror på dess värde, som på en viss "skala faktor”, dvs. dess indirekta effekt på fartygets stabilitet vid stora rullningsvinklar kvarstår.

Så för att kontrollera fartygets stabilitet före lastning är det nödvändigt att i det första steget uppskatta värdet av den initiala tvärgående metacentriska höjden h 0, med hjälp av uttrycket:

där z G och z M 0 är applikat av tyngdpunkten respektive det initiala tvärgående metacentrum, mätt från huvudplanet i vilket början av OXYZ-koordinatsystemet som är associerat med kärlet är beläget (fig. 3).

Uttryck (4) reflekterar samtidigt graden av medverkan från navigatören för att säkerställa stabilitet. Genom att välja och kontrollera positionen för fartygets tyngdpunkt i höjd, säkerställer besättningen fartygets stabilitet, och alla geometriska egenskaper, i synnerhet, Z M 0, måste tillhandahållas av konstruktören i form av grafer för avveckling d, kallad kurvor av teoretiska ritningselement.

Ytterligare kontroll av fartygets stabilitet utförs enligt metoderna i Maritime Register of Shipping (RS) eller enligt metoderna från Internationella sjöfartsorganisationen (IMO).

Rättande ögonblick arm l och själva ögonblicket M in ha en geometrisk tolkning i form av ett Static Stability Diagram (SSD) (Fig. 4). DSO är grafiskt beroende av den återställande momentarmen l(θ) eller själva ögonblicketM in (θ) från rullvinkel θ .

Denna graf är som regel avbildad för ett fartygs rullning endast åt styrbords sida, eftersom hela bilden när ett fartyg rullar till vänster för ett symmetriskt fartyg endast skiljer sig i ögonblickets tecken M in (θ).

Betydelsen av DSO i stabilitetsteorin är mycket stor: det är inte bara ett grafiskt beroende M in(6); DSO:n innehåller omfattande information om tillståndet för fartygets lastning ur stabilitetssynpunkt. Fartygets DSO låter dig lösa många praktiska problem på en given resa och är ett rapporteringsdokument för möjligheten att börja lasta fartyget och skicka det på en resa.

Följande egenskaper kan noteras som DSO:

DSO för ett visst fartyg beror endast på den relativa positionen för fartygets tyngdpunkt G och det initiala tvärgående metacentret m(eller metacentriskt höjdvärde h 0) och förskjutning R(eller utkast d avg) och tar hänsyn till tillgången på flytande last och förnödenheter med hjälp av speciella justeringar,
skrovformen på ett visst fartyg är tydlig i DSO:n över axeln l (θ), styvt förbunden med formen på kroppskonturerna , vilket återspeglar förskjutningen av kvantitetens centrum MED mot den sida som kommer in i vattnet när fartyget kränger.
metacentrisk höjd h 0, beräknat med hänsyn till påverkan av flytande last och reserver (se nedan), visas på DSO som tangenten för tangenten till DSO vid punkten θ = 0, dvs:

För att bekräfta riktigheten av konstruktionen av DSO:n görs en konstruktion på den: vinkeln läggs åt sidan θ = 1 rad (57,3 0) och konstruera en triangel med en hypotenusa som tangerar DSO vid θ = 0, och horisontellt ben θ = 57,3 0. Det vertikala (motsatta) benet ska vara lika med den metacentriska höjden h 0 på axelskala l(m).

inga åtgärder kan ändra typen av DSO, förutom att ändra värdena för de initiala parametrarna h 0 Och R eftersom DSO i viss mening återspeglar den oförändrade formen på fartygets skrov genom värdet l (θ);
metacentrisk höjd h 0 faktiskt bestämmer typen och omfattningen av DSO.

Rullvinkel θ = θ 3, där DSO-grafen skär x-axeln kallas solnedgångsvinkeln för DSO. Solnedgångsvinkel θ 3 bestämmer endast värdet på rullningsvinkeln vid vilken viktkraften och flytkraften kommer att verka längs en rät linje och l(θ 3) = 0. Bedöm kärlets kantring under en rullning

θ = θ 3 kommer inte att vara korrekt, eftersom kapsejsningen av fartyget börjar mycket tidigare - strax efter att ha övervunnit DSO:ns maximala punkt. Maxpunkt för DSO ( l = l m (θ m)) anger endast det maximala avståndet mellan viktkraften och stödkraften. Men den maximala hävstångseffekten l m och maximal vinkel θmär viktiga kvantiteter vid stabilitetskontroll och är föremål för verifiering för överensstämmelse med relevanta standarder.

DSO låter dig lösa många problem med fartygsstatik, till exempel att bestämma den statiska rullningsvinkeln för ett fartyg under påverkan av ett konstant (oberoende av fartygets rullning) krängningsmoment M cr= konst. Denna krängningsvinkel kan bestämmas utifrån villkoret att krängnings- och rätningsmomenten är lika M in (θ) = M cr. I praktiken löses detta problem som uppgiften att hitta abskissan för skärningspunkten för graferna för båda momenten.

Det statiska stabilitetsdiagrammet återspeglar fartygets förmåga att generera ett rätande moment när fartyget lutar. Dess utseende har en strikt specifik karaktär, som motsvarar lastparametrarna för fartyget endast på en given resa ( R = Ri , h 0 = h 0 i). Navigatören, som är involverad i planering av lastresan och stabilitetsberäkningar på fartyget, är skyldig att bygga en specifik DSO för två tillstånd av fartyget på den kommande resan: med den ursprungliga platsen för lasten oförändrad och på 100 % och 10 % av fartygets förråd.

För att kunna konstruera statiska stabilitetsdiagram för olika kombinationer av förskjutning och metacentrisk höjd använder han grafiska hjälpmaterial som finns i fartygets dokumentation för konstruktionen av detta fartyg, till exempel pantokarener, eller ett universellt statiskt stabilitetsdiagram.

Pantocares levereras till fartyget av konstruktören som en del av information om stabilitet och styrka för kaptenen. är universella grafer för ett givet fartyg, som reflekterar formen på dess skrov när det gäller stabilitet.

Pantokarens (fig. 6) är avbildade i form av en serie grafer (vid olika krängningsvinklar (θ = 10,20,30,….70˚)) beroende på fartygets vikt (eller dess djupgående) hos vissa en del av den statiska stabilitetsarmen, kallad stabilitetsarmen bildar – lf(R, θ ).

Formarmen är det avstånd med vilket flytkraften kommer att röra sig i förhållande till den ursprungliga magnitudcentrum C o när fartyget rullar (fig. 7). Det är tydligt att denna förskjutning av tyngdpunkten endast är förknippad med kroppens form och inte beror på tyngdpunktens position i höjdled. En uppsättning formarmsvärden vid olika krängningsvinklar (för en specifik fartygsvikt P=Pi) tas bort från pantocaren-graferna (fig. 6).

För att bestämma stabilitetsarmarna l(θ) och konstruera ett statiskt stabilitetsdiagram för den kommande resan, är det nödvändigt att komplettera formarmarna med viktarmar l in, som är lätta att beräkna:

Sedan erhålls ordinaterna för den framtida DSO:n genom uttrycket:

Efter att ha utfört beräkningar för två belastningstillstånd ( R zap.= 100 % och 10 %), två DSO:er är konstruerade på en blank form, vilket kännetecknar fartygets stabilitet på denna resa. Det återstår att kontrollera stabilitetsparametrarna för deras överensstämmelse med nationella eller internationella stabilitetsstandarder sjöfartyg.

Det finns ett andra sätt att konstruera en DSO, med hjälp av den universella DSO:n för ett givet fartyg (beroende på tillgängligheten av specifika hjälpmaterial på fartyget).

Universell DSO(Fig. 6a) kombinerar de transformerade pantokarenerna för att bestämma lf och vikt axeldiagram lV(θ). För att förenkla utseendet på grafiska beroenden lV(θ) (se formel (6)) var det nödvändigt att ändra variabeln q = synd θ , vilket resulterar i sinusformade kurvor lV(θ) omvandlas till raka linjer lV (q(θ)). Men för att göra detta var det nödvändigt att anta en ojämn (sinusformad) skala längs abskissaxeln θ .

På den universella DSO:n, presenterad av fartygsdesignern, finns det båda typerna av grafiska beroenden - l f (P,0) Och l in (zG,θ). På grund av förändringen i x-axeln, formen av graferna för axeln l f liknar inte längre pantokarener, även om de innehåller samma mängd information om kroppens form som pantocarener.

För att använda den universella DSO:n måste du använda en mätare för att ta bort det vertikala avståndet mellan kurvan från diagrammet l f (θ, P *) och kurva l in (θ, z G *) för flera värden på fartygets rullningsvinkel θ = 10, 20, 30, 40 ... 70 0, vilket kommer att motsvara tillämpningen av formel (6a). Och sedan, på ett tomt DSO-formulär, rada upp dessa värden som ordinaterna för den framtida DSO:n och anslut punkterna med en jämn linje (axeln för rullningsvinklar på DSO:n tas nu med en enhetlig skala).

I båda fallen, både vid användning av pantocaren och vid användning av en universell DSO, bör den slutliga DSO vara densamma.

På den universella DSO:n finns det ibland en hjälpaxel med metacentrisk höjd (till höger), vilket underlättar konstruktionen av en specifik rät linje med värdet z G * : motsvarande ett visst värde på den metacentriska höjden h 0 * , eftersom den

Låt oss nu övergå till metoden för att bestämma koordinaterna för fartygets tyngdpunkt X G Och Z G. I informationen om kärlets stabilitet kan du alltid hitta koordinaterna för tyngdpunkten för ett tomt kärl, abskissan x G 0 och ordinera z G 0.

Produkten av fartygets vikt och motsvarande koordinater för tyngdpunkten kallas de statiska momenten för fartygets förskjutning i förhållande till mittsektionsplanet ( M x) och huvudplanet ( Mz); för ett tomt skepp har vi:

För ett lastat fartyg kan dessa värden beräknas genom att summera motsvarande statiska moment för all last, förråd i tankar, barlast i barlasttankar och ett tomt fartyg:

För statiskt ögonblick MZ det är nödvändigt att lägga till en särskild positiv ändring med hänsyn till den farliga påverkan av fria ytor av flytande last, förråd och barlast, tillgängliga i tabellerna över fartygets tankar, ∆MZ H:

Denna korrigering ökar artificiellt värdet på det statiska momentet så att sämre värden på den metacentriska höjden erhålls, därigenom utförs beräkningen med en marginal i säker riktning.

Har nu delat upp de statiska momenten M X Och M Z korrekt av fartygets totala vikt på en given resa får vi koordinaterna för fartygets tyngdpunkt längs längden ( X G) och korrigerade ( Z G korrekt), som sedan används för att beräkna den korrigerade metacentriska höjden h 0 rätt:

och sedan - att bygga DSO. Värdet Z mo (d) är hämtat från de krökta elementen i den teoretiska ritningen för en specifik medelavräkning.

Stabilitet är förmågan hos ett fartyg, som avvikit från en jämviktsposition, att återvända till det efter att de krafter som orsakade avvikelsen upphört.

Fartygets lutning kan uppstå på grund av inverkan av mötande vågor, på grund av asymmetrisk översvämning av facken under ett hål, från förflyttning av varor, vindtryck, på grund av mottagning eller konsumtion av varor.

Kärlets lutning i tvärplanet kallas rulla, och i längsgående - trim Vinklarna som bildas i detta fall betecknas med θ respektive ψ

Den stabilitet som ett fartyg har under längdlutningar kallas längsgående Det är vanligtvis ganska stort, och det finns aldrig någon fara för att fartyget kantrar genom fören eller aktern.

Ett fartygs stabilitet under tvärgående lutningar kallas tvärgående Det är den viktigaste egenskapen hos ett fartyg, som bestämmer dess sjöduglighet.

Man skiljer på initial sidostabilitet vid små rullningsvinklar (upp till 10 - 15°) och stabilitet vid stora lutningar, eftersom det rätande momentet vid små och stora rullningsvinklar bestäms på olika sätt.

Initial stabilitet. Om fartyget är påverkat av ett yttre krängningsmoment M KR(till exempel vindtryck) kommer att få en rulle med en vinkel θ (vinkeln mellan originalet WL 0 och nuvarande WL 1 vattenlinjer), sedan, på grund av en förändring i formen på undervattensdelen av fartyget, storlekscentrum MED kommer att flytta till en punkt C 1(Fig. 5). Upprätthålla kraften yV kommer att tillämpas vid punkten C 1 och riktad vinkelrätt mot den befintliga vattenlinjen WL 1. Punkt Mär belägen i skärningspunkten mellan det diametrala planet och de stödjande krafternas verkningslinje och kallas tvärgående metacenter. Fartygets viktkraft R förblir i tyngdpunkten G. Tillsammans med styrka yV den bildar ett par krafter som hindrar fartyget från att tippa genom ett krängningsmoment M KR. Momentet för detta kraftpar kallas återställande ögonblick M V. Dess storlek beror på axeln l=GK mellan tyngdkrafterna och stödjande av ett lutande fartyg: M V = Pl =Ph sin θ, Var h- punkthöjd M ovanför fartygets CG G, kallad tvärgående metacentrisk höjd fartyg.

Ris. 5. Krafternas verkan när fartyget rullar.

Från formeln är det tydligt att storleken på återställningsmomentet är större, desto större h. Därför kan den metacentriska höjden fungera som ett mått på stabilitet för ett givet kärl.

Magnitud h av ett givet fartyg vid ett visst djupgående beror på läget för fartygets tyngdpunkt. Om lasterna placeras så att fartygets tyngdpunkt intar en högre position, kommer den metacentriska höjden att minska, och med den minskar den statiska stabilitetsarmen och det rätande momentet, det vill säga fartygets stabilitet. När tyngdpunktens position minskar kommer den metacentriska höjden att öka och fartygets stabilitet ökar.

Eftersom för små vinklar deras sinus är ungefär lika med vinklarna mätt i radianer, kan vi skriva MB = Rh0.

Den metacentriska höjden kan bestämmas från uttrycket h = r + z c - z g , Var z c- Upphöjning av CV:n över OL; r- tvärgående metacentrisk radie, d.v.s. höjden av metacentret ovanför den centrala punkten; z g- höjd av fartygets tyngdpunkt över huvudet.

På ett konstruerat kärl bestäms den initiala metacentriska höjden experimentellt - krängning, d.v.s. genom lateral lutning av fartyget genom att förflytta en last med en viss vikt, kallad hälballast.

Stabilitet vid höga rullningsvinklar. När skeppets rullning ökar, ökar först det rätande momentet, sedan minskar det, blir lika med noll och förhindrar sedan inte bara lutningen, utan bidrar tvärtom till det (fig. 6).

Ris. 6. Statiskt stabilitetsdiagram.

Eftersom förskjutningen för ett givet belastningstillstånd är konstant, ändras det rätande momentet endast på grund av en förändring i den laterala stabilitetsarmen l st. Baserat på beräkningar av sidostabilitet vid stora rullningsvinklar bygger de statiskt stabilitetsdiagram, vilket är en graf som uttrycker beroendet l st från rullningsvinkeln. Det statiska stabilitetsdiagrammet är konstruerat för de mest typiska och farliga fallen av fartygslastning.

Med hjälp av diagrammet kan du bestämma krängningsvinkeln från ett känt krängningsmoment eller, omvänt, hitta krängningsmomentet från en känd krängningsvinkel. Från det statiska stabilitetsdiagrammet kan den initiala metacentriska höjden bestämmas. För att göra detta avskiljs en radian som är lika med 57,3° från koordinaternas ursprung och vinkelrät återställs tills den skär tangenten till kurvan för stabilitetsarmarna vid koordinaternas utgångspunkt. Segmentet mellan den horisontella axeln och skärningspunkten på diagrammets skala kommer att vara lika med den initiala metacentriska höjden.

Med en långsam (statisk) verkan av krängningsmomentet uppstår jämviktstillståndet under rullningen om villkoret för momentlikhet är uppfyllt, d.v.s. M KR = M V(Fig. 7).

Ris. 7. Bestämning av rullningsvinkeln från verkan av statiskt (a) och dynamiskt (b) applicerad kraft.

Under den dynamiska verkan av ett krängningsmoment (en vindpust, ett ryck i bogservajern ombord) får fartyget vinkelhastighet. Det är av tröghet kommer att klara situationen statisk jämvikt och kommer att fortsätta kränga tills det krängande momentets arbete blir lika med det rätande momentets arbete.

Storleken på rullningsvinkeln under krängningsmomentets dynamiska verkan kan bestämmas från det statiska stabilitetsdiagrammet. Den horisontella linjen av krängningsmomentet fortsätter till höger fram till området ODSE(arbetet med krängningsmomentet) kommer inte att vara lika med figurens yta BÅDE(arbete med att återställa ögonblicket). I det här fallet området OACEär generellt, så vi kan begränsa oss till att jämföra områden ÅH JA Och ABC.

Om det område som begränsas av kurvan för återställande moment är otillräckligt kommer fartyget att kantra.

Stabiliteten för havsgående fartyg måste uppfylla kraven i registret, i enlighet med vilka det är nödvändigt att uppfylla följande villkor (det så kallade väderkriteriet): K=M def min / M dn max ≥ 1" var M def min- minsta kantringsmoment (minsta dynamiskt applicerade krängningsmoment med hänsyn till lutning), under vilken inverkan fartyget inte kommer att förlora stabilitet; M dagar max- dynamiskt applicerat krängningsmoment från vindtryck under det sämsta belastningsalternativet vad gäller stabilitet.

I enlighet med registerkraven, den maximala armen för det statiska stabilitetsdiagrammet lmax måste vara minst 0,25 m för fartyg med en längd av 85 m och minst 0,20 m för fartyg över 105 m med en krängningsvinkel θ över 30°. Lutningsvinkeln i diagrammet (vinkeln med vilken stabilitetsarmskurvan skär den horisontella axeln) för alla fartyg måste vara minst 60°.

Flytande lasts inverkan på stabiliteten. Om tanken inte är fylld till toppen, det vill säga det finns en fri yta av vätska i den, kommer vätskan när den lutar att flyta i riktning mot listan och kärlets tyngdpunkt kommer att förskjutas i samma riktning. Detta kommer att leda till en minskning av stabilitetsarmen, och följaktligen till en minskning av det rätande momentet. Ju bredare tanken är i vilken det finns en fri yta av vätska, desto mer betydande blir minskningen av sidostabiliteten. För att minska påverkan av den fria ytan är det tillrådligt att minska tankarnas bredd och sträva efter att säkerställa att det under drift finns ett minimum antal tankar med en fri vätskeyta.

Bulklasts inverkan på stabiliteten. Vid transport av bulklast (spannmål) observeras en något annorlunda bild. I början av lutningen rör sig inte lasten. Först när rullningsvinkeln överstiger vilovinkeln börjar lasten spilla över. I det här fallet kommer den utspillda lasten inte att återgå till sin tidigare position, men kvar på sidan kommer den att skapa en kvarvarande krängning, som under upprepade krängningsmoment (till exempel stormar) kan leda till förlust av stabilitet och kapsejsning av fartyget .

För att förhindra spannmålsspill i lastrummen installeras upphängda längsgående halvskott - skiftande brädor eller så placerar de påsar med spannmål ovanpå spannmålet som hälls i lastrummet (lastpåsar).

Inverkan av en hängande last på stabiliteten. Om lasten är i lastrummet, då när den lyfts, till exempel med en kran, är det som om lasten omedelbart förs över till upphängningspunkten. Som ett resultat kommer fartygets tyngdpunkt att förskjutas vertikalt uppåt, vilket kommer att leda till en minskning av den rätande momentarmen när fartyget rullar, d.v.s. till en minskning av stabiliteten. I det här fallet kommer minskningen i stabilitet att vara större, ju större lastens massa och höjden på dess upphängning.

Stabilitetär förmågan hos ett fartyg att motstå krafter som avviker det från dess jämviktsposition och att återgå till dess ursprungliga jämviktsposition efter att dessa krafters verkan upphört.

De resulterande jämviktsförhållandena för fartyget är inte tillräckliga för att det konstant ska flyta i en given position i förhållande till vattenytan. Det är också nödvändigt att kärlets balans är stabil. Egenskapen, som inom mekaniken kallas jämviktsstabilitet, brukar i fartygsteorin kallas stabilitet. Flytkraften ger således förutsättningarna för fartygets jämviktsposition vid en given landning, och stabilitet säkerställer att denna position bevaras.

Fartygets stabilitet förändras med ökande lutningsvinkel och vid ett visst värde går den helt förlorad. Därför verkar det lämpligt att studera kärlets stabilitet vid små (teoretiskt oändliga) avvikelser från jämviktspositionen med Θ = 0, Ψ = 0, och sedan bestämma egenskaperna för dess stabilitet, deras tillåtna gränser vid stora lutningar.

Det är vanligt att särskilja fartygets stabilitet vid små lutningsvinklar (initial stabilitet) och stabilitet vid stora lutningsvinklar.

När man överväger små lutningar är det möjligt att göra ett antal antaganden som gör det möjligt att studera kärlets initiala stabilitet inom ramen för linjär teori och få enkla matematiska beroenden av dess egenskaper. Fartygets stabilitet vid stora lutningsvinklar studeras med hjälp av en förfinad olinjär teori. Naturligtvis är stabilitetsegenskapen hos ett kärl enhetlig och den accepterade indelningen är rent metodologisk till sin natur.

När man studerar ett fartygs stabilitet beaktas dess lutningar i två ömsesidigt vinkelräta plan - tvärgående och längsgående -. När fartyget lutar i tvärplanet, bestämt av rullningsvinklarna, studeras det sidostabilitet; när lutningarna i det längsgående planet bestäms av trimvinklarna, studera det längsgående stabilitet.

Om fartyget lutar utan betydande vinkelaccelerationer (pumpning av flytande last, långsamt flöde av vatten in i utrymmet), så kallas stabilitet statisk.

I vissa fall verkar krafterna som lutar fartyget plötsligt och orsakar betydande vinkelaccelerationer (vindbyg, vågrullning, etc.). Överväg i sådana fall dynamisk stabilitet.

Stabilitet är en mycket viktig sjövärdighetsegenskap för ett fartyg; tillsammans med flytkraft säkerställer det att fartyget flyter i en given position i förhållande till vattenytan, vilket är nödvändigt för att säkerställa rörelse och manöver. En minskning av fartygets stabilitet kan orsaka en nödrullning och trimning, och en fullständig förlust av stabilitet kan få det att kapsejsa.

För att förhindra en farlig minskning av fartygets stabilitet är alla besättningsmedlemmar skyldiga att:

Ha alltid en klar förståelse för fartygets stabilitet;

Känna till orsakerna som minskar stabiliteten;

Känna till och kunna tillämpa alla medel och åtgärder för att upprätthålla och återställa stabilitet.

Låt oss hitta ett tillstånd under vilket ett fartyg som flyter i ett tillstånd av jämvikt utan rullning eller trim kommer att ha initial stabilitet. Vi antar att lasterna inte förskjuts när fartyget lutar och fartygets tyngdpunkt ligger kvar på den punkt som motsvarar utgångsläget.

När fartyget lutar bildar tyngdkraften P och flytkraften γV ett par, vars moment påverkar fartyget på ett visst sätt. Arten av denna effekt beror på den relativa positionen av CG och metacenter.

Figur 3.9 - Första fallet av fartygsstabilitet

Det finns tre möjliga karaktäristiska fall av fartygets tillstånd för vilka påverkan på det av kraftmomentet P och γV är kvalitativt olika. Låt oss överväga dem med exemplet med tvärgående lutningar.

1:a fallet(Figur 3.9) - metacentret är beläget ovanför CG, d.v.s. z m > z g . I detta fall är en annan placering av storlekscentrum i förhållande till tyngdpunkten möjlig.

1) I utgångsläget är magnitudpunkten (punkt C 0) belägen under tyngdpunkten (punkt G) (Figur 3.9, a), men vid lutning förskjuts storlekscentrum mot lutningen så mycket att metacenter (punkt m) ligger ovanför tyngdpunktskärlet. Kraftmomentet P och γV tenderar att återföra kärlet till dess ursprungliga jämviktsläge, och därför är det stabilt. Ett liknande arrangemang av punkterna m, G och C 0 finns på de flesta fartyg.

2) I utgångsläget är magnitudcentrum (punkt C 0) beläget ovanför tyngdpunkten (punkt G) (Figur 3.9,b). När fartyget lutar rätar det resulterande kraftmomentet P och γV ut fartyget, och därför är det stabilt. I detta fall, oavsett storleken på förskjutningen av magnitudpunkten under lutning, tenderar kraftparet alltid att räta ut fartyget. Detta förklaras av att punkt G ligger under punkt C 0. Ett så lågt läge av tyngdpunkten, vilket säkerställer ovillkorlig stabilitet på fartyg, är svårt att genomföra strukturellt. Detta arrangemang av tyngdpunkten kan hittas i synnerhet på segelbåtar.

Figur 3.10 - Andra och tredje fall av fartygsstabilitet

2:a fallet(Figur 3.10,a) – metacentret ligger under CG, d.v.s. 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:e fallet(Figur 3.10,b) – metacentret sammanfaller med CG, d.v.s. zm = zg. I detta fall, när fartyget lutar, fortsätter krafterna P och γV att verka längs samma vertikal, deras moment är lika med noll - fartyget kommer att vara i ett jämviktstillstånd i den nya positionen. Inom mekaniken är detta fallet med likgiltig jämvikt.

Ur fartygets teorisynpunkt, i enlighet med definitionen av fartygsstabilitet, är fartyget stabilt i 1:a fallet och inte stabilt i 2:a och 3:e fallet.

Så, villkoret för kärlets initiala stabilitet är platsen för metacentret ovanför CG. Kärlet har sidostabilitet om z m > z g , (3.7)

Och längsgående stabilitet, om z m > z g . (3,8)

Härifrån blir den fysiska innebörden av metacentret tydlig. Denna punkt är gränsen till vilken tyngdpunkten kan höjas utan att beröva fartyget positiv initial stabilitet.

Avståndet mellan fartygets metacenter och tyngdpunkten vid Ψ = Θ = 0 kallas initial metacentrisk höjd eller bara metacentrisk höjd. Fartygets tvärgående och longitudinella lutningsplan motsvarar de tvärgående h respektive longitudinella H metacentriska höjderna. Det är uppenbart

h = z m – z g och H = z m – z g, (3,9)

eller h = z c + r - z g och H = z c + R - z g , (3.10)

h = r – α och H = R – α, 3,11)

där α = z g – z c är höjden av CG över CV:n.

Som du kan se skiljer sig h och H endast i metacentriska radier, eftersom α är samma kvantitet.

, så H är betydligt större än h.

α = (1%) R, så i praktiken anses det att H = R.

Fartygets osänkbarhet

Osänkbarhetär ett fartygs förmåga att upprätthålla tillräcklig flytkraft och stabilitet efter översvämning av en del av lokalen. Osänkbarhet, till skillnad från flytkraft och stabilitet, är inte en oberoende sjövärdighet för ett fartyg. Osänkbarhet kan kallas en egenskap hos ett fartyg behålla sin sjöduglighet när en del av skrovets vattentäta volym är översvämmad, och teorin om osänkbarhet kan karakteriseras som teorin om flytkraft och stabilitet hos ett skadat fartyg.

Ett fartyg med god osänkbarhet måste, när ett eller flera fack är översvämmade, först och främst förbli flytande och ha tillräcklig stabilitet för att förhindra att det kantrar. Dessutom ska fartyget inte tappa framdrivningen, vilket beror på djupgående, roll och trim. En ökning av djupgående, betydande krängning och trim ökar vattenmotståndet mot fartygets rörelse och försämrar effektiviteten hos propellrar och fartygsmekanismer. Fartyget ska också upprätthålla styrbarhet, som med en fungerande styranordning är beroende av roll och trim.

Osänkbarhet är en av delarna av ett fartygs överlevnadsförmåga, eftersom förlusten av osänkbarhet är förknippad med ödesdigra konsekvenser - fartygets och människors död, så att se till att det är en av de viktigaste uppgifterna för både skeppsbyggare och besättning. I praktiken säkerställs osänkbarheten i alla skeden av ett fartygs liv: av skeppsbyggare vid design, konstruktion och reparation av fartyget; av besättningen under drift av ett oskadat fartyg; besättning direkt i en nödsituation. Av denna uppdelning följer att osänkbarhet säkerställs genom tre uppsättningar åtgärder:

Konstruktiva åtgärder som utförs under design, konstruktion och reparation av ett fartyg;

Organisatoriska och tekniska åtgärder som är förebyggande och som utförs under fartygets drift;

Åtgärder för att bekämpa osänkbarhet efter en olycka, som syftar till att bekämpa inflödet av vatten, återställa stabiliteten och räta ut det skadade kärlet.

Konstruktiv verksamhet. Dessa åtgärder utförs i fartygets design- och konstruktionsstadier och går ut på att tilldela sådana reserver av flytkraft och stabilitet så att förändringen av det skadade fartygets landning och stabilitet inte sker när ett givet antal avdelningar översvämmas. gå utöver de lägsta tillåtna gränserna. Det mest effektiva sättet att använda reservflytkraft vid skrovskador är att dela upp fartyget i fack med vattentäta skott och däck. Faktum är att om fartyget inte har inre uppdelningar i fack, då om det finns ett undervattenshål, kommer skrovet att fyllas med vatten och fartyget kommer inte att kunna använda sin flytkraftsreserv. Indelningen av fartyg i avdelningar görs i enlighet med del V i ”Regler för klassificering och konstruktion av sjöfartyg” i sjöfartsregistret. Vattenlinjen för ett intakt fartyg, som används vid indelning i fack, vars position finns antecknad i fartygets dokumentation, kallas lastvattenlinjeindelning i fack. Vattenlinjen för ett skadat kärl efter att ett eller flera ödem sjunkit kallas nödvattenlinje. Fartyget förlorar sin flytkraftsreserv om nödvattenlinjen sammanfaller med begränsa nedsänkningslinjen– skärningslinjen mellan skottdäckets yttre yta och sidobeklädnadens yttre yta vid sidan. Den största längden av den del av kärlet som ligger under den maximala nedsänkningslinjen är längden av fartygets indelning i fack. Under skottdäck förstå det översta däcket, till vilket tvärgående vattentäta skott sträcker sig över hela fartygets bredd.

Mängden vatten som har strömmat in i kärlets skadade utrymme bestäms med hjälp av rumpermeabilitetskoefficientμ är förhållandet mellan volymen som kan fyllas med vatten när facket är översvämmat och rummets totala teoretiska volym. Följande permeabilitetskoefficienter är reglerade:

För rum upptagna av maskiner – 0,85;

För lokaler som upptas av last eller förnödenheter – 0,6;

För bostadslokaler och lokaler upptagna av last med hög permeabilitet (tomma behållare etc.) - 0,95;

För tomma tankar och barlasttankar – 0,98.

En viktig egenskap hos ett fartygs osänkbarhet är maximal översvämningslängd, vilket förstås som den största längden av ett villkorligt fack efter översvämning, med en permeabilitetskoefficient lika med 0,80, med djupgåendet för motsvarande lastvattenlinje för att dela upp fartyget i fack och i avsaknad av den initiala trimningen, kommer nödvattenlinjen vidrör gränslinjen för nedsänkning.

En viktig konstruktiv åtgärd för att säkerställa osänkbarhet är skapandet av starka och vattentäta förslutningar (dörrar, luckor, halsar) installerade längs konturen av det vattentäta facket, vilket bör fungera bra under list, trim och havsvågor. För alla skjut- och gångjärnsdörrar i vattentäta skott ska indikatorer finnas på bryggan för att indikera deras position. Fartygets vattenbeständighet och styrka måste säkerställas inte bara i undervattensdelen utan också i skrovets ovanvattensdel, eftersom den senare bestämmer reserv för flytkraft som förbrukas i händelse av skada.

För besättningens aktiva kamp för osänkbarhet tillhandahåller fartyget också:

Skapande av fartygssystem (krängning, trimning, dränering, dränering, pumpning av flytande last, översvämning, dränering och bypass, ballastering);

Leverans av nödutrustning och material.

Sådana förslutningar, system och mekanismer måste vara lämpligt märkta för att säkerställa att de är det korrekt användning med maximal effektivitet. Platser där akuta medel är koncentrerade kallas beredskapsposter. Det kan vara specialrum eller förråd, lådor och sköldar på däck. Fjärrstartanordningar för fartygssystem kan installeras vid sådana stolpar.

Organisatoriska och tekniska åtgärder. Organisatoriska och tekniska åtgärder för att säkerställa osänkbarhet utförs av fartygets besättning under drift för att förhindra att vatten tränger in i avdelningarna, samt för att upprätthålla fartygets landning och stabilitet, förhindra att det översvämmas eller kantrar. Sådana evenemang inkluderar:

Korrekt organisation och systematisk förberedelse av besättningen för kampen för osänkbarhet;

Upprätthålla alla tekniska medel för att bekämpa osänkbarhet och nödförnödenheter i ett skick som garanterar möjligheten till omedelbar användning;

Systematisk övervakning av tillståndet för alla skrovkonstruktioner för att kontrollera deras slitage (korrosion), byte av enskilda strukturella element under rutin- eller halvtidsreparationer vid överskott fastställda standarder ha på sig;

Systematisk målning av skrovstrukturer;

Eliminering av snedvridningar och nedhängning av vattentäta dörrar, luckor och ventiler, systematiskt flytta runt dem och bibehålla alla tätningsanordningar i gott skick;

Kontroll av utombordsöppningar, speciellt vid dockning av fartyget;

Strikt efterlevnad av instruktioner för att ta emot och konsumera flytande bränslen;

Säkra last på ett stuvat sätt och förhindra deras rörelse under uppstigning (särskilt över fartyget);

Kompensation för förlust av stabilitet orsakad av nedisning av kärlet genom att ta emot flytande ballast och vidta åtgärder för att avlägsna is (flisning, sköljning varmt vatten);

Kampen för osänkbarhet. Kampen för osänkbarhet förstås som en uppsättning åtgärder av besättningen som syftar till att upprätthålla och eventuellt återställa fartygets flytkrafts- och stabilitetsreserver, samt att föra det i en position som säkerställer framdrivning och kontrollerbarhet.

Kampen för osänkbarhet genomförs omedelbart efter att fartyget fått skada och består av bekämpa inkommande vatten, bedöma dess tillstånd och åtgärder för att återställa stabiliteten och räta ut fartyget.

Slåss mot inkommande vatten består av att upptäcka inträngning av vatten i kärlet, vidta möjliga åtgärder för att förhindra eller begränsa inträngningen och vidare spridning havsvatten på kärlet, såväl som på dess avlägsnande. Samtidigt vidtas åtgärder för att återställa tätheten av sidor, skott, plattformar och säkerställa tätheten i nödavdelningar. Små hål, lösa sömmar, sprickor tätas med träkilar och pluggar (kotletter) (Figur 3.11). Större hål täcks med en hårdmetallplåster eller matta nedtryckt med en sköld.

Figur 3.11 - Träkilar och pluggar: Figur 3.12 - Spännbultar:

a, b, c – kilar; d, e – pluggar a – med ett vikbart fäste; b, c – krokar.

För deras fastsättning innehåller nödsatsen speciella bultar och klämmor, distansstänger och kilar (Figur 3.12 3.15). Att fylla hålet med de beskrivna metoderna är en tillfällig åtgärd. Efter att ha pumpat ut vattnet utförs den slutliga återställandet av tätheten genom att betonga hålet - placera en cementlåda. Framgången med att täta små hål beror på deras placering (ovanför eller under vattnet), på hålets tillgänglighet från insidan av fartyget, på dess form och placeringen av kanterna på den sönderrivna metallen (inuti eller utanför skrovet).

Figur 3.13 - Metallplåster:

a – ventil; b – med en klämbult; 1 - lådformad kropp; 2 - förstyvningar; 3 – uttag för skjutstopp; 4 - rör med pluggar för krokbultarnas stavar; 5 - ventil; 6 – öglor för att fästa ändarna under kölen; 7.8 – klämbult med vikfäste; 9 – mutter med handtag; 10 – tryckskiva.

Figur 3.14 - Glidstopp i metall:

1.8 – axiallager; 2,3 – muttrar med handtag; 4 - stift; 5 - ytterrör; 6 - innerslang; 7 – gångjärn

I rum intill nödavdelningen kan vatten komma in som ett resultat av dess filtrering genom olika läckor (brott mot tätheten hos skotttätningar av rörledningar, kablar etc.). I sådana fall återställs tätheten med tätning, kilar eller pluggar, och själva skotten är förstärkta med nödbalkar för att förhindra att de buktar ut eller förstörs.

Figur 3.15 - Nödklämma: a – med grepp för ramar av kanaltyp; b – grepp för ramar av glödlampa; 1 - klämma; 2 – klämskruv; 3 – klämskruvshandtag; 4 - glidmutter; 5 – låsskruvar; 6 – bultar som håller två

kanalremsor; 7- fånga

Figur 3.16 – Mjuka fläckar

a – pedagogisk; 1- duk; 2 - firmware; 3 – lyktros; 4 - hörnfingerborg; 5 – krengel för kontrolländen; b – fyllda: 1 – tvålagers dukskydd; 2 - fylld matta; 3 - firmware; 4 - hörn fingerborg; c – lätt: 1 – hörnfingerborg; 2 – lyktros; 3 – ficka för lameller; 4 – distansskena gjord av rör; 5.7 - lager av duk; 6 - filtdyna; g – calch: 1,2 – dubbelt lager canvas kudde; 3 – lyktros av plåstret; 4 - nätring; 5 - dukbricka; 6 – liktros mesh

Mjuka plåster (Figur 3.16) är det viktigaste sättet att tillfälligt täta hål, eftersom de kan passa tätt längs konturerna av fartygets skrov var som helst.

Litteratur:: s.36-47; : s. 37-53, 112-119: : s. 42-52; : Med. 288-290.

Frågor för självkontroll:

1. Vilka är kärlets huvudmått?

2. Definiera ett fartygs sjövärdighet?

3. Fartygets flytkraftsreserv?

4. Definiera alla volymetriska driftsegenskaper för kärlet?

5. Rita en lastlinje och dechiffrera bokstäverna vid kammen?

6. Vad kallas ett fartygs osänkbarhet?

7. Vilka organisatoriska och tekniska åtgärder säkerställer osänkbarhet?

8. Vad kallas ett fartygs stabilitet?

9. Definiera metacentrisk höjd?

Styrväxeln

Roderdesigner

Ett modernt fartygsroder är en vertikal vinge med inre förstärkningsribbor, som roterar runt en vertikal axel, vars yta för sjöfartyg är 1/10 - 1/60 av arean av den nedsänkta delen av DP (den produkt av fartygets längd och dess djupgående: LT).

Rodrets form påverkas avsevärt av formen på fartygets akterände och propellerns placering.

Enligt formen på fjäderprofilen är roderen uppdelade i platt och strömlinjeformad profil. Profilratten består av två konvexa yttre skal, med ribbor och vertikala membran på insidan, svetsade till varandra och bildar en ram för att öka styvheten, som är täckt på båda sidor med stålplåtar svetsade till den.

Profilrattar har ett antal fördelar jämfört med plattor:

Högre normaltryck på ratten;

Mindre vridmoment krävs för att vrida på ratten.

Dessutom förbättrar ett strömlinjeformat roder fartygets framdrivningsegenskaper. Därför har den hittat den största tillämpningen.

Roderbladets inre hålrum är fyllt med poröst material som hindrar vatten från att komma in. Roderbladet är fäst vid roderstycket tillsammans med ribborna (Figur 4.1). Roderstycket är gjutet (eller smidd) tillsammans med öglor för att hänga rodret på roderstolpen (gjutningen ersätts ibland med en svetsad struktur), som är en integrerad del av akterstolpen.

Storleken på roderbladsytan beror på typen av fartyg och dess syfte. För att grovt uppskatta den erforderliga roderytan används vanligtvis S/LT-förhållandet, vilket för sjötransportfartyg med ett roder är 1,8-2,7, för tankfartyg - 1,8-2,2;

för bogserbåtar - 3-6; för kustfartyg - 2,3-3,3.

Förbi anslutningsmetod med kropp och antal stöd pennans passiva roder är indelade i:

Enkel (multi-stöd) (Figur 4.2, a, 6);

Halvupphängd (enkelt stöd - upphängd på en stock och stödd på kroppen vid en punkt) (Figur 4.2, c);

Upphängd (ej stödd, upphängd på en stock) (Figur 4.2, d).

Förbi axelposition Beståndet i förhållande till fjädern särskiljs:

Rodren är obalanserade (konventionella), där lageraxeln passerar nära fjäderns framkant;

Balanserad, lageraxeln ligger på ett visst avstånd från rattens framkant. Halvupphängda balansroder kallas även semi-balanserande roder.

Obalanserade roder installeras på fartyg med en rotor, halvbalanserade och balanserade - på alla fartyg. Användningen av upphängda (balanserande) roder gör att du kan minska styrkan hos styrmaskinen genom att minska vridmomentet som krävs för att växla ratten.

Figur 4.1 - Styranordning med en halvupphängd balanserad strömlinjeformad ratt: 1 - roderblad; 2 - ruderpis; 3 - nedre stödlager av lager; 4 - hjälmarrör; 5 - övre axiallager av lager; 6 - styrväxel; 7 - extra rullstyrning; 8 - lager; 9 - rodrets nedre stift; 10 - roderstolpe

Roderstock- det här är en massiv axel med vilken roderbladet vrids. Den nedre änden av stocken har vanligtvis en krökt form och slutar med en tass - en fläns som tjänar till att koppla ihop stocken med roderbladet med bultar, vilket gör det lättare att ta bort rodret vid reparationer. Ibland, istället för en flänsanslutning, används en konkoppling. Att fästa roderbladet på stocken och skrovet på många typer av fartyg har mycket gemensamt och skiljer sig något.

Roderstocken går in i skrovets bakre valans genom ett styrportrör, som säkerställer skrovets täthet, och har minst två stöd (lager) i höjdled. Det nedre stödet är placerat ovanför styrportröret och har som regel en glandtätning som hindrar vatten från att komma in i fartygets skrov; det övre stödet är placerat direkt på den plats där sektorn eller rorkulten är säkrad. Typiskt tar det övre stödet (axiallagret) massan av stocken och roderbladet, för vilket ett ringformigt utsprång är gjort på stocken.

Förutom roder använder fartyg propeller. Med hjälp av en framdrivningsanordning installerad i den tvärgående kanalen av fartygets skrov skapar de en dragkraft i riktningen vinkelrät mot dess DP, vilket ger kontrollerbarhet när fartyget inte rör sig eller när det rör sig i extremt låga hastigheter, vid konventionell styrning enheter är ineffektiva. Fasta eller justerbara propellrar, skovelpropellrar eller pumpar används som propulsorer. Thrustrar är placerade i för- eller akterändarna, och på vissa fartyg är två sådana anordningar installerade i både för- och akterändarna. I det här fallet är det möjligt att inte bara vända fartyget på plats, utan också att flytta det i en fördröjning utan användning av huvudframdrivningsmotorer. För att förbättra hanteringen finns även roterande fästen monterade på stocken och speciella balanseringsroder.

Kontrollstation

Del styrkretsar styrväxel inkluderar:

Kontrollstation med spårande elektriskt system;

Elektrisk överföring från kontrollstationen till elmotorn.

Styrsystemet "Aist" används ofta för fjärrstyrning av elektrohydrauliska styrmaskiner på fartyg. Tillsammans med gyrokompassen och styrväxeln ger den fyra typer av kontroll: "Automatisk", "Följande", "Enkel", "Manuell".

Kontrolltyperna "Automatisk" och "Följer" är de viktigaste. Om dessa typer av styrning inte fungerar, växlas styrväxeln till "Enkel". I händelse av fel på det fjärranslutna elektriska överföringssystemet växlar de till "Manuellt" läge.

Komponenterna i "Aist"-systemet är kontrollpanelen (PU) - autopiloten "Aist", ställdonet (IM-1) och styrsensorn (RS).

Huvudkontrollstationen är placerad i styrhytten nära kurskompassen och gyrokompassrepeatern. Ratten eller styrpanelen är vanligtvis monterad på samma pelare som autopilotenheten. Huvudelementet i den elektriska transmissionen är ett system av kontroller placerade i rattstången och anslutna med elektriska ledningar till huvuddrivmotorn i rorkultsutrymmet.

Styrväxlar

Styrmaskiner. För närvarande används två typer av styrmaskiner i stor utsträckning - elektriska och hydrauliska. Manövreringen av styrväxeln styrs på distans från styrhytten med hjälp av kabel, rulle, elektrisk eller hydraulisk transmission. De två sista är de vanligaste på moderna fartyg.

Styrväxlar

På fartyg Marin en mängd olika styrenheter används, bland vilka styrväxlar med elektriska och hydraulisk drivkrafter för inhemsk och utländsk produktion. De säkerställer överföringen av styrmotorkrafter till stocken.

Bland dem är två huvudtyper av enheter allmänt kända.

En mekanisk sektorstyrd drivning från en elektrisk motor (Figur 4.3) används på små och medelstora fartyg.

I denna drivning är rorkulten stadigt fäst vid roderstocken. Sektorn, löst monterad på stocken, är ansluten till rorkulten med hjälp av en fjäderstötdämpare och till styrmotorn - med en växeldrift.

Ratten växlas av en elmotor genom sektorn och rorkulten, och dynamiska belastningar från vågslag absorberas av stötdämpare.

Figur 4.3 - Styranordning med mekanisk sektorstyrd drivning

från en elmotor:

1 - manuell (nöd) rattdrift; 2 - rorkult; 3 - växellåda; 4 - styrsektor; 5- elmotor; 6 - fjäder, 7 - styrlager; 8-profils ratt; 9 - segment av snäckhjulet och bromsen; 10 – mask.

Styrschemat för en sektorstyrd maskin med elektrisk transmission visas i

Figur 4.4

Figur 4.5 - Styrschema för en hydraulisk styranordning

dubbelkolv styrmaskin:

1 - rattlägessensor; 2 - kabelnät; 3 - oljepumpens drivmotor; 4 - oljepump; 5 - rattstång; 6 - roderpositionsrepeater; 7- telemotormottagare; 8- hydrauliska cylindrar i styrmaskinen; 9- styrlager; 10 - oljeledning; 11 - justerstång respons spårningssystem; 12 - telemotorsensor; 13 – oljeledning.

Kraftkolvdrivning från hydraulcylindrar används på moderna fartyg (Figur 4.5). Den består av två hydraulcylindrar, en oljepump, en telemotor och ett hydraulsystem.

Enheten fungerar enligt följande. När ratten som är placerad i styrhytten roterar, genererar den teledynamiska sensorn i kontrollstationen en kommandosignal i form av oljetryck, som pumpas in i telemotorcylindern av hydraulsystemet. Under påverkan av denna signal aktiveras telemotorn

spakåterkopplingssystem, som tillåter åtkomst av kraftolja till en av hydraulcylindrarna. I detta fall överförs olja under pumptryck från en cylinder till en annan, flytta kolven och vrida rorkulten, stocken och roderbladet i önskad riktning. Efter detta återgår ställstången till nollläget och sensorn och repeatern registrerar rattens nya position.

För att förhindra att oljetrycket i hydraulcylindrarna ökar när en kraftig våg eller ett stort isflak träffar roderbladet är hydraulsystemet försett med säkerhetsventiler och stötdämpande fjädrar.

Om telemotorn går sönder kan styrväxeln styras manuellt från rorkultsutrymmet.

Om båda oljepumparna misslyckas, växlar de till manuell växling av ratten, för vilken hydraulsystemets rör är direkt anslutna till hydraulcylindrarna, vilket skapar tryck i dem genom att vrida ratten i kontrollposten.

Layouten för enheterna i en styrmaskin med dubbla kolvar med en liknande funktionsprincip visas i figur 4.6. Dessa maskiner används mest på moderna fartyg, eftersom de ger den högsta effektiviteten av hela styrväxeln. I dem omvandlas trycket från arbetsoljan i hydraulcylindrarna direkt, först till kolvens translationsrörelse och sedan genom en mekanisk transmission till rotationsrörelsen hos styrmaterialet, som är stelt förbundet med rorkulten. Det erforderliga oljetrycket och kraften hos styrmaskinen genereras av radiella kolvpumpar med variabel kapacitet, och den fördelas mellan cylindrarna av en telemotor, som får ett kommando från rodret från styrhytten.

Koefficienten för utnyttjande av fartygets nettolastkapacitet (formel, dess förklaring och gränser för att ändra denna indikator).

Jämviktsförhållandena för ett fartyg som erhållits i kapitel 4 ”Flytkraft” är inte tillräckliga för att det konstant ska flyta i en given position i förhållande till vattenytan. Det är också nödvändigt att kärlets balans är stabil. Egenskapen, som inom mekaniken kallas jämviktsstabilitet, brukar i fartygsteorin kallas stabilitet. Flytkraften ger således förutsättningarna för fartygets jämviktsposition vid en given landning, och stabilitet säkerställer att denna position bevaras.

Det är vanligt att särskilja fartygets stabilitet vid små lutningsvinklar (initial stabilitet) och stabilitet vid stora lutningsvinklar.

Om fartyget lutar utan betydande vinkelaccelerationer (pumpning av flytande last, långsamt flöde av vatten in i utrymmet), så kallas stabilitet statisk.

I vissa fall verkar krafterna som lutar fartyget plötsligt och orsakar betydande vinkelaccelerationer (vindbyg, vågrullning, etc.). Överväg i sådana fall dynamisk stabilitet.

För att förhindra en farlig minskning av fartygets stabilitet är alla besättningsmedlemmar skyldiga att:

alltid ha en klar förståelse för fartygets stabilitet;

känna till orsakerna som minskar stabiliteten;

känna till och kunna tillämpa alla medel och åtgärder för att upprätthålla och återställa stabilitet.

Genom den relativa positionen för lasten på fartyget kan navigatören alltid hitta det mest fördelaktiga värdet av den metacentriska höjden, vid vilken fartyget kommer att vara tillräckligt stabilt och mindre utsatt för stigning.

Krängningsmomentet är produkten av vikten av lasten som rör sig över fartyget och skuldran lika med rörelseavståndet. Om en person väger 75 kg, sittande på en bank kommer att röra sig över fartyget med 0,5 m, då blir krängningsmomentet lika med 75 * 0,5 = 37,5 kg/m.

Bild 91. Statiskt stabilitetsdiagram

För att ändra det ögonblick som kränger fartyget med 10° är det nödvändigt att ladda fartyget till full förskjutning helt symmetriskt i förhållande till mittplanet.

Fartygets last bör kontrolleras genom djupgående mätt på båda sidor. Inklinometern installeras strikt vinkelrätt mot mittplanet så att den visar 0°.

Efter detta måste du flytta laster (till exempel människor) på förmarkerade avstånd tills lutningsmätaren visar 10°. Testexperimentet bör utföras enligt följande: luta fartyget på ena sidan och sedan på den andra sidan.

Genom att känna till fästmomenten för ett fartygs krängning i olika (upp till största möjliga) vinklar, är det möjligt att konstruera ett statiskt stabilitetsdiagram (fig. 91), som kommer att utvärdera fartygets stabilitet.

Stabiliteten kan ökas genom att öka fartygets bredd, sänka tyngdpunkten och installera akterutbuktningar.

Om kärlets tyngdpunkt är belägen under tyngdpunkten anses fartyget vara mycket stabilt, eftersom stödkraften under en rullning inte ändras i storlek och riktning, men punkten för dess applicering skiftar mot lutningen av kärlet (fig. 92, a).

Därför, vid krängning, bildas ett par krafter med ett positivt återställande moment, som tenderar att återföra fartyget till dess normala vertikala läge på en rak köl. Det är lätt att verifiera att h>0, medan den metacentriska höjden är 0. Detta är typiskt för yachter med tung köl och atypiskt för mer stora fartyg med en konventionell husdesign.

Om tyngdpunkten är belägen ovanför tyngdpunkten är tre fall av stabilitet möjliga, vilket navigatören bör vara väl medveten om.

Det första fallet av stabilitet.

Metacentrisk höjd h>0. Om tyngdpunkten är belägen ovanför tyngdpunkten, då när fartyget är i ett lutande läge, skär aktionslinjen för stödkraften mittplanet ovanför tyngdpunkten (fig. 92, b).

Ris. 92. Fallet med ett stabilt fartyg

I detta fall bildas också ett par krafter med ett positivt återställande moment. Detta är typiskt för de flesta konventionellt formade båtar. Stabiliteten i detta fall beror på skrovet och tyngdpunktens läge i höjdled.

Vid krängning kommer den krängande sidan in i vattnet och skapar ytterligare flytkraft, vilket tenderar att jämna ut fartyget. Men när ett fartyg rullar med flytande och bulklast som kan röra sig mot rullen kommer även tyngdpunkten att förskjutas mot rullen. Om tyngdpunkten under en rulle rör sig bortom lodlinjen som förbinder tyngdpunkten med metacentret, kommer skeppet att kantra.

Det andra fallet av ett instabilt kärl i likgiltig jämvikt.

Metacentrisk höjd h = 0. Om tyngdpunkten ligger över tyngdpunkten, så passerar under en rullning stödkraftens verkningslinje genom tyngdpunkten MG = 0 (Fig. 93).

I det här fallet är tyngdpunkten alltid placerad på samma vertikal som tyngdpunkten, så det finns inget återhämtande kraftpar. Utan påverkan av yttre krafter kan fartyget inte återgå till upprätt läge.

I det här fallet är det särskilt farligt och helt oacceptabelt att transportera flytande och bulklast på ett fartyg: med den minsta gungningen kommer fartyget att kapsejsa. Detta är typiskt för båtar med en rund ram.

Det tredje fallet av ett instabilt kärl i instabil jämvikt.

Metacentrisk höjd h<0. Центр тяжести расположен выше центра величины, а в наклонном положении судна линия действия силы поддержания пересекает след диаметральной плоскости ниже центра тяжести (рис. 94).