Основы теории судна, плавучесть и остойчивость

«Плавучесть» - способность судна плавать в состоянии равновесия в заданном положении относительно спокойной воды с наличием на борту всех положенных грузов и имущества.

Погружённое тело плавает в равновесии, когда его вес равен весу вытеснённого им объёма жидкости (закон Архимеда).

Основной силой, действующей на судно, является сила тяжести (G – вес судна), представляющая собой сумму всех весов. Эта сила приложена к точке, называемой центром тяжести (ЦТ) судна, и направлена вертикально вниз.

Силу тяжести уравновешивает другая сила, равная ей по величине и направленная вертикально вверх. Эту силу называют силой поддержания (D – сила плавучести или весовое водоизмещение). Сила поддержания представляет собой равнодействующую всех сил давления воды на каждую точку погруженной части корпуса судна и приложена в точке, называемой центром величины судна (ЦВ).

Центр тяжести (ЦТ) – точка приложения            Центр величины (ЦВ) – точка, являющаяся

    равнодействующей сил тяжести,                 центром подводного объёма воды, вытеснённого

             действующих на судно                               погружённой частью корпуса судна

Исходя из вышесказанного, можно записать – G=D. Силы G и D измеряют в тоннах силы.

Для равновесия плавающего судна точка приложения сил поддержания – ЦВ должна всегда находиться на одной вертикали с точкой приложения силы тяжести ЦТ.

«Остойчивость» - это способность судна противостоять силам (ветер, волна, перемещение груза, пассажиров и др.) вызывающим его наклонение, а после прекращения действия этих сил возвращаться в первоначальное положение равновесия.

М – метацентр; Q – угол крена; Мкр – кренящий момент;

Мв – восстанавливающий момент;

h – метацентрическая высота; L – плечо остойчивости

Различают два вида остойчивости в зависимости от плоскости наклонения: продольную и поперечную. Продольная остойчивость – при наклонении судна на нос или корму (дифферент), а поперечная – при наклонениях на борт (крен).

Так как длина корпуса судна намного больше его ширины то и продольная остойчивость значительно выше поперечной, поэтому для безопасности плавания наиболее важно обеспечить надлежащую поперечную остойчивость.

Если силы, вызывающие наклонение судна действуют медленно, то остойчивость называют статической, а если быстро, то динамической. Рассмотрим более подробно поперечную остойчивость и действие сил, накреняющих судно на борт.

Центр тяжести (ЦТ) при наклонении остаётся на месте, но центр величины (ЦВ) из-за изменения формы подводной части переместится в новую точку ЦВ.

Силы веса G и поддержания D теперь уже действуют не на одной прямой, а образуют восстанавливающий момент Мв = DL, который стремится вернуть судно в исходное положение. При этом крен судна будет увеличиваться до тех пор, пока не наступит равенство кренящего и восстанавливающего моментов (Мкр = Мв).

Если это равенство сохранится, то судно будет иметь постоянный крен. Например, такое положение можно наблюдать при движении идущего под парусом судна при устойчивом боковом ветре. Но стоит только измениться силе ветра или его направлению в сторону борта, как немедленно изменится и крен судна.

При увеличении крена величина восстанавливающего момента сначала увеличивается, достигает максимального значения, а со входом палубы в воду начинает уменьшаться. Когда Мв = 0, судно теряет остойчивость, т.е. опрокидывается.

Учитывая, что в формуле Мв = DL, величина D остаётся неизменной, момент опрокидывания наступает при условии, что величина плеча остойчивости L достигает нуля и далее изменяет свой знак на отрицательные: восстанавливающий момент Мв < 0 и направлен в сторону кренящего момента (отрицательная остойчивость).