Условие равновесия и плавучести судна, запас плавучести, грузовая марка. Информация о непотопляемости

Плавучестью называется способность судна плавать по определенную ветерлинию, неся всю положенную нагрузку.

На судно, как на плавающее тело, постоянно действуют две кагетрии сил; силы тяжести (вес судна) и силы давления воды (гидростатические силы).

Равнодеиствующая сил тяжести, которая представляет собой сумму сил тяжести всех элементов судна, определяет вес судна Р. Сила веса при любых положениях судна всегда направлена вертикально вниз. Точка приложения силы веса называется центром тяжести судна и обозначается буквой G.

Равнодействующая гидростатических сил является результирующей всех сил, возникающих вследствие давления воды на поверхность корпуса судна. Она называется силой плавучести или силой поддержания D'. Сила плавучести направлена по вертикали вверх. Точка приложения силы плавучести называется центром величины. Эта точка обозначается буквой С и находится в центре тяжести подводного объема корпуса.

Сила плавучести D', согласно закону Архимеда, равна весу вытесненной воды в объеме, равном погруженной в жидкость части тела (корпуса): D' = γ×V. Удельный вес воды γ является переменной величиной. При выполнении расчетов, связанных с проектированием судов, обычно принимают γ =10,05 кн/м3 для морской воды и γ = 9,81 кн/м3 для пресной.

Водоизмещение (масса) судна равна массе вытесняемой им воды:

D = ρ×V,

где V - объемное водоизмещение судна, м3;

ρ - плотность забортной воды.

Для пресной воды ρ = 1,0 т/м3, для морской ρ= 1,025 т/м3.

Из теоретической механики известно, что для равновесия тела, на которое действует две системы сил, необходимо и достаточно, чтобы равнодействующие этих сил были равны по величине и направлены по одной прямой в противоположные стороны. На основании этого правила для равновесия судна необходимо и достаточно, чтобы сила плавучести равнялась весу судна и центр тяжести G и центр величины С лежали на одной вертикали.

Обозначив координаты центра тяжести G через Xg, Yg, Zg, а координаты центра величины С через Xс, Yс, Zс, можно написать уравнения равновесия:

1) D'=P или γ×V=P

2) Xg=Xc

3) Yg=Yc

Аппликаты Z g и Zc характеризующие положение центра величины и центра тяжести по высоте, не связаны какой-либо зависимостью, но практически всегда у плавающего судна Zc< Zg, т.е. центр величины всегда лежит ниже центра тяжести.

Приведенные выше формулы представляют собой математическое выражение условий равновесия судна. Уравнения: D' = γ×V, γ×V=P называются основными уравнениями плавучести, т.к. они устанавливают связь соответственно между водоизмещением (массой) или весом судна и массой или весом вытесняемой им воды.

При наличии у судна крена и дифферента условие: γ×V=P' остается неизменным, а второе и третье условия меняются и принимают более сложный вид. Действительно, в случае посадки судна на ровный киль, но с креном, условие расположения Ц.Т. и Ц.В. на одной вертикали запишется в виде:

Это условие вытекает из рассмотрения треугольника AGC, лежащего в плоскости мидель-шпангоута.

При посадке судна прямо, но с диффирентом это условие будет иметь вид:

Это уравнение получено из рассмотрения треугольника BGC, расположенного в ДП.

Запас плавучести

Под плавучестью корабля понимают его способность оставаться на плаву при заданной нагрузке. Эта способность характеризуется запасом плавучести, который выражается как процент объёма водонепроницаемых отсеков выше ватерлинии к общему водонепроницаемому объёму. Любое нарушение непроницаемости ведёт к снижению запаса плавучести. Для судна, у которого корпус водонепроницаем по главную палубу:

W = Vн / Vo * 100,

где Vн — объём подпалубных помещений над ватерлинией, Vo — весь объём подпалубных помещений.

Уравнение равновесия в этом случае имеет вид:

P = γ (Vo−Vн), или:

P = γ V

где P — вес судна, γ — плотность воды, V — погружённый объём, и называется основным уравнением плавучести

Из него следует:

при неизменной плотности γ изменение нагрузки P сопровождается пропорциональным изменением погружённого объёма V до достижения нового положения равновесия. То есть, при увеличении нагрузки судно «садится» в воду глубже, при уменьшении всплывает выше.

при неизменной нагрузке P изменение плотности γ сопровождается обратно пропорциональным изменением погружённого объёма V. Так, в пресной воде судно сидит глубже, чем в солёной.

изменение объёма V при прочих равных сопровождается изменением осадки. Например, при балластировке забортной водой или аварийном затоплении отсеков можно считать, что судно не приняло груз, а уменьшило погружённый объём, и осадка увеличилась — судно сидит глубже. При откачке воды происходит обратное.

Физический смысл запаса плавучести — это объём воды, который судно может принять (скажем, при затоплении отсеков), ещё оставаясь на плаву. Запас плавучести 50 % значит, что водонепроницаемый объём выше ватерлинии равен объёму ниже неё. Для надводных кораблей характерны запасы 50÷60 % и выше. Считается, что чем бо́льший запас удалось получить при постройке, тем лучше.

ГРУЗОВАЯ МАРКА И МАРКИ УГЛУБЛЕНИЯ

Положения о грузовой марке разработаны на основе Международной конвенции о грузовой марке 1966 года.

Положения о грузовой марке применяются к каждому судну, которому назначен минимальный надводный борт.

Надводный борт – расстояние, измеренное по вертикали у борта на середине длины судна от верхней кромки палубной линии до верхней кромки соответствующей грузовой марки.

Палуба надводного борта – это самая верхняя непрерывная, не защищенная от воздействия моря и погоды палуба, которая имеет постоянные средства закрытия всех отверстий на ее открытых частях и ниже которой все отверстия в бортах судна снабжены постоянными средствами для водонепроницаемого закрытия.

Назначенный судну надводный борт фиксируется путем нанесения на каждом борту судна отметки палубной линии, знака грузовой марки и марок углубления, отмечающих наибольшие осадки, до которых судно может быть максимально нагружено при различных условиях плавания.

Грузовая марка, соответствующая сезону, не должна быть погружена в воду на протяжении всего периода от момента выхода из порта до прихода в следующий порт.

Судам, на борта которых нанесены грузовые марки, выдается Международное свидетельство о грузовой марке на срок не более чем на 5 лет.

Рис. 9.16. Грузовая марка

Применяются следующие грузовые марки:

- летняя грузовая марка – Л (S);

- зимняя грузовая марка – З (W);

- зимняя грузовая марка для Северной Атлантики – ЗСА (WNA);

- тропическая грузовая марка – T (T);

- грузовая марка для пресной воды – П (F);

- тропическая марка для пресной воды – ТП (TF).

Обозначение организации, назначившей грузовую марку, наносится над горизонтальной линией, проходящей через центр кольца знака (диск Плимсоля). Обозначение Регистра судоходства Российской феде рации – РС.

Различают грузовые марки для лесовозов, пассажирских и парусных судов.

Марки углубления предназначены для определения осадки судна, наносятся на наружной обшивке обоих бортов судна в районе форштевня, ахтерштевня и на мидель-шпангоуте.

Марки углубления отмечаются арабскими цифрами высотой 10 см (расстояние между основаниями цифр также 10 см) и определяют расстояние от действующей ватерлинии до нижней кромки горизонтального киля.

До 1969 года марки углубления на левом борту наносили римскими цифрами, высота которых равнялась 6 дюймам. Расстояние между основаниями цифр равно 1 футу (1 фут = 12 дюймам = 30, 48 см; 1 дюйм = 2,54 см).

Рис. 9.17. Марки углубления

ИНФОРМАЦИЯ О НЕПОТОПЛЯЕМОСТИ СУДНА ДЛЯ КАПИТАНА

Правила требуют, чтобы при проектировании судна была разработана "информация об аварийной остойчивости и посадке судна", с помощью которой капитан сможет учитывать, при эксплуатации судна требования, связанные с непотопляемостью, и оценивать состояние судна при затоплении отсеков, для принятия необходимых мер по сохранению поврежденного судна. В "информации" должны быть приведены следующие данные:

сведения о судне, схематический чертеж его продольного разреза, планы палуб и двойного дна, а также характерные поперечные сечения с указанием всех непроницаемых переборок и выгородок, отверстий в них, характера закрытий этих отверстий и приводов, а также схемы систем, используемых при борьбе за живучесть судна;

инструктивные данные по загрузке и балластировке судна с рекомендациями по целесообразному в отношении принятого деления на отсеки распределению грузов между трюмами, одновременно удовлетворяющему условиям дифферента, остойчивости и прочности судна в целом; указания на случаи таких повреждений и загрузки, при которых требования правил не удовлетворяются;

сводку результатов расчетов симметричного и несимметричного затоплений, в которой должны быть приведены данные об исходной и аварийной осадке, крене, дифференте и метацентрической высоте как до, так и после принятия мер по спрямлению судна или улучшению остойчивости, а также рекомендуемые меры и необходимое для их выполнения время; должны быть приведены характеристики диаграмм статической остойчивости для худших случаев затопления судна.

Taкая "информация" составляется на основании результатов опытного кренования судна и по данным "информации об остойчивости судна".