Плавучість морського судна
Морський сайт Україна немає
На плаваюче судно вертикально вниз діють сили ваги (ваги), пропорційні навантаженні мас судна, а вертикально вгору - сили гідростатичні, пропорційні масі витісненої води.
Результуюча сил ваги Р дорівнює сумі сил ваги (ваги) самого судна і всіх вантажів, що знаходяться на ньому, прикладена в центрі ваги (ЦТ) судна в точці G і завжди спрямована вертикально вниз.
Результуюча гидростатических сил, які визначаються тиском води на поверхню судна, приводиться до вертикальної силі yV, спрямованої вгору і званої силою підтримки, або силою плавучості.
Відповідно до закону Архімеда, вага, або водотоннажність (маса), плаваючого тіла рівні вазі або масі витісненої ним води: P = yV або D = ρV,
де V - об'єм підводної частини судна, м3;
у - питома вага води, н / м3 або тс / м3;
D - маса судна, т; ρ - щільність води, т / м3;
P - вага судна в цілому, кН або тс.Cіла підтримки yV прикладена в центрі ваги підводного обсягу - точці С, яку називають центром величини (ЦВ).
Обсяг V називається об'ємним водотоннажністю і служить мірою плавучості.
Слід розрізняти поняття ваги і маси судна. Маса висловлює інерційні та гравітаційні властивості судна, є скалярною величиною і вимірюється в тоннах (т). Вага судна є векторною величиною і вимірюється в кілоньютонах (кН) або тонна-силах (тс). Маса судна в тоннах чисельно дорівнює його вазі в тонна-силах.
Так як під дією сил Р і yV судно знаходиться в рівновазі, то необхідно, щоб ці сили були рівні і діяли по одній прямій в протилежні сторони. Якщо позначити координати точок G і С по довжині, ширині і висоті судна відповідно хg і ХC, yg і вус, zg і zc, то умови рівноваги плаваючого судна можна виразити наступними рівняннями: P = yV або D = ρV; xg = xc; yg = yc. Так як судно симетрично ДП, то точки G і С повинні лежати в цій площині, т. Е. Уg = yc = 0. У наведених судів центр ваги G лежить вище центру величини С, т. Е. Zg> zc.
Так як обсяг підводної частини корпусу можна виразити через головні розміри і коефіцієнт загальної повноти, т. Е. V = δLBT, то водотоннажність (масу) судна можна представити у вигляді D = ρδLBT. Водотоннажність D (навантаження мас) і координати центру ваги (центру мас) визначаються розрахунком, що враховує масу і розташування окремих складових.
Об'ємне водотоннажність, а також координати центру величини С визначають з теоретичного креслення методом трапецій в табличній формі. Обчислення починають з визначення площі шпангоутів. З цією метою площа кожного шпангоута розбивають слідами ватерліній на n-е число ділянок, і криволінійні кромки замінюють прямими (рис. 2). Розрахунки будуть тим точніше, чим більше число ватерлінії проведено.
Площа шпангоута визначається як подвоєна сума площ трапецій, вписаних в цей шпангоут.
Далі на прямий в певному масштабі відзначають теоретичні шпангоути, відновлюють перпендикуляри і на них також в масштабі відзначають відповідні площі шпангоутів. Отримані точки з'єднують плавною лінією, яка характеризує зміну площі поперечного перерізу судна по довжині і називається стройової по шпангоутів (рис. 3). Якщо знайти площу фігури, обмеженою стройової по шпангоутів, то вона з урахуванням масштабу буде дорівнює об'ємному водотоннажністю судна. Площа стройової по шпангоутів визначається так само, як і площа шпангоутів.
Стройова по шпангоутів
Об'ємне водотоннажність можна визначити, користуючись стройової по ватерлінії, що представляє собою криву, абсциси якої в прийнятому масштабі дають площі ватерліній в залежності від опади. Площа фігури, обмеженої стройової по ватерлінії, у відповідному масштабі дорівнює об'ємному водотоннажністю по задану осадку. Площа ватерліній, а також площі фігури, обмеженої стройової по ватерлінії, знаходять .так ж, як і площі шпангоутів, методом трапецій. Для цієї ж мети можна використовувати спеціальний прилад, званий планіметром.
Якщо для різних осад визначити обсяг зануреної частини корпуса і відповідне цим опадам водотоннажність, то можна побудувати графік, званий вантажним розміром (рис. 4). Користуючись вантажним розміром, можна визначити зміну середньої опади від прийому або витрачання вантажу або за заданим водотоннажності визначити осадку судна.
Для забезпечення безпеки плавання кожне судно повинне мати запас плавучості. Під запасом плавучості розуміється кількість вантажів, котороесудно може прийняти понад знаходяться на ньому до повного занурення.
Мірою запасу плавучості служить обсяг надводної непроникною частини судна від діючої ватерлінії до верхньої палуби, що має водонепроникні закриття. У цей обсяг можуть входити і надбудови, якщо вони також мають водонепроникні закриття. У разі потрапляння води всередину корпусу осадка судна збільшується, але воно залишається на плаву.
Запас плавучості залежить від величини надводного борту: чим він більший, тим більше запас плавучості. Виходячи з цього Регістр призначає кожному судну в залежності від його розмірів, призначення і району плавання мінімальний надводний борт, який фіксують в «Свідоцтві про вантажну марку», що видається кожному судну.
Зазвичай запас плавучості складає 30-50% водотоннажності, на танкерах 15 - 25%, на лассажірскіх судах до 100%.