Відмінності між версіями «Плавучість»

 
Рядок 190: Рядок 190:
  
 
'''Вантажна марка''' - це спеціальний знак, який наноситься на обидва борти судна в районі міделя для контролю за висотою надводного борту.
 
'''Вантажна марка''' - це спеціальний знак, який наноситься на обидва борти судна в районі міделя для контролю за висотою надводного борту.
 +
 +
[[Файл:Вантажна_маркаа.png‎‎]]
  
 
Вантажна марка визначає рівень, до якого судно може бути безпечно навантажене. При завантаженні судна воно сідає глибше у воду і відмітка опускається ближче до поверхні води.
 
Вантажна марка визначає рівень, до якого судно може бути безпечно навантажене. При завантаженні судна воно сідає глибше у воду і відмітка опускається ближче до поверхні води.
Рядок 220: Рядок 222:
 
б) необмеженого району плавання.
 
б) необмеженого району плавання.
  
[[Файл:Райони_плавання.png]]
+
[[Файл:Райони_плавання.png|300px]]
  
 
На лісовозах наявність палубного вантажу сприяє більшій плавучості, тому на них допускається менша висота надводного борту. Вона контролюється спеціальною грузовою маркою, яка має такі ж позначення, лише з додаванням букви Л. Для вимірювання осадки судна користуються марками заглиблення, які наносять на обидва борти судна в носі і на кормі, а іноді в районі міделя. Осадка на марках заглиблення наноситься в дециметрах і позначається арабськими цифрами або в фунтах і позначається римськими цифрами. Ці цифри показують відстань від зовнішньої поверхні горизонтального килю.
 
На лісовозах наявність палубного вантажу сприяє більшій плавучості, тому на них допускається менша висота надводного борту. Вона контролюється спеціальною грузовою маркою, яка має такі ж позначення, лише з додаванням букви Л. Для вимірювання осадки судна користуються марками заглиблення, які наносять на обидва борти судна в носі і на кормі, а іноді в районі міделя. Осадка на марках заглиблення наноситься в дециметрах і позначається арабськими цифрами або в фунтах і позначається римськими цифрами. Ці цифри показують відстань від зовнішньої поверхні горизонтального килю.
Рядок 240: Рядок 242:
 
5. Грузовая марка морских судов/ А.И. Новиков, В.Г Зиньковский-Горбатенко: Учебное пособие, - Севастополь: Издатель Кручинин Л.Ю., 2006 - 160 с. - ISBN 966-8389-17-4
 
5. Грузовая марка морских судов/ А.И. Новиков, В.Г Зиньковский-Горбатенко: Учебное пособие, - Севастополь: Издатель Кручинин Л.Ю., 2006 - 160 с. - ISBN 966-8389-17-4
  
6. Статика корабля: Учебное пособие / Р.В. борисов, В.В Луговский, Б.В. Мирохин, В.В Рождественский. - 2-е мзд., перераб. и доп. СПб.: Судостроение, 2005. - 256 с. - ISBN 5-7355-0634-X
+
6. Статика корабля: Учебное пособие / В.В Луговский, Б.В. Мирохин, В.В Рождественский. - 2-е мзд., перераб. и доп. СПб.: Судостроение, 2005. - 256 с. - ISBN 5-7355-0634-X
  
 
7. [https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BB%D0%B0%D0%B2%D1%83%D1%87%D1%96%D1%81%D1%82%D1%8C https://uk.wikipedia.org/wiki/Плавучість]
 
7. [https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BB%D0%B0%D0%B2%D1%83%D1%87%D1%96%D1%81%D1%82%D1%8C https://uk.wikipedia.org/wiki/Плавучість]
  
 
3. [https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B0%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%BB%D1%96%D0%BD%D1%96%D1%8F https://uk.wikipedia.org/wiki/Ватерлінія]
 
3. [https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B0%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%BB%D1%96%D0%BD%D1%96%D1%8F https://uk.wikipedia.org/wiki/Ватерлінія]

Поточна версія на 22:43, 29 листопада 2015

Плавучість

Плавучість - здатність тіла плавати в заданому положенні відносно поверхні води при певній вазі [math]G[/math].

Плавучість - одна з морехідних якостей наукової дисципліни "Теорія корабля" і відноситься до розділу «Статика корабля».

Теорія плавання тіл базується на законі Архімеда.

Закон Архімеда

Закон можна сформулювати так: на будь-яке тіло, яке повністю або частково занурене в рідину, діє

вертикальна і спрямована вгору виштовхувальна сила, яка дорівнює вазі витісненої рідини.


Ця сила називається Архімедовою або підйомною силою. Закон відкрив давногрецький математик і механік Архімед.


Записати його можна у вигляді [math]P=\rho gW[/math];

(де [math]W[/math] - об'єм тіла).

Випадки

Рисунок 1

З викладеного зрозуміло, що можуть існувати такі випадки:

  • [math]G\gt P[/math] - тіло тоне;
  • [math]G=P[/math] - тіло плаває в зануреному стані;
  • [math]G\lt P[/math] - тіло спливає і плаває на поверхні;

(де [math]P[/math] - підйомна сила).


При плаванні неоднорідного тіла в зануреному стані можливі такі три випадки рівноваги:

  • Стійка рівновага тіла (рис. 1, а);
  • Нестійка рівновага тіла (рис. 1, б);
  • Байдужа рівновага тіла (рис. 1, в).


Якщо центр ваги [math]C[/math] (рис. 1, а) буде нижчим точки [math]D[/math] центру водотоннажності, то рівновага тіла є стійкою, оскільки пара сил [math]G[/math] і [math]P[/math] намагається повернути тіло в початкове положення.

Коли ж центр ваги розміщений вище центра водотоннажності (рис. 1, б), то рівновага є нестійкою; при виведені тіла зовнішньою силою в рівновагу воно до початкового положення не повертається. Для однорідного тіла в зануреному стані центр ваги [math]G[/math] і центр водотоннажності [math]D[/math] збігаються, і тіло може перебувати в рівновазі у довільному положенні.

Основні положення

Осадка судна

Положення судна відносно води називають посадкою.


Посадка судна характеризується трьома параметрами:

  • Середньою осадкою [math]{{d}_{CP}}[/math];
  • Креном [math]{{\Theta }^{0}}[/math];
Крен судна
  • Диферентом [math]t[/math] в м.
Диферент судна
Кренометр


Осадка судна - глибина, на яку судно занурюється у воду.

Крен - поперечний нахил судна.

Диферент - кут поздовжнього нахилу судна, що викликаний різницею осадки носу і корми.


Середня осадка судна визначається по маркам заглиблення на міделі судна.

Формула для визначення середньої осадки (японська):

[math]{{d}_{CP}}=\frac{{{d}_{H}}+6{{d}_{CP}}+{{d}_{K}}}{8}[/math];

(де [math]{{d}_{H}}[/math], [math]{{d}_{CP}}[/math] та [math]{{d}_{K}}[/math] осадка судна носом, на міделі і кормою).


Крен визначається кренометром.

Якщо є заміри осадок на міделі з правого і лівого бортів, то крен судна визначається за формулою:

[math]{{\Theta }^{0}}=\frac{{{d}_{PrB}}-{{d}_{LB}}}{B}\times 57.3{}^\circ[/math];

(де [math]B[/math] – ширина судна).


Диферент:

[math]t={{d}_{H}}-{{d}_{K}}[/math].

Умова плавучості і рівноваги

Розглянемо сили, що діють на верхню і нижню основу зануреного в воду прямокутного циліндра:

Сили тяжіння підтримки.png

На верхню основу діють сили: [math]{{P}_{1}}=\rho {{h}_{1}}{{S}_{1}}[/math], на нижню: [math]{{P}_{2}}=\rho {{h}_{2}}{{S}_{2}}[/math].

Рівнодійна сил, що діють на верхню і нижню основи буде визначатися:

[math]\Delta ={{P}_{2}}-{{P}_{1}}=\rho S({{h}_{2}}-{{h}_{1}})=\rho S\Delta h=\rho V[/math].

В теорії корабля сила [math]\Delta =\rho V[/math] називається силою підтримки або силою плавучості.


На судно на тихій воді діють дві системи сил: сили тяжіння і сили підтримки.

Судно в рівновазі
Судно в рівновазі без диферента
Судно в рівновазі з диферентом

1. Сили тяжіння. Їх рівнодійна [math]P[/math] направлена вертикально вниз (до центру тяжіння Землі) і прикладена до центру тяжіння судна (точка [math]G[/math]), і визначається: [math]P={{p}_{0}}+{{p}_{1}}+{{p}_{2}}+{{p}_{3}}+...+{{p}_{n}}[/math];

(де [math]{{p}_{0}}[/math] - маса порожнього судна; [math]{{p}_{1}}[/math], [math]{{p}_{2}}[/math], [math]{{p}_{3}}[/math]... [math]{{p}_{n}}[/math] - маси вантажів, прийнятих на судно і не входять в масу порожнього судна).

Положення точки [math]G[/math] (координати центру тяжіння судна) визначається методами, які будуть розглянуті нижче.

Сили що діють.png

2. Сили підтримки (або сили гідростатичного тиску). Їх рівнодійна [math]\Delta[/math] направлена вертикально вгору і прикладена до центру тяжіння підводного об'єму (точка [math]C[/math]).

Центр тяжіння об'єму, витісненого судном, називається центром величини (цв).

Положення точки [math]C[/math] визначається для заданої осадки за допомогою кривих елементів теоретичного кресленика.

Величина сили [math]\Delta[/math] визначається: [math]\Delta =\rho kV[/math];

(де [math]\rho[/math] - щільність води, [math]k[/math] - коефіцієнт, який займає обшивка і виступаючі частини, в - теоретичний обєм, витіснений судном, без врахування обшивки і виступаючих частин).


Рівновазі судна на тихій воді повинні відповідати такі умови:

  • Перша умова. Сили тяжіння ([math]P[/math]) і сили підтримки ([math]\Delta[/math]) повинні бути рівними: [math]P=\Delta[/math] або [math]P=\Delta =\rho V[/math].

Якщо, наприклад, одна з сил стане більшою (наприклад, вага судна зросте при прийомі баласту чи нового грузу), то під дією надлишку сили ваги судно буде занурюватись, поки сили підтримки які зростають з глибиною не врівноважать надлишок сил і знову [math]{{P}_{1}}={{\Delta }_{1}}=\rho {{V}_{1}}[/math].

  • Друга умова (за відсутності зовнішніх моментів). Центр тяжіння (точка [math]G[/math]) і центр величини (точка [math]C[/math]) повинні знаходитись на одній вертикалі.

Умова відсутності диференту: [math]{{x}_{g}}={{x}_{c}}[/math].

Диферент (і крен) викликаються зміщенням центру тяжіння судна. Наприклад, при переміщенні грузу на плече [math]{{l}_{x}}[/math] центр тяжіння судна переміститься з точки [math]{{G}_{1}}[/math] в точку [math]{{G}_{2}}[/math] на плече [math]\Delta x[/math] і момент [math]{{M}_{dif}}={{\Delta }_{\Delta {{x}_{g}}}}[/math] (добре видно на рис. Судно в рівновазі без диферента) поверне судно навкруг центру тяжіння площі ватерлінії, зміниться форма підводного об'єму і умова рівноваги наступить, коли новий центр величини (точка [math]{{C}_{2}}[/math]) прийде під новий центр тяжіння.

Запас плавучості

Запас плавучості

Запас плавучості судна – це маса додаткового вантажу, який може прийняти судно аж до повної втрати плавучості.

Він визначається непроникним для води об’ємом судна вище вантажної ватерлінії.


Його можна виразити в кубічних метрах ([math]\Delta V,{{m}^{3}}[/math]), в тонах ([math]\rho \Delta V[/math]), у відсотках від повного водозаміщення судна.

Для судна, зануреного по квл, запас плавучості визначають за формулою: [math]ZP={{V}_{gran}}-{{V}_{pov}}[/math];

(де [math]{{V}_{gran}}[/math] - водозаміщення судна, яке занурене на граничний рівень ватерлінії, яка проходить по верхній кромці палубної лінії; [math]{{V}_{pov}}[/math] - повне водозаміщення судна при зануренні по гвл).


Запас плавучості судна необхідний для забезпечення вимог до остійності. Окрім того запас плавучості необхідний для забезпечення непотоплюваності в разі попадання води всередину корпусу. Запас плавучості судна в першу чергу забезпечується висотою надводного борту. Кожне судно має мати певний запас плавучості, який має велике значення при плаванні в штормових умовах, при обледенінні, при пошкодженні корпуса і повному (або частковому) затопленні відсіків судна.


Зі збільшенням диференту і крену запас плавучості зменшується.

Сідловатість, герметичні надбудови і рубки та інші приміщення, які розташовані вище палубної лінії, збільшують запас плавучості.


Мінімальна висота надводного борту визначається в усьому світі однаково згідно з «Міжнародною конвенцією про вантажну марку» 1966 року в залежності від типу судна, його довжини, довжини надбудови і інших параметрів.

Вантажна марка

Будова вантажної марки
Вантажна марка на судні

Вантажна марка - це спеціальний знак, який наноситься на обидва борти судна в районі міделя для контролю за висотою надводного борту.

Вантажна маркаа.png

Вантажна марка визначає рівень, до якого судно може бути безпечно навантажене. При завантаженні судна воно сідає глибше у воду і відмітка опускається ближче до поверхні води.

Вертикальна відстань на міделі від верхньої кромки палубної лінії до центру грузової марки повинна бути рівна висоті літнього надводного борту в морській воді.


Знак вантажної марки складається з палубної лінії, диску Плимсоля і гребінки осадок.


Буквами позначені лінії гребінок, які відповідають осадкам при плаванні в різних умовах:

  • Л (S) - плавання літом в солоній воді.
  • З (W) - плавання зимою в солоній воді. Надводний борт збільшений (часті шторми, можливість обледеніння).
  • ЗСА (WNA) - плавання зимою в Північній Атлантиці.
  • Т (Т) - плавання в тропіках в солоній воді. Допускається зменшення надводного борту.
  • П (F) - плавання в прісній воді щільністю [math]\rho[/math] = 1000 т/м3
  • ТП (TF) - плавання в тропіках в прісній воді.


На рисунку зображено вантажні марки:

а) обмеженого району плавання;

б) необмеженого району плавання.

Райони плавання.png

На лісовозах наявність палубного вантажу сприяє більшій плавучості, тому на них допускається менша висота надводного борту. Вона контролюється спеціальною грузовою маркою, яка має такі ж позначення, лише з додаванням букви Л. Для вимірювання осадки судна користуються марками заглиблення, які наносять на обидва борти судна в носі і на кормі, а іноді в районі міделя. Осадка на марках заглиблення наноситься в дециметрах і позначається арабськими цифрами або в фунтах і позначається римськими цифрами. Ці цифри показують відстань від зовнішньої поверхні горизонтального килю.

Посилання

Наочне зображення плавучості

Список використаних джерел

1. Гідравліка. Загальний курс - Львів: Світ, 1994. - 264 с. - ISBN 5-7773-0158-4

2. Будова та теорія водотонажних суден - Херсон: В. І. Прадюх, 2013. - 146 с.

3. Плавучесть и остойчевость промисловых судов. - М.: Мир. 2003. - 272 с. - ISBN 5-03-003668-7

4. Энциклопедия судов / Под общ. ред. проф. Н.Б. Слижевского. - Николаев: НУК, 2005. - 172 с. - ISBN 966-321-032-X

5. Грузовая марка морских судов/ А.И. Новиков, В.Г Зиньковский-Горбатенко: Учебное пособие, - Севастополь: Издатель Кручинин Л.Ю., 2006 - 160 с. - ISBN 966-8389-17-4

6. Статика корабля: Учебное пособие / В.В Луговский, Б.В. Мирохин, В.В Рождественский. - 2-е мзд., перераб. и доп. СПб.: Судостроение, 2005. - 256 с. - ISBN 5-7355-0634-X

7. https://uk.wikipedia.org/wiki/Плавучість

3. https://uk.wikipedia.org/wiki/Ватерлінія