Відмінності між версіями «Плавучість»

(Створена сторінка: '''Плавучість''' - здатність тіла плавати в заданому положенні відносно поверхні води при...)
 
Рядок 1: Рядок 1:
 +
[[Файл:Картинка12123.png|500px|thumb|right|Плавучість]]
 +
 
'''Плавучість''' - здатність тіла плавати в заданому положенні відносно поверхні води при певній вазі <math>G</math>.  
 
'''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.
 
Теорія плавання тіл базується на законі Архімеда.
−
 
−
[[Файл:Картинка12123.png|500px|thumb|right|Плавучість]]
 
  
 
== Закон Архімеда ==
 
== Закон Архімеда ==
Рядок 12: Рядок 14:
  
  
−
Ця сила називається Архімедовою або підйомною силою.
+
Ця сила називається Архімедовою або підйомною силою. Закон відкрив давногрецький математик і механік Архімед.
  
−
Закон відкрив давногрецький математик і механік Архімед.
 
  
 
Записати його можна у вигляді <math>P=\rho gW</math>;  
 
Записати його можна у вигляді <math>P=\rho gW</math>;  
  
 
(де <math>W</math> - об'єм тіла).
 
(де <math>W</math> - об'єм тіла).
 +
 +
== Випадки ==
 +
 +
[[Файл:Рис366.png|500px|thumb|right|Рисунок 1]]
 +
 +
З викладеного зрозуміло, що можуть існувати такі випадки:
 +
 +
<math>G>P</math> - тіло тоне;
 +
 +
<math>G=P</math> - тіло плаває в зануреному стані;
 +
 +
<math>G<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:
 +
 +
1) Стійка рівновага тіла (а);
 +
 +
2) Нестійка рівновага тіла (б);
 +
 +
3) Байдужа рівновага тіла (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 ==
 
== Основні положення ==
 +
 +
[[Файл:Осадка_судна.jpg|300px|thumb|right|Осадка судна]]
  
 
Положення судна відносно води називають '''посадкою'''.
 
Положення судна відносно води називають '''посадкою'''.
−
 
  
 
Посадка судна характеризується трьома параметрами:
 
Посадка судна характеризується трьома параметрами:
  
 
1) Середньою осадкою <math>{{d}_{CP}}</math>;
 
1) Середньою осадкою <math>{{d}_{CP}}</math>;
−
 
−
[[Файл:Осадка_судна.jpg|300px|thumb|right|Осадка судна]]
 
  
 
2) Креном <math>{{\Theta }^{0}}</math>;
 
2) Креном <math>{{\Theta }^{0}}</math>;
Рядок 49: Рядок 78:
  
  
−
Зазвичай середня осадка визначається по маркам заглиблення на міделі судна.
+
'''Середня осадка судна''' визначається по маркам заглиблення на міделі судна.
  
−
 
+
Формула для визначення середньої осадки (японська):
−
Якщо середню осадку необхідно визначити відносно точно, то можна
 
−
скористатися формулою (її називають 6 на 8 або японською):  
 
  
 
<math>{{d}_{CP}}=\frac{{{d}_{H}}+6{{d}_{CP}}+{{d}_{K}}}{8}</math>;
 
<math>{{d}_{CP}}=\frac{{{d}_{H}}+6{{d}_{CP}}+{{d}_{K}}}{8}</math>;
Рядок 60: Рядок 87:
  
  
−
Якщо судно має значний диферент, то необхідно для <math>{{d}_{H}}</math> і <math>{{d}_{K}}</math>, які заміряні безпосередньо по маркам заглиблення, ввести поправки.  
+
'''Крен''' визначається кренометром.
  
−
Порядок визначення поправок повинен бути приведений в «Інформації про остійність судна для капітана».
+
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>;
  
−
Розрахункова формула середня осадку судна:
+
(де де <math>B</math> – ширина судна).
  
−
<math>{{d}_{CPP}}={{d}_{CP}}-\delta </math>:
 
  
−
(де <math>\delta </math> – товщина горизонтального кіля).
+
'''Диферент''':
  
−
Крен, зазвичай, повинен дорівнювати нулю. Якщо з якихось причин крен не дорівнює нулю, то він визначається кренометром.
+
<math>t={{d}_{H}}-{{d}_{K}}</math>.
  
−
Якщо є заміри осадок на міделі з правого і лівого бортів, то крен судна:
+
== Умова плавучості і рівноваги ==
  
−
<math>{{\Theta }^{0}}=\frac{{{d}_{PrB}}-{{d}_{LB}}}{B}\times 57.3{}^\circ </math>;
 
  
−
(де де <math>B</math> – ширина судна).
 
  
 +
Розглянемо сили, що діють на верхню і нижню основу зануреного в воду прямокутного циліндра:
  
−
Цією формулою можна скористатися для визначення осадки судна по одному з бортів, коли відомі крен і осадка по другому борту.
+
[[Файл:Сили_тяжіння_підтримки.png]]
  
−
<math>{{d}_{\Pr B}}={{d}_{LB}}+\frac{{{\Theta }^{0}}}{57.3}\times B</math>.
+
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:
  
−
Диферент судна:
+
<math>\Delta ={{P}_{2}}-{{P}_{1}}=\rho S({{h}_{2}}-{{h}_{1}})=\rho S\Delta h=\rho V</math>.
  
−
<math>t={{d}_{H}}-{{d}_{K}}</math>.
+
В теорії корабля сила <math>\Delta =\rho V</math> називається '''силою підтримки''' або '''силою плавучості'''.
  
  
−
На судно, що плаває на спокійній воді, діють такі сили:
+
На судно на тихій воді діють дві системи сил: '''сили тяжіння''' і '''сили підтримки'''.
  
−
- тяжіння (ваги всіх складових маси судна);
+
[[Файл:Судно_в_рівновазі.png|287px|thumb|right|Судно в рівновазі]]
  
−
- підтримки (гідростатичний тиск забортної води на підводну частину судна);
+
[[Файл:Рівновага_без_диферента.png|300px|thumb|right|Судно в рівновазі без диферента]]
  
−
- упору рушія (сила, яка штовхає судно);
+
[[Файл:Рівновага_диферент.png|277px|thumb|right|Судно в рівновазі з диферентом]]
  
−
- опору руху судна.
+
'''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).
  
−
Дві з цих сил (тяжіння і підтримки) – вертикальні. Сила упору рушія і сила опору руху судна – горизонтальні.  
+
Положення точки <math>G</math> (координати центру тяжіння судна) визначається методами, які будуть розглянуті нижче.
  
−
'''Сила опору руху судна''' – це горизонтальна складова рівнодіючої гідродинамічного тиску на корпус судна, який виникає при русі судна.
+
[[Файл:Сили_що_діють.png‎]]
  
−
В розрахунках вважається, що швидкість судна така, що вертикальна складова рівнодіючої гідродинамічного тиску на корпус судна незначна і її не враховують.  
+
'''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>).  
  
−
Також вважається, що судно жорстке недеформоване тіло.
+
Центр тяжіння об'єму, витісненого судном, називається '''центром величини''' (цв).
  
−
[[Файл:Схема_сил_що_діють_на_судно.png]]
+
Положення точки <math>C</math> визначається для заданої осадки за допомогою кривих елементів теоретичного кресленика.
  
−
Три сили (тяжіння, підтримки і опору руху) тим або іншим чином розподілені по всьому судну. При розрахунках вони приводяться до рівнодіючих зі своїми координатами. В документації іноземних суден координату по довжині відраховують від кормового перпендикуляра, який проходить по осі баллєра руля.
+
Величина сили <math>\Delta </math> визначається: <math>\Delta =\rho kV</math>;
  
−
Центр сил тяжіння називається '''центром мас судна''' і позначається буквою <math>G</math> (gravity).
+
(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).
  
  
−
Координати центра мас позначаються:
+
'''Рівновазі судна на тихій воді повинні відповідати такі умови:'''
  
−
- в російській і українській документації - <math>{{x}_{g}}</math>, <math>{{y}_{g}}</math>, <math>{{z}_{g}}</math>;
+
'''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>.
  
−
- в документації англійською мовою – <math>LCG</math>, <math>TCG</math>, <math>KG</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.
  
−
Центр сил підтримки називається '''центром величини судна''' і позначається буквою <math>C</math>. В іноземних «Інформаціях про остійність» центр
+
Умова відсутності диференту: <math>{{x}_{g}}={{x}_{c}}</math>.
−
величини позначається буквою <math>B</math> (buoyancy).  
 
  
−
Центр сил підтримки знаходиться в центрі підводного об’єму судна.
+
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 {{C}_{2}}) прийде під новий центр тяжіння.
  
 +
== Запас плавучості ==
  
−
Координати центра величини позначаються:
+
[[Файл:Запас_плавучості.png|277px|thumb|right|Запас плавучості]]
−
- в російській і українській документації – <math>{{x}_{c}}</math>, <math>{{y}_{c}}</math>, <math>{{z}_{c}}</math>;
 
−
- в англійській документації – <math>LCB</math>, <math>TCB</math>, <math>VCB</math>.
 
  
 +
'''Запас плавучості судна''' – це маса додаткового вантажу, який може прийняти судно аж до повної втрати плавучості.
  
−
'''Силу упору рушія''' частіше всього позначають буквою <math>P</math>, '''силу опору руху'''
+
Він визначається непроникним для води об’ємом судна вище вантажної ватерлінії.
−
судна – буквою <math>R</math>.
 
−
 
 
  
−
Умова рівноваги судна в вертикальній площині:
 
  
−
<math>\Delta =\gamma V</math> (закон Архімеда);
+
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.
  
−
(де Δ – маса судна, <math>\gamma</math> - густина води в <math>\frac{t}{{{m}^{3}}}</math>, <math>V</math> - об’єм підводної частини судна);
+
Для судна, зануреного по квл, запас плавучості визначають за формулою: <math>ZP={{V}_{gran}}-{{V}_{pov}}</math>;
  
−
Додатково <math>{{x}_{g}}</math> = <math>{{x}_{c}}</math>, <math>{{y}_{g}}</math> = <math>{{y}_{c}}</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).
  
  
−
Умова рівноваги судна в горизонтальній площині:
+
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.
  
−
<math>P=R</math>.
 
  
−
== Випадки ==
+
Зі збільшенням диференту і крену запас плавучості зменшується.
  
−
[[Файл:Рис366.png|500px|thumb|right|Рисунок 1]]
+
Сідловатість, герметичні надбудови і рубки та інші приміщення, які розташовані вище палубної лінії, збільшують запас плавучості.
  
−
З викладеного зрозуміло, що можуть існувати такі випадки:
 
  
−
<math>G>P</math> - тіло тоне;
+
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.
  
−
<math>G=P</math> - тіло плаває в зануреному стані;
+
== Вантажна марка ==
  
−
<math>G<P</math> - тіло спливає і плаває на поверхні;
+
[[Файл:Вантажна_марка.png‎|360px|thumb|right|Будова вантажної марки]]
  
−
(де <math>P</math> - підйомна сила).
+
[[Файл:Вантажна_м.png‎|250px|thumb|right|Вантажна марка на судні]]
  
 +
'''Вантажна марка''' - це спеціальний знак, який наноситься на обидва борти судна в районі міделя для контролю за висотою надводного борту.
  
−
При плаванні неоднорідного тіла в зануреному стані можливі такі три випадки рівноваги:
+
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.
  
−
1) Стійка рівновага тіла (а);
+
Вертикальна відстань на міделі від верхньої кромки палубної лінії до центру грузової марки повинна бути рівна висоті літнього надводного борту в морській воді.
  
−
2) Нестійка рівновага тіла (б);
 
  
−
3) Байдужа рівновага тіла (в).
+
Знак вантажної марки складається з палубної лінії, диску Плимсоля і гребінки осадок.
  
  
−
Якщо центр ваги <math>C</math> (рис. 1, а) буде нижчим точки <math>D</math> центру водотоннажності, то рівновага
+
Буквами позначені лінії гребінок, які відповідають осадкам при плаванні в різних умовах:
  
−
тіла є стійкою, оскільки пара сил <math>G</math> і <math>P</math> намагається повернути тіло в початкове
+
'''Л (S)''' - плавання літом в солоній воді.
  
−
положення. Коли ж центр ваги розміщений вище центра водотоннажності (рис. 1, б), то рівновага є нестійкою; при виведені тіла
+
'''З (W)''' - плавання зимою в солоній воді. Надводний борт збільшений (часті шторми, можливість обледеніння).
  
−
зовнішньою силою в рівновагу воно до початкового положення не повертається. Для однорідного тіла в зануреному стані центр
+
'''ЗСА (WNA)''' - плавання зимою в Північній Атлантиці.
  
−
ваги <math>G</math> і центр водотоннажності <math>D</math>
+
'''Т (Т)''' - плавання в тропіках в солоній воді. Допускається зменшення надводного борту.
  
−
збігаються, і тіло може перебувати в рівновазі у довільному положенні. Викладені висновки поширюються також і на плавання тіл
+
'''П (F)''' - плавання в прісній воді щільністю ро= 1000 т/м3
  
−
на поверхні.
+
'''ТП (TF)''' - плавання в тропіках в прісній воді.
  
−
== Запас плавучості ==
 
  
−
[[Файл:Запас_плавучості.png|250px|thumb|right|Запас плавучості]]
+
На рисунку зображено вантажні марки:
  
−
'''Запас плавучості судна''' – це маса додаткового вантажу, який може прийняти судно аж до повної втрати плавучості.
+
а) обмеженого району плавання;
  
−
Він визначається непроникним для води об’ємом судна вище вантажної ватерлінії.
+
б) необмеженого району плавання.
  
−
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.
+
[[Файл:Райони_плавання.png]]
  
−
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.
+
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 ==
 
== Посилання ==
Рядок 210: Рядок 232:
  
 
2. Будова та теорія водотонажних суден - Херсон: В. І. Прадюх, 2013. - 146 с.
 
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 / 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
 +
 +
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]

Версія за 18:51, 14 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:

1) Стійка рівновага тіла (а);

2) Нестійка рівновага тіла (б);

3) Байдужа рівновага тіла (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:

1) Середньою осадкою [math]{{d}_{CP}}[/math];

2) Креном [math]{{\Theta }^{0}}[/math];

Крен судна

3) 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 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 {{C}_{2}}) 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 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 ро= 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 / 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

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

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

Отримано з https://wiki.tntu.edu.ua/index.php?title=Плавучість&oldid=20878