Уикипедия

Устойчивост (корабоплаване): Разлика между версии

Интерактивен преглед на историята
← По-стара редакцияПо-нова редакция →
Изтрито е съдържание Добавено е съдържание
ВизуаленУикитекст
м ] ; --->];
м Липсващ затварящ таг; форматиране: 36x тире, 5x тире-числа, 2x URL, 4 интервала (ползвайки Advisor)
Ред 1:
[[Файл:Ivory Tirupati with heavy list 3.jpg|мини|[[Хладилен кораб|Хладилния кораб]] ''Ivory Tirupati'' — – с отрицателна ''начална устойчивост'']]
'''Устойчивост''' — – способността на [[плавателен съд|съда]] да противостои на външните сили, които предизвикват у него [[крен]] или [[диферент]] и да се връща към състояние на [[механично равновесие|равновесие]] след края на въздействието<ref name="sve">Остойчивость корабля // Объекты военные — – Радиокомпас / [под общ. ред. Н. В. Огаркова]. — – М. : Военное изд-во М-ва обороны СССР, 1978. — – (Советская военная энциклопедия : [в 8 т.] ; 1976—19801976 – 1980, т. 6).</ref>. Също и раздел от „Теория кораба“, който изучава устойчивостта.
 
За равновесно се приема това положение на съда, при което има допустими величини на ъглите на крен и диферент (в частния случай, близки към нулата). Отклонение от него съд се стреми да се върне към равновесие. Т.е. устойчивостта се проявява само тогава, когато има излизане на съда от равновесие.
Ред 14:
 
* В зависимост от характера на действащите сили се различават статична и динамична устойчивост.
: ''Статична устойчивост'' — – при действие на статични сили, т.е. приложената сила не се изменя по величина.
: ''Динамична устойчивост'' — – при действии на изменящи се (т.е. динамни) сили, например вятър, вълнението на морето, придвижване на товара и т.н.
 
== Начална напречна устойчивост ==
[[Файл:StaticStability.svg|мини|Начална напречна устойчивост. Системата от сили действащи на съда.]]
При крен устойчивостта се разглежда като начална при ъгли до 10- – 15°. В тези предели възстановителното усилие е пропорционално на ъгъла на крена и може да се опреди с прости линейни зависимости.
 
При това се прави допускане, че отклонението от равновесното положение се предизвиква от външни сили, които не променят нито масата на съда, нито неговия център на тежестта (ЦТ).<ref>В координатната система на самия съд; иначе казано, допуска се, че няма придвижване на товара.</ref> В този случай потопения обем не се променя по величина, но се променя по форма. Равнообемните накланяния съответстват на равнообемни [[водолиния|водолинии]], отсичащи равни по величина потопени обеми от корпуса. Линията на пресичане на плоскостите на водолиниите се нарича ос на накланяне, която при равнообемни наклони през центъра на тежестта на площа на водолинията. При напречни наклони тя лежи на [[диаметрална плоскост|диаметралната плоскост]].
Ред 27:
=== Метацентър ===
{{Основна|Метацентър}}
При малки наклони по напречната плоскост линиите на действие на силите на плавучест се пресичат в една точка ''m'', която се нарича '''метацентър''' (в този случай — – напречен метацентър). Напречния метацентър може да се определи и като център на площта описана от кривата, по която се премества ЦВ при накланяне в напречната плоскост. В общия случай на накланяне (на голям ъгъл и във всяка плоскост) центъра на величината описва сложна крива, и метацентъра заема различни положения. При малки ъгли на наклон в напречната плоскост може да се проеме, че ЦВ се премества по дъгата на окръжност, а напречния метацентър заема постоянно място в диаметралната плоскост.
 
Радиуса на изкривяването на траекторията, по която се премества центъра на величината при напречно накланяне се нарича напречен метацентричен радиус ''r''. С други думи — – това е разстоянието между напречния метацентър и центъра на величината ''r = mC''.
 
=== Характеристики на устойчивостта ===
В резултат на преместването на ЦВ при накланяне посоките на силите на теглото и силата на плавучест се преместват и образуват двойка сили. Ако рамото на двойката е положително, възникващия [[Момент на сила|момент]] ''m''<sub>в</sub> действа по направление на възстановяване на равновесието, т.е. ''изправя''. Тогава се казва, че съда е устойчив. Ако ЦТ е разположен над метацентъра, момента може да е нулев или отрицателен, което да способства за преобръщане — – в този случай съда се нарича неустойчив.
 
Разстоянията над [[основна плоскост|основната плоскост]] на напречния метацентър (''z''<sub>m</sub>), центъра на величината (''z''<sub>c</sub>), а също и величината на напречния метацентричен радиус ''r'' в значителна степен определят устойчивостта на съда и зависят от величината на неговата обемна [[водоизместимост]], формата на корпуса и неговата посадка (Посадка на плавателен съд — – статично положение на съда относително повърхността на водата. Характеризира се с крена и диферента. Когато те саравни на нула, се казва че съда „лежи на равен кил“). Зависимостта на величината на напречния метацентричен радиус от формата на корпуса (величината на площта на водолинията и нейната форма) и обемната водоизместимост изглеждат така:
 
: <math> { r } = \frac { I_\mathrm{x} } { V } \,</math>, (1)
 
Където ''I''<sub>x</sub> — – [[Масов инерционен момент|момента на инерция]] на площта на действащата водолиния относително надлъжната ос, минаваща през центъра на тежестта ѝ, m<sup>4</sup>; ''V'' — – обемна водоизместимост (потопен обем), m³.
 
От разгледаните три възможни варианта на въздействие на силите ''Р'' и ''γV'' при наклон може да се направи извода, че за осигуряване на устойчиво положение на равновесие на съда е необходимо метацентъра да е по-горе от центъра на тежестта. Затова височината на напречния метацентър над центъра на тежестта се отделя в особена величина, която се нарича напречна [[метацентрична височина]] ''h''. Величината на ''h'' може да се изрази като:
 
: <math> h = \ z_m - z_g \,</math>, (2)
 
където z<sub>m</sub> и z<sub>g</sub> са височини на метацентъра и центъра на тежестта над основната плоскост, съответно.
Ред 66:
Втория член във формула (4) зависи от теглото ''P'' и издигането на центъра на тежестта над центъра на величината ''a'' и се нарича момент на '''устойчивост на теглото''' ''m<sub>в</sub> = − Pa sin θ''. Момента на устойчивост на теглото в случай на високо разположен ЦТ (z<sub>g</sub> > z<sub>с</sub>) е отрицателна величина и действа по посока на наклона.
 
Физическата същност на момента на устойчивост на формата и момента на устойчивост на теглото се разкрива с помощта на чертежа, на който са показани системата от сили, действащи на наклонен съд. От накренения борд във водата влиза допълнителен обем ''v<sub>1</sub>'', придаващ допълнителна „подемна“ или „изтласкваща“ сила на на плавучест. От противоположния борд от водата излиза обем ''v<sub>2</sub>'', стремящ се да потопи този борд. Двата работят в обратни посоки - – към изправяне.
 
Потопения обем ''V<sub>1</sub>'', отговарящ на посадката по водолинията B<sub>1</sub>Л<sub>1</sub>, е представен във вид на алгебрична сума на трите обема
Ред 72:
: ''V<sub>l</sub> = V + v<sub>1</sub> − v<sub>2</sub>'',
 
където: ''V'' — – потопен обем при изходна посадка по водолинията ВЛ;
 
''v<sub>1</sub>'' — – влязъл във водата, а ''v<sub>2</sub>'' — – излязъл от водата клиновидни обеми;
 
В съответствие с това и силата на плавучест ''γV<sub>1</sub>'' може да се замени с трите и съставляващи сили ''γV'', γv<sub>1</sub>, γv<sub>2</sub>, приложени в центровете на големините на обемите ''V, v<sub>1</sub>, v<sub>2</sub>''. Вследствие равнообемноста наклона на тези три сили съвместно със силата на тежестта Р образуват две двойки сили ''Р − γV'' и ''γv<sub>1</sub> − γv<sub>2</sub>'', които са еквивалентни на двойката ''Р − γV<sub>1</sub>'' . Възстановяващия момент е равен на сумата на моментите на тези две двойки
Ред 85:
 
=== Мерки на начална устойчивост ===
За практиката е недостатъчно проста качествена оценка — – устойчив или неустойчив е съда, тъй като степента на устойчивост може да бъде различна, в зависимост от размерите, натоварването и величината на наклона. Величините, които дават възможност количествено да се оцени началната устойчивост се наричат мерки на начална устойчивост.
 
Исползването на възстановяващия момент в качеството на мярка на начална устойчивост е неудобно, тъй като той зависи от ъгъла на наклона. При безкрайно малки стойности на ъгъла на крен възстановяващия момент ''m<sub>θ</sub>'' също се стреми към нула и чрез него е невъзможно да се оценява устойчивостта на съда.
Ред 95:
и при крен равен на нула ''K<sub>θ</sub> = Ph''.
 
Коефициента на устойчивост дава абсолютна оценка на устойчивостта, т.е. непосредственно показва това съпротивление, което оказва съда на отклоняващите го от положение на равновесие сили. Зависимостта на коефициента на устойчивост от теглото на съда ограничива неговото използване, тъй като, колкото е по-голяма водоизместимостта, толкова е по-голям коефициента на устойчивост. За оценка на степента на съвършенство на съда, от гледна точка на началната му устойчивост се използва отно­сителната мярка за устойчивост — – '''метацентрична височина''', която може да се разглежда и като коефициент на устойчивост, на тон водоизместимост:
 
: <math>h = \frac { K_\mathrm{ \theta } } { P } \,</math>
Ред 106:
Под въздействие на външния момент на диферент ''M<sub>диф</sub>'' на съда, плаващ в положение на равновесие на равен кил (водолиния ВЛ), се накланя по надлъжната плоскост на ъгъл ''Ψ'', (водолиния B<sub>1</sub>Л<sub>1</sub>). Преместването на центъра на величината вследствие изменението на формата на потопения обем осигурява поява на надлъжен възстановяващ момент
: ''M<sub>ψ</sub> = P·GK'',
където ''GK'' е рамо на надлъжната устойчивост. Точката ''М'' е надлъжен метацентър, издигането на надлъжния метацентър над центъра на тежестта е надлъжна метацентрична височина ''Н'', а разстоянието между надлъжния метацентър и центъра на величината — – надлъжен метацентричен радиус ''R''.
 
Надлъжния възстановяващ момент при малки ъгли на диферент се определя по формулите: ''M<sub>ψ</sub> = PH·sin ψ'', ''M<sub>ψ</sub> = РН·ψ'', които се наричат ''метацентрични формули на надлъжната устойчивост''. Тези зависимости за надлъжния възстановяващ момент са справедливи при ъгли на диферент до 0,5÷1,0°, затова и надлъжната устойчивост се разглежда като начална само в тези граници.
Ред 121:
а момента на устойчивост на теглото ''М<sub>в</sub> = − Pa· sin ψ''.
 
Ако се сравнят моментите на устойчивост на формата и теглото при напречни и надлъжни наклони, по формули (4) и (6), виждаме, че устойчивостта на теглото в двата случая е единаква (при условие ''θ = ψ''), но устойчивостта на формата силно се различава. Надлъжния момент на устойчивост на формата е значително по-голям от напречния, защото ''I<sub>yf</sub>'' примерно около два пъти повече ''I<sub>x</sub>''. Действително, момента на инерция на площта на водолинията относително надлъжната ос ''I<sub>x</sub>'' е пропорционален на квадрата на ширината на тази площ, а инерция на площта на водолинията относително напречната ос ''I<sub>yf</sub>'' — – на квадрата на дължината на същата тази площ.
 
Ако величината на напречната метацентрична височина е в пределите на десети части от метъра, то надлъжната метацентрична височина лежи в пределите на ''H'' = (0,8 ÷ 1,5) ''L'',където ''L'' е дължина по водолинията, m.
Ред 134:
 
== Диаграма на устойчивост ==
[[Файл:Stability curve NT.svg|мини|Диаграма на устойчивост (нормална). <br /> ''Θ'' — – ъгъл на наклон; ''GZ'' — – рамо на ''статичния'' възстановяващ момент; ''B'' — – текущ ъгъл; ''A'' — – работа на възстановяващия момент; ''C'' — – ъгъл на залязване]]
[[Файл:CurvabrazosGZ.PNG|мини|Диаграма на устойчивост (S-образна)]]
[[Файл:Angle of Loll.jpg|мини|Диаграмма на устойчивост (с падове)]]
Ред 146:
'''''Точка на максимум'''''. Представлява ъгъл, при който изправящия момент е максимален ''GZ''<sub>max</sub>. До този ъгъл по-нататъчното накланяне предизвиква ръст на момента. След достигане на максимума увеличаването на наклона е свързано с намаляване на момента, до достигане на третата характерна точка:
 
'''''Точка на залез C'''''. Представлява ъгъл, при който изправящия момент пада до нула ''GZ'' = 0. Съответства на точката на преобръщане на съда, поради това, че вече липсват изправящи сили. За обикновените [[Водоизместващ съд|водоизместващи съдове]] ъгъла на залез (статичен) лежи в района 65÷75°. За килни [[яхта|яхти]] — – в района 120÷125°.
 
'''''Наклон'''''. Характеризира скоростта на нарастване на изправящия момент. Първа производна е работата. Допирателната на кривата на устойчивост в точката ''O'' характеризира началната метацентрична височина. Ординатата ѝ, при ъгъл ''Θ'' = 1 рад е равна на метацентричната височина ''h''. <!-- Издадената диаграма означава.-->
Ред 177:
Метацентричните височини и коефициентите на устойчивост след преместването на товара приемат следния израз:
 
: '' h<sub>1</sub> = h + δh;''
 
: ''H<sub>1</sub> = Н + δH;''
Ред 185:
: ''К<sub>ψ1</sub> = К<sub>ψ</sub> + δ<sub>Кψ</sub>'',
 
като преместването надолу съответства на положително нарастване, а нагоре — – отрицателно. Т.е. при преместване на товара нагоре устойчивостта намалява, а надолу се увеличава. Поради еднаквото изменение на надлъжното и напречното нарастване, при различни метацентрични височини, влиянията на вертикалното преместване върху напречната и надлъжната устойчивост силно се различават. При надлъжната устойчивост ''δH'' съставлява малка част от ''Н''. За напречната са възможни ситуации, когато ''h&nbsp;≈&nbsp;δh'', т.е. пълна загуба (или възстановяване) на устойчивостта.
 
[[Файл:TranslacionTPesos.PNG|мини|Влиянието на хоризонтално-напречните премествания на товара]]
При '''хоризонтално-напречно''' преместване на товара от точка ''А'' в точка ''В'' съда се накренява от изправено положение на равновесие (водолинията ВЛ) на ъгъл ''θ'' (водолиния B<sub>1</sub>Л<sub>1</sub>). Такова преместване на товара може да се представи като, като че ли товара в точка ''В'' е свален (силата ''р'' е насочена към противоположната страна — – нагоре), а в точката ''E'' съответно поставен.
 
На накланянето пречи възстановяващия момент ''m<sub>θ</sub> = Ph·sinθ''. Съда ще е в равновесие тогава, когато кренящия и изправящия моменти се изравнят:
Ред 225:
: ''z<sub>g1</sub> = (Pz<sub>g</sub> ± ∑p<sub>i</sub>z<sub>pi</sub>) /P<sub>1</sub>,''
 
където: ''p<sub>i</sub>'' е теглото на приетия или сваления товар, при това приетия товар се взема със знак плюс, а снетия — – със знак минус; ''z<sub>pi</sub>'' е апликатата на ЦТ на приетия или сваления товар.
 
При приемане на относително неголеми товари (под 10% от водоизместимостта) на надводен кораб (съд) се приема, че формата и площта на действащата водолиния не се променят, а потопения обем линейно зависи от [[газене]]то — – т.е. принима се [[Плаваемост|хипотезата за правия борд]]. В този случай коефициентите на устойчивост се изразяват така:
 
: δK<sub>θ</sub> = р (Т + δТ/2 − zp + dI<sub>x</sub>/dV)
Ред 291:
 
== Литература ==
* [https://ru.wikisource.org/wiki/%D0%92%D0%ADВЭ/%D0%92%D0%A2ВТ/%D0%9E%D1%81%D1%82%D0%BE%D0%B9%D1%87%D0%B8%D0%B2%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C_%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BB%D1%8FОстойчивость_корабля Остойчивость корабля]// Военная энциклопедия : [в 18 т.] / под ред. В. Ф. Новицкого [и др.]. — – СПб. ; [М.]: Тип. т-ва И. В. Сытина, 1911—19151911 – 1915.
* [https://ru.wikisource.org/wiki/%D0%92%D0%ADВЭ/%D0%92%D0%A2ВТ/%D0%91%D0%BE%D0%B5%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%BE%D0%B9%D1%87%D0%B8%D0%B2%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C_%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BB%D1%8FБоевая_остойчивость_корабля Боевая остойчивость корабля]// Военная энциклопедия : [в 18 т.] / под ред. В. Ф. Новицкого [и др.]. — – СПб. ; [М.]: Тип. т-ва И. В. Сытина, 1911—19151911 – 1915.
* Остойчивость корабля // Объекты военные — – Радиокомпас / [под общ. ред. Н. В. Огаркова]. — – М. : Военное изд-во М-ва обороны СССР, 1978. — – (Советская военная энциклопедия : [в 8 т.]; 1976—19801976 – 1980, т. 6).
* Войткунский, Я. И. Справочник по теории корабля. Т.2. Статика судов. Качка судов. Л., Судостроение, 1986.
* [http://www.iso.org/iso/iso_catalogue/catalogue_tc/catalogue_detail.htm?csnumber=40898 ISO 16155:2006. Суда и морские технологии. Применение информационных технологий. Приборы контроля за погрузкой]
Взето от „https://bg.wikipedia.org/wiki/Устойчивост_(корабоплаване)“.