Условия плавучести и равновесия судна.

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,

8.Центр тяжести корабля ВЫЧИСЛЕНИЕ КООРДИНАТ ЦЕНТРА ТЯЖЕСТИ (Ц.Т.) СУДНА С ГРУЗОМ

точка приложения равнодействующей сил тяжести, действующих на все элементы корабля. Положение центра тяжести корабля зависит от конструкции корпуса корабля, а также от массы и размещения на нем переменных грузов. От положения центра тяжести корабля по высоте по отношению к метацентру зависит остойчивость корабля.При вычислении координат Ц.Т. судна используется известная из теоретической механики теорема о статическом моменте равнодействующей силы: если данные силы приводятся к одной равнодействующей, то момент равнодействующей относительно какой-либо оси (плоскости) равен сумме моментов составляющих сил относительно той же оси (плоскости).
Применительно к судну на основании этой теоремы можно написать уравнения статических моментов относительно основных координатных плоскостей;
Относительно плоскости XOZ (ДП):

D× Y_G = P₁× Y₁ + P₂× Y₂ +... + P_n× Y_n

Относительно плоскости УОZ (мидель-шпангоута):

D× X_G = P₁× X₁ + P₂× X₂ +... + P_n× X_n

Относительно плоскости XОY (ОП):

D× Z_G = P₁× Z₁ + P₂× Z₂ +... + P_n× Z_n

11. Запас плавучести судна - способность судна плавать при заданном количестве погруженных на него грузов. Плавучесть судна характеризуется водоизмещением судна и запасом плавучести.

Для обеспечения безопасности плавания судно должно обладать определенной потенциальной плавучестью - запасом плавучести, характеризуемой величиной непроницаемого для воды объема корпуса, расположенного выше действующей ватерлинии. Следовательно, запасом плавучести можно считать то количество грузов (или воды), которое судно может принять сверх уже находящихся на нем до полной потери плавучести.

Грузовая марка, знак предельной осадки, наносимый на обоих бортах морского судна в середине его длины. Грузовая марка судна - отметка на борту судна, ниже которой судно не должно погружаться в воду. 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.

Марка углубления предназначена 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.

12. Начальная остойчивость. Если судно под действием внешнего кренящего момента МКР (например, давления ветра) получит крен на угол θ (угол между исходной WL0 и действующей WL1 ватерлиниями), то, вследствие изменения формы подводной части судна, центр величины С переместится в точку С1 (рис. 5). Сила поддержания yV будет приложена в точке C1 и направлена перпендикулярно к действующей ватерлинии WL1. Точка М находится на пересечении диаметральной плоскости с линией действия сил поддержания и называется поперечным метацентром. Сила веса судна Р остается в центре тяжести G. Вместе с силой yV она образует пару сил, которая препятствует наклонению судна кренящим моментом МКР. Момент этой пары сил называется восстанавливающим моментом МВ. Величина его зависит от плеча l=GK между силами веса и поддержания наклоненного судна: MВ = Pl =Ph sin θ, где h — возвышение точки М над ЦТ судна G, называемое поперечной метацентрической высотой судна.

Теорема Эйлера - ось бесконечно малого равнообъемного наклонения плавающего тела лежит в плоскости ватерлинии и проходит через центр тяжести площади ватерлинии.

13. Метацентр — центр кривизны траектории, по которой перемещается центр величины в процессе наклонения судна. При малых наклонениях судна (примерно, до 10 градусов) метацентр можно считать неподвижным, при больших наклонениях метацентр начинает смещаться. Возвышение метацентра над центром тяжести судна называется метацентрической высотой.

В теории корабля различают два метацентра:

при наклонении судна в поперечной плоскости (крен), метацентр является поперечным, или малым.

при наклонении судна в продольной плоскости (дифферент) — продольным, или большим.

На практике судно испытывает наклонения в обеих плоскостях, и если определить для этого случая метацентр, он будет лежать выше поперечного, но ниже продольного. С этой точки зрения метацентрические высоты, рассматриваемые в теории, являются предельными.

МЕТАЦЕНТРИЧЕСКАЯ ВЫСОТА.: 1. Расстояние между метацентром и центром тяжести судна. Различают М.В. поперечную (малую) h и продольную (большую) Н, значения которых вычисляют по формулам h = zc+r - zg; H = zc + R - Zg, где zc и zg - аппликаты центра величины и ЦТ судна, отсчитываемые от ОП; г, R - поперечный (малый) и продольный (большой) метацентрические радиусы. М.В. является мерой начальной остойчивости судна, определяющей восстанавливающие моменты при малых углах крена или дифферента

МЕТАЦЕНТРИЧЕСКИЙ РАДИУС

— расстояние поперечного метацентра от центра величины в прямом положении судна. Он равен моменту инерции площади действующей ватерлинии относительно продольной оси, проходящей через ее центр тяжести, деленному на соответствующее объемное водоизмещение судна ρ = I/V.