Хитавиця суден

Хитавиця – коливання судна від дії хвиль або інших зовнішніх сил.

Судно, як вільно плаваюче тіло, має шість ступенів свободи. Відповідно до цього розрізняють шість видів хитавиці – три зворотно-поступальні (вертикальна, повздовжня і поперечна) і три обертальні (бортова, кільова і рискання).

Рисунок… – Види хитавиць

1 – повздовжня вісь, 2 – поздовжній рух, 3 – бортова (бокова) хитавиця,

4 – поперечна вісь, 5 – поперечний рух (дрейф), 6 – кильова хитавиця,

7 – вертикальна вісь, 8 – вертикальна хитавиця, 9 – рискання.

Хитавиця, як любий коливальний рух, характеризується періодом Т і амплітудою Θ. яка вимірюється або в градусах, або в метрах.

По мірі впливу на судно ці шість видів хитавиці розташовуються в наступному порядку:

- бортова – обертальні коливання навколо повздовжньої осі судна;

- кільова – обертальні коливання навколо поперечної осі судна;

- вертикальна – зворотно-поступальні коливання вздовж вертикальної осі;

- поздовжня – зворотно-поступальні коливання вздовж поздовжньої осі;

- поперечна – зворотно-поступальні коливання вздовж поперечної осі;

- рискання – обертальні коливання навколо вертикальної осі судна

Три останні види мало впливають на судно і їх майже не вивчають.

Періоди хитавиць:

- бортової Т = (капітанська формула),

де с = 0,373 + 0,023B/d – 0,043L/100 – інерційний коефіцієнт,

В – ширина судна в м,

L – довжина судна в м,

d – осадка судна в м.

h – метацентрична висота в м;

- кільової і вертикальної Тφ ≈ Тζ ≈ 2,5√d.

Хитавиця судна із-за опору води дуже швидко затухає, якщо немає збуджуючих факторів.

Основна причина хитавиці суден – хвилювання води від дії вітру.

Хвилі, які спостерігаються на поверхні моря, виникають головним чином від дії вітру.

Катинка из ВМФ портала

Основні параметри морських хвиль:

- вершина хвилі – найвища точка гребеня хвилі;

- підошва – найнижча точка улоговини хвилі;

- висота (h) – відстань по вертикалі між вершиною і підошвою хвилі;

- довжина (λ) – відстань по горизонталі між гребенями суміжних хвиль;

- період (τ) – час, за який хвиля проходить відстань, рівну її довжині;

- крутизна έ = – відношення висоти хвилі до її довжини;

- швидкість(с) – швидкість переміщення гребеня хвилі в напрямі її бігу.

Для відкритих районів океану τ = 0,8 √λ, с =1,25√λ.

Відповідно λ = .

Коли судно рухається, то на нього набігають хвилі не з істинним періодом, а з відносним (який здається). Відносний період залежить від швидкості судна і напряму руху відносно хвиль.

Відносний період набігання хвиль

τв = ,

де v – швидкість судна в вузлах,

α – курсовий кут до фронту гребенів хвиль (на зустрічному чи попутному хвилюванні α = 90´).

(+) відноситься до руху судна проти хвиль, (-) – до руху за хвилями.

На зустрічному хвилюванні τв = ,

При плаванні на судно діє комбінація всіх видів хитавиць. Але в залежності від напряму руху судна відносно хвиль може переважати бортова або кільова хитавиця.

Хитавиця негативно впливає як на саме судно, так і на людей на ньому. До шкідливих наслідків хитавиці відносять:

- зменшення швидкості судна через збільшення опору руху;

- погіршення режиму роботи двигунів та гребних гвинтів;

- поява додаткових зусиль від сил інерції і ударів хвиль;

- можливе ослаблення розкріплення вантажів;

- шкідливий фізіологічний вплив на людей

Поведінка судна при хвилюванні моря залежить від форми і розмірів корпусу, завантаження, швидкості руху, характеру хвилювання, курсового кута руху судна відносно руху хвиль, характеристик вітру, глибини моря і рельєфу дна.

Виділяють два режими плавання судна при хвилюванні моря.

Перший – коли судно не змінює курс. Може тільки трохи збавити швидкість, щоб зменшити удари хвиль, заливання палуби і амплітуду хитавиці.

Другий – режим штормування. При ньому для безпеки плавання змінюють курс і швидкість судна.

При русі судна на хвилюванні можуть виникати наступні явища.

Основний/гармонічний резонанс – значне збільшення амплітуд хитавиці судна. яке спостерігається, коли збігаються період хвилювання, і період власних коливань судна. Гармонічний резонанс виникає, коли є поновлююча сила або момент. Найбільш небезпечним вважається резонанс бортової хитавиці. Резонанси кільової і вертикальної хитавиці менш небезпечні, але вони можуть створювати ряд явищ, таких як слемінг, заливання, збільшення навантаження за рахунок сил інерції і параметричний резонанс.

Слемінг – явище гідродинамічного удару в носовій частині судна в результаті взаємодії з хвилею.

Заливання– явище попадання води на палубу, коли хвиля більша за надводний борт судна.

Брочінг – явище захвата судна хвилею, яке супроводжується втратою керованості, розворотом судна лагом до хвиль і перевертанням. Виникає при значній швидкості судна на попутному хвилюванні. Найбільш вірогідний, коли довжина судна близька до довжини хвилі і швидкість судна близька до швидкості бігу хвиль.

Параметричний резонанс – різке збільшення коливань при періодичному прикладенні незначних зусиль з частотою, рівною частоті власних коливань.

Зміною швидкості і напряму руху судна відносно хвиль можна вийти із резонансної зони. Для цього існують спеціальні штормові діаграми. Одна з таких діаграм – універсальна штормова діаграма Ю.В. Ремеза.

Різні судна на хвилюванні ведуть себе по різному. Але є певна закономірність. Ступінь вірогідності виникнення наслідків руху судна на хвилюванні (дуже мала, мала, середня і велика) при різних напрямах руху хвиль по відношенню до курсу судна приведена в таблиці.

Таблиця – Вірогідність виникнення наслідків руху судна на хвилюванні

Приклад 2.11.

Визначити періоди власних коливань при бортовій, кільовій і вертикальній хитавицях суховантажного судна “TIMBER NAVIGATOR” з однорідним вантажем щільністю 0,685 т/м³ і 100% запасів.

В суховантажного судна “TIMBER NAVIGATOR” з однорідним вантажем щільністю 0,685 т/м³ і 100% запасів осадка d = 7,22 м, метацентрична висота h = 0,38 м (див. приклад 2.2).

Період бортової хитавиці Т = =

де с = 0,373 + 0,023 B / d – 0,043 L / 100 = 0,373 + 0,023 × 15,9 / 7,22 – 0,043 × × 112,29 / 100 = 0,375 – інерційний коефіцієнт.

Періоди кільової і вертикальної хитавиць Тφ ≈ Тζ ≈ 2,5√d = 2,5 √7,22 = = 6,7 с.

Приклад 2.12.

Визначити довжину резонансних хвиль при бортовій, кільовій і вертикальній хитавицях суховантажного судна “TIMBER NAVIGATOR” з однорідним вантажем щільністю 0,685 т/м³ і 100% запасів при стоянці.

Довжина резонансної хвилі при бортовій хитавиці при стоянці судна

λ = м.

Довжина резонансної хвилі при кільовій і вертикальній хитавицях при стоянці судна

λ = м.