Остойчивое и неостойчивое судно. Восстанавливающий момент.

При наклонении судна изменяется положение центра подводного объема судна (центра величины наклоненного судна) - С₁, следовательно, равнодействующая сил поддержания будет приложена в точке С₁ (рис.4.5 и 4.6). Если равнодействующие сил тяжести (Р) и поддержания (Q) образуют момент, стремящийся увеличить угол крена судна (рис.4.5) - то судно не остойчиво.

Если возникает момент M_в, стремящийся вернуть судно в исходное прямое положение, то судно остойчиво (рис.4.6).

Момент M_в называется восстанавливающим моментом и равен он произведению одной из сил пары на плечо l_ст

, (4.1)

где: Р=D·g;

D – массовое водоизмещение;

g-гравитационное ускорение.

С целью упрощения и совмещения рисунков в теории корабля обычно изображают судно в прямом положении, а ватерлинию, соответствующую наклонному положению судна (В₁Л₁), наклонной (рис.4.6.б). Очевидно, что Рис.4.6.а и 4.6.б эквиваленты, только следует помнить, что линии действия сил тяжести (Р) и поддержания (Q) перпендикулярны действующей ватерлинии (как для прямой, так и для наклонной). Мерой начальной остойчивости является метацентрическая высота h, равная Gm. На тех же рисунках видно, что h = Zc + ρ – Zg, где Zc - аппликата центра величины, ρ - радиус окружности, по которой точка Со переместилась в точку С1, Zg – аппликата цетра тяжести судна.

Чем больше h, тем остойчивее судно. Величина h зависит в основном от положения центра тяжести судна, т.е. от расположения груза. По этой причине балкер и буксир остойчивее, чем контейнеровоз и пассажирское судно. Метацентрическая высота характеризует начальную остойчивость (при углах крена до 10°-12^о).

Характеристикой остойчивости при больших углах крена является диаграмма статической остойчивости (ДСО), которая строится для каждого варианта загрузки судна (рис.4.7.)

Рис.4.7. Диаграмма статической остойчивости

По горизонтальной оси откладываются углы крена, а по вертикальной восстанавливающие моменты или плечи остойчивости. Точка А диаграммы соответствует максимальному восстанавливающему моменту, когда во время качки ватерлиния доходит до скулы и до ширстрека, точка В соответствует углу потери остойчивости судном, т.н. «угол заката диаграммы».

Остойчивость судна, при мгновенно приложенном кренящем моменте называется динамической остойчивостью, которая характеризуется диаграммой динамической остойчивости (ДДО). О построении и использовании ДДО речь пойдет в последующих курсах — теории корабля и управлении мореходными качествами судна.

При продольных наклонениях судна применяется аналогичный подход и используется понятие продольной метацентрической высоты H, которая почти на два порядка больше h (H ~ L). По этой причине суда значительно чаще теряют поперечную, а не продольную остойчивость.