ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ ВОЛН

КАЧКА КОРАБЛЯ

ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О КАЧКЕ, ВРЕДНЫЕ

ПОСЛЕДСТВИЯ КАЧКИ

Качкой называется колебательное движение, совершаемое кораблем как абсолютно твердым телом при плавании его на поверхности (или для подвод-ных аппаратов под поверхностью) спокойной или взволнованной воды.

Качка корабля – явление отрицательное, поэтому мореходным качеством будет умеренность качки.

Качку корабля могут сопровождать следующие отрицательные явления:

1) опрокидывание вследствие чрезмерных наклонений при бортовой качке или вследствие значительной потери остойчивости;

2) перелом корпуса вследствие изгиба при килевой качке;

3) местные разрушения обшивки корпуса, разрушения крыльевых систем для судов на подводных крыльях или гибкого ограждения для судов на воздушной подушке и т.д. под действием сил инерции и ударов волн;

4) нарушение нормальной работы устройств и механизмов вследствие действия сил инерции и заливания палубы;

5) перемещение недостаточно закрепленных и пересыпающихся грузов вследствие больших наклонений и воздействия сил инерции;

6) нарушение работы движителей и условий управляемости;

7) морская болезнь пассажиров и команды, нарушение нормальной работы команды;

8) затруднение, а иногда и невозможность выполнения кораблем работ, для которых он предназначен (грузовые операции для плавучих кранов и крановых судов, торпедная, ракетная и орудийная стрельба для военных кораблей, буровые работы для плавучих буровых установок и т.д.).

Изучение качки позволяет предопределить характер поведения корабля в условиях волнения, учесть ее нежелательные последствия и разработать мероприятия по их предотвращению. Этого можно достичь следующими способами:

1) при проектировании корабля выбрать его элементы таким образом, чтобы обеспечивались плавная и малая его качка;

2) применить рациональные успокоители качки;

3) перемещением грузов на корабле добиться улучшения параметров качки;

4) получить умерение качки соответствующим изменением курса и скорости хода корабля.

Дисциплина «Качка корабля» является сложной для усвоения студентами комплексной дисциплиной. Корабль рассматривается как колеблющееся твердое тело, обладающее 6-ю степенями свободы, поэтому существует тесная связь с теоретической механикой и теорией колебаний. В то же время качка корабля происходит в жидкости, обладающей определенными физическими свойствами, корабль взаимодействует с ней, поэтому дисциплина основывается на законах, изучаемых в гидромеханике и теории волн, а как раздел теории корабля «Качка корабля» использует многие понятия, изучаемые в «Статике корабля»

Вначале рассмотрим внешние факторы, вызывающие качку кораблей. Главный фактор – волнение, но раскачка может быть вызвана и порывами ветра, ударами или навалом судов, рывками буксирных тросов.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ ВОЛН

Волновым движением жидкости называется процесс распространения в ней колебательного движения. Причины возникновения волн могут быть различ-ными. Это может быть действие ветра, подземных землетрясений, притяжения Луны, атмосферного давления и т.д. Рассмотрим основные виды волн:

1) ветровые волны, возникающие в результате передачи ветром части своей энергии свободной поверхности воды; поскольку ветер часто меняет свою скорость и направление движения, ветровые волны обычно имеют трехмерный нерегулярный характер, т.е. имеют форму холмов различной высоты, ширины и длины;

2) если ветровые волны вышли из зоны действия ветра или остались после его действия, они выравниваются, становятся регулярными (имеют одинаковый период, длину и высоту) - возникает зыбь (иног-да называют «мертвая зыбь»). Это волнение будет уже двумерным, так как третья мера - ширина стремится к бесконечности;

3) ветровые волны, а также волны зыби, вышедшие к береговому откосу, искажаются, вершина их поднимается, а впадина становится меньше – возникают прибойные волны. При определенном соотношении глубины воды и длины волны прибойные волны разрушаются. В этот момент на объекты, находящиеся в зоне разрушения волны, действует дополнительная импульсивная (ударная) нагрузка;

4) корабельные волны – волны, возникающие при движении корабля или каких – то других тел и сооружений вблизи свободной поверхности воды;

5) волны «цунами», возникающие в результате действия подводных землетрясений и извержений вулканов;

6) морские приливы и отливы, вызываемые притяжением луны и солнца:

7) сейши – медленные изменения уровня воды в акватории, возникаю-щие из-за неравномерного распределения атмосферного давления в морском бассейне;

8) нагонные волны, возникающие из-за нагона ветром воды в узкости и заливы. Именно сейши и нагонные волны являются причиной часто возникающих в Петербурге наводнений;

9) капиллярные волны – волны, возникающие в результате нера-вномерности действия сил поверхностного натяжения;

10) внутренние волны – волны, возникающие на границе раздела двух слоев воды, обладающих различной плотностью из-за различной температуры или солености. Этот вид волн может вызвать интен-сивную качку подводных аппаратов.

Для расчетов качки важно знать характеристики, в основном, первого, второго, третьего, четвертого и десятого видов волн, а остальные волны надо учитывать в повседневной эксплуатации с точки зрения безопасности. Наиболее изучены в настоящее время регулярные волны (зыбь), ветровые и корабельные волны.