Координатные оси и посадка судна

 

1.1 Система координат

 

Система координат, используемая для решения задач статики судна, решаемых судоводителем в процессе его эксплуатации, образуется при пересечении трех взаимоперпендикулярных плоскостей – основной, диаметральной и плоскости мидель-шпангоута.

Основная плоскость (ОП) – горизонтальная плоскость, проходящая по внутренней поверхности горизонтального киля. У судов, имеющих так называемый построечный дифферент (например, СТР-503), основная плоскость проходит через линию пересечения внутренней поверхности горизонтального киля с плоскостью мидель-шпангоута.

Диаметральная плоскость (ДП) – продольная вертикальная плоскость симметрии корпуса судна.

Плоскость мидель-шпангоута (Ä) – поперечная вертикальная плоскость, равноудаленная от носового и кормового перпендикуляров, рис. 1.1.

Проекция основной плоскости на диаметральную называется основной линией (ОЛ).

Носовой перпендикуляр (НП) – линия, перпендикулярная основной плоскости, проходящая через крайнюю носовую точку конструктивной ватерлинии (КВЛ).

Кормовой перпендикуляр (КП) – проходит по оси баллера руля или через точку, отстоящую от НП на 96 % длины судна по конструктивную ватерлинию (выбирается точка, более отдаленная от НП).

Ватерлинией (ВЛ) называется сечение корпуса судна плоскостью, совпадающей с невзволнованной поверхностью воды.

Конструктивная ватерлиния (КВЛ) соответствует посадке судна, имеющего расчетную (при проектировании) нагрузку.

Линия пересечения ОП и ДП образует ось абсцисс ОХ (положительное направление - в нос судна, абсциссы отсчитываются от Ä); линия пересечения ОП и Ä - ось ординат ОУ (положительное направление – вправо, ординаты отсчитываются от ДП); линия пересечения ДП и Ä - ось аппликат OZ (положительное направление – вверх, аппликаты отсчитываются от ОП).

Уравнения плоскостей, параллельных плоскостям теоретического чертежа имеют вид:

X = 5 – плоскость, параллельная плоскости мидель-шпангоута, отстоящая от Ä на 5 м в нос судна, т.е. плоскость соответствующего шпангоута;

Y = -2 – плоскость, параллельная ДП, отстоящая от ДП на 2 м влево;

Z = 6 – плоскость, параллельная ОП, т.е. плоскость теоретической ватерлинии, соответствующей осадке 6 м.

 

 

Z Z

       
   
 


Ä ДП

 

КВЛ КВЛ

       
 
   
 


d D Hб d D

ОП О X ОП О Y

L/2 L/2

В

Lпп

 

Lнб


 

 

Рис. 1.1. Судовые координаты и основные размерения

 

 

1.2 Основные размерения судна

 

На рис. 1.1 показаны основные размерения судна. По тексту ниже в скобках указаны обозначения указанных параметров в документах IMO.

Lнб (LOA) – длина наибольшая – расстояние между крайними точками корпуса судна;

Lпп (LРР) – длина между перпендикулярами – расстояние от НП до КП, используется в качестве теоретической (расчетной) длины;

В – ширина судна (теоретическая) – расстояние от борта до борта по линии пересечения плоскости мидель-шпангоута с плоскостью конструктивной ватерлинии (для судна с прямостенными бортами – расстояние между бортами в плоскости мидель-шпангоута);

d – осадка (для теоретического чертежа) – расстояние между основной плоскостью и плоскостью ВЛ;

D – высота борта – расстояние между основной плоскостью и палубой переборок (самой верхней непрерывной палубой, до которой доходят поперечные водонепроницаемые переборки, разделяющие судно на отсеки непотопляемости);

Нб (F) – высота надводного борта – наименьшее расстояние от палубы переборок до плоскости ВЛ.

 

 

1.3 Форма корпуса судна

 

Форма корпуса определяет большинство мореходных качеств судна. В общем случае, форму корпуса судна невозможно описать аналитически. Для описания формы корпуса судна используется теоретический чертеж – совокупность проекций сечений корпуса судна плоскостями, параллельными диаметральной, основной и плоскости мидель-шпангоута (рис. 1.2). Теоретический чертеж описывает форму корпуса внутри наружной обшивки.

Проекция теоретического чертежа Бок образована проекциями сечений корпуса плоскостями, параллельными ДП, на ДП. Кривые на проекции Бокбатоксы. Всего используется 5…7 сечений.

 

 
 

 


Рис. 1.2. Теоретический чертеж судна

 

 

Проекция Корпус образована плоскостями, параллельными Ä, на Ä, кривые – шпангоуты. В силу симметрии корпуса судна изображаются половины шпангоутов: справа – от мидель-шпангоута в нос и слева – от мидель-шпангоута в корму. Всего используется 11 или 21 теоретический шпангоут, начиная с нулевого, соответствующего носовому перпендикуляру. Расстояние между соседними шпангоутами называется теоретической шпацией. Если используется 11 теоретических щпангоутов, то длина шпации равна L/10, если 21, то - L/20.

Помимо теоретического чертежа для описания формы погруженной части корпуса используются коэффициенты полноты:

- СВ = - коэффициент общей полноты – отношение объемного водоизмещения Ñ к объему параллелепипеда со сторонами, равными длине L, ширине B и осадке судна d;

- a = - коэффициент полноты ватерлинии – отношение площади ватерлинии S к площади прямоугольника со сторонами, равными длине L и ширине судна B;

- b = - коэффициент полноты мидель-шпангоута - отношение площади мидель-шпангоута АÄ к площади прямоугольника со сторонами, равными осадке d и ширине судна B;

- j = - коэффициент продольной полноты – отношение объемного водоизмещения к объему призмы с основанием, равным площади мидель-шпангоута и высотой, равной длине судна;

- c = - коэффициент вертикальной полноты – отношение объемного водоизмещения Ñ к объему призмы с основанием, равным площади ватерлинии S и высотой, равной осадке судна d.

В приведенных формулах в качестве длины и ширины судна используются длина и ширина действующей ватерлинии.

 

1.4 Посадка судна

 

Посадкой называется положение судна относительно поверхности воды.

Параметрами посадки являются:

q - угол крена – угол между ДП и вертикалью (линией отвеса), рис. 1.3, а;

y - угол дифферента – угол между плоскостью мидель-шпангоута и вертикалью, рис. 1.3, б.

 

 

а) угол крена б) угол дифферента

ДП Ä

q y

       
   
 
 

 

 


линия отвеса

 

Рис. 1.3.

dнп – осадка на носовом перпендикуляре – длина отрезка НП от ВЛ до ОП;

dкп – осадка на кормовом перпендикуляре – длина отрезка КП от ВЛ до ОП;

dÄ = – осадка на миделе – расстояние от ВЛ до ОП в плоскости мидель-шпангоута.

 

На бортах судна для снятия (визуального определения) осадки наносятся марки углублений, выполненные в виде арабских чисел высотой 0,1 м, рис. 1.4. Располагаются марки максимально близко к прохождению соответствующих перпендикуляров и мидель-шпангоута. Нижняя кромка числа показывает углубление – расстояние до нижней кромки киля (НКК) в соответствующем месте.

 

 
 

 


42 КВЛ

38

36

 
 


 

ОП

НКК

Рис. 1.4.

 

 

Погрешность, вносимая в расчеты в результате использования значений осадки, снятой по маркам углублений, вполне приемлема для большинства эксплуатационных ситуаций, поэтому в практике используется общее понятие осадки, которое в одном случае (при снятии осадки) предполагает соответствующее углубление, в другом (при расчете) – осадку на перпендикуляре. Поскольку значения осадки в основном используются для определения водоизмещения, то для получения наиболее точного результата необходимо определять осадку на перпендикулярах. Суда, для которых важным является точность определения водоизмещения по снятым осадкам (например, балкеры) снабжаются схемой марок углублений, позволяющей определить осадки на перпендикулярах по снятым со шкал углублений осадкам, рис. 1.5.

 

КП Ä НП

               
   
   
   
 


Кормовая шкала Носовая шкала

марок углубления марок углубления

 

 


ВЛ

 

dН dНП

 

ОП

НКК

 

Рис. 1.5.

 

При существенных размерах судна и неравномерной загрузке корпус судна может иметь изгиб, называемый прогибом, если более загружена средняя часть, рис. 1.6, а, и перегибом, если более загружены оконечности, рис. 1.6, б. Прогиб увеличивает фактическую среднюю осадку, перегиб – уменьшает. У судна, на котором возникает необходимость учета прогиба/перегиба корпуса, в Информации об остойчивости приводится соответствующая схема расчета.

На практике для определения посадки используются следующие параметры:

dн – осадка носом;

dк – осадка кормой;

dср = (dн + dк)/2 – средняя осадка;

Df = dн - dк – дифферент.

Для определения посадки необходимо задать три независимых параметра - dн, dк, q или dср, Df, q.

Осадки и дифферент определяются и фиксируются с точностью до 0,01 м, угол крена – с точностью до 1º.

 

а) прогиб судна

 

 

2 Плавучесть

 

Плавучестью называется способность судна поддерживать вертикальное равновесие с заданной посадкой под действием приложенной к судну силы тяжести и выталкивающей силы воды (силы поддержания или плавучести). Плавучесть судна оценивается объемом водонепроницаемого корпуса. При заданной загрузке судна надводный объем корпуса (объем корпуса выше ватерлинии) определяет запас плавучести. В свою очередь, запас плавучести определяется высотой надводного борта. Минимальная высота надводного борта, а, следовательно, и минимальный запас плавучести для каждого судна ограничивается грузовой маркой, наносимой на борта судна в районе мидель-шпангоута в соответствии с требованиями Международной конвенции о грузовой марке (КГМ-66). Требования КГМ-66 и зоны и время действия зимней и тропической марок приведены в Правилах Регистра [4].

 

2.1 Условия вертикального равновесия судна

 

Судно как всякое тело находится в равновесии, если сумма приложенных к нему внешних сил равна нулю и сумма моментов этих сил равна нулю. Соответственно, вертикальное равновесие выражается равенством нулю сумм вертикальных сил и моментов вертикальных сил.

При рассмотрении условий вертикального равновесия все приложенные к судну силы сводятся к двум равнодействующим – силе тяжести gD и силе поддержания g gÑ. Условие равновесия выражается равенством gD = g gÑ, кН; в масштабе масс

D = gÑ, т, (2.1)

где D - водоизмещение судна (масса судна); Ñ - объемное водоизмещение судна (объем, вытесненной судном воды); g - плотность забортной воды (для морской воды принимается g = 1,025 т/м3, для пресной - g = 1,000 т/м3); g = 9,81 м/с2 - ускорение свободного падения.

Сила тяжести действует вертикально вниз (перпендикулярно действующей ватерлинии) и приложена к точке G – центру тяжести судна (ЦТ); сила поддержания действует вертикально вверх и приложена к точке Сцентру величины (центру плавучести) судна (ЦВ). Схема действующих сил представлена на рис. 2.1.

Выражение (2.1) называется основным уравнением плавучести и выражает закон Архимеда.

Основное уравнение плавучести выражает условие равенства сил. Равенство моментов этих сил при отсутствии крена и дифферента выражается нахождением точек G и С на одной вертикали (поскольку силы тяжести и поддержания являются вертикальными, то нахождение на одной вертикали точек их приложения свидетельствует о совпадении их линий действия, следовательно плечо этой пары сил и момент равны нулю).

  Z gD ВЛ G С g gÑ 0 Y   Рис. 2.1. Схема вертикальных сил

 

 

2.2 Расчет водоизмещения и координат центра тяжести судна

 

2.2.1 Теорема о координатах центра масс системы материальных тел

 

Расчет водоизмещения судна и координат его ЦТ производится на основании известной из курса теоретической механики теоремы о координатах центра масс системы материальных тел. Формулируется данная теорема следующим образом.

Если имеется система, состоящая из n материальных тел, имеющих массу и координаты центра масс m1(x1; y1; z1), m2(x2; y2; z2), ..., mn(xn; yn; zn), то масса системы равна сумме масс тел, составляющих систему

М = m1 + m2+ ... + mn = S (mi), (2.2)

а координаты ЦМ системы равны частному от деления соответствующего статического момента системы на ее массу

xg = = ;

yg = = ;(2.3)

zg = = .

 

Если к системе добавить еще одно тело массой mkk; уk; zk), то масса системы будет равна М1 = М + mk, статические моменты, соответственно, Мх1 = Мх + mkхk, Му1 = Му + mkyk, Мz1 = Мz + mkz k, координаты ЦМ системы xg1 = Мх11, уg1 = Му11, zg1 = Мz11.

Если обозначить смещения координат ЦМ системы через d x = xg1- xg, d у = уg1- уg, d z = zg1 - zg, то приращения координат определяются зависимостями d x = mk(xg1k)/М1, d у = mkg1- уk)/М1, d z = mk(zg1-zk)/М1.

Данная теорема применима при расчетах ЦТ любой системы размерных величин – ЦТ площади, ЦТ объема и т.п., при этом центр масс системы тел или тела называют просто центром тяжести.

 

2.2.2 Таблица нагрузок

 

На судне для расчета координат ЦТ судна используются специальный бланк, называемый таблицей нагрузок, образец которого представлен на рис. 2.2.

Во второй столбец таблицы нагрузок вносятся все составляющие водоизмещения судна. Строки таблицы, в которые внесены составляющие водоизмещения называются статьями нагрузки.

Первая составляющая водоизмещения – порожнее судно; водоизмещение судна порожнем D0 и координаты ЦТ порожнего судна приведены в специальном разделе Информации об остойчивости.

Вторая составляющая - суммарная масса экипажа, провизии и снабжения Рэ. Поскольку эта статья нагрузки невелика и изменяется от рейса к рейсу мало, то иногда масса экипажа, провизии и снабжения включается в водоизмещение порожнего судна.

Третья составляющая – жидкие запасы Рз; для каждого вида запасов – тяжелого и дизельного топлива, смазочных масел и пресной воды вносятся цистерны, содержащие соответствующие запасы. Цистерны объединяются в группы по виду запасов.

Четвертая составляющая соответствует перевозимому грузу Ргр; если в грузовых помещениях груз однородный, то в строки таблицы вносятся грузовые помещения, если груз неоднородный, то каждой партии груза будет соответствовать своя строка. В таблицу также вносится палубный груз и груз в танках.

Пятая составляющая – жидкий балласт Рб – забортная вода, принимаемая в специальные (балластные) танки для изменения параметров посадки и остойчивости.

Ниже располагается итоговая статья таблицы нагрузок, обычно имеющая название Водоизмещение.

В третий столбец таблицы нагрузок в каждую строку вносятся массы соответствующих статей. Сумма масс всех статей нагрузки (сумма чисел в столбце 3) составляет водоизмещение судна D = D0 + Рэ + Рз + Рг + Рб, состоящее из постоянной величины (D0) и суммы переменных грузов, называемой дедвейтом судна Dw = Рэ + Рз + Рг + Рб. Максимальная величина водоизмещения и дедвейта определяются действующей грузовой маркой.

В четвертый столбец таблицы нагрузок в каждую строку вносятся значения аппликаты ЦТ соответствующей статьи. Если в Информации об остойчивости судна отсутствуют данные для расчета аппликаты ЦТ частично заполненных цистерн, то для этих цистерн аппликаты ЦТ берутся, как для полных, а погрешность, вносимая в расчет zg судна, идет в запас остойчивости.

В шестой столбец таблицы нагрузок в каждую строку вносятся значения абсциссы ЦТ соответствующей статьи.

В восьмой столбец таблицы нагрузок вносятся поправки на свободную поверхность для жидких грузов и запасов. Сумма поправок на свободную поверхность ådМz (сумма чисел столбца 8) используется для расчета расчетного (исправленного) Мz и поправки метацентрической высоты dh. Порядок учета поправок приводится в Информации об остойчивости.

В пятый столбец таблицы нагрузок в каждую строку вносятся значения статического момента статьи относительно основной плоскости – произведение массы соответствующей статьи на ее аппликату (произведение чисел из 3 и 4 столбцов статьи). Сумма чисел, вписанных в пятый столбец, составляет статический момент водоизмещения относительно ОП - Мz.

В седьмой столбец таблицы нагрузок в каждую строку вносятся значения статического момента статьи относительно плоскости мидель-шпангоута – произведение массы соответствующей статьи на ее абсциссу (произведение чисел из 3 и 6 столбцов статьи). Сумма чисел, вписанных в седьмой столбец, составляет статический момент водоизмещения относительно мидель-шпангоута – Мх.

Координаты ЦТ судна определяются

zg = ; хg = .

Значения координат ЦТ судна записываются в 4 и 6 столбцы строки «Водоизмещение».

Поскольку эксплуатация судна с креном не допускается, все запасы и грузы размещаются симметрично ДП, поэтому в бланке отсутствуют столбцы для расчета ординаты ЦТ судна уg. Если невозможно обеспечить симметричное распределение статей нагрузки, то возникший вследствие этого момент компенсируется приемом балласта в соответствующую цистерну.

 

Бланк расчета координат ЦТ судна

 

№ п/п Наименование Р, т Z, м Mz, тм Х, м Мх, тм d mz, тм
Судно порожнем            
Экипаж, снабжение            
Судовые запасы: тяжелое топливо; диз. топливо; смазочное масло; пресная вода            
Груз            
Балласт            
ВОДОИЗМЕЩЕНИЕ:            

 

Рис. 2.2.

 

 

Приведенный на рис. 2.2 бланк обычно дополняется таблицей расчетных значений параметров остойчивости и посадки. На рис. 2.3 показан типовой случай загрузки транспортного рефрижератора «Олюторский залив».

Расчет координат ЦТ судна производится грузовым помощником перед каждым рейсом на отход и приход судна (с учетом расходуемых за рейс судовых запасов), а также в течение рейса, если по какой-либо причине изменяется состояние загрузки судна или предполагается снижение остойчивости в рейсе. Рассчитанные значения координат ЦТ судна и водоизмещения используются для проверки остойчивости и расчета посадки судна.

 

Приведенная расчетная схема не является универсальной. Есть расчетные схемы, в которых вертикальные моменты рассчитываются не относительно ОП, а относительно другой плоскости, например, относительно плоскости z0 = 5,0 м; в другой расчетной схеме определяются не водоизмещение и статические моменты водоизмещения, а дедвейт и статические моменты дедвейта и т.п.

Выбор расчетной схемы осуществляется по рекомендации классификационного общества, осуществляющего надзор за судном (в России – Регистр морского судоходства РФ). Для конкретного судна приведенная в его Информации об остойчивости расчетная схема является обязательной.








Дата добавления: 2016-05-16; просмотров: 2876; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию, введите в поисковое поле ключевые слова и изучайте нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам понравился данный ресурс вы можете рассказать о нем друзьям. Сделать это можно через соц. кнопки выше.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2021 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.117 сек.