Как уменьшить ходовой дифферент? Расчет поправок на дифферент Определение дифферента судна.

Глава IV. Экипаж судна. Капитан судна Статья 52. Состав экипажа судна1. В состав экипажа судна входят капитан судна, другие лица командного состава судна и судовая команда.2. К командному составу судна кроме капитана судна относятся помощники капитана судна, механики,

13.Седловатость верхней палубы, представляющая собой плавный подъем палубы от миделя в нос и в корму, также влияет и на внешний вид судна. Различают суда со стандартной седловатостью, определяемой по Правилам о грузовой марке, суда с уменьшенной или увеличенной седловатостью и суда без седловатости. Часто седловатость выполняют не плавно, а прямыми участками со сломами - два-три участка на половине длины судна. Благодаря этому верхняя палуба не имеет двоякой кривизны, что упрощает ее изготовление.

Палубная линия у морских судов имеет обычно вид плавной кривой с подъемом от средней части в направлении носа и кормы и образует седловатость палубы. Основное назначение седловатости - уменьшить заливаемость палубы при плавании судна на волнении и обеспечить непотопляемость при затоплении его оконечностей. Речные и морские суда с большой высотой надводного борта седловатости, как правило, не имеют. Подъем палубы в корме устанавливают, исходя, прежде всего, из условия незаливаемости и непотопляемости.

14.Погибь - это уклон палубы от ДП к бортам. Обычно погибь имеют открытые палубы (верхняя и палубы надстроек). Вода, попадающая на палубы, благодаря наличию погиби, стекает к бортам и оттуда отводится за борт. Стрелку погиби (максимальное возвышение палубы в ДП по отношению к бортовой кромке) обычно принимают равной V50 ширины судна. В поперечном сечении погибь представляет собой параболу, иногда, для упрощения технологии изготовления корпуса, ее образуют в виде ломаной линии. Платформы и палубы, лежащие ниже верхней палубы, погиби не имеют. Плоскость мидель-шпангоута делит корпус судна на две части- носовую и кормовую. Оконечности корпуса выполняются в виде штевней (литых, кованых или сварных). Носовой

На устойчивость грузового судна при движении большое влияние оказывает его загрузка. Управление судном значительно легче, когда оно загружено не полностью. Судно, вообще не имеющее груза, легче слушается руля, но так как винт судна находится близко от поверхности воды, оно обладает повышенной рыскливостью.

При приемке груза, и следовательно, увеличение осадки судно становится менее чувствительным к взаимодействию ветра и волны и более устойчиво удерживается на курсе. От загрузки так же зависит положение корпуса относительно поверхности воды. (т.е. имеет судно крен или дифферент)

От распределения груза по длине судна относительно вертикальной оси зависит момент инерции массы судна. Если большая часть груза сосредоточена в кормовых трюмах, момент инерции становится большим и судно становится менее чувствительным к возмущающим воздействиям внешних сил, т.е. более устойчивым на курсе, но в то же время труднее приводится к курсу.

Улучшение поворотливости можно достичь сосредоточением наиболее тяжелых грузов в средней части корпуса, но при одновременном ухудшении устойчивости движения.

Размещение грузов, особенно тяжеловесов, наверху вызывает валкость и крен судна, что отрицательно влияет на устойчивость. В частности, отрицательное влияние на управляемость оказывает наличие воды под сланями трюма. Эта вода будет перемещаться от борта к борту даже при отклонении руля.

Дифферент судна ухудшает обтекаемость корпуса, снижает скорость и приводит к смещению точки приложения боковой гидродинамической силы на корпусе в нос или корму в зависимости от разности осадок. Влияние этого смещения аналогично изменению диаметральной плоскости за счет изменения площади носового подзора или кормового дейдвуда.

Дифферент на корму смещает в корму центр гидродинамического давления, повышает устойчивость движения на курсе и уменьшает поворотливость. Напротив, дифферент на нос, улучшая поворотливость, ухудшает устойчивость на курсе.

При дифферентах эффективность действия рулей может ухудшиться или улучшиться. При дифференте на корму центр тяжести смещается к корме (рис. 36,а), плечо поворачивающего момента руля и сам момент уменьшаются, поворотливость ухудшается, а устойчивость движения увеличивается. При дифференте на нос, наоборот, при равенстве «рулевых сил» и , плечо и момент увеличиваются, поэтому поворотливость улучшается, но устойчивость на курсе становится хуже (рис. 36, б).

При дифференте на нос у судна улучшается поворотливость, повышается устойчивость движения на встречной волне, и наоборот, появляются сильные раскаты кормы на попутной волне. Кроме этого, при дифференте на нос судна появляется стремление к выходу на ветер на переднем ходу и прекращение уваливания носа под ветер на заднем ходу.

При дифференте на корму судно становится менее поворотливо. На переднем ходу судно устойчиво на курсе, но при встречном волнении легко укланяется с курса.

При сильном дифференте на корму у судна появляется стремление к уваливанию носом под ветер. На заднем ходу судно управляется с трудом, оно постоянно стремится привестись кормой к ветру, особенно при боковом его направлении.

При небольшом дифференте на корму повышается эффективность действия движителей и у большинства судов повышается скорость хода. Однако дальнейшее увеличение дифферента приводит к уменьшению скорости. Дифферент на нос из-за увеличения сопротивления воды движению, как правило, приводит к потере скорости переднего хода.

В практике судовождения дифферент на корму иногда специально создают при буксировках, при плавании во льдах, для уменьшения возможности повреждения винтов и рулей, для повышения устойчивости при движении по направлению волн и ветра и в других случаях.

Иногда судно совершает рейс, имея некоторый крен на какой-либо борт. Крен могут вызывать следующие причины: неправильное расположение грузов, неравномерное расходование топлива и воды, конструктивные недостатки, боковое давление ветра, скопление пассажиров на одном борту и др.

Рис.36 Влияние дифферента Рис. 37 Влияние крена

Крен оказывает различное влияние на устойчивость одновинтового и двухвинтового судна. При крене одновинтовое судно не идет прямо, а стремится уклонится с курса в сторону, противоположную крену. Это объясняется особенностями распределения сил сопротивления воды движению судна.

При движении одновинтового судна без крена на скулы обоих бортов будут оказывать сопротивление две силы и , равные друг другу по величине и направлению (рис. 37, а). Если разложить эти силы на составляющие, то силы и будут направлены перпендикулярно бортам скул и они будут равны друг другу. Следовательно судно будет идти ровно по курсу.

При крене судна на площадь «л» погруженной поверхности скулы накрененного борта больше площади «п» скулы приподнятого борта. Следовательно, большее сопротивление встречной воды будет испытывать скула накрененного борта и меньшее – скула приподнятого борта (рис. 37,б)

Во втором случае силы сопротивления воды и , приложенные к одной и другой скуле, параллельны друг другу, но разные по величине (рис 37,б). При разложении этих сил по правилу параллелограмма на составляющие (так чтоб одна из них была параллельна, а другая перпендикулярна борту), убедимся, что составляющая перпендикулярная борту , больше соответствующей составляющей противоположного борта.

В результате этого можно сделать вывод о том, что нос одновинтового судна при крене уклоняется в сторону приподнятого борта (противоположную крену), т.е. в сторону наименьшего сопротивления воды. Поэтому, чтобы удержать одновинтовое судно на курсе, приходится руль перекладывать в сторону крена. Если на накрененном одновинтовом судне руль будет в положении «прямо», судно совершит циркуляцию в сторону, противоположную крену. Следовательно, при совершении оборотов диаметр циркуляции в сторону крена увеличивается, в противоположную сторону - уменьшается.

У двухвинтовых судов уклонение от курса вызывается совместным воздействием неодинакового лобового сопротивления воды движению корпуса со стороны бортов судна, а так же различной величиной воздействия разворачивающих усилий левой и правой машин при одном числе оборотов.

У судна без крена точка приложения сил сопротивления воды движению находится в диаметральной плоскости, поэтому сопротивление с обоих бортов оказывает равное воздействие на судно (см. рис. 37,а). Кроме того, у судна не имеющего крена, разворачивающие моменты относительно центра тяжести судна, создаваемые упором винтов и , практически одинаковы, так как плечи упоров равны, а поэтому .

Если, например, у судна имеется постоянный крен на левый борт, то углубление правого винта уменьшится и увеличится углубление винтов на правом борту. Центр сопротивления воды движению сместится в сторону накрененного борта и займет положение (см. рис. 37,б) на вертикальной плоскости относительно которой будут действовать упоры движителей с неравными плечами приложения. т.е. тогда < .

Несмотря на то, что правый винт из-за меньшего заглубления будет работать менее эффективно по сравнению с левым, однако с увеличением плеча общий разворачивающий момент от правой машины станет значительно больше чем от левой, т.е. тогда < .

Под воздействием большего момента от правой машины судно будет стремиться уклониться в сторону левого, т.е. накрененного борта. С другой стороны, увеличение сопротивления воды движению судна со стороны скул предопределит стремление уклонить судно в сторону повышенного, т.е. правого борта.

Эти моменты по величине соизмеримы между собой. Практика показывает, что каждый тип судна в зависимости от различных факторов при крене уклоняется в определенную сторону. Кроме того, установлено, что величины уклоняющих моментов весьма малы и их легко компенсировать перекладкой руля на 2-3° в сторону борта, противоположного стороне уклонения.

Коэффициент полноты водоизмещения. Его увеличение приводит к уменьшению силы и уменьшению демпфирующего момента , а следовательно, к улучшению устойчивости на курсе.

Форма кормы. Форма кормы характеризуется площадью кормового подзора (подреза) кормы (т.е. площадью дополняющей корму до прямоугольника)

Рис.38. К определению площади кормового подреза:

а) корма с подвесным или полуподвесным рулем;

б)корма с рулем расположенным за рудерпостом

Площадь ограничивается кормовым перпендикуляром, линией киля (базовой линией) и контуром кормы (на рис. 38 заштрихована). В качестве критерия подреза кормы можно использовать коэффициент :

где - средняя осадка, м.

Параметр является коэффициентом полноты площади ДП.

Конструктивное увеличение площади подреза кормовой оконечности в 2,5 раза может уменьшить диаметр циркуляции в 2 раза. Однако при этом резко ухудшится устойчивость на курсе.

Площадь руля . Увеличение увеличивает поперечную силу руля , но в то же время возрастает и демпфирующее действие руля. Практически получается, что увеличение площади руля приводит к улучшению поворотливости лишь при больших углах перекладки.

Относительное удлинение руля . Увеличение при неизменной его площадиприводит к возрастаниюпоперечной силы руля, что приводит к некоторому улучшению поворотливости.

Расположение руля. Если руль расположен ввинтовой струе, то скорость натекания воды на руль возрастает за счет дополнительной скорости потока, вызванной винтом, что обеспечивает значительное улучшение поворотливости. Этот эффект особенно проявляется на одновинтовых судах в режиме разгона, а по мере приближения скорости к установившемуся значению уменьшается.

На двухвинтовых судах руль, расположенный в ДП, обладает относительно малой эффективностью. Если же на таких судах установлены два пера руля за каждым из винтов, то поворотливость резко возрастает.

Влияние скорости судна на его управляемость появляется неоднозначно. Гидродинамические силы и моменты на руле и корпусе судна пропорциональны квадрату скорости набегающего потока, поэтому при движении судна с установившейся скоростью независимо от её абсолютного значения, соотношения между указанными силами и моментами остаются постоянными. Следовательно, на разных установившихся скоростях траектории (при одинаковых углах перекладки руля) сохраняют свою форму и размеры. Это обстоятельство неоднократно подтверждалось натурными испытаниями. Продольный размер циркуляции (выдвиг) существенно зависят от начальной скорости движения (при маневрировании с малого хода выбег на 30% меньше выбега с полного хода). Поэтому, чтобы совершить оборот на ограниченной акватории при отсутствии ветра и течения, целесообразно перед началом маневра сбавить ход и выполнить оборот на пониженной скорости. Чем меньше акватория,на которой совершается циркуляция судна, тем меньше должна быть первоначальная скорость его хода. Но если в процессе маневра изменить частоту вращения винта, то изменится скорость потока, набегающего на руль, расположенный за винтом. При этом момент, создаваемый рулем. Изменится сразу же, а гидродинамический момент на корпусе судна будет изменяться медленно по мере изменения скорости самого судна, поэтому прежнее соотношение между этими моментами временно нарушится, что приведет к изменению кривизны траектории. При увеличении частоты вращения винта кривизна траектории увеличивается (радиус кривизны уменьшается), и наоборот. Когда скорость судна придет в соответствие с носовой частотой вращения винта, кривизна траектории снова станет равной первоначальному значению.

Все сказанное выше справедливо для случая штилевой погоды. Если же судно подвергается воздействию ветра определенной силы, то в этом случае управляемость существенно зависит от скорости судна: чем скорость меньше, тем больше влияние ветра на управляемость.

Когда по какой-либо причине нет возможности допустить увеличение скорости, но необходимо уменьшить угловую скорость поворота, лучше быстро уменьшить частоту вращения движителей. Это эффективнее, чем перекладка рулевого органа на противоположный борт.

Остойчивость, которая проявляется при продольных наклонениях судна, т. е. при дифференте, называется продольной.

Рис. 1

Несмотря на то, что углы дифферента судна редко достигают 10 град., а обычно составляют 2 - 3 град, продольное наклонение приводит к значительным линейным дифферентам при большой длине судна. Так, у судна длиной 150 м угол наклонения 1 0 соответствует линейному дифференту, равному 2,67 м. В связи с этим в практике эксплуатации судов вопросы, относящиеся к дифференту, более важны, чем вопросы продольной остойчивости, поскольку у транспортных судов с нормальными соотношениями продольная остойчивость всегда положительна.

При продольном наклонении судна на угол Ψ вокруг поперечной оси Ц.В. переместится из точки С в точку С1 и сила поддержания, направление которой нормально к действующей ватерлинии, будет действовать под углом Ψ к первоначальному направлению. Линии действия первоначального и нового направлении сил поддержания пересекаются в точке. Точка пересечения линии действия сил поддержания при бесконечно малом наклонении в продольной плоскости называется продольным метацентром М.

Радиус кривизны кривой перемещения Ц.В. в продольной плоскости называется продольным метацентрическим радиусом R, который определяется расстоянием от продольного метацентра до Ц.В.

Формула для вычисления продольного метацентрического радиуса R аналогична поперечному метацентрическому радиусу: R = I F /V , где I F - момент инерции площади ватерлинии относительно поперечной оси, проходящей через ее Ц.Т. (точка F); V - объемное водоизмещение судна.

Продольный момент инерции площади ватерлинии IF значительно больше поперечного момента инерции I X . Поэтому продольный метацентрический радиус R всегда значительно больше поперечного r. Ориентировочно считают, что продольный метацентрический радиус R приблизительно равен длине судна.

Основное положение остойчивости заключается в том, что восстанавливающий момент является моментом пары, образованной силой веса судна и силой поддержания. Как видно из рисунка в результате приложения действующего в ДП внешнего момента, называемого дифферентующим моментом Mдиф, судно получило наклонение на малый угол дифферента Ψ. Одновременно с появлением угла дифферента возникает восстанавливающий момент МΨ, действующий в сторону, противоположную действию дифферентующего момента.

Продольное наклонение судна будет продолжаться до тех пор, пока алгебраическая сумма обоих моментов не станет равной нулю. Поскольку оба момента действуют в противоположные стороны, условие равновесия можно записать в виде равенства:

M д и ф = М Ψ

Восстанавливающий момент в этом случае будет:

М Ψ = D ‘ · G K 1 (1)

• где GK1 - плечо этого момента, называемое плечом продольной остойчивости.

Из прямоугольного треугольника G M K1 получаем:

G K 1 = M G · sin Ψ = H sin Ψ (2)

Входящая в последнее выражение величина MG = H определяет возвышение продольного метацентра над Ц.Т. судна и называется продольной метацентрической высотой. Подставив выражение (2) в формулу (1), получим:

М Ψ = D ‘ · H · sin Ψ (3)

Где произведение D’H - коэффициент продольной остойчивости. Имея в виду, что продольная метацентрическая высота Н = R - а, формулу (3) можно записать в виде:

М Ψ = D ‘ · (R - а) · sin Ψ (4)

• где а - возвышение Ц.Т. судна над его Ц.В.

Формулы (3), (4) являются метацентрическими формулами продольной остойчивости. Ввиду малости угла дифферента в указанных формулах, вместо sinΨ можно подставить угол Ψ (в радианах) и тогда:

М Ψ = D ‘ · H · Ψ и л и М Ψ = D ‘ · (R - а) · Ψ .

Поскольку величина продольного метацентрического радиуса R во много раз больше поперечного r, продольная метацентрическая высота Н любого судна во много раз больше поперечной h, поэтому, если у судна обеспечена поперечная остойчивость, то продольная остойчивость обеспечена заведомо.

Дифферент судна и угол дифферента

В практике расчетов наклонений судна в продольной плоскости, связанных с определением дифферента, вместо углового дифферента принято пользоваться линейным дифферентом, значение которого определяется как разность осадок судна носом и кормой, т. е. d = T H - T K .

Дифферент принято считать положительным, если осадка судна носом больше, чем кормой; дифферент на корму считается отрицательным. В большинстве случаев суда плавают с дифферентом на корму. Предположим, что судно, плавающее на ровный киль по ватерлинию ВЛ, под действием некоторого момента получило дифферент и его новая действующая ватерлиния заняла положение В 1 Л 1 . Из формулы для восстанавливающего момента имеем:

Ψ = М Ψ D ‘ · H

Проведем пунктирную линию АВ, параллельную ВЛ, через точку пересечения кормового перпендикуляра с В 1 Л 1 . Дифферент d - определяется катетом ВЕ треугольника ABE. Отсюда:

t g Ψ = Ψ = d / L

Сравнив последние два выражения, получим:

d L = M Ψ D ‘ · H , о т с ю д а M Ψ = d L · D ‘ · H

Изменение дифферента при продольном перемещении груза

Рассмотрим методы определения осадок судна при действии на него дифферентующего момента, возникающего в результате перемещения груза в продольно-горизонтальном направлении.

Допустим, что груз весом Р перемещен вдоль судна на расстояние ιx. Перемещение груза, как уже указывалось, может быть заменено приложением к судну момента пары сил. В нашем случае этот момент будет дифферентующим и равным: М диф = Р · l X · cosΨ. Уравнение равновесия при продольном перемещении груза (равенство дифферентующего и восстанавливающего моментов) имеет вид:

Р · l x · cos Ψ = D ‘ · H · sin Ψ

• откуда:

t g ψ = P · I X D ‘ · H

Поскольку малые наклонения судна происходят вокруг оси, проходящей через Ц.Т. площади ватерлинии (т.F), можно получить следующие выражения для изменения осадок носом и кормой:

∆ T H = (L 2 — X F) · t g ψ = P · I X D ‘ · H · (L 2 — X F)

∆ T H = (L 2 + X F) · t g ψ = — P · I X D ‘ · H · (L 2 + X F)

Следовательно, осадки носом и кормой при перемещении груза вдоль судна будут:

Т н = Т + ∆ Т н = Т + P · I x D ‘ · H · (L 2 — X F)

Т к = Т + ∆ Т к = Т + P · I x D ‘ · H · (L 2 — X F)

Если учесть, что tg Ψ = d/L и что D’ · H · sin Ψ = МΨ, можно записать:

Т н = Т + P · I x 100 · М 1 с м · (1 2 — X F L)

Т к = Т — P · I x 100 · М 1 с м · (1 2 + X F L)

• где Т - осадка судна при положении на ровный киль;
• M 1см - момент, дифферентующий судно на 1 см.

Значение абсциссы X F находят по “кривым элементов теоретического чертежа”, причем необходимо строго учитывать знак перед X F: при расположении точки F в нос от миделя величина X F считается положительной, а при расположении точки F в корму от миделя - отрицательной.

Плечо l X также считается положительным, если груз переносится по направлению к носовой части судна; при переносе груза в корму плечо l X считается отрицательным.

Шкала изменений осадки оконечностей вследствие приема 100 тонн груза

Наибольшее распространение получили шкалы и таблицы изменения осадок носом и кормой от приема единичного груза, масса которого в зависимости от водоизмещения выбирается равной 10, 25, 50, 100, 1000 тонн. В основе построения такого рода шкал и таблиц лежат следующие соображения. Изменение осадки оконечностей судна при приеме груза слагается из увеличения средней осадки на величину ΔТ и изменения осадок оконечностей ΔТ H и ΔТ K . Величина ΔТ не зависит от местоположения принятого груза, а значения ΔТ H и ΔТ K при данной осадке и фиксированной массе груза Р будут изменяться пропорционально абсциссе Ц.Т. принятого груза Хр. Поэтому, используя такую зависимость, достаточно вычислить изменения осадок оконечностей от приема груза сначала в районе носового, а затем кормового перпендикуляров и построить шкалу или таблицу изменения осадок оконечностей судна от приема груза массой, например, 100 т. Значения ΔТ, ΔТ H , ΔТ K вычисляются по формулам.

По полученным приращениям осадок оконечностей судна строим график изменений этих осадок от приема указанного груза.

Для этого на прямой а — б намечаем положение мидель - шпангоута и откладываем в выбранном масштабе вправо (в нос) и влево (в корму) половину длины судна. Из полученных точек восстанавливаем перпендикуляры к линии а — б. На носовом перпендикуляре откладываем вверх отрезок б — в, изображающий в выбранном масштабе вычисленное изменение осадки носом при приеме груза в носу. Аналогично на кормовом перпендикуляре откладываем вниз отрезок а — г, изображающий вычисленное изменение осадки носом при приеме груза в корму. Соединив прямой точки в — г, получаем график изменения осадки носом от приема груза массой 100 тонн.

Δ Т н = + 24 с м = 0 , 24 м;

Δ Т к = + 4 с м = 0 , 04 м

Таким же образом производится построение графика изменения осадки судна кормой от приема груза. Здесь отрезок б — д в принятом масштабе изображает изменение осадки кормой при приеме груза 100 т в носу, а отрезок а — е - при приеме груза в корму.

Производим градуировку шкал. Над графиком (или под ним) проводим две прямые линии для нанесения шкал изменения осадок: верхнюю - для носа, и нижнюю - для кормы. На каждой из них отмечаем точки, соответствующие делениям 0 (их положение определяется точками пересечения линии а — б с графиками в — г и е — д, т. е. точками ж — р). Затем между линией а — б и графиками в — г и ед подбираем такие отрезки, длина которых в принятом масштабе была бы равна 30 или 10 см изменения осадки. Такими отрезками при градуировке шкалы “нос” будут отрезки з — и и кл. В результате получим на шкале деления 30 и 10. Расстояния между 0 и 10, 10 и 20 делим на 10 равных частей. Размеры этих делений на обоих участках шкалы должны получиться одинаковыми.

Используя график е — д, аналогичным способом строим шкалу для осадок кормой. При практических расчетах строят несколько шкал изменения осадок оконечностей от приема 100 тонн груза. Чаще всего строят шкалы для трех осадок (водоизмещений): осадки порожнего судна, осадки судна с полным грузом и промежуточную.

Шкалы, диаграммы или таблицы изменения осадок оконечностей судна от приема единичного груза (например 100 тонн) могут иметь очень разный вид. Несколько таких примеров приводим ниже на рисунках 5-7.

Предлагается к прочтению: