Ухудшение работы главной движительной установки. При штормовой погоде повышаются динамические нагрузки на лопасти гребного винта, на валопровод и на главный двигатель. Значительное увеличение сопротивления движению судна в условиях волнения приводит к перегрузке движительной установки и к необходимости снижения ее мощности. Изменение погружения и оголение гребного винта сопровождается снижением эффективности его действия, попеременным разгоном и торможением, значительными колебаниями нагрузки на гребном валу. Это оказывает отрицательное влияние на главный двигатель, приводит к периодическому срабатыванию его защиты, требует ограничения его мощности.
Переменные гидродинамические нагрузки, действующие на винт при качке, могут вызвать вибрацию гребного вала и кормы, привести к поломке лопастей винта, конструкций гребного валопровода. Разгон и торможение винта при его периодическом оголении и погружении неблагоприятны для гребных установок, особенно для широко распространенных дизельных двигателей.
Скорость судна на переходе в штормовых условиях меньше скорости на тихой воде из-за двух обстоятельств: добавочного сопротивления от волн, ветра и снижения эффективности движителя {естественная потеря скорости); уменьшения режима хода самим судоводителем при возникновении опасных для судна и груза явлений {вынужденная или намеренная потеря скорости). Для избежания перегрузки двигателя в условиях волнения снижают его мощность и, соответственно, скорость хода. Нередко эту операцию выполняют, когда получаемое от приемоиндикатора GPS значение скорости приближается к 80% скорости на тихой воде при таком же режиме хода.
Деформации корпуса. Под воздействием внешних сил всякое твердое тело изменяет свою форму – деформируется. Деформация, исчезающая с прекращением действия вызвавших ее внешних сил, называется упругой. При такой деформации внутри тела возникают силы упругости, стремящиеся вернуть телу первоначальную форму. Величина этих сил пропорциональна деформации тела. Упругая сила, приходящаяся на единицу площади сечения тела, называется напряжением (механическим). Деформация является упругой, когда вызванные внешней силой напряжения не превышают предел упругости и/или длительность ее воздействия невелика. Если эти условия не соблюдены, то после прекращения действия на тело внешних сил, оно не восстановит полностью свою форму. Неисчезнувшая после снятия нагрузки деформация тела называется остаточной.
Упругие деформации могут быть весьма разнообразны. Однако достаточно много из них можно свести к одному виду -растяжению (или сжатию). При растяжении тела напряжения считаются положительными, а при сжатии -отрицательными.
Общие деформации корпуса. Под действием внешних сил изменяется форма судового корпуса. Деформации судна, рассматриваемого как балка переменного по длине сечения, называются общими. Наиболее значительными и опасными видами этих деформаций являются продольный изгиб и кручение. Способность корпуса противостоять им, не разрушаясь, называется общей прочностью судна.
Общий изгиб – это деформация корпуса, при которой на палубе и на днище судна возникают продольные напряжения, причем на палубе знак этих напряжений противоположен знаку на днище. Общий изгиб особенно опасен для крупнотоннажных судов. Различают два вида такой деформации: прогиб (sagging) и перегиб (hogging). При перегибе палуба растянута, а днище сжато, при прогибе – наоборот.
В условиях качки на курсах вразрез волне и по волне периодически изменяется величина и форма погруженной части судна, а также скорости и ускорения движения корпуса. Вызванные этими обстоятельствами знакопеременные динамические нагрузки вызывают изгиб корпуса в вертикальной плоскости, а на косом волнении, кроме того, изгиб в горизонтальной плоскости и скручивание. Главной составляющей внешних сил считается волновой изгибающий момент. От его действия общий изгиб, присущий судну при тихой погоде, увеличивается, особенно при попадании судна с начальным прогибом на подошву волны (или судна с перегибом на ее вершину). При определенных условиях такие деформации выходят за пределы упругих. В результате в конструкциях корпуса могут появиться остаточные деформации и повреждения.
Для крупнотоннажных судов (длина больше 150 метров) сильное встречное волнение может стать причиной потери общей прочности. На тихой воде напряжения в продольных связях крупнотоннажного судна обычно невелики, так как вес его поперечных секций уравновешен силами поддержания воды. При сильном волнении длина морских волн составляет 130 … 300 м. и часто близка к длине крупнотоннажного судна. В этом случае при нахождении миделя судна на вершине или на подошве волны в средней части и в оконечностях судна появляется разность между силами веса и силами поддержания (рис. а,б). Суммарные силы на корпус в оконечностях по направлению противоположны силе в средней части. В результате корпус судна находится под действием значительного волнового изгибающего момента, который при движении судна относительно волн изменяется с большой амплитудой. Эта ситуация усугубляется при оголении оконечностей судна (рис. 1.3,в), при заливании носовой части палубы. На величину волнового изгибающего момента влияют также инерционные силы, обусловленные вертикальными ускорениями движения корпуса. В зависимости от разности фаз колебаний судна и волн они могут увеличивать либо уменьшать величину изгибающего момента. Изменяющийся с большой амплитудой динамический изгибающий момент приводит к значительным колебаниям напряжений в продольных связях, в обшивке палубы и днища в центральной части судна, к появлению в этих элементах остаточных деформаций. Следствием может быть их повреждение, и даже разрывы, приводящие иногда к перелому корпуса.
Кручением называется деформация корпуса под действием двух противоположно направленных поперечных моментов, приложенных к оконечностям судна. Кручение корпуса достигает максимальных значений при плавании на косом волнении. Такого вида деформация может оказаться опасной для судов с большим раскрытием палуб (контейнеровозов, балкеров).
Местные деформации. Кроме подверженности общим деформациям конструкции корпуса (набор, палуба, днище, борта, переборки) и их отдельные части участвуют в местном изгибе под воздействием локальных усилий, таких как давление груза, удары волн, и т.д. Следует отметить, что сила давления воды на корпус при ударах волн может достигать 38 т/м2. На волнении местные напряжения в определенных частях корпуса возрастают. Например, из-за вертикальных ускорений при качке растет давление груза на палубы трюмов и твиндеков. При слеминге значительно увеличиваются гидродинамические силы на обшивке носовой части днища, и т.д. Свойство элементов корпуса противостоять действию на них локальных нагрузок, не разрушаясь, называется местной прочностью судна.
В конструкциях, участвующих в общих и локальных деформациях, вызванные ими напряжения суммируются.
