Бортовая качка. Бортовая качка судна на регулярном волнении может быть представлена как сумма двух гармонических колебаний – собственных колебании с частотой n? бортовой качки на тихой воде без учета сопротивления воды и вынужденных колебании с частотой волны ? и амплитудой качки ?m.
На регулярном волнении, которое имеет место, например, при мертвой зыби или при качке модели судна в опытовом бассейне, на искусственно создаваемых регулярных волнах, собственные колебания быстро затухают вследствие влияния сопротивления воды, и колебания судна по истечении некоторого времени становятся чисто вынужденными. Амплитуда вынужденных колебаний при бортовой качке без учета сопротивления воды, согласно выводам линейной теории качки, может быть вычислена по формуле:
?m = ?0 / (1 – ?2 / n?2). Так как ? = 2?/?, а n? = 2? / T?,
то ?m = ?0 / (1 – T?2 / ?2) или ?m/ ?0 = 1 / (1 – T?2 / ?2) (1),
где ?m – амплитуда качки;
?0 – наибольший угол волнового склона;
T? – период собственных колебаний судна;
? – период волны.
Отношение , ?m / ?0 принято называть относительной амплитудой, зависимость которой от отношения T? / ? можно представить следующим графиком:
Из уравнения (1) следует, что по мере приближения периода волны ? к периоду собственных колебании T? относительная амплитуда вынужденных колебаний возрастает и при отсутствии сил сопротивления воды становится бесконечно большой (при ? – T?). Такое явление называется резонансом.
В действительности, резонанс, хотя и не приводит к возникновению бесконечно больших амплитуд, вызывает появление резонансных максимальных амплитуд. Из сравнения кривых, приведенных на рисунке видно, что влияние сопротивления воды на относительную амплитуду вынужденных колебаний существенно лишь в том случае, когда отношение периодов находится в интервале 0,70 ? T? / ? ? 1,3 ; вне этой области влияние сопротивления незначительно.
Рассматриваемый случай качки является наиболее опасным. Если судно не обладает достаточной динамической остойчивостыо, то резонанс может привести к потере остойчивости и к опрокидыванию судна. Именно поэтому при нормировании остойчивости морских судов оценивают углы, возникающие не только от действия динамически приложенного давления ветра, но и углы крена при бортовой качке, исходя из предположения, что судно находится на регулярном волнении в условиях резонанса при положении лагом к волне.
Килевая и вертикальная качка. Если судно распологается вразрез волне, то оно испытывает килевую качку. Физическая сущность явлений, происходящих при килевой и бортовой качке, практически одинакова, т.к. характер движения судна не меняется, а силы, действующие на него, по своей природе остаются теми же.
Однако условия килевой качки судна на волнении отличаются от условиий бортовой качки. При килевой качке сопротивление окружающей среды значительно больше, чем при бортовой. Поэтому свободные колебания при килевой качке затухают быстрее. Практически килевую качку можно считать состоящей из одних вынужденных колебаний.
Исследование килевой качки осложняется тем, что одновременно возникает вертикальная качка, причем их взаимное влияние друг на друга и на характеристики колебаний судна существенно.
Поскольку даже при резонансе амплитуды килевой качки относительно невелики, можно утверждать, что практическое значение для судна имеет не столько сама качка, сколько связанные с ней заливаемоеть палубы и надстроек и появление слемминга – гидродинамических ударов носовой частью судна о воду. Указанные явления, а также ухудшение работы гребных винтов из-за периодического обнажения винто-рулевой группы приводят к значительному (до 50 %) уменьшению скорости судна, что неблагоприятно сказывается на его экономических показателях. Явление слемминга ощущается на протяжении от 1/10 до 1/8 длины судна. Удары о воду сопровождаются сотрясениями корпуса, переходящими в вибрацию. По мере увеличения крутизны волны сила ударов возрастает, что нередко приводит к повреждениям днища. Поэтому при возникновении сильных ударов судоводитель вынужден уменьшать, скорость или изменять курс судна.
