Мореходные качества судна
Мореходные качества определяют надежность и конструктивное совершенство судна. К мореходным качествам относятся: плавучесть, остойчивость, непотопляемость, управляемость, ходкость, мореходность судна.
Живучесть судна – способность судна при получении повреждений сохранять свои эксплуатационные и мореходные качества. Обеспечивается непотопляемостью, пожаробезопасностью, надежностью технических средств, подготовленностью экипажа.
Плавучестью называется способность судна плавать в требуемом положении относительно поверхности воды при заданной нагрузке. Мореходностью называется способность судна при плавании на морском волнении сохранять основные мореходные качества и возможность эффективного использования всех систем и устройств в соответствии с назначением. Ходкостью судна называется его способность перемещаться по воде с заданной скоростью под действием приложенной к нему движущей силы.
Маневренные характеристики судна
Управляемость судна характеризуется двумя качествами: поворотливостью, и устойчивостью на курсе.
Поворотливость – это способность судна изменять направление движения и двигаться по заранее выбранной судоводителем криволинейной траектории.
Устойчивостью на курсе называется способность судна сохранять прямолинейное направление движения в соответствии с заданным курсом. Управляемость судна обеспечивается специальными средствами управления, назначение которых – создавать силу (перпендикулярную ДП), вызывающую боковое смещение судна (дрейф) и поворот его вокруг продольной (крен) и поперечной
(дифферент) осей.
Средства управления подразделяются на основные и вспомогательные. Основные средства – рули, поворотные насадки, азиподы – предназначены для обеспечения управляемости судна во время его движения. Вспомогательные средства обеспечивают управляемость судна на малых ходах и при движении по инерции с неработающим главным двигателем. К этой группе относятся подруливающие
устройства различных типов, активные рули.
В результате воздействия обтекающих масс воды и ветра на корпус, винт и руль, даже при спокойном море и слабом ветре, судно не остается постоянно на заданном курсе, а отклоняется от него. Отклонение судна от курса при прямом положении руля называется рыскливостью. Амплитуда рыскания судна в тихую погоду небольшая. Поэтому для удержания его на курсе требуется незначительная перекладка руля вправо или влево. При сильном ветре и волнении устойчивость судна на курсе значительно ухудшается.
На рыскливость судна большое влияние оказывает расположение надстройки. На тех судах, где надстройки на корме, рыскливость увеличивается, так как почти всегда корма идет «под ветер», а нос — «на ветер». Если надстройка в носу, то судно уклоняется «от ветра».
К основным маневренным характеристикам судна относятся:
– элементы циркуляции;
– путь и время торможения судна (инерционные свойства).
Циркуляция – это траектория, описываемая центром тяжести судна, при движении с отклоненным на постоянный угол рулем (рис. 1.21). Циркуляцию принято разбивать на три периода: маневренный, эволюционный и установившийся.
Маневренный период – период, в течение которого происходит перекладка руля на определенный угол. С момента начала перекладки руля судно начинает дрейфовать и крениться в сторону, противоположную перекладке руля, и одновременно начинает разворачиваться в сторону перекладки руля. В этот период траектория движения центра тяжести судна из прямолинейной превращается в криволинейную, происходит падение скорости движения судна.
Эволюционный период – период, начинающийся с момента окончания перекладки руля и продолжающийся до момента окончания изменения угла дрейфа линейной и угловой скоростей. Этот период характеризуется дальнейшим снижением скорости (до 30 – 50 %), изменением крена на внешний борт до 100 и резким выносом кормы на внешнюю сторону.
Период установившийся циркуляции – период, начинающийся по окончании эволюционного, характеризуется равновесием действующих на судно сил: упора винта, гидродинамических сил на руле и корпусе, центробежной силы. Траектория движения центра тяжести (ЦТ) судна превращается в траекторию правильной окружности или близкой к ней.
Геометрически траектория циркуляции характеризуется следующими элементами:
Dо – диаметр установившейся циркуляции – расстояние между диаметральными плоскостями судна на двух последовательных курсах, отличающихся на 180° при установившемся движении;
Dц – тактический диаметр циркуляции – расстояние между положениями диаметральной плоскости (ДП) судна до начала поворота и в момент изменения курса на 180°;
l1 – выдвиг – расстояние между положениями ЦТ судна перед выходом на циркуляцию до точки циркуляции, в которой курс судна изменяется на 90°;
l2 – прямое смещение – расстояние от первоначального положения ЦТ судна до положения его после поворота на 90°, измеренное по нормали к первоначальному направлению движения судна;
l3 – обратное смещение – наибольшее смещение ЦТ судна в результате дрейфа в направлении, обратном стороне перекладки руля (обратное смещение обычно не превышает ширины судна В, а на некоторых судах отсутствует совсем);
Тц – период циркуляции – время поворота судна на 360°.
Инерционные свойства судна. В различных ситуациях возникает необходимость в изменении скорости судна (постановка на якорь, швартовка, расхождение и т. п.). Это происходит за счет изменения режима работы главного двигателя или движителей. После чего судно начинает совершать неравномерное движение.
Путь и время, необходимые для совершения маневра, связанного с неравномерным движением, называют инерционными характеристиками судна.
Инерционные характеристики определяются временем, дистанцией, проходимой судном за это время, и скоростью хода через фиксированные промежутки времени и включают в себя следующие маневры:
– движение судна по инерции – свободное торможение;
– активное торможение;
– подтормаживание;
– разгон судна до заданной скорости.
Свободное торможение характеризует процесс снижения скорости судна под влиянием сопротивления воды от момента остановки двигателя до полной остановки судна относительно воды. Обычно время свободного торможения считается до потери управляемости судна.
Активное торможение – это торможение при помощи реверсирования двигателя. Первоначально телеграф устанавливают в положение «Стоп», и только после того, как обороты двигателя упадут на 40-50%, ручку телеграфа переводят в положение «Полный задний ход». Окончание маневра – остановка судна относительно воды.
Разгон судна – это процесс постепенного увеличения скорости движения от нулевого значения до скорости, соответствующей заданному положению телеграфа.
Грузовая марка и марки углубления
Во избежание недопустимой перегрузки судна с конца XIX – начала XX вв. на грузовых судах наносят знак грузовой марки, определяющий в зависимости от размеров и конструкции судна, района его плавания и времени года минимальную допустимую величину надводного борта.
Грузовую марку наносят в соответствии с требованиями Международной конвенции о грузовой марке 1966 года. Грузовая марка состоит из трех элементов: палубной линии, диска Плимсоля и гребенки осадок.
Знак грузовой марки наносят на правом и левом бортах в средней части судна. Горизонтальная полоса, нанесенная посредине изображенного на грузовой марке диска (диск Плимсоля), соответствует летней грузовой ватерлинии, т.е. ватерлинии при плавании судна летом в океане при плотности воды 1,025 т/м . Обозначение организации, назначившей грузовую марку, наносится над горизонтальной линией, проходящей через центр диска. Положения о грузовой марке применяются к каждому судну, которому назначен минимальный надводный борт.
Надводный борт – расстояние, измеренное по вертикали у борта на середине длины судна от верхней кромки палубной линии до верхней кромки соответствующей грузовой марки.
Палуба надводного борта – это самая верхняя непрерывная, не защищенная от воздействия моря и погоды палуба, которая имеет постоянные средства закрытия всех отверстий на ее открытых частях и ниже которой все отверстия в бортах судна снабжены постоянными средствами для водонепроницаемого закрытия.
Назначенный судну надводный борт фиксируется путем нанесения на каждом борту судна отметки палубной линии, знака грузовой марки и марок углубления, отмечающих наибольшие осадки, до которых судно может быть максимально нагружено при различных условиях плавания (рис. 1.22).
Грузовая марка, соответствующая сезону, не должна быть погружена в воду на протяжении всего периода от момента выхода из порта до прихода в следующий порт. Судам, на борта которых нанесены грузовые марки, выдается Международное свидетельство о грузовой марке на срок не более чем на 5 лет.
В нос от диска наносят “гребенку” – вертикальную линию с отходящими от нее грузовыми марками – горизонтальными линиями, до которых может погружаться судно при различных условиях плавания:
• летняя грузовая марка – Л (Summer);
• зимняя грузовая марка – З (Winter);
• зимняя грузовая марка для Северной Атлантики – ЗСА (Winter North Atlantic);
• тропическая грузовая марка – T (Tropic);
• грузовая марка для пресной воды – П (Fresh);
• тропическая марка для пресной воды – ТП (Tropic Fresh).
Суда, приспособленные для перевозки леса, снабжают дополнительно специальной лесной грузовой маркой, располагаемой в корму от диска. Эта марка допускает некоторое увеличение осадки в том случае, когда судно перевозит лесной груз на открытой палубе.
Марки углубления предназначены для определения осадки судна. Деления наносятся на наружной обшивке обоих бортов судна в районе форштевня, ахтерштевня и на мидель-шпангоуте (рис. 1.23).
Марки углубления отмечаются арабскими цифрами высотой 10 см (расстояние между основаниями цифр 20 см) и определяют расстояние от действующей ватерлинии до нижней кромки горизонтального киля.
До 1969 года марки углубления на левом борту наносили римскими цифрами, высота которых равнялась 6 дюймам. Расстояние между основаниями цифр равно 1 футу (1 фут = 12 дюймам = 30, 48 см; 1 дюйм = 2,54 см).
Остойчивость
Остойчивость – способность судна, выведенного внешним воздействием из положения равновесия, возвращаться в него после прекращения этого воздействия. Основной характеристикой остойчивости является восстанавливающий момент, который должен быть достаточным для того, чтобы судно противостояло статическому или динамическому (внезапному) действию кренящих и дифферентующих
моментов, возникающих от смещения грузов, под воздействием ветра, волнения и по другим причинам. Кренящий (дифферентующий) и восстанавливающий моменты действуют в противоположных направлениях и при равновесном положении судна равны.
Различают поперечную остойчивость, соответствующую наклонению судна в поперечной плоскости (крен судна), и продольную остойчивость (дифферент судна).
Метацентр – центр кривизны траектории, по которой перемещается центр величины С в процессе наклонения судна (рис. 1.24). Если наклонение происходит в поперечной плоскости (крен), метацентр называют поперечным, или малым, при наклонении в продольной плоскости (дифферент) – продольным, или большим. Соответственно различают поперечный (малый) г и продольный (большой) R метацентрические радиусы, представляющие радиусы кривизны траектории С при крене и дифференте.
Метацентрическая высота (м.в.) – расстояние между метацентром и центром тяжести судна. М.в. является мерой начальной остойчивости судна, определяющей восстанавливающие моменты при малых углах крена или дифферента. При возрастании м.в. остойчивость судна повышается. Для положительной остойчивости судна необходимо, чтобы метацентр находился выше ЦТ судна. Если м. в. отрицательна, т.е. метацентр располагается ниже ЦТ судна, силы, действующие на судно, образуют не восстанавливающий, а кренящий момент, и судно плавает с начальным креном (отрицательная остойчивость), что не допускается.
Непотопляемость
Непотопляемостью называется способность судна сохранять плавучесть и остойчивость при затоплении одного или нескольких отсеков, образованных внутри корпуса судна водонепроницаемыми переборками, палубами и платформами. Поступление забортной воды в корпус судна, в результате его повреждения или намеренного затопления отсеков, приводит к изменению характеристик плавучести и остойчивости, управляемости и ходкости. Перераспределение сил плавучести по длине судна вызывает дополнительные напряжения в корпусе судна, который должен сохранить при этом достаточную прочность.
Конструктивно непотопляемость обеспечивают, разделяя корпус судна на ряд отсеков с помощью водонепроницаемых переборок, палуб и платформ. Палубу, до которой доходят главные водонепроницаемые переборки, принято называть палубой переборок. Конструктивно непотопляемость судна обеспечивается также устройством на судне осушительных систем, мерительных труб, водонепроницаемых закрытий и т. п.
Эксплуатационные качества судна
Эксплуатационные качества определяют транспортные возможности и экономические показатели судна. Они определяются его грузоподъемностью, грузо и пассажировместимостью, скоростью, маневренностью, дальностью и автономностью плавания.
Грузоподъемность – вес различного рода грузов, которые может перевезти судно при условии сохранения проектной посадки. Существует чистая грузоподъемность и дедвейт.
Чистая грузоподъемность – это полная масса перевозимого судном полезного груза, т.е. масса груза в трюмах и масса пассажиров с багажом и предназначенных для них пресной водой и провизией, масса выловленной рыбы и т. п., при загрузке судна по расчетную осадку.
Дедвейт (полная грузоподъемность) – представляет собой общую массу перевозимого судном полезного груза, составляющего чистую грузоподъемность, а также массу запасов топлива, котельной воды, масла, экипажа с багажом, запасов провизии и пресной воды для экипажа при загрузке судна по расчетную осадку. Если судно с грузом принимает жидкий балласт, то масса этого балласта включается в дедвейт судна.
Водоизмещение порожнем – сумма всех постоянных весов, из которых слагается вес конструкции построенного судна (корпус, механизмы, судовые устройства, системы и оборудование, инвентарное снабжение, вес запасов топлива, масла в системе для запуска двигателя и твердый балласт).
Полное водоизмещение – водоизмещение порожнем плюс дедвейт. Грузовместимостью судна называется суммарный объём всех грузовых помещений. Измеряется грузовместимость в кубических метрах. Различают грузовместимость по штучному и сыпучему грузу.
Валовая вместимость, измеряемая в регистровых тоннах (рег. т.), представляет собой полный объем помещений корпуса и закрытых надстроек, за исключением объемов отсеков двойного дна, цистерн водяного балласта, а также объемов некоторых служебных помещений и постов, расположенных на верхней палубе и выше (рулевой и штурманской рубки, камбуза, санузлов экипажа, световых люков,
шахт, помещений вспомогательных механизмов и пр.). 1 рег. т = 2,83 куб.м.
Чистую вместимость получают в результате вычета из валовой вместимости объемов помещений, непригодных для перевозки коммерческого груза, пассажиров и запасов, в том числе жилых, общественных и санитарных помещений экипажа, помещений, занятых палубными механизмами и навигационными приборами, машинного отделения и т.п. Иными словами, в чистую вместимость входят только помещения, которые приносят судовладельцу непосредственный доход – грузовые помещения и помещения, занимаемые пассажирами или предназначаемые для их обслуживания.
Дальность плавания судна – наибольшее расстояние, которое судно может пройти с заданной скоростью без пополнения запасов топлива, котельно-питательной воды и смазочного масла. Автономность плавания – длительность пребывания судна в рейсе без пополнения запасов топлива, провизии и пресной воды, необходимых для жизни и нормальной деятельности находящихся на судне людей (экипажа и пассажиров).
