Если судно под влиянием какой-либо внешней силы вышло из положения равновесия и накренилось на угол ϴ (смотреть 1 чертёж), то его подводный объём изменит свою форму, а потому и центр величины судна, находившийся ранее в точке C, переместится в сторону наклонения судна (в точку C ₁), центр же тяжести судна останется в точке G.
Сила веса судна P, приложенная в точке G, направлена вертикально вниз, а сила поддержания воды D, численно равная силе веса судна и приложенная в новом центре величины C ₁, направлена вертикально вверх.
Таким образом, при рассматриваемом наклонении судна получилась пара сил с плечом GZ (где Z – основание перпендикуляра, опущенного из точки G на направление силы D).
- Эта пара сил стремится вернуть судно в первоначальное (прямое) положение. Она носит название ВОССТАНАВЛИВАЮЩЕЙ ПАРЫ.
В случае, изображённом на первом чертеже, судно после прекращения действия внешней силы возвратится в исходное положение равновесия и поэтому является ОСТОЙЧИВЫМ.
Плечо, которое получилось между направлениями двух сил, образующих восстанавливающую пару называется ПЛЕЧОМ ОСТОЙЧИВОСТИ.
- Чем больше плечо остойчивости GZ, тем больше и ОСТОЙЧИВОСТЬ судна, так как момент восстанавливающей пары увеличивается при увеличении плеча.
Если при наклонении судна центр величины окажется на одной вертикали с центром тяжести, плечо остойчивости (а следовательно, и момент восстанавливающей пары) будет равен нулю (смотреть 2 чертёж).
- По прекращении действия внешних сил, вызвавших наклонение судна, последнее не вернётся в исходное положение равновесия, а останется плавать в наклонном положении.
В этом случае судно находится в состоянии Безразличного Равновесия.
- Если центр величины при наклонении займёт положение, указанное на чертеже номер 3, т.е. если новый центр величины C ₁ окажется между отвесной линией, проведённой из точки G, и точкой C, судно получит ещё большее наклонение, так как образовавшаяся при наклонении пара сил будет стремиться увеличить наклонение судна.
В этом случае судно НЕОСТОЙЧИВО.
- Таким образом, ОСТОЙЧИВОСТЬ СУДНА зависит от взаимного расположения центра тяжести G и центра величины C.
Поэтому изучение остойчивости сводится к рассмотрению положения этих двух точек, а также новой третьей точки M (смотреть 1 чертёж) – так называемого МЕТАЦЕНТРА, который находится на пересечении линии действия силы поддержания воды D с диаметральной плоскостью при малом наклонении судна.
Из чертежей 1 и 2 видно, что если МЕТАЦЕНТР находится выше центра тяжести судна, то судно ОСТОЙЧИВО, так как пара сил, образуемая силой веса судна P и силой поддержания D, стремится вернуть судно в прямое положение.
- Если МЕТАЦЕНТР находится ниже центра тяжести, то судно НЕОСТОЙЧИВО (смотреть 3 чертёж), так как указанная пара сил стремится ещё более накренить судно.
При совпадении МЕТАЦЕНТРА и ЦЕНТРА ТЯЖЕСТИ судно находится в состоянии Безразличного равновесия.
Таким образом, положение метацентра по высоте относительно центра тяжести судна, характеризуемое так называемой МЕТАЦЕНТРИЧЕСКОЙ ВЫСОТОЙ, служит мерой остойчивости судна. Чем больше метацентрическая высота MG, тем судно остойчивее.
- Но большая метацентрическая высота имеет и отрицательное значение: чрезмерная остойчивость вызывает СТРЕМИТЕЛЬНУЮ КАЧКУ, так как заставляет судно слишком быстро возвращаться из отклонённого положения в прямое. Стремительная качка вредно действует как на судовые конструкции, так и на людей – утомляет их.
Метацентрическая высота зависит от положения грузов на судне: она изменяется по мере расходования груза или приёма дополнительного груза.
Если при эксплуатации судна расходуется или дополнительно принимается твёрдый груз, например, уголь, то метацентрическая высота при этом может увеличиваться или уменьшаться (в зависимости от места расположения этого груза) и может, следовательно, произойти как улучшение, так и ухудшение остойчивости.
- Существует следующее приближённое правило: если провести ниже грузовой ватерлинии параллельную ей плоскость на расстоянии, равном метацентрической высоте, то приём груза выше этой плоскости уменьшает, а приём ниже её – увеличивает остойчивость судна.
При расходовании груза наоборот: расходование груза, расположенного выше указанной плоскости, увеличивает остойчивость, а расходование груза, расположенного ниже, уменьшает её. Поэтому тяжёлые грузы всегда следует принимать в трюм судна.
К приёму тяжёлых грузов на палубу судна необходимо всегда подходить с большой осторожностью и делать это только после обязательной проверки расчётом остойчивости судна. Для увеличения остойчивости судна в низко расположенные отсеки принимают балласт.
- На изменение остойчивости судна (в сторону её уменьшения) могут влиять также грузы, перемещающиеся при наклонениях судна. Поэтому всегда следует принимать меры, препятствующие перемещениям или качаниям грузов (если они подвешены).
Жидкие грузы, если они не заполняют полностью данного отсека и могут свободно переливаться при наклонениях судна, всегда уменьшают МЕТАЦЕНТРИЧЕСКУЮ ВЫСОТУ.
Происходит это потому, что при крене судна свободная поверхность жидкого груза стремится принять положение, параллельное действующей грузовой ватерлинии (смотреть 4 чертёж), вследствие чего центр тяжести F этого груза перейдёт в точку F ₁ (в сторону крена), что вызовет перемещение общего центра тяжести судна в ту же сторону (из точки G в точку G ₁).
В результате этого спрямляющее плечо или плечо остойчивости, которое было равно GZ, станет равным G₁Z, т.е. уменьшится. В результате этого уменьшится и остойчивость судна.
- Чтобы уменьшить влияние жидких грузов на остойчивость, на наливных судах эти грузы помещают в небольших по ширине отсеках. Сверху над грузовыми танками устраивают, кроме того, узкие расширительные шахты.
На сухогрузных судах цистерны специальных жидких грузов (водяной балласт, жидкое топливо и т.п.) также разделяют по ширине судна продольными переборками.
Из указанного следует сделать следующий важный практический вывод:
- если судно имеет в средней части междудонную балластную цистерну, то заполнение этой цистерны на ходу судна, особенно при качке, ОПАСНО, так как наличие свободной поверхности воды в процессе наполнения цистерны, может создать для судна опасное положение (когда цистерна заполнена целиком, свободной поверхности у жидкости нет или она очень мала и центр тяжести жидкого груза при крене практически не перемещается).
Также опасен налив воды в трюм. Если необходимо перекачивать водяной балласт либо жидкое топливо на судне, имеющем небольшую остойчивость, судовой механик должен согласовать этот вопрос с капитаном судна во избежание появления опасного крена вследствие неправильного размещения жидких грузов.
- Сыпучие грузы, как, например, рожь, пшеница и пр., погруженные в трюм хотя бы по самую палубу, в пути оседают (от тряски и вибрации корпуса судна), оставляя под палубой пустое пространство, составляющее по высоте до 5 – 8 % ГЛУБИНЫ ТРЮМА.
- После этого сыпучие грузы при углах крена свыше 14,5˚ начинают, преодолевая силу трения зёрен, пересыпаться с борта на борт и вызывать у судна постоянный крен. Это явление тоже опасно для судна и требует принятия соответствующих предохранительных мер.
- В качестве такого мероприятия, например, применяется установка в трюмах временных деревянных продольных перегородок (щитов), препятствующих перемещению сыпучих грузов.
Рекомендуем к прочтению:
Статья, чертежи и фото автора: “Журнал Морского Волка”
Если Вам понравилась статья, не забудьте поставить оценку. Подписывайтесь на канал, пишите комментарии, задавайте вопросы.