فيما يتعلق بالسفن السطحية (السفن) ، نظرًا لاستطالة شكل بدن السفينة ، فإن ثباتها الطولي أعلى بكثير من الثبات المستعرض ، لذلك ، من أجل سلامة الملاحة ، من الأهمية بمكان ضمان الاستقرار العرضي المناسب.

• اعتمادًا على حجم الميل ، يتميز الثبات بزوايا ميل صغيرة ( الاستقرار الأولي) والاستقرار عند زوايا ميل كبيرة.

• حسب الطبيعة القوى النشطةيميز بين الاستقرار الديناميكي والثابت.

استقرار ثابت- تعتبر تحت تأثير القوى الساكنة ، أي أن القوة المطبقة لا تتغير في الحجم. الاستقرار الديناميكي- تعتبر تحت تأثير قوى التغيير (أي الديناميكية) ، على سبيل المثال ، الرياح ، وموجات البحر ، وحركة البضائع ، وما إلى ذلك.

الاستقرار الجانبي الأولي

مع اللفة ، يعتبر الثبات أولًا بزوايا تصل إلى 10-15 درجة. ضمن هذه الحدود ، تتناسب قوة الاستعادة مع زاوية الكعب ويمكن تحديدها باستخدام علاقات خطية بسيطة.

في هذه الحالة ، يُفترض أن الانحرافات عن موضع التوازن ناتجة عن قوى خارجية لا تغير وزن السفينة أو موضع مركز ثقلها (CG). ثم لا يتغير الحجم المغمور في الحجم ، بل يتغير في الشكل. تتوافق الميول ذات الحجم المتساوي مع خطوط المياه ذات الحجم المتساوي ، مما يؤدي إلى قطع أحجام بدن مغمورة متساوية الحجم. يُطلق على خط تقاطع مستويات خطوط المياه محور الميل ، والذي يمر بميول الحجم المتساوية عبر مركز ثقل منطقة خط الماء. مع الميول المستعرضة ، تقع في المستوى القطري.

الأسطح الحرة

تفترض جميع الحالات التي نوقشت أعلاه أن مركز ثقل السفينة ثابت ، أي لا توجد أحمال تتحرك عند إمالتها. ولكن عند وجود مثل هذه الأوزان ، يكون تأثيرها على الاستقرار أكبر بكثير من الآخرين.

الحالة النموذجية هي الشحنات السائلة (الوقود والزيت وماء الصابورة وماء الغلايات) في الخزانات المملوءة جزئيًا ، أي ذات الأسطح الخالية. مثل هذه الأحمال يمكن أن تفيض عند إمالتها. إذا كانت الحمولة السائلة تملأ الخزان تمامًا ، فإنها تعادل حمولة ثابتة صلبة.

إذا لم يملأ السائل الخزان تمامًا ، أي أن له سطحًا حرًا يشغل دائمًا وضعًا أفقيًا ، ثم عندما يكون الوعاء مائلاً بزاوية θ يفيض السائل في اتجاه الميل. يأخذ السطح الحر نفس الزاوية بالنسبة لخط التصميم.

تقطع مستويات البضائع السائلة أحجامًا متساوية من الخزانات ، أي أنها تشبه خطوط المياه ذات الحجم المتساوي. لذلك ، فإن اللحظة الناجمة عن نقل البضائع السائلة عند الكعب δ م θ، يمكن تمثيلها بشكل مشابه للحظة استقرار الشكل مو ، فقط δ م θضد مو بالتوقيع:

δ م θ = - γ س ط س θ ،

أين أنا x- لحظة القصور الذاتي لمنطقة السطح الحر للبضائع السائلة بالنسبة للمحور الطولي الذي يمر عبر مركز الثقل في هذه المنطقة ، γ- الثقل النوعي للبضائع السائلة

ثم لحظة الاستعادة في وجود حمل سائل بسطح حر:

م θ1 = م θ + δ م θ = ف - γ س i س θ = الفوسفور (ح - γ س ط س / γV) θ = فتاه 1 θ ،

أين ح- ارتفاع متري عرضي في حالة عدم وجود نقل الدم ، h 1 = h - g i x / V- الارتفاع الفعلي العرضي المترامي.

يعطي تأثير الحمل الفائض تصحيحًا للارتفاع المترامي المستعرض δ h = - x i x / V

كثافات الماء والبضائع السائلة مستقرة نسبيًا ، أي أن التأثير الرئيسي على التصحيح هو شكل السطح الحر ، أو بالأحرى لحظة القصور الذاتي. هذا يعني أن الثبات الجانبي يتأثر بشكل أساسي بالعرض والطول الطولي للسطح الحر.

المعنى المادي للقيمة السلبية للتصحيح هو أن وجود الأسطح الحرة دائمًا يقللالمزيد. لذلك ، يتم اتخاذ تدابير تنظيمية وبناءة للحد منها:

1. الضغط الكامل للخزانات لتجنب الأسطح الخالية
2. إذا لم يكن ذلك ممكنًا ، فقم بملء أسفل العنق ، أو العكس ، فقط في الأسفل. في هذه الحالة ، فإن أي ميل يقلل بشكل حاد من مساحة السطح الحرة.
3. التحكم في عدد الخزانات ذات الأسطح الحرة
4. انهيار الخزانات بواسطة حواجز داخلية غير قابلة للاختراق من أجل تقليل لحظة القصور الذاتي للسطح الحر أنا x

الاستقرار الديناميكي

على عكس السكون ، يضفي التأثير الديناميكي للقوى واللحظات سرعات زاوية كبيرة وتسارعات للسفينة. لذلك ، يُنظر إلى تأثيرهم في الطاقات ، وبشكل أدق في شكل عمل القوى واللحظات ، وليس في الجهود نفسها. في هذه الحالة ، يتم استخدام نظرية الطاقة الحركية ، والتي بموجبها تكون الزيادة في الطاقة الحركية لميل السفينة مساوية لعمل القوى المؤثرة عليها.

عندما يتم تطبيق لحظة كعب على السفينة م كر، ثابت في الحجم ، يتلقى تسارعًا موجبًا يبدأ في التدحرج. مع زيادة الميل ، تزداد لحظة الاستعادة ، ولكن في البداية ، تصل إلى الزاوية θ شارع، الذي م كر = م θ، سيكون أقل كعب. عند بلوغ زاوية التوازن الساكن θ شارع، الطاقة الحركية للحركة الدورانية ستكون قصوى. لذلك ، لن تظل السفينة في وضع التوازن ، ولكن نظرًا للطاقة الحركية ، فإنها ستدور أكثر ، ولكن أبطأ ، لأن لحظة الاستعادة أكبر من لحظة الكعب. يتم تعويض الطاقة الحركية المتراكمة مسبقًا من خلال العمل الزائد للحظة الاستعادة. بمجرد أن يكون حجم هذا العمل كافياً لإطفاء الطاقة الحركية تمامًا ، ستصبح السرعة الزاوية مساوية للصفر وستتوقف السفينة عن الكعب.

أكبر زاوية ميل تتلقاها السفينة من اللحظة الديناميكية تسمى الزاوية الديناميكية للكعب. θ دين. على عكس ذلك ، زاوية الكعب التي تبحر بها السفينة تحت تأثير نفس اللحظة (حسب الحالة م كر = م θ) ، تسمى زاوية البنك الثابتة θ شارع.

بالإشارة إلى مخطط الاستقرار الثابت ، يتم التعبير عن العمل على أنه المنطقة الواقعة أسفل منحنى لحظة الاستعادة م في. وفقًا لذلك ، زاوية البنك الديناميكية θ دينيمكن تحديدها من المساواة في المجالات OABو بى سى دىالمقابلة للعمل الزائد في لحظة الاستعادة. تحليليًا ، يتم حساب نفس العمل على النحو التالي:

أ θ = ∫ 0 θ م θ ∂ θ (displaystyle A _ (theta) = int _ (0) ^ (theta) m _ (theta) جزئي theta) ,

في الفترة من 0 إلى θ دين.

الوصول إلى زاوية بنك ديناميكية θ دين، السفينة لا تدخل في حالة توازن ، ولكن تحت تأثير لحظة استعادة زائدة ، تبدأ في الاستقامة بسرعة. في حالة عدم وجود مقاومة للماء ، ستدخل السفينة في اهتزازات غير مخمدة حول وضع التوازن عند الكعب θ شارعبسعة من 0 إلى θ دين. ولكن في الممارسة العملية ، نظرًا لمقاومة الماء ، تتلاشى التذبذبات بسرعة وتظل تطفو بزاوية كعب ثابتة. θ شارع.

دائمًا ما يكون التأثير الديناميكي للحظة الكعب أخطر من التأثير الساكن ، لأنه يؤدي إلى ميول أكثر أهمية. ضمن الجزء المستقيم من مخطط الاستقرار الثابت ، تكون زاوية البنك الديناميكي ضعف الزاوية الثابتة تقريبًا: θ dyn ≈ 2 θ st.

أنظر أيضا

• نظرية السفن
: [في 18 مجلدًا] / محرر. ، 1911-1915.
• ISO 16155: 2006. السفن والتقنيات البحرية. تقنيات معلومات التطبيق. أجهزة التحكم للتحميل

حساب المقاييس الرئيسية
ثابت لمحاكم مختلفة

ارتفاع متري- معيار ثبات السفينة. يمثل ارتفاع مركز metacenter فوق مركز ثقل جسم عائم. كلما زادت هذه المعلمة ، زاد الاستقرار الأولي للسفينة. عند الحصول على قيمة سالبة للارتفاع المركزي ، تفقد السفينة قدرتها على التنقل بدون لف. لا يمكن الإجابة على السؤال "ما إذا كانت السفينة ذات الارتفاع المترية السالب ستنقلب" ، لأن نظرية الاستقرار المترية صحيحة فقط عندما لا يتجاوز ميل السفينة 10 درجات.

ومع ذلك ، فإن قواعد جمعيات التصنيف التي تشرف على التشغيل الفني للسفن (سجل الأنهار الروسي ، والسجل البحري الروسي للشحن ، وما إلى ذلك) تحظر تشغيل السفن التي يقل ارتفاعها المركزي عن 0.2 متر. مثال نموذجي لهيكل مع صفر ارتفاع متري ، هو برميل عائم متماثل. عندما يكون هذا البرميل في الماء الهادئ ، يدور على طول المحور الطولي تحت تأثير أي قوى خارجية (على سبيل المثال ، الرياح).

قوى الدعم ديساوي (الإزاحة) - وزن السفينة والحمولة

جاذبية السفينة صيساوي وزن السفينة والحمولة (الإزاحة) المطبقة عند نقطة الجاذبية المنخفضة للسفينة.

نظرًا للتغير في شكل جزء الهيكل المغمور في الماء ، فإن توزيع قوى الضغط الهيدروستاتيكي التي تعمل على هذا الجزء
سوف يتغير بدن أيضا. سينتقل مركز حجم السفينة إلى جانب اللفة ويتحرك من النقطة C إلى النقطة C 1. وسيتم توجيه القوة الداعمة D "، التي تظل دون تغيير ، عموديًا إلى أعلى بشكل متعامد مع خط الماء الفعال الجديد ، وخط عملها سوف عبور DP في metacenter الأصلي m. يظل موضع مركز ثقل السفينة دون تغيير ، وستكون قوة الوزن P متعامدة على خط الماء الجديد B 1 L 1. وبالتالي ، فإن القوتين P و D "متوازيتان مع بعضهما البعض لا تستلقي على نفس العمودي ، وبالتالي ، تشكل زوجًا من القوى بكتف GK ، حيث تكون النقطة K هي قاعدة العمود العمودي ، والمنخفضة من النقطة G إلى اتجاه حركة قوة الدعم. زوج القوى المكون من وزن الوعاء وقوة الدعم ، والتي تميل إلى إعادة الوعاء إلى موضع توازنه الأصلي ، يسمى زوج الاستعادة ، ولحظة هذا الزوج هياستعادة اللحظة م θ.

م θ= D "× جي كيه (1).

الكتف GK يسمى الكتف في من المكانلحظة أو كتف لحظة ثابتةويشار إليها بالحرف ل. الزاوية بين خط عمل قوة الدعم و DP تساوي زاوية اللفة θ ، لأن جوانب هذه الزاوية متعامدة مع خطوط الماء VL و V 1 L 1. من ناحية أخرى ، المقطع mG هو الارتفاع المستعرض للمركز ، والذي يُرمز إليه بالحرف h. ثم يشير المثلث الأيمن mGK إلى:
حارس مرمى = ملغ× الخطيئة θ = ح × الخطيئة θ . (2)

استبدال المساواة (2) في (1) ، نجد التعبير الخاص بلحظة الاستعادة M θ بزوايا لفة صغيرة:

م θ= D "× ح × الخطيئة (3)

عند زوايا الضفة الصغيرة ، بدلاً من sin ، يمكن استبدال θ بالراديان في الصيغة (3). ثم يأخذ التعبير (3) الشكل:

م θ= D "× ح × θ (4)

الصيغتان (3) و (4) هما صيغتان مترية للاستقرار الجانبي. كما يتضح من الصيغة المترية للاستقرار الجانبي ،
تتناسب لحظة الاستعادة مع الارتفاع المترقي المستعرض h. سيكون من التزلج ، يجب على المرء أن يسعى لضمان أن السفينة لديها أكبر عدد ممكن من h. ومع ذلك ، فإن الزيادة المفرطة في h تؤثر سلبًا على طبيعة لفة السفينة - فهي تصبح سريعة جدًا ، مما يؤدي إلى لحظات كبيرة من القصور الذاتي. هذا يؤثر سلبًا على حالة الطاقم ، والأهم من ذلك ، مع مثل هذه اللفة ، هناك احتمالية أكبر لإزاحة البضائع وفقدان الاستقرار مقارنةً بالدحرجة السلسة.

تغييرات في استقرار السفينة أثناء الحمل العمودي

دعنا نقول ذلك على متن السفينة ، عند الجلوس على عارضة متساوية وفي توازن ، يتم تحريك الحمل P عموديًا بمسافة l z. نظرًا لأن إزاحة السفينة لا تتغير بسبب حركة البضائع ، فسيتم استيفاء شرط التوازن الأول (تحافظ السفينة على غاطسها). وفقًا للنظرية المعروفة للميكانيكا النظرية ، فإن Ts.T. سوف تتحرك السفينة إلى النقطة G 1 الموجودة على نفس الوضع الرأسي مع الموضع السابق لـ C.T. السفينة G. سوف يمر العمود الرأسي نفسه ، كما كان من قبل ، من خلال السيرة الذاتية. الوعاء ج. وبالتالي ، سيتم ملاحظة حالة التوازن الثانية ، وبالتالي ، مع الحركة الرأسية للحمل ، لن تغير السفينة موضع توازنها (لن تظهر لفة أو تقليم). دعونا ننظر الآن في التغيير في الاستقرار العرضي الأولي. نظرًا لحقيقة أن شكل بدن السفينة المغمور بالمياه وشكل منطقة خط الماء لم يتغير ، فإن موضع Ts.V. ويبقى مركز metacenter المستعرض (t. m) دون تغيير عند تحريك الحمل عموديًا. يتم نقل CT فقط. الشحن من النقطة G إلى النقطة G 1. يمكن إيجاد المقطع GG 1 باستخدام التعبير:

ز 1 = ( Р × ل ض) / د

إذا كان الارتفاع المتري العرضي قبل حركة الحمل هو h ، فبعد حركته سيتغير بالقيمة GG 1. في حالتنا ، التغيير في الارتفاع المترقي العرضي Δh = GG 1 له علامة سلبية ، لأن تتحرك سي تي. الوعاء في اتجاه مركز metacenter المستعرض ، والذي يظل موضعه ، كما حددنا ، دون تغيير ، ويقلل من ارتفاع المركز. لذلك ، ستكون القيمة الجديدة للارتفاع المترامي العرضي هي:
ح 1 \ u003d س - (ف × ل ض) / د (1)

من الواضح ، في حالة تحريك الحمل إلى أسفل ، يجب أن يُسبَق المصطلح الثاني على الجانب الأيمن من المعادلة للارتفاع المتري الجديد h 1 بعلامة زائد (+). يستنتج من التعبير (1) أن الانخفاض في ثبات السفينة يتناسب مع ناتج كتلة الشحنة وحركتها في الارتفاع.بالإضافة إلى ذلك ، إذا تساوت جميع الأشياء الأخرى ، فإن التغيير في الاستقرار الجانبي سيكون نسبيًا. أقل بالنسبة للسفينة ذات الإزاحة الكبيرة مقارنة بالسفينة ذات القوة الداعمة الصغيرة D. لذلك ، يعد نقل الأحمال الكبيرة نسبيًا على السفن الكبيرة أكثر أمانًا من نقل الأحمال الكبيرة نسبيًا على السفن الصغيرة. قد يتضح أن قيمة GG 1 تتحرك لأعلى C.T. سيكون الوعاء أكبر من قيمة h. ثم يصبح الاستقرار العرضي الأولي سالبًا ، أي لن يكون القارب قادرًا على البقاء مستقيماً.

تحديد الارتفاع الجيزي للسفينة بواسطة الصيغة

ح= (ص × ل ص) / (D × tgθ) = M CR / (D × tgθ)

ثم يمكنك حساب ZG المطبق لـ CT ، بعد أن حددت مسبقًا قيمة Zm (المحور z في اتجاه OM).

Z G = ض م- ح

تم العثور على خطأ للمجموعات (لم يتم إصلاحه أبدًا).

Metaparameters لسطح واحد - قوارب FK K-9

(MK: "Met_height بواسطة الصيغة.vbs" - بدون استخدام طريقة Met أالجميع )

مخطط لحل المشكلة. نقوم أيضًا بتعيين السفينة وفقًا للمتغير ، وإزالة الكائنات غير الضرورية من الهيكل ، وترك فقط سطح بولي، قم بتنشيطه وانتقل إلى MK Meta all

على سبيل المثال ، بالنسبة للسفينة 1 ، سنحصل أولاً على الإخراج على الشاشة:

ثم نحصل على صورة للسفينة نفسها بزخرفة. ميتاسنتر - نقطة M s. ميتا الارتفاع - المسافة M s - G0. ل تحقق مما إذا كان الحساب صحيحًاالكتف - المسافة الأفقية من G0 إلى الخط الأفقي Pc - Mc ، يمكنك استخدام مربع حوار تعريف الدائرة.

نرى أن كل شيء يتطابق

Рс هي مركز القوة الداعمة للسطح المبلل (أسفل خط الغمس).

لتحقيق توازن السفينة ، من الضروري أن تكون Pc-Ms على نفس الرأسي. في هذه اللحظة ، نحصل على لفة التوازن للسفينة

Metaparameters لسطح واحد - قوارب FK K-9

(MK: "Met_height بواسطة الصيغة.vbs" - بدون استخدام طريقة Met a All)

من خلال تدوير الكرة (على اليمين) ، يظل موقع مركز القوة الداعمة C1 في نفس المكان.

النطاق الكامل:

المركز = (-3.55013e-017 ، 2.28505e-017 ، 1.20472e-016)

لا توجد جثث في المجموعة

المساحة = 12.5034

تحت الماء (مثل الجسم):

المركز = (-0.00942139، -0.695146، -0.000790239)

الحجم = 0.573678

يتم تنفيذ حسابات المجموعات في نظام Vector. كان حجر العثرة هو حسابات الأحجام و CG ، في حالة التحولات الجماعية. الآن تم حل هذه المشكلة. شرط واحد هو أن السطح (واحد أو أكثر) يجب أن يقع في مجموعة.

حجم المجموعة

المركز = (-0.449362 ، 0.243291 ، 0.00259662)

الحجم = 14.1873

يتم إجراء حساب CG لمجموعة من الأجسام والقوة الداعمة بواسطة MC "الحجم تحت الماء".

فيه في هذه الحالة ، من المهم أن تكون القوة الداعمة على نفس الاتجاه الرأسي لقوة الوزن. في هذه الحالة ، سيكون القطع في الخلف. من خلال تدوير المجموعة عكس اتجاه عقارب الساعة ، يمكن تحقيق التوازن.

في هذه الحالة ، تكون المجموعة في حالة توازن ، ولكن بقطع 2.5 درجة في الخلف

أمر الماكرو السابع عشر "Meta example" مع الوزن الإضافي المعطى لـ CG C2 يحسب مركز الثقل العام لـ CG ومركز قوة الدعم C1.

إذا كان C1 و Tsto ، على نفس الرأسي ، يعني أن النظام متوازن.

تم اختبار وحدات الماكرو الثلاثة المذكورة أعلاه على كافة الكائنات التي يمكن العثور عليها في قسم "وحدات الماكرو الجاهزة".

لتحقيق التوازن في النظام ، من الضروري أن يكون C2 تحت CTO. في MK "Meta example" من الضروري تغيير زاوية دوران نظام المجموعات ليس بمقدار -27 درجة ، ولكن على سبيل المثال -7.

حاويتان في حالة توازن
- في هذا الموقف سوف يقفون على قدميهم

التكبير: نرى أن C1 عموديًا تقريبًا تتزامن مع CTO

§ 12. صلاحية السفن للإبحار. الجزء 1

يجب أن تمتلك السفن المدنية والسفن الحربية صلاحية الإبحار.

يتم إجراء دراسة هذه الصفات باستخدام التحليل الرياضي بواسطة تخصص علمي خاص - نظرية السفن.

إذا كان الحل الرياضي للمشكلة مستحيلاً ، فإنهم يلجأون إلى الخبرة من أجل إيجاد الاعتماد الضروري والتحقق من استنتاجات النظرية في الممارسة. فقط بعد دراسة واختبار شاملين حول تجربة صلاحية السفينة للإبحار ، يبدأون في إنشائها.

تمت دراسة الصلاحية للإبحار في موضوع "نظرية السفن" في قسمين: احصائيات وديناميات السفن. تدرس الإحصائيات قوانين توازن السفينة العائمة والصفات ذات الصلة: الطفو والاستقرار وعدم القابلية للغرق. تقوم Dynamics بدراسة السفينة المتحركة وتأخذ في الاعتبار صفاتها مثل المناولة والاندفاع والدفع.

دعونا نتعرف على صلاحية السفينة للإبحار.

طفو السفينةتسمى قدرتها على البقاء على الماء عند غاطس معين ، وتحمل الشحنة المقصودة وفقًا لغرض السفينة.

هناك دائمًا قوتان تعملان على سفينة عائمة: أ) من ناحية ، قوى الوزنيساوي مجموع وزن السفينة نفسها وجميع البضائع الموجودة عليها (محسوبة بالأطنان) ؛ يتم تطبيق القوة الناتجة من الوزن في مركز ثقل السفينة(CG) عند النقطة G ويتم توجيهها دائمًا عموديًا لأسفل ؛ ب) من ناحية أخرى القوى الداعمة، أو قوى الطفو(معبرًا عنه بالأطنان) ، أي ضغط الماء على الجزء المغمور من الهيكل ، والذي يحدده ناتج حجم الجزء المغمور من الهيكل والوزن الحجمي للماء الذي تطفو فيه السفينة. إذا تم التعبير عن هذه القوى بالنتيجة المطبقة في مركز ثقل الحجم تحت الماء للسفينة عند النقطة C ، تسمى مركز الحجم(CV) ، فسيتم دائمًا توجيه هذه النتيجة لجميع مواضع السفينة العائمة رأسياً إلى أعلى (الشكل 10).

الإزاحةهو حجم الجزء المغمور من الجسم معبرًا عنه بالمتر المكعب. تعمل الإزاحة الحجمية كمقياس للطفو ، ويسمى وزن الماء المزاح بواسطتها إزاحة الوزند) ويعبر عنها بالطن.

وفقًا لقانون أرخميدس ، فإن وزن الجسم الطافي يساوي وزن حجم السائل الذي أزاحه هذا الجسم ،

حيث y هو الوزن الحجمي للمياه الخارجية ، t / m 3 ، مأخوذ في حسابات تساوي 1.000 للمياه العذبة و 1.025 لمياه البحر.

أرز. 10. القوات التي تعمل على سفينة عائمة ، ونقاط التطبيق الناتجة عن هذه القوات.

نظرًا لأن وزن السفينة العائمة P يساوي دائمًا إزاحة وزنها D ، ويتم توجيه نواتجها بشكل معاكس لبعضها البعض على طول نفس الرأسي ، وإذا أشرنا إلى إحداثيات النقطتين G و C على طول طول السفينة ، على التوالي ، x g و x c ، في العرض y g و y c وعلى طول الارتفاع z g و z c ، ثم يمكن صياغة شروط التوازن لسفينة عائمة بواسطة المعادلات التالية:

P = D ؛ س ز \ u003d س ج.

نظرًا لتماثل السفينة فيما يتعلق بـ DP ، فمن الواضح أن النقطتين G و C يجب أن تكمن في هذا المستوى ، إذن

ص ز = ص ج = 0.

عادةً ما يقع مركز ثقل السفن السطحية G فوق مركز الثقل C ، وفي هذه الحالة

في بعض الأحيان يكون من الأنسب التعبير عن حجم الجزء الموجود تحت الماء من الهيكل من حيث الأبعاد الرئيسية للسفينة ومعامل الاكتمال الكلي ، أي

ثم يمكن تمثيل إزاحة الوزن كـ

إذا أشرنا بواسطة V n إلى الحجم الكامل للبدن إلى السطح العلوي ، بشرط أن تكون جميع الفتحات الجانبية مغلقة مانعة لتسرب الماء ، نحصل على

يُطلق على الفرق V n - V ، الذي يمثل حجمًا معينًا من هيكل مقاوم للماء فوق خط تحميل المياه ، هامش الطفو. في حالة دخول الماء بشكل طارئ إلى بدن السفينة ، سيزداد غاطسها ، لكن السفينة ستظل طافية بسبب هامش الطفو. وبالتالي ، فإن احتياطي الطفو سيكون أكبر من ارتفاع أكثرالجانب المياه الحرة التي لا يمكن اختراقها. لذلك ، فإن احتياطي الطفو هو سمة مهمة للسفينة ، مما يضمن عدم قابليتها للغرق. يتم التعبير عنها كنسبة مئوية من الإزاحة الطبيعية ولها القيم الدنيا التالية: ل سفن النهر 10-15٪ للناقلات 10-25٪ ، سفن البضائع الجافة 30-50٪ ، كاسحات الجليد 80-90٪ ، وسفن الركاب 80-100٪.

أرز. 11. حفر على الإطارات

يتم تحديد وزن السفينة P (حمولة الوزن) وإحداثيات مركز الثقل بحساب يأخذ في الاعتبار وزن كل جزء من الهيكل ، والآليات ، والمعدات ، والإمدادات ، والإمدادات ، والبضائع ، والأشخاص ، وأمتعتهم وكل شيء على متنها. لتبسيط العمليات الحسابية ، من المخطط دمج العناصر الفردية حسب التخصص في مقالات ومجموعات فرعية ومجموعات وأقسام الحمل. لكل منهم ، يتم حساب الوزن والعزم الثابت.

بالنظر إلى أن لحظة القوة الناتجة تساوي مجموع لحظات القوى المكونة بالنسبة إلى نفس المستوى ، بعد جمع الأوزان واللحظات الثابتة على السفينة بأكملها ، يتم تحديد إحداثيات مركز الجاذبية للسفينة G. يتم تحديد الارتفاع من الخط الرئيسي z c من الرسم النظري بطريقة شبه منحرف في شكل جدول.

للغرض نفسه ، يتم استخدام المنحنيات المساعدة ، ما يسمى منحنيات الحفر ، والتي يتم رسمها أيضًا وفقًا للرسم النظري.

يوجد منحنيان: الحفر على طول الإطارات والحفر على طول خطوط المياه.

الحفر على الإطارات(الشكل 11) يميز توزيع حجم الجزء تحت الماء من الهيكل على طول طول السفينة. إنه مبني على النحو التالي. باستخدام طريقة الحسابات التقريبية ، يتم تحديد مساحة الجزء المغمور من كل إطار (ث) من الرسم النظري. على محور الإحداثيات ، يتم رسم طول الوعاء على المقياس المحدد ، ويتم رسم موضع إطارات الرسم النظري عليها. في الإحداثيات المستردة من هذه النقاط ، يتم رسم المناطق المقابلة للإطارات المحسوبة على مقياس معين.

ترتبط نهايات الإحداثيات بمنحنى سلس ، وهو عبارة عن مثقاب على طول الإطارات.

أرز. 12. الحفر على طول خطوط المياه.

الحفر على خط الماء(الشكل 12) يميز توزيع حجم الجزء تحت الماء من الهيكل على طول ارتفاع السفينة. لبناءه وفقًا للرسم النظري ، يتم حساب مساحات جميع خطوط المياه (5). يتم رسم هذه المناطق ، على مقياس مختار ، على طول الأفقية المقابلة الموجودة وفقًا لمسودات السفينة ، وفقًا لموضع خط مائي معين. ترتبط النقاط الناتجة من خلال منحنى سلس ، وهو المقاتل على طول خطوط المياه.

أرز. 13. منحنى أبعاد البضائع.

هذه المنحنيات بمثابة الخصائص التالية:

1) تعبر مناطق كل من المقاتلين عن الإزاحة الحجمية للسفينة على نطاق مناسب ؛

2) الحد الفاصل لمركز ثقل منطقة القتال على طول الإطارات ، المقاس على مقياس طول السفينة ، يساوي حدود مركز حجم السفينة x c ؛

3) إحداثي مركز ثقل منطقة القتال على طول خطوط المياه ، المقاس على مقياس السحب ، يساوي إحداثيات مركز حجم السفينة z ج. حجم البضائعيمثل منحنى (الشكل 13) يميز الإزاحة الحجمية للسفينة V اعتمادًا على غاطسها T. من هذا المنحنى ، يمكنك تحديد إزاحة السفينة اعتمادًا على غاطسها أو حل المشكلة العكسية.

تم بناء هذا المنحنى في نظام من الإحداثيات المستطيلة على أساس الإزاحة الحجمية المحسوبة مسبقًا لكل خط مائي للرسم النظري. على المحور الصادي ، على مقياس محدد ، يتم رسم مسودات السفينة لكل خط من خطوط المياه ، ويتم رسم خطوط أفقية من خلالها ، والتي ، أيضًا على مقياس معين ، يتم رسم قيمة الإزاحة التي تم الحصول عليها لخطوط المياه المقابلة. ترتبط نهايات المقاطع الناتجة بمنحنى سلس يسمى حجم الحمولة.

باستخدام حجم البضائع ، من الممكن تحديد التغيير في متوسط ​​الغاطس من استلام أو إنفاق البضائع ، أو لتحديد غاطس السفينة من إزاحة معينة ، إلخ.

استقراردعا قدرة السفينة على مقاومة القوى التي تسببت في ميلها ، وبعد انتهاء هذه القوات ، تعود إلى موقعها الأصلي.

ميول السفينة ممكنة لأسباب مختلفة: من تأثير الموجات القادمة ، بسبب الفيضانات غير المتكافئة للأجزاء أثناء الفتحة ، من حركة البضائع ، ضغط الرياح ، بسبب استلام أو إنفاق البضائع ، إلخ.

يسمى ميل السفينة في المستوى المستعرض لفافةوفي المستوي الطولي - د غير منطقي؛ تشير الزوايا المتكونة في هذه الحالة على التوالي إلى O و y ،

التمييز بين الاستقرار الأولي، أي الثبات عند زوايا صغيرة من الكعب ، حيث تبدأ حافة السطح العلوي بدخول الماء (ولكن ليس أكثر من 15 درجة للأوعية السطحية عالية الجوانب) ، و الاستقرار في الميول العالية .

دعونا نتخيل أنه تحت تأثير القوى الخارجية ، تلقت السفينة لفة بزاوية 9 (الشكل 14). نتيجة لذلك ، احتفظ حجم الجزء الموجود تحت الماء من السفينة بقيمته ، لكنه غيّر شكله ؛ على الجانب الأيمن ، دخل حجم إضافي إلى الماء ، وعلى جانب المنفذ ، خرج حجم متساوٍ من الماء. انتقل مركز المقدار من الموضع الأولي C نحو لفة الوعاء ، إلى مركز ثقل الحجم الجديد - النقطة C 1. عندما يكون الوعاء مائلاً ، فإن الجاذبية P المطبقة عند النقطة G وقوة الدعم D المطبقة عند النقطة C ، وتبقى عمودية على خط الماء الجديد B 1 L 1 ، تشكل زوجًا من القوى مع الكتف GK ، وهو عمودي مخفض من أشر G إلى اتجاه قوات الدعم.

إذا واصلنا اتجاه قوة الدعم من النقطة C 1 حتى تتقاطع مع اتجاهها الأصلي من النقطة C ، فعند زوايا لفة صغيرة تتوافق مع ظروف الاستقرار الأولي ، سيتقاطع هذان الاتجاهان عند النقطة M ، تسمى المستعرضة metacenter .

المسافة بين مركز metacenter ومركز حجم MC تسمى نصف قطر متري عرضي، يُشار إليها بالرمز p ، والمسافة بين النقطة M ومركز ثقل الوعاء G - ارتفاع متر عرضي h 0. بناءً على البيانات الواردة في الشكل. 14 يمكنك تكوين هوية

ح 0 \ u003d ص + ض ج - ض ز.

في المثلث القائم GMR ، الزاوية عند الرأس M ستكون مساوية للزاوية 0. من الوتر والزاوية المقابلة ، يمكن للمرء تحديد الضلع GK ، وهو الكتف م من استعادة الزوج GK = h 0 sin 8 ، وستكون لحظة الاستعادة Mrest = DGK. باستبدال قيم الكتف ، نحصل على التعبير

السيد = 0 درهم * الخطيئة 0 ،

أرز. 14. القوى العاملة عندما تتدحرج السفينة.

يتيح الموقع المتبادل للنقطتين M و G إمكانية إنشاء العلامة التالية التي تميز الاستقرار العرضي: إذا كان مركز metacenter أعلى مركز الثقل ، فإن لحظة الاستعادة تكون إيجابية وتميل إلى إعادة السفينة إلى موقعها الأصلي ، على سبيل المثال ، عند الكعب ، ستكون السفينة مستقرة ، على العكس من ذلك ، إذا كانت النقطة M تقع أسفل النقطة G ، فعندئذٍ مع القيمة السالبة h 0 ، تكون اللحظة سلبية وستميل إلى زيادة التدحرج ، أي في هذه الحالة السفينة غير مستقرة. من الممكن أن تتطابق النقطتان M و G ، وتعمل القوتان P و D على طول نفس الخط العمودي ، ولا توجد أزواج من القوى ، وتكون لحظة الاستعادة صفرًا: إذًا يجب اعتبار السفينة غير مستقرة ، لأنها لا تميل للعودة إلى وضع التوازن الأصلي (الشكل الخامس عشر).

يتم حساب الارتفاع المتري لحالات الحمل النموذجية أثناء عملية تصميم السفينة ويعمل كمقياس للثبات. تتراوح قيمة الارتفاع المتري العرضي للأنواع الرئيسية من السفن في حدود 0.5-1.2 متر ، وبالنسبة لكسارات الجليد فقط فهي تصل إلى 4.0 متر.

لزيادة الاستقرار العرضي للسفينة ، من الضروري تقليل مركز ثقلها. يجب دائمًا تذكر هذا العامل المهم للغاية ، خاصة عند تشغيل سفينة ، ويجب الاحتفاظ بحساب صارم لاستهلاك الوقود والمياه المخزنة في خزانات ذات قاع مزدوج.

ارتفاع مركزي طولي ع 0يتم حسابها بشكل مشابه للقيمة المستعرضة ، ولكن نظرًا لأن قيمتها ، المعبر عنها بعشرات أو حتى مئات الأمتار ، دائمًا ما تكون كبيرة جدًا - من واحد إلى واحد ونصف أطوال الوعاء ، ثم بعد حساب التحقق ، يكون الاستقرار الطولي للسفينة عمليا غير محسوب ، قيمته مثيرة للاهتمام فقط في حالة تحديد غاطس السفينة أو مؤخرتها أثناء الحركات الطولية للبضائع أو عند غمر المقصورات على طول طول السفينة.

أرز. 15. الثبات الجانبي للسفينة ، حسب موقع الحمولة: أ - الثبات الإيجابي. ب - وضع التوازن - السفينة غير مستقرة ؛ ج - الاستقرار السلبي.

يعتبر استقرار الوعاء ذا أهمية قصوى ، وبالتالي ، عادةً ، بالإضافة إلى جميع الحسابات النظرية ، بعد بناء الوعاء ، يتم التحقق من الموقع الحقيقي لمركز ثقلها عن طريق الميل التجريبي ، أي الميل العرضي للوعاء. السفينة عن طريق تحريك حمولة من وزن معين ، ودعا لفة الصابورة .

جميع الاستنتاجات التي تم الحصول عليها سابقًا ، كما ذكرنا سابقًا ، صالحة عمليًا للاستقرار الأولي ، أي عند الكعب من خلال زوايا صغيرة.

عند حساب الثبات العرضي عند الزوايا الكبيرة للكعب (الميل الطولي ليس كبيرًا من الناحية العملية) ، يتم تحديد المواضع المتغيرة لمركز المقدار ، والمركز ، ونصف القطر المتري المستعرض وذراع الاستعادة GK لزوايا مختلفة من كعب السفينة. يتم إجراء مثل هذا الحساب بدءًا من وضع مستقيم من خلال 5-10 درجات إلى زاوية الكعب عندما يتحول الكتف المستعاد إلى الصفر وتكتسب السفينة ثباتًا سلبيًا.

وفقًا لهذا الحساب ، فإنهم يبنون للحصول على تمثيل مرئي لثبات الوعاء عند زوايا الكعب الكبيرة مخطط الاستقرار الثابت(يسمى أيضًا مخطط ريد) الذي يوضح اعتماد ذراع الثبات الساكن (GK) أو لحظة الاستعادة مريست على زاوية الكعب 8 (الشكل 16). في هذا الرسم البياني ، على طول محور الإحداثي ، يتم رسم زوايا اللف ، وعلى طول المحور الإحداثي ، قيمة لحظات الاستعادة أو أكتاف زوج الاستعادة ، لأنه مع وجود ميول متساوية الحجم حيث تظل إزاحة السفينة D ثابتة ، لحظات الاستعادة تتناسب مع أكتاف الاستقرار.

أرز. 16. رسم تخطيطي لاستقرار ثابت.

تم تصميم مخطط الاستقرار الثابت لكل حالة نموذجية لتحميل السفينة ، وهو يميز استقرار السفينة على النحو التالي:

1) في جميع الزوايا التي يقع عندها المنحنى فوق محور الإحداثيات ، تكون الأكتاف المستقيمة واللحظات موجبة ، وتتمتع السفينة بثبات إيجابي. عند زوايا الكعب هذه ، عندما يقع المنحنى أسفل محور الإحداثي ، ستكون السفينة غير مستقرة ؛

2) الحد الأقصى للمخطط يحدد زاوية الحد الأقصى للفة 0 كحد أقصى ولحظة الكعب القصوى عند الميل الساكن للسفينة ؛

3) تسمى الزاوية 8 التي يتقاطع عندها الفرع الهابط للمنحنى مع المحور السيني الرسم البياني لزاوية الغروب. عند زاوية الكعب هذه ، يصبح الكتف المستعاد مساوياً للصفر ؛

4) إذا تم وضع زاوية تساوي 1 راديان (57.3 درجة) جانبًا على محور الإحداثيات ، ومن هذه النقطة يتم إنشاء عمودي حتى يتقاطع مع الظل المرسوم على المنحنى من الأصل ، فهذا عمودي على مقياس سيكون الرسم البياني مساويًا للارتفاع الأولي للمركز h 0.

يتأثر الاستقرار بشكل كبير بالحركة ، أي البضائع السائبة والسائلة والسائبة ذات السطح الحر (المفتوح). عندما تميل السفينة ، تبدأ هذه الأحمال في التحرك في اتجاه اللفة ، ونتيجة لذلك ، لن يكون مركز الثقل للسفينة بأكملها عند النقطة الثابتة G ، ولكنها ستبدأ أيضًا في التحرك في نفس الاتجاه الاتجاه ، مما يتسبب في انخفاض في ذراع الاستقرار العرضي ، وهو ما يعادل نقصًا في ارتفاع المركز مع كل العواقب الناشئة عن ذلك. لمنع مثل هذه الحالات ، يجب تأمين جميع البضائع على السفن ، ويجب تحميل البضائع السائلة أو السائبة في حاويات تستبعد أي نقل أو انسكاب البضائع.

مع العمل البطيء للقوى التي تخلق لحظة كعب ، ستتوقف السفينة المائلة عندما تتساوى لحظات التعافي والاستعادة. في حالة حدوث عمل مفاجئ لقوى خارجية ، مثل عاصفة من الرياح ، وسحب قاطرة على متنها ، ونصب ، وطلقات جانبية من المدافع ، وما إلى ذلك ، تكتسب السفينة ، والميل ، سرعة زاوية وحتى مع إنهاء هذه بالقوة ، ستستمر في التدحرج عن طريق القصور الذاتي لزاوية إضافية حتى يتم استخدام كل طاقتها الحركية (القوة الحية) للحركة الدورانية للسفينة وتصبح سرعتها الزاوية صفرًا. يسمى هذا الميل للسفينة تحت تأثير القوى المطبقة فجأة الميل الديناميكي. إذا كانت السفينة ، مع لحظة كعب ثابتة ، تطفو مع لفة معينة فقط من 0 ST ، ففي حالة الحركة الديناميكية لنفس لحظة الكعب ، يمكن أن تنقلب.

في تحليل الاستقرار الديناميكي لكل إزاحة للسفينة ، يبنون مخططات الاستقرار الديناميكي، والتي تمثل إحداثياتها ، على مقياس معين ، المناطق التي يتكون منها منحنى لحظات الاستقرار الثابت لزوايا الكعب المقابلة ، أي أنها تعبر عن عمل زوج الاستعادة عند إمالة السفينة بزاوية 0 ، معبراً عنها بالتقدير الدائري. في الحركة الدورانية ، كما تعلم ، الشغل يساوي حاصل ضرب اللحظة وزاوية الدوران ، معبرًا عنها بالراديان ،

T 1 \ u003d M kp 0.

وفقًا لهذا المخطط ، يمكن حل جميع المشكلات المتعلقة بتحديد الاستقرار الديناميكي على النحو التالي (الشكل 17).

يمكن العثور على زاوية الكعب مع لحظة كعب مطبقة ديناميكيًا عن طريق رسم الرسم البياني لزوج الكعب على الرسم التخطيطي على نفس المقياس ؛ إن الحد الفاصل لنقطة تقاطع هذين الرسمين البيانيين يعطي الزاوية المطلوبة 0 DIN.

إذا كانت لحظة التثبيت في حالة معينة لها قيمة ثابتة ، أي M kr \ u003d const ، فسيتم التعبير عن العمل

T 2 \ u003d M kp 0.

وسيبدو التمثيل البياني كخط مستقيم يمر عبر نقطة الأصل.

من أجل بناء هذا الخط المستقيم على مخطط الاستقرار الديناميكي ، من الضروري رسم زاوية تساوي راديان على طول محور الإحداثي ورسم إحداثيات من النقطة التي تم الحصول عليها. بعد رسمها ، على مقياس الإحداثيات ، قيمة M cr في شكل مقطع Nn (الشكل 17) ، من الضروري رسم خط مستقيم ON ، وهو جدول العمل المطلوب لزوج الكعب.

أرز. 17. تحديد زاوية الكعب والميل الديناميكي المحدود حسب مخطط الثبات الديناميكي.

يُظهر نفس الرسم البياني الميل الديناميكي 0 DIN ، المُعرَّف على أنه حدود نقطة تقاطع كلا الرسمين البيانيين.

مع زيادة اللحظة M cr ، يمكن أن يأخذ القاطع ON الموضع المحدد ، ويتحول إلى ظل خارجي من الأصل إلى الرسم التخطيطي للثبات الديناميكي. وبالتالي ، فإن الحد الفاصل لنقطة التلامس هو زاوية الحد الديناميكي الأصلية للميل الديناميكي 0 إن إحداثيات هذا الظل ، المقابلة للراديان ، تعبر عن لحظة الكعب المحددة عند الميول الديناميكية M كرمز.

عند الإبحار ، غالبًا ما تتعرض السفينة لقوى خارجية ديناميكية. لذلك ، فإن القدرة على تحديد لحظة الكعب الديناميكي عند اتخاذ قرار بشأن استقرار الوعاء لها أهمية عملية كبيرة.

تؤدي دراسة أسباب فقدان السفن إلى استنتاج مفاده أن السفن تضيع بشكل أساسي بسبب فقدان الاستقرار. للحد من فقدان الاستقرار وفقًا لظروف الملاحة المختلفة ، طور سجل اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية معايير الاستقرار لسفن النقل وأسطول الصيد. في هذه المعايير ، يكون المؤشر الرئيسي هو قدرة السفينة على الحفاظ على ثبات إيجابي في ظل العمل المشترك للدحرجة والرياح. تفي السفينة بالمتطلبات الأساسية لمعايير الاستقرار إذا ظل M CR أقل من M ODA في أسوأ سيناريو للتحميل.

في هذه الحالة ، يتم تحديد الحد الأدنى لعزم الانقلاب للسفينة من المخططات الخاصة بالثبات الثابت أو الديناميكي ، مع مراعاة تأثير السطح الحر للبضائع السائلة والدوران وعناصر حساب انحراف القذيفه بفعل الهواء للسفينة في حالات مختلفة من تحميل السفينة .

توفر المعايير عددًا من متطلبات الاستقرار ، على سبيل المثال: M KR

يجب أن يكون للارتفاع المركزي قيمة موجبة ، ويجب أن تكون زاوية غروب الشمس لمخطط الاستقرار الثابت 60 درجة على الأقل ، مع مراعاة الجليد - على الأقل 55 درجة ، إلخ. الحق في اعتبار السفينة مستقرة.

سفينة غير قابلة للغرقتسمى قدرتها على الحفاظ على الطفو والاستقرار بعد غمر الجزء المساحات الداخليةالماء قادم من البحر.

يتم ضمان عدم قابلية الغرق للسفينة من خلال احتياطي الطفو والحفاظ على الاستقرار الإيجابي مع المباني المغمورة جزئيًا.

إذا كانت السفينة قد استقبلت ثقبًا في الهيكل الخارجي ، فإن كمية الماء Q المتدفقة من خلالها تتميز بالتعبير

حيث S هي مساحة الحفرة ، م² ؛

G - 9.81 م / ث²

H - مسافة مركز الحفرة من خط الماء ، م.

حتى مع وجود ثقب طفيف ، ستكون كمية المياه التي تدخل الهيكل كبيرة جدًا بحيث لا تستطيع مضخات الآسن التعامل معها. لذلك ، يتم وضع وسائل الصرف على السفينة بناءً على حساب فقط إزالة الماء الذي يدخل بعد سد الثقب أو من خلال التسريبات في المفاصل.

لمنع انتشار المياه المتدفقة إلى الحفرة عبر الوعاء ، يتم توفير تدابير بناءة: ينقسم الهيكل إلى مقصورات منفصلة حواجز وطوابق مانعة لتسرب الماء. مع هذا التقسيم ، في حالة حدوث ثقب ، سيتم غمر واحد أو أكثر من المقصورات المحدودة ، مما سيزيد من غاطس السفينة ، وبالتالي ، سينخفض ​​حد الطفو وطفو السفينة.

إلى الأمام
جدول المحتويات
خلف

يمكن صياغة تعريف الارتفاع المترامي على النحو التالي. ما هذا؟ هذا هو مركز الجاذبية والمركز الرئيسي للسفينة. التعريف في حد ذاته ليس واضحًا جدًا ، وبالتالي يجدر إضافة أنه في كثير من الأحيان يتم التعبير عن هذا الارتفاع من خلال ثبات الوعاء. هذا لأن metacenter هو المعيار الرئيسي لتحديد هذا الاستقرار بالذات.

المفاهيم العامة

كما ذكرنا سابقًا ، فإن الارتفاع المتري هو ارتفاع مركز الثقل فوق مركز metacenter للسفينة نفسها. من المهم أن تعرف هنا أنه كلما زادت قيمة هذه الخاصية ، زاد الاستقرار الأولي للسفينة. إذا انحرف هذا الارتفاع ، لسبب ما ، نحو قيمة سالبة ، فهذا يشير إلى أن السفينة لن تكون قادرة على الإبحار بدون لفة. ماذا يعني ذلك؟ لا ينبغي أبدًا السماح بالقيم السلبية للارتفاع المركزي. على الرغم من ... من المستحيل بالتأكيد الحصول على إجابة دقيقة لمسألة ما إذا كانت السفينة ذات القيمة السلبية لهذا الارتفاع ستنقلب. حيث أن نظرية الاستقرار تنطبق فقط على ميول السفن التي لا تتجاوز 10 درجات.

القواعد والسلطات

من المهم ملاحظة أن هناك قواعد لجمعيات التصنيف تراقب التشغيل الفني للسفن. تصف هذه الوثائق أنه لا يمكن تشغيل سوى السفن التي يبلغ ارتفاعها المركزي 0.2 متر على الأقل. لفهم كيف سيتصرف جسم بارتفاع صفري ، يمكننا تخيل برميل يطفو في الماء. ستكون هذه المعلمة لهذا الجسم مساوية لـ 0 ، وستحدث حركته على طول المحور الطولي في كل مرة يتأثر فيها بأي قوة خارجية ، على سبيل المثال ، موجة أو ريح.

الأساس الآخر الذي يسمح للسفينة بالطفو هو الجاذبية. وكذلك قوة أرخميدس. بطبيعة الحال ، سوف تسحب الجاذبية السفينة إلى الأسفل ، أي إلى القاع. القيمة العددية لهذه الخاصية تساوي وزنها ، ويتم تطبيقها على مركز ثقل السفينة. تدفع قوة أرخميدس ، أو كما يطلق عليها أيضًا ، قوة الطفو ، سفينة بحرية خارج الماء. قوة هذا التأثير تساوي إزاحة السفينة ، والتي يتم تطبيقها في مركز الحجم تحت الماء.

عمل القوات

مع الوضع "المباشر" للسفينة ، يتضح أن هاتين القوتين تتوازنان بعضهما البعض وأنهما في نفس الوقت الطائرة العمودية. وبسبب هذا ، فإن السفينة قادرة على التحرك عبر الماء. في حالة حدوث لفة السفينة ، يتحول مركز الحجم تحت الماء للسيرة الذاتية نحو ميل السفينة. يحدث الإزاحة بسبب حقيقة أن شكل الجزء تحت الماء من الهيكل يتغير. بالإضافة إلى ذلك ، عندما يتم إزاحة السيرة الذاتية إلى جانب واحد ، تظهر لحظة استعادة ، والتي ستواجه انقلاب السفينة البحرية. عندما يحدث الميل ، تبدأ السيرة الذاتية ، كما كانت ، بالدوران حول نقطة ، والتي تسمى شرطيًا metacenter m.

ستكون المسافة من هذه النقطة الشرطية لمركز الأرصاد الجوية م إلى مركز ثقل سفينة DH هي ارتفاعها. على سبيل المثال ، بالنسبة للقارب التقليدي ، القيمة العددية للارتفاع المترامي ، والتي ستكون كافية للأشخاص للجلوس والوقوف بأمان ، هي 0.3 متر ، من حيث المبدأ ، لا شيء معقد.

كيفية ضمان الاستقرار

مع العلم بكل ما تم وصفه أعلاه ، فإن السؤال الواضح الذي يطرح نفسه هو كيفية تقييم سلامة القارب ، يخت شراعيوالسفينة وما إلى ذلك؟ كيف نفهم حجم فرص عودة السفينة من وضعية "الرفع" إلى الحالة الطبيعية المباشرة؟

من أجل تحقيق ذلك ، من الضروري تحسين استقرار الوعاء. هناك عدة طرق مجربة لهذا. يمكن ضمان استقرار عالٍ بدرجة كافية نظرًا لحقيقة أنه سيتم وضع صابورة ثابتة على متن السفينة. ومع ذلك ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار هنا أن مركز ثقل السفينة سينخفض ​​مع الحمل الإضافي. يتبع بناة السفن والبحارة وكل من هو على دراية بالشؤون البحرية هذه القاعدة: كل كيلوغرام من البضائع الموجودة تحت خط الماء سيزيد من استقرار السفينة ، لكن كل كيلوغرام فوق هذا الخط سيزيد من سوء وضع السفينة.

استعادة السفن

من أجل زيادة الوزن ، على سبيل المثال ، اليخت ، فهو مجهز بشيء مثل عارضة الصابورة الثابتة. لكن من المهم أن نلاحظ هنا أنه لا يمكن وضعها إلا على نوع كلاسيكي من اليخوت. أي نوع آخر به مثل هذا العارضة سيكون ثقيلًا جدًا. اليخوت الكلاسيكية هي الاستقرار المطلق للقارب النهري ، كما يطلق عليه. الشيء هو أن هذه الفئة من السفن يمكن أن تستقيم بعد أي لفة تقريبًا. زاوية الكعب ، اللازمة لعدم تعافي السفينة ، هي 155 درجة. هذه هي المعلمة الخاصة باليخت مثل كونتيسا 32. وبعبارة أخرى ، سيكون القارب النهري من هذه الفئة قادرًا على التعافي إلى وضع مستقيم حتى بعد أن ينقلب مع الصالب.

من المهم أن نفهم هنا أن السفن الكبيرة تتمتع باستقرار أكبر في الأبعاد في البداية بسبب حجمها. نقطة أخرى مهمة هي أن المياه الخارجية يجب ألا تدخل داخل السفينة عند التعقب من خلال أي فتحات أو فتحات. إذا حدث هذا ، فإن السائل الموجود على اللوحة يمكن أن يبطل كل الاستقرار. سيحدث هذا بسبب حقيقة أن وزن الماء الذي دخل سيجعل السفينة أثقل. سيتم انتهاك الارتفاع المترية بسبب إزاحة مركز الثقل. وسوف تبدأ السفينة في الغرق.

السفن ذات البنية الفوقية

هناك نوع من السفن له هيكل علوي مقاوم للماء. بطبيعة الحال ، لن يتمكن الماء من الدخول إلى مثل هذه السفينة ، مما يعني أن الاستقرار سيبقى على نفس المستوى حتى مع وجود لفة كبيرة. أصبح هذا المبدأ أساسيًا في اختراع قوارب النجاة البهلوانية. توجد أطواف نجاة وقوارب نجاة تعتبر غير قادرة عمليًا بسبب تصميمها. هذه الفئات من السفن قادرة على التعافي حتى بعد انقلابها بالكامل.

يمكنك أن تأخذ ، على سبيل المثال ، طريقة واحدة صعبة لزيادة استقرار الوعاء. هذه الطريقة تسمى الإمالة. ويكمن جوهرها في حقيقة أنه عند إمالتها ، فإن وزن الطاقم أو الصابورة أو العارضة المتأرجحة سوف تتحرك عبر عرض السفينة بالكامل. هناك العديد من الأنواع المختلفة من الصابورة المتحركة المستخدمة اليوم. وهناك أيضًا أحدثها ، وهو وجود أجنحة يتم التحكم فيها تحت الماء.

الارتفاع التجريبي

إضافي. من أجل حساب الارتفاع المتري للسفينة بشكل تجريبي ، يمكنك تحريك حمولة كبيرة حول السفينة. يجب أن تحدث حركة الحمولة على مسافة معينة Q من المكان الذي كانت موجودة فيه في الأصل. أيضًا ، عند تحريك جسم ما ، من الضروري قياس زاوية دوران صغيرة ، والتي يُشار إليها بالرمز af. تتوافق القيمة العددية لهذه الخاصية مع زاوية السفينة.

هذا هو الشكل الذي سيبدو عليه الارتفاع المتري المستعرض في الصيغة:

ح 0 \ u003d 0.525 (W / T) 2 ، م

B هو عرض الوعاء الذي يقاس بالأمتار ، و T هي فترة اللف ، وهي بالثواني.

كانت طريقة الحساب هذه ، بالإضافة إلى الطريقة التجريبية للتحديد ، هي الأحكام الرئيسية التي جعلت من الممكن اتخاذ ارتفاع مركز metacenter للسفينة كمعيار رئيسي لاستقرارها.

السفن الشراعية

في الوقت الحالي ، تعتبر من أخطر العمليات ، فضلاً عن كونها الأكثر تطلبًا من حيث الاستقرار. الشيء هو أنه مع الريح ، سيتعرض شراع مثل هذه السفينة باستمرار لهواء قوي ، والذي سيكون في مثل هذه الظروف النقطة الرئيسية التي تخلق إمكانية التدحرج. بسبب وجود شراع ، تحتاج السفن ذات الصواري الكبيرة والطويلة ، ونتيجة لذلك ، الأشرعة الكبيرة ، إلى صابورة ثابتة ثقيلة إضافية ، مما سيقلل بشكل كبير من مركز ثقل السفينة ، وبالتالي خلق ارتفاع متري أكبر.

من المهم جدًا ملاحظة أنه في كثير من الأحيان يرتكبون خطأً مثل تقييم استقرار السفينة فقط من خلال مركزها الأساسي. بالطبع ، سيكون هذا الارتفاع هو المعيار الرئيسي. ومع ذلك ، لا يمكن تجاهل المزايا المتوفرة عبر مخطط الاستقرار الثابت. لا يشمل فقط ارتفاع مركز metacenter.

حالات عدم الاستقرار

هناك ثلاث حالات من عدم استقرار السفينة. دعونا ننظر فيها بمزيد من التفصيل.

تحدث الحالة الأولى عندما يكون الارتفاع h> 0. هذا يرجع إلى حقيقة أن مركز الجاذبية أعلى من مركز الحجم. إذا تم استيفاء هذه الشروط وتميل السفينة إلى أي من الجانبين ، فإن خط عمل قوة الدعم سوف يعبر المستوى القطري أعلى من مركز الجاذبية.

ستحدث الحالة الثانية لعدم الاستقرار عندما يكون ارتفاع المركز صفرًا. في هذه الحالة ، من الناحية العملية ، كما في الحالة السابقة ، سيكون مركز الثقل أعلى من مركز الحجم. وعندما تميل السفينة ، سيحدث أن خط CG سوف يمتد على طول خط المقدار. في هذه الحالة ، سيكون مركز المقدار موجودًا دائمًا في نفس الوضع الرأسي مع مركز الثقل. مع هذا الترتيب للقوى ، فإن زوج الاستعادة الذي يوازن السفينة سيكون ببساطة غائبًا. بدون تأثير أي قوى خارجية ، لن تتمكن السفينة من العودة إلى وضعها الأصلي المستقيم.

الحالة الثالثة تحدث إذا ح<0. В данном случае ЦТ будет находиться выше, чем центр величины, а в наклонном положении линия действия силы поддержания будет пресекать след диаметральной плоскости ниже ЦТ. В таком случае при малейшем наклоне будет образовываться отрицательная пара сил, воздействующая на судно и приводящая к его опрокидыванию.