Остойчивость: различия между версиями

При этом делается допущение, что отклонения от положения равновесия вызываются внешними силами, которые не изменяют ни вес судна, ни положение его центра тяжести (ЦТ).<ref>В системе координат, привязанной к самому судну; иначе говоря, допускают что нет подвижки груза.</ref> Тогда погруженный объём не изменяется по величине, но изменяется по форме. РавнообъемнымРавнообъёмным наклонениям соответствуют равнообъемныеравнообъёмные [[ватерлиния|ватерлинии]], отсекающие равные по величине погруженные объёмы корпуса. Линия пересечения плоскостей ватерлиний называется осью наклонения, которая при равнообъемныхравнообъёмных наклонениях проходит через центр тяжести площади ватерлинии. При поперечных наклонениях она лежит в [[диаметральная плоскость|диаметральной плоскости]].

Возвышение над [[основная плоскость|основной плоскостью]] поперечного метацентра (''z''_m), центра величины (''z''_c), а также величина поперечного метацентрического радиуса ''r'' в значительной степени определяют остойчивость судна и зависят от величины его объемногообъёмного водоизмещения, формы корпуса и посадки. Зависимость величины поперечного метацентрического радиуса от формы корпуса (величины площади ватерлинии и её формы) и объёмного водоизмещения выглядит как:

Первый член в выражении (4) в основном определяется величиной и формой площади ватерлинии и называется поэтому моментом '''остойчивости формы''': ''m_ф = γ I_x sin θ''. Момент остойчивости формы всегда является положительной величиной и стремится вернуть наклоненноенаклонённое судно в исходное положение.

Физическая сущность момента остойчивости формы и момента остойчивости веса раскрывается при помощи чертежа, на котором показана система сил, действующих на наклоненноенаклонённое судно. С накрененного борта в воду входит дополнительный объём ''v₁'', придающий дополнительную «выталкивающую» силу плавучести. С противоположного борта из воды выходит объём ''v₂'', стремящийся погрузить этот борт. Оба они работают на спрямление.

Погруженный объём ''V₁'', отвечающий посадке по ватерлинию B₁Л₁, представляется в виде алгебраической суммы трехтрёх объёмов

Коэффициент остойчивости даетдаёт абсолютную оценку остойчивости, то есть непосредственно показывает то сопротивление, которое оказывает судно отклоняющим его от положения равновесия силам. Зависимость коэффициента остойчивости от веса судна ограничивает его использование, поскольку чем больше водоизмещение, тем больше коэффициент остойчивости. Для оценки степени совершенства судна с точки зрения его начальной остойчивости используется отно­сительная мера остойчивости — '''метацентрическая высота''', которую можно рассматривать как коэффициент остойчивости, приходящийся на тонну водоизмещения:

При '''вертикальном''' перемещении груза происходит перемещение силы ''р'' по линии её действия. Равновесие судна при этом не нарушается, посадка не меняется, то есть величина и форма погруженного объёма остаются неизменными. Поэтому центр величины, поперечный и продольный метацентры не меняют своего положения. Центр тяжести перемещается вверх из точки ''G'' в точку ''G₁'' на расстояние ''δZ_g'', прямо пропорциональное весу перемещенногоперемещённого груза ''р'' и величине перемещения ''z2 − z1'' и обратно пропорциональное весу судна:

причемпричём перемещение вниз соответствует положительным приращениям, а вверх — отрицательным. То есть при перемещении груза вверх остойчивость уменьшается, а при перемещении вниз — увеличивается. Поскольку поперечные и продольные приращения одинаковы, а метацентрические высоты различны, влияния вертикальных перемещений на поперечную и продольную остойчивость сильно различаются. Для продольной остойчивости ''δH'' составляет лишь малую долю ''Н''. Для поперечной возможны ситуации, когда ''h&nbsp;≈&nbsp;δh'' , то есть полная потеря (или восстановление) остойчивости.

Приём груза в произвольное место можно представить как приём этого груза без изменения крена и дифферента, а затем перенос его в назначенное место. Условием неизменности крена и дифферента приема груза ''р'' является расположение его центра тяжести на одной вертикали с центром величины дополнительно входящего в воду объёма ''δV'', который равен ''p/γ'', где ''γ'' — удельный вес воды. При приемеприёме относительно малого груза можно считать, что для исключения крена и дифферента он должен быть помещен на одну вертикаль с центром тяжести ''F'' исходной площади ватерлинии.

При приемеприёме относительно небольших грузов (менее 10 % водоизмещения) на надводный корабль (судно) считается, что форма и площадь действующей ватерлинии не меняются, а погруженный объём линейно зависит от [[осадка|осадки]] — то есть принимается [[Плавучесть#Гипотеза прямобортности|гипотеза прямобортности]]. Тогда коэффициенты остойчивости выражаются как:

Типичным случаем являются жидкие грузы (топливо, масло, балластная и котельная вода) в цистернах, заполненныхзаполнённых частично, то есть имеющих [[свободная поверхность|свободные поверхности]]. Такие грузы способны переливаться при наклонениях. Если жидкий груз заполняет цистерну полностью, он эквивалентен твердомутвёрдому закрепленномузакреплённому грузу.

Влияние переливающегося груза даетдаёт поправку к поперечной метацентрической высоте ''δ h = − γ_ж i_x /γV''