Что такое масштаб бонжана

МАСШТАБ БОНЖАНА

Масштаб Бонжана представляет собой совокупность кривых, каждая из которых определяет погруженную площадь шпангоута в зависимости от его углубления и строится от следа соответствующего шпангоута на диаметральной плоскости судна. Чтобы использовать масштаб Бонжана, прежде всего, наносим на него ватерлинию судна. После нанесения ватерлинии в точках ее пересечения со следами шпангоутов снимаем с кривых значения погруженных площадей шпангоутов и вычисляем водоизмещение и абсциссу центра величины.

С помощью масштаба Бонжана строим строевую по шпангоутам, которая используется в расчетах общей продольной прочности судна, также при разработке теоретического чертежа. Строевая по шпангоутам представляет собой кривую, ординаты которой в некотором выбранном масштабе равны погруженным по заданную ватерлинию WL площадям шпангоутов, отложенным вдоль следов шпангоутов на диаметральной плоскости судна. Таким образом, эта кривая характеризует закон распределения погруженных площадей шпангоутов по длине судна.

Половина площади шпангоута:

Значения V и X_c снимаем с соответствующих кривых теоретического чертежа на пересечении их с ГВЛ.

Расчет площади шпангоутов

Взяв из расчетов кривых элементов абсциссу центра тяжести площадей ВЛ и задав угол дифферента в 5 градусов, получим осадку носом и кормой.

Снимем с чертежа данные по площадям ВЛ при угле дифферента и запишем в таблицу:

Таким образом, водоизмещение при угле дифферента схоже с водоизмещением при посадке на ровный киль:

V(без угла дифферента)=23161м3

V(c углом дифферента)=23378 м3.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Глава 3. НЕПОТОПЛЯЕМОСТЬ КОРАБЛЯ

СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ КОРАБЛЯ

Что такое теоретический чертеж корабля?

Теоретический чертеж строится в связанной с кораблем прямоугольной координатной системе Oxyz (рис.3.1).

Три взаимно перпендикулярные координатные плоскости образуют главные плоскости теоретического чертежа:

Пересечение ДП с поверхностью корабля дает линии киля, штевней и верхней палубы

Батоксы, теоретические ватерлинии и шпангоуты наносят равноотстоящими друг от друга Число батоксов составляет обычно 4-6 на один борт. Диаметральное сечение рассматривается как нулевой батокс. Число теоретических ватерлиний принимают равным 10-15 (включая нулевую, лежащую в основной плоскости). Ватерлиния, соответствующая нормальному водоизмещению, называется конструктивной ватерлинией (КВЛ).

Теоретический чертеж является одним из основных проектных чертежей корабля. Его используют для расчетного и экспериментального (с помощью изготовленных по нему моделей)

Рис 3.2. Теоретический чертёж корабля

определения характеристик мореходных качеств корабля, для разработки проектных чертежей, для разметки на плазе и контроля за правильностью сборки корпуса корабля при постройке, доковании и т.п.

Что относится к главным размерам (размерениям)

Главные размеры (размерения) корабля можно разделить на две группы:

— конструктивные размеры, не связанные с положением корабля относительно поверхности воды;

— размеры, связанные с этим положением и характеризующие деление корабля на надводную и подводную части.

К первой группе главных размеров относятся (рис.3.3):

Во вторую группу главных размеров корабля входят (рис.3.3):

Рис.3.3. Главные размеры (размерения) корабля

Что называется посадкой корабля

и какими параметрами она характеризуется?

Посадкой называется положение корабля относительно поверхности спокойной воды. Для характеристики посадки используют следующие параметры:

— угол дифферента ф и дифферент А;

Какие могут быть типовые случаи посадки корабля?

При эксплуатации корабля возможны следующие случаи посадки:

1) корабль сидит прямо и на ровный киль, т.е. без крена и дифферента (рис.3.4). В этом случае q = j =0 и посадка характеризуется средней осадкой Т=Т_н= T _к ;

Рис.3.4. Посадка корабля прямо и на ровный киль

3) корабль сидит на ровный киль, но с креном (рис.3.6). В этом положении j =0 и посадка характеризуется параметрами Т и q ;

Рис.3.5. Посадка корабля прямо, но с дифферентом

Рис.3.6. Посадка корабля на ровный киль, но с креном

Рис.3.7. Посадка корабля с креном и дифферентом

Как практически определяют параметры посадки корабля?

Посадку корабля можно определить по маркам осадки, мер ным стеклам и осадкомерам, кренометрам и дифферентометрам.

Марки осадок представляют собой нанесенные на бортах ко раблей цифры или другие знаки, показывающие осадку корабля (теоретическую и с учетом выступающих частей) при том шпангоуте, на котором они нанесены.

У кораблей применяют кодирование системы марок. Начало отсчета приводится в соответствующих корабельных инструкциях.

Мерные стекла представляют собой сообщенные с забортной водой стеклянные трубки, устанавливаемые перпендикулярно к ОП в ДП или с обоих бортов внутри корабля, в районах марок осадок.

Осадкомеры состоят из чувствительного элемента, воспринимающего забортное давление в районе измерения осадки, линии связи (дистанционной передачи) и установленного на том или ином посту (командном пункте) прибора, преобразующего поступающую информацию в данные об осадке.

На ходу корабля, при волнении и качке мерные стекла и осадкомеры будут давать большие погрешности. Для уменьшения погрешностей предусматривают демпфирование (гашение колебаний) в трубке, сообщающей мерное стекло с забортной водой. Кроме того, надо по шкале поправок учитывать влияние скорости хода.

Для измерения крена применяют маятниковые и пузырьковые (статические демпфированные) кренометры и в особых случаях инклинограф.

Углы дифферента измеряются по маятниковым и пузырьковым (с большей базой) дифферентометрам.

Что называется плавучестью корабля и

какие силы действуют на плавающий корабль?

Плавучестью корабля называется его способность плавать с заданной посадкой, неся на себе все грузы, необходимые для выполнения свойственных ему задач.

На плавающий без движения корабль действуют две категории сил:

— силы тяжести всех его частей и предметов;

— силы гидростатического давления, действующие на погруженную часть корабля.

Эти силы сводят к двум равнодействующим.

Рис.3.8. Силы статические, действующие на плавающий корабль

Для прямого положения y_g = y _с = 0; x_g и х _с в большинстве случаев имеют отрицательные значения, так как центр тяжести смещен в корму от миделя;

Рис.3.9. Положение ЦТ и ЦВ в прямоугольной системе координат

Каковы условия равновесия плавающего корабля?

Условиями равновесия корабля являются:

— равенство силы тяжести корабля и силы плавучести ( P = g V ) ;

— ЦТ и ЦВ должны лежать на одной вертикали.

Если при P = g V не соблюдается второе условие, то корабль под действием момента М = Р l будет поворачиваться до тех пор, пока т. G и С не окажутся на одной вертикали (рис.3.10).

Рис.3.10. Действие момента, когда ЦТ и ЦВ не на одной вертикали

Что понимается под водоизмещением корабля

и в каких единицах оно измеряется?

Связь между объемным и массовым водоизмещением определяется выражением

Что называется нагрузкой корабля?

Нагрузка рассчитывается при проектировании корабля и уточняется в процессе его постройки и испытаний. Расчеты нагрузки выполняются в табличной форме. При этом однородные грузы (объединяются в разделы нагрузки: корпус, бронирование, вооружение, механизмы, боеприпасы, ГСМ и пресная вода, команда, снабжение и провизия, балласт и др. Каждый из разделов нагрузки разбивается на группы, подгруппы и статьи.

По результатам расчета всей нагрузки корабля составляется сводная таблица нагрузки.

Что понимается под постоянными и переменными

грузами на корабле?

К переменным грузам относятся грузы, которые принимаются на корабль или снимаются с него (расходуются) в процессе службы. Это все виды запасов (боеприпасы, топливо, масла, пресная вода), команда с багажом, провизия и т.п. Для десантных кораблей и судов обеспечения главную часть переменных грузов составляют перевозимые грузы. Переменные грузы можно подразделить на штатные и нештатные.

Как классифицируют водоизмещение корабля

в зависимости от его нагрузки?

Нагрузка корабля может существенно меняться в процессе эксплуатации за счет приема, расходования и перемещения переменных грузов.

С учетом изменения нагрузок различают следующие типовые водоизмещения:

Что такое масштаб Бонжана?

Рис.3.11. Масштаб Бонжана

Выбирают три масштаба: вертикальный для осадок, горизонтальный для расставления шпангоутов и масштаб для площадей шпангоутов (рис.3.11).

Объемное водоизмещение и абсцисса ЦВ вычисляются по формулам:

Все расчеты ведутся в табличной форме.

Что такое диаграмма Фирсова?

Диаграмма Г.А.Фирсова представляет собой графическую зависимость между водоизмещением корабля, абсциссой ЦВ и осадками носом и кормой (рис.3.12). Цифры, стоящие на кривых, показывают, к каким значениям водоизмещения и абсциссы ЦВ относится данная кривая.

Диаграмма позволяет по известным осадкам Т_н и Т_к, не производя расчетов, определять с достаточной для эксплуатации точностью объемное водоизмещение и абсциссу ЦВ.

Способ использования диаграммы ясен из рис.3.12.

Рис.3.12. Диаграмма Г.А.Фирсова

Что понимается под запасом плавучести корабля?

Запасом плавучести называется весь непроницаемый для воды объем корпуса корабля, расположенный выше действующей ватерлинии. В запас плавучести неповрежденного корабля

включается объем корпуса до верхней непроницаемой палубы. Объем надстроек в запас плавучести не включается. Чем больше запас плавучести, тем больше воды может принять корабль, оставаясь на плаву. По образному выражению С.О.Макарова, запас плавучести есть запас жизненной силы корабля.

У кораблей, имеющих седловатость палубы (подъем оконечностей) или полубак, практически может быть использована лишь часть запаса плавучести, ограниченная сверху ватерлинией, являющейся касательной к открытой палубе. Непроницаемые объемы, расположенные выше такой ватерлинии, играют существенную роль в улучшении его мореходности (всхожести на волну, незаливаемости) и остойчивости при больших наклонениях.

Как вычисляется запас плавучести

Запас плавучести определяется по формулам:

где А₀ — запас плавучести;

V _н.к ‑ непроницаемый для воды полный объем корпуса, м 3 ;

где S ‑ площадь действующей ватерлинии, м 2 ;

H _н.б ‑ высота надводного борта, м.

Рис.3.13. Кривая грузового размера

(кривая объемного водоизмещения)

Рис.3.14. Шкала для определения запаса плавучести

У современных надводных кораблей запас плавучести значительно превышает стандартное водоизмещение корабля (на 100% и более).

Что называется кривыми элементов

Кривые элементов теоретического чертежа служат для определения перечисленных параметров без выполнения каких-либо вычислений. Ими можно пользоваться лишь при условии, что корабль не имеет крена и дифферента.

Для определения элементов теоретического чертежа необходимо провести горизонтальную линию, соответствующую осадке корабля, и в точках ее пересечения с кривыми снять искомые величины.

Кривые элементов теоретического чертежа рассчитываются в конструкторском бюро и входят в состав корабельной справочной документации.

Что называется остойчивостью корабля

и какие виды остойчивости различают?

Остойчивостью называется способность корабля, выведенного из положения равновесия воздействием внешних сил, вновь возвращаться в первоначальное положение равновесия после прекращения действия этих сил.

Различают поперечную остойчивость, которая проявляется при поперечных наклонениях корабля, и продольную остойчивость, которая рассматривается при продольных наклонениях.

Различают также статическую и динамическую остойчивости.

Статическая остойчивость рассматривается при статическом воздействии сил, вызывающих плавное (при малой угловой скорости) наклонение корабля (перекачка топлива, воды и масла, перемещение грузов и т.п.).

Динамическая остойчивость рассматривается при динамическом воздействии сил, приводящих к быстрым наклонениям корабля (воздействие на корабль взрывной и ударной волн, шквального ветра, затопления отсеков через большие пробоины и т. п.).

Остойчивость в пределах малых углов наклонения ( q = 10‑12° и j = 2-3°) называется начальной остойчивостью.

Рис.3.15. Кривые элементов теоретического чертежа

Что называется метацентром и метацентрическим

В прямом положении сила плавучести действует вертикально вверх в ДП. После наклонения корабля на угол q или j ЦВ переместится в точку С _q или С _j и сила плавучести будет действовать под углом q или j ДП или к плоскости Æ (рис.3.16 и 3.17).

Точка пересечения линии действия сил плавучести в прямом _и наклоненном положениях корабля является поперечным (или продольным) метацентром и обозначается буквой m (или М ). При малых углах наклонения и постоянном водоизмещении метацентры занимают определенные и постоянные положения.

Рис.3.16. Поперечные метацентр и метацентрический радиус

Рис.3.17. Продольные метацентр и метацентрический радиус

Возвышение метацентра над ЦВ (радиус кривизны траектории ЦВ) называется соответственно поперечным ( r ) или продольным ( R ) метацентрическим радиусом:

Значение R больше значения r в 50-100 раз.

Как видно из формул, при данном водоизмещении величины r и R зависят от J_x и J_yf . С потерей площади ватерлинии метацентрические радиусы равны нулю.

Что называется метацентрической высотой?

Метацентрической высотой называется возвышение метацентра над центром тяжести корабля в положении равновесия.

Метацентрическую высоту при нулевом значении крена и дифферента именуют начальной метацентрической высотой или просто метацентрической высотой.

Из рис.3.18 видно, что

Рис.3.18. Схема к определению начальной поперечной

Как вычисляют метацентрические высоты

Если корабль сидит прямо и имеет незначительный дифферент ( D 0,005 L ), то метацентрические высоты могут определяться с помощью кривых элементов теоретического чертежа. В этом случае:

— определяют объемное водоизмещение корабля V ;

— по кривой объемного водоизмещения V = f ( T ) находят среднюю осадку Т ;

— рассчитывают аппликату ЦТ корабля

Рис.3.19. Схема для вычисления поперечной и продольной метацентрических высот

где Р_н= g V _н ‑ сила тяжести корабля при нормальном водоизмещении;

р _i и z_i ‑ сила тяжести и аппликаты принятых или снятых грузов;

вычисляют метацентрические высоты (рис.3.19):

При плавании неповрежденного корабля поперечную метацентрическую высоту h определяют также по номограмме, показывающей ее значения на различных этапах расходования топлива.

Как возникают восстанавливающие моменты

при наклонениях корабля?

Рис.3.20. Момент восстанавливающий при поперечном наклонении

Рис.3.21. Момент восстанавливающий при продольном наклонении

Что такое метацентрические формулы остойчивости?

Метацентрические формулы остойчивости могут использоваться для определения восстанавливающих моментов, коэффициентов остойчивости или крена и дифферента корабля в зависимости от того, какая из этих величин неизвестна.

Как вычислить момент, кренящий корабль на один градус,

и момент, дифферентующий корабль на 1 см?

Пусть угол крена q равен 1 0 (или 1/57,3 = 0,0175 рад), тогда момент, кренящий корабль на один градус, кН × м/град (тс × м/град), будет равен

Если дифферент D = 1 см = 0,01 м, то момент, дифферентующий корабль на 1 см, кН × м/см (тс × м/см), будет равен

В формулах для т₁° и М_1см удельный (объемный) вес g = 9,8‑1,025 кН/м 3 ( g = 1,025 тс/м 3 ).

Конкретные значения т₁ ° и М_1см действительны только для определенных водоизмещении и в пределах малых углов наклонения их можно считать постоянными.

Знание т₁° и М_1см позволяет быстро определить:

— крен и дифферент корабля под действием заданных моментов т_кр и М_диф.:

— значения т_кр или М_диф для наклонения до заданного угла крена q или дифферента D :

Каково условие начальной остойчивости корабля?

Достаточным условием начальной остойчивости корабля является расположение поперечного метацентра выше ЦТ, т. е. чтобы поперечная метацентрическая высота была положительной. В этом случае восстанавливающий момент, возникающий при накренении, стремится вернуть корабль в первоначальное положение равновесия (рис.3.20).

Рис.3.22. Действие восстанавливающего момента при отрицательной поперечной метацентрической высоте

При отрицательной поперечной метацентрической высоте, т.е. когда поперечный метацентр лежит ниже ЦТ корабля (рис.3.22), восстанавливающий момент стремится еще больше отклонить корабль от положения равновесия. В этом случае корабль неостойчив.

Для суждения об остойчивости равновесия корабля достаточно проверить выполнение условия поперечной начальной остойчивости, так как продольный метацентр всегда располагается значительно выше поперечного.

Что называется остойчивостью формы

и остойчивостью нагрузки и как они влияют

на остойчивость корабля?

Восстанавливающие моменты m _q и М _y , возникающие при наклонениях корабля, можно выразить как результирующие моменты от воздействия двух пар сил (рис. 3.23).

Моменты М_ф = g Vra и М_н = g VR y называются моментами остойчивости формы, так как зависят от формы погруженного объема корабля.

Рис.3.23. Схема к определению остойчивости формы и остойчивости нагрузки

Моменты m _н = g Va q и М_н = g V а y называются моментами остойчивости нагрузки (раньше назывались моментами остойчивости веса), так как они зависят от силы тяжести корабля и распределения грузов по высоте.

Моменты формы m _ф и М_ф увеличивают остойчивость корабля, а моменты нагрузки m _н и М_н уменьшают ее.

Что называют мерами начальной остойчивости?

Какие величины используют в качестве этих мер?

Мерили начальной остойчивости называют величины, которые позволяют количественно оценивать это качество корабля.

Восстанавливающие моменты (поперечный и продольный), хотя и выражают сущность остойчивости, неудобны для характеристики начальной остойчивости, так как при посадке корабля прямо и на ровный киль, т.е. когда она должна измеряться, эти моменты равны нулю.

Коэффициенты поперечной и продольной остойчивости соответственно k _в = Ph = g Vh и К _y = PH = g VH характеризуют изменения сопротивляемости корабля наклонениям при изменениях водоизмещения. Они более удобны для практических целей, так как не зависят от углов наклонения. Коэффициенты остойчивости можно представить как восстанавливающие моменты, возникающие при наклонениях в один радиан k _в = m _q / q и К _y = M _y / y .

Метацентрические высоты h и Н могут рассматриваться как коэффициенты остойчивости, отнесенные к единице водоизмещения: h = k _q / g V и H = K _y / g V .

Что такое абсолютные и относительные меры

Как изменяются посадка и остойчивость корабля

при переносе грузов в произвольном направлении?

Рис.3.24. Перенос груза в произвольном направлении

При вертикальном перемещении изменяется только остойчивость. Новые значения метацентрических высот

При горизонтально поперечном переносе груза корабль накренится на угол

При последующем горизонтально-продольном перемещении корабль получит дифферент

В приведенных формулах:

Как изменяются посадка и остойчивость корабля

при приеме или расходовании малого груза

в произвольном месте корабля?

Прием малого груза ( p P ) в произвольном месте корабля производят условно в три последовательных этапа (рис.3.25):

Изменение средней осадки

Изменения метацентрических высот

Новые метацентрические высоты будут

Рис 3.25 Приём малого груза в произвольное место

При горизонтально-продольном перемещении груза в заданную точку С (х, у, z ) корабль получит дифферент

При расходовании груза в приведенных формулах перед р и d Т следует ставить знак (-).

Что называется нейтральной плоскостью?

Нейтральной плоскостью называется горизонтальная плоскость, при приеме груза (снятии груза) на которую остойчивость корабля не изменяется, т.е.

В этом уравнении р/(Р+р) не может равняться нулю, следовательно,

Таким образом, чтобы поперечная метацентрическая высота не изменялась, груз необходимо принимать (снимать) на высоту

Это есть уравнение нейтральной плоскости для поперечной метацентрической высоты. Она лежит несколько ниже первоначальной ватерлинии (рис.3.26).

Нейтральная плоскость для коэффициента остойчивости при поперечных и продольных наклонениях определяется уравнением

Рис.3.26. Схема расположения нейтральной плоскости

Отсюда практическое правило: прием груза ниже ватерлинии увеличивает начальную поперечную остойчивость корабля, а прием груза выше ватерлинии уменьшает ее (при снятии груза зависимость меняется на обратную).

Как влияют на остойчивость жидкие грузы

со свободной поверхностью?

Если отсек заполнен жидким грузом частично и в нем имеется свободная поверхность, то при наклонениях корабля уровень жидкости всегда будет располагаться параллельно ватерлинии, а ЦТ жидкого груза будет перемещаться в сторону наклонения. Появятся дополнительные моменты, действующие также в сторону наклонения (рис.3.27).

Рис.3.27. Влияние свободной поверхности жидкого груза

Метацентрические высоты уменьшаются на величины

При наличии свободных поверхностей в нескольких цистернах учитывается суммарное уменьшение метацентрической высоты

Рис.3.28. Влияние разделения цистерны продольными переборками

Как в период эксплуатации корабля уменьшают влияние

на остойчивость свободной поверхности жидких грузов?

Для уменьшения влияния свободной поверхности жидких грузов на остойчивость корабля в процессе его эксплуатации необходимо:

— жидкие грузы принимать до полного заполнения цистерн;

— полностью осушать цистерны при расходовании жидких грузов, «мертвые» запасы должны быть минимальными;

— не допускать перетекания жидких грузов между цистернами, держать трюмы сухими, особенно в широких отсеках.

Как влияют на остойчивость свободные поверхности

в сообщающихся цистернах, значительно удаленных

Остойчивость корабля еще больше уменьшается при сообщающихся цистернах, значительно удаленных друг от друга (рис.3.29).

Рис.3.29. Влияние перетока жидкого груза со свободной поверхностью

В этом случае их следует рассматривать как одну общую цистерну, а момент инерции вычислять для каждой из них относительно оси, проходящей через их общий ЦТ:

Как влияют на остойчивость корабля подвешенные

и перекатывающиеся грузы?

Рис.3.30. Схема подвешенного груза

Перекатывающийся груз можно рассматривать как подвешенный груз, где взамен длины подвеса l берется радиус кривизны r поверхности, по которой он перекатывается. Остойчивость уменьшается на величину (рис.3.31)

Источник