Разница в осадке судна между носом и кормой

Посадка корпуса судна характеризуется следующими параметрами:
– осадкой на носовом и кормовом перпендикулярах;
– осадкой на миделе;
– креном и дифферентом;
– прогибом или перегибом.

Искомыми данными для расчета этих параметров являются значения осадок, снятых со всех шести марок углубления.
Методика расчетов включает нижеследующие основные этапы:

1) внесение в таблицу шести значений осадок, определенных визуально на марках углубления;
2) общий анализ этих значений с целью определения грубых ошибок при снятии осадок с марок. Анализу предшествует визуальная оценка посадки судна, наличия крена и дифферента; при отсутствии видимого крена судна не должны значительно отличаться осадки на одноименных марках, углубления с разных бортов судна, а видимый дифферент должен прослеживаться и в значениях записанных осадок;
3) расчет крена судна по данным осадок марок углубления на мидель – шпангоуте;
4) сравнение значений этого крена с показаниями судового кренометра – они должны быть приблизительно равны между собой;
5) определение и сравнение знаков (плюс или минус) величин кренов, рассчитанных по данным всех марок. Знаки кренов на миделе и в корме должны быть одинаковы. Различие этих знаков при крене судна и выполнении предыдущего пункта говорит об ошибке визуального снятия осадок на кормовой марке; однако наличие крена с противоположным знаком на носовой марке углубления считается допустимым;
6) осреднение осадок на марках углубления, то есть расчет средней осадки в диаметральной плоскости судна на всех трех марках по данным снятых осадок правого и левого бортов;
7) определение осадок судна на его перпендикулярах или, как говорят, приведение осадок с марок углубления к перпендикулярам. Ввиду того, что обводы форштевня, повторяемые расположением цифр на носовой марке углубления, первоначально заданы только графически, эта задача решается исключительно с помощью чертежа;
8) расчет средней осадки на миделе и дифферента судна по осадкам на перпендикулярах;
9) расчет стрелки прогиба или перегиба корпуса по двум значениям осадок на миделе – средней расчетной и определенной по визуальным показаниям.

Марка углубления – вертикальный ряд чисел, нанесенных на бортовой обшивке судна для определения его осадки. Числа в марках углубления изображаются арабскими и римскими цифрами. Для арабских единицы измерения – метр, для римских – фут. Один фут содержит 12 дюймов, 1 дюйм равен 25,4 мм, 1 фут равен 30,48 см.
Марки углубления, изображаемые арабскими цифрами, имеют два варианта написания. Первый – это числа, показывающие только дециметры осадки. Второй – числа с буквой «М», указывающие количество полных метров осадки, а между ними числа 20, 40, 60, 80, обозначающие сантиметры. Высота цифр и расстояние между ними по высоте равна 10 см.
Высота римских цифр составляет полфута (6 дюймов). Полфута равно и отстояние одного числа от другого по высоте. Марки углубления наносятся с обоих бортов судна: в носу вблизи форштевня, на миделе и в корме (несколько впереди ахтерштевня). Причем они могут наноситься в одном месте по длине судна, например в носу, арабскими и римскими цифрами на разных бортах, без строгой системы, например, «арабские только на правом (левом) борту». На марках углубления осадка наносится от нижней кромки киля, а не от основной плоскости.
Линия соприкосновения корпуса судна с водой (фактическая ватерлиния) в местах пересечения марок углубления на носу даст осадку носом ( Η Τ ), в середине судна – осадку на миделе ( Μ Τ ), а на корме – осадку кормой ( Κ Τ ). Снятие осадок носом, на миделе, кормой производится с обоих бортов судна с максимально возможной точностью с причала или с катера.
В случае если марки углубления на миделе отсутствуют или не читаемы, специальной стальной рулеткой замеряется высота действующего надводного борта (от верхней кромки линии главной палубы до воды). Из официальных судовых документов выбирают значение надводного борта относительно летней грузовой марки и осадку по эту марку. Эти две величины складывают и получают высоту борта в районе миделя. Далее необходимо вычесть из нее измеренную величину надводного борта. В итоге получается осадка судна на миделе. Эта операция производится с обоих бортов и затем осредняется. При волнении моря необходимо определить среднюю величину амплитуды омывания водой каждой марки углубления, которая и будет являться фактической осадкой судна в данном месте.

Например, на рис.2.1 амплитуда волны от 5,00 м до 5,40 м. Тогда фактическая осадка Τ = (5,00+ 5,40) / 2 = 5,20м.

Если невозможно снять осадки с обоих бортов, то они снимаются с марок углубления на носу, миделе, корме с одного борта. Осадка на каждой марке углубления недоступного борта рассчитывается по формуле T”=T+B / 2 tgΘ

где:

Т″ – усредненная осадка;
Т – снятая осадка;
В – поперечное расстояние между марками углубления правого левого бортов (снимается с чертежа общего вида судна);
Θ– угол крена судна (снимается с кренометра, находящегося на ходовом мостике или в машинном отделении); знак поправки отрицателен, если крен в сторону наблюдаемого борта, и положителен при противоположном направлении крена.

Для повышения точности расчета водоизмещения судна снятые осадки приводятся расчетным путем к теоретическим осадкам на носовом (координата lн) и кормовом (координата lк) перпендикулярах.

Принято считать, что точность снятия осадок с марок углубления составляет ±2 см или 1 дюйм.

Изменение водоизмещения при изменении осадки на 1 см отражает кривая q – «число тонн на 1 см осадки» или ее аналогии, названные по– другому, представленные в грузовой шкале и не всегда, в кривых элементов теоретического чертежа. Принято считать, что погрешность расчета водоизмещения по осадке судна составляет до 2q.

                                                                                                                                 (2.41)

Задача о произвольном переносе груза решается поэтапно, причем первым этапом должен быть расчет для вертикально переноса, а на двух следующих при определении посадки  необходимо учитывать изменение начальной остойчивости.

Прием (снятие) груза. В общем случае прием груза сопро-
вождается изменением и посадки, и остойчивости. Вначале рас|смотрим вариант с малым грузом, когда для определения изменения средней осадки можно пользоваться формулой (1.28),а углы крена и дифферента находить по метацентрическим формулам (2.22), (2.23).
Как и ранее, задачу разобьем на две более простые: впервую очередь, условно примем груз в точку, лежащую на одной вертикали с ЦТ площади ВЛ, а затем перенесем его в точку с заданными координатами хри . Прием груза влечет за собой рост водоизмещения и средней осадки соответственно на величины

                                   и

 Кроме того, изменится и начальная остойчивость, поскольку претерпят изменение все величины, входящие в правые части формул (2.11) и (2.14).

Так, приращение малой метацентрической высоты, очевидно, будет

                                                 (2.41)

Статический момент погруженного объема относительно ос­новной плоскости можно записать в виде

Мху=( V + V)( zc + zc);                                         (2.42)

этот же момент можно представить как сумму:

Мху =  ,               (2.43)

тде Т+ Т/2 — отстояние от ОП, вошедшего в воду дополни­тельного объема V.

Приравняв (2.41) и (2.42), получим выражение для прира­щения аппликаты ЦВ:

       (2.44)
где m- масса принимаемого груза..

-^Метацентрический радиус после приема груза запишется в виде

                                        (2.45)

Полагая, как и ранее, что судно прямобортное, а следова­тельно   из (2.45) с учетом (2.8) получим приращение центрического радиуса: 

              (2.46)

По аналогии с приращением аппликаты ЦВ определяем и изменение возвышения ЦТ:

                 (2.47),

где zp— аппликата ЦТ принимаемого груза p.

Суммируя (2.44), (2.46) и (2.47), с учетом (2.11) находим изменение поперечной метацентрической высоты:

                               (2.48)

Аналогичным образом получаем и приращение продольной метацентрической высоты:

        ,  (2.49)

которое  с учетом соотношения величин, стоящих в скобках,  можно записать в виде

                                            (2.50)

Таким образом, на первом этапе мы определили новые значения водоизмещения, осадки и метацентрических высот судна:

.  (2.51)

Вторая половина задачи – уже известный горизонтальный перенос груза на расстояние уР= уРвдоль оси оу и  вдоль оси OX. Углы крена и дифферента определяем по (2.37) и (2.38) с учетом (2.51) и (2.50):

             (2.52)

  (2.53)

Все полученные зависимости, очевидно, будут справедливы и для расходования (снятия) груза, если изменить знак p(или т) на минус.

Анализируя выражение(2.47), можно отметить, что метацентрическая высота при приеме груза не изменится (  = 0), если

                                                       (2.54)

Выражение (2.54) представляет собой уравнение нейтральной плоскости. Если ЦТ принятого груза лежит выше этой плоскости – метацентрическая высота уменьшается, ниже – увеличивается.

Рассуждая аналогичным образом, получим нейтральную плоскость и для продольной остойчивости. С учетом того, что H >> T +  можно сделать вывод: прием груза всегда уменьшает продольную метацентрическую высоту, т. к. соответствующая нейтральная плоскость лежит значительно ниже киля судна.

Необходимо отметить: нейтральные плоскости при приеме ( и расходовании (  груза не совпадают. Кроме того, положение нейтральной плоскости по высоте зависит и от массы принимаемого груза, так как f ( m ).

Выражение (2.54) показывает, что у прямобортного судна нейтральные плоскости располагаются следующим образом: для начальной поперечной остойчивости несколько выше или ниже ватерлинии судна ( практически можно считать, что они совпадают с плоскостью ватерлинии); для начальной продольной остойчивости – глубоко под килем судна.

Если масса принимаемого груза превышает (10-12)% массового водоизмещения D , то допущение о прямобортности судна может привести к существенным ошибкам при определении параметров посадки и начальной остойчивости судна.

 В этом случае необходимо использовать кривые элементов теоретического чертежа, а именно: грузовой размер V ( T ) и зависимости от осадки аппликат поперечного и продольного метацентров  и

Если нужно контролировать остойчивость в процессе погрузки, то необходимо располагать кроме кривых элементов и данными об изменении возвышения ЦТ судна в функции от осадки ,. Она может быть получена с помощью (2.46) для конкретного порядка приема большого груза.

Влияние на начальную остойчивость перемещающихся грузов и условий эксплуатации.

До сих пор мы имели дело с грузами, положение ЦТ которых было строго фиксировано и не зависело от наклонений. Однако на судне могут быть и подвижные, свободно перемещающиеся грузы. Общей чертой у таких грузов является то, что их центр тяжести смещается в сторону наклонения. В этом случае возникает дополнительный момент, увеличивающий угол крена или дифферента, т. е. снижающий начальную остойчивость. Это обстоятельство делает подвижные грузы потенциально опасными.

 Все эти грузы можно отнести к следующим категориям: подвешенные, перекатывающиеся, жидкие, сыпучие.

Подвешенные грузы. Чаще всего с этой категорией грузов приходится сталкиваться при проведении погрузо-разгрузочных операций с помощью судовых средств.

При накренении судна на угол  отклоняется от вертикали и подвешенный груз (рис. 2.6), создавая при этом дополнитель­ный кренящий момент

Мк= р Sin               (2.56)

где р— сила тяжести груза; /т — длина троса.

Рис. 2.6. Влияние подвешенного груза на остойчивость

Соответственно на ту же величину по сравнению со значе­нием, которое он имел до подъема груза, уменьшается и вос­станавливающий момент:

pl           (2.57)

Размеры любого судна, в том числе и такого малого, как яхта, характеризуется совокупностью его основных размерений. К ним относятся длина и ширина корпуса, высота бортов и осадка судна. От данных показателей, а также от их пропорционального соотношения во многом зависит его мореходные качества – прежде всего остойчивость и максимальная скорость. В данной статье рассмотрим такое понятие, как осадка судна, как её рассчитать и от каких факторов зависит выбор осадки лодки.

Понятие «осадка судна»

В кораблестроении термином «осадка» обозначают показатель глубины погружения корпуса корабля в воду. В общепринятом смысле осадка – это расстояние от водной поверхности до самой нижней точки днища судна. Однако, в мореходном деле используется несколько разновидностей понятия «осадка»:

• Проектная. Представляет собой расчетную осадку, измеренную на ½ длины корпуса судна, и характеризующую расстояние от ватерлинии судна до крайней точки киля. Данный показатель, измеренный по мидель-шпангоуту, в проектно-технической документации, согласно принятым международным стандартам, обозначается латинской буквой «Т».
• Носовая осадка – показывает глубину погружения носовой части судна. Для её определения на носу крупных судов наносят специальную разметку – носовую марку.
• Кормовая осадка – нижняя точка погружения кормы в воду. Определяется при помощи нанесённой на корму разметки – кормовой марки.
• Средняя осадка судна является средним арифметическим вычислением глубины погружения судна в воду. Измеряется по формуле: Тср. = (кормовая осадка + носовая осадка) умноженные на ½.

Глубина осадки судна зависит от нескольких факторов:

• Массы судна. Согласно законам физики, чем больше масса корабля, тем глубже он будет погружаться в воду.
• Длины и ширины корпуса. При одинаковой массе меньшую осадку будет иметь судно с более широким и длинным корпусом. Это связано с большей выталкивающей силой воды, действующей на корпус корабля с увеличенной площадью днища.
• Конструктивных особенностей корпуса. В первую очередь, здесь подразумевается размер киля. А для малых судов – его наличие или отсутствие.

Соответственно, осадка судна есть величина переменная. Так, показатель максимальной осадки судна зависит от его загрузки: при полной загрузке она будет больше, чем у порожнего судна.

Определение осадки судна

Поскольку осадка судна является весьма важным показателем, капитану корабля необходимо знать величину осадки в каждый конкретный момент времени. Особенно актуальным это становится при подходе к побережью, входе в порты, проходе каналов и прочих мелководных мест. Неправильный расчет осадки судна в подобной ситуации может привести к катастрофе – посадке корабля на мель со всеми вытекающими отсюда неприятными последствиями.

На больших кораблях, для визуального определения величины погружения корпуса в воду, по обеим сторонам носа и кормы наносят специальные метки. Они идут от нижней точки киля и до главной ватерлинии. Общепринятым в морском флоте считается цена одного деления разметки в 1/10 метра. Однако, в странах с англо-саксонской морской традицией используются обозначения в виде футов и дюймов, где одно деление равно одному футу (примерно 30,5 см). Для простоты различия, метки, нанесённые по метрической системе, нумеруются арабскими цифрами, а по англосаксонской системе – римскими.

Определение осадки судна входит в обязанность помощника капитана либо самого командира корабля. Определяется она несколькими способами:

• По специальной диаграмме, называемой «грузовой размер». В ходе исчислений выводится грузовая шкала, которая является основным грузовым документом судов.
• По показателям кормовой (Тк) и носовой (Тн) осадок находится средняя осадка судна (Тср): Тк х Тн = Тср. Подобная формула справедлива для плавсредств с ровным килем, лишённым изгиба. Для кораблей с изогнутым килем, перед тем, как определить осадку судна, потребуется внести в данную формулу поправки в виде коэффициента изгиба киля. Этот показатель должен быть указан в технической документации корабля.

Соответственно, формула Тк х Тн = Тср неприемлема и для большинства яхт и лодок, имеющих киль, а также швертботов из-за конструктивной особенности киля. Киль яхты и швертбота представляют собой не выступ в виде балки, проходящей от носа до кормы, а узкий «плавник», выступающий из днища по центру корпуса. В результате осадка килевой яхты по корме или по носу будет значительно, порой в разы, меньше осадки по мидель-шпангоуту.

Яхты с длинной килевой линией, конечно, также бывают, но они составляют лишь небольшую часть от общего числа. Подобная конструкция киля обычно используется на больших океанских мегаяхтах, приближающихся по своим размерам к большим морским судам, а также применялась на тяжёлых яхтах старой постройки.

Расчёт осадки яхты производится ещё на этапе её проектирования, и зависит от ряда показателей – её общей массы, водоизмещения, длины киля, формы обводов корпуса и так далее. Все эти показатели весьма скрупулёзно вычисляются конструкторами и вводятся в специальные формулы, позволяющие получить диаграммы осадки яхты в зависимости от её прочих метрических данных.

Выбор осадки судна

При постройке судна, в первую очередь учитываются условия, в которых оно будет эксплуатироваться. В полной мере это касается и такого показателя, как осадка судна. Здесь перед конструкторами встаёт дилемма: с одной стороны, требуется сделать судно максимально вместительным и грузоподъёмным, а с другой – позволить ему беспрепятственно заходить в порты и проходить через каналы. От проектировщиков судов требуется найти ту «золотую середину», позволяющую сделать эксплуатацию судна максимально эффективной, с экономической точки зрения.

Например, для крупнотоннажного судна водоизмещением 150-250 тыс.т уменьшение осадки всего на полметра приводит к «потере» от 5 до 10 тыс.т его полезной нагрузки. В то же время — суда со слишком большой осадкой попросту не смогут проходить через такие значимые каналы, как Панамский и Суэцкий. Для примера, глубина фарватера Суэцкого канала составляет 20 м, а Панамского и того меньше – 12 м. Обход же судном Южной Америки и Африки, минуя перечисленные каналы, ставит под вопрос экономическую целесообразность повышение грузоподъёмности за счёт увеличенной осадки.

Конечно, в истории мирового кораблестроения имеются монстры, наподобие супертанкера «Яре Викинг» (длина – 458 м, осадка – ок. 25 м), газовоз «Прелюд», морской трубоукладчик «Пионер Спирит» (осадка – 27 м). Но они были построены для определённых целей, их эксплуатация не требует пересечения ими морских каналов и захода в мелководные порты. Так, супертанкер «Яре Викинг» был специально заказан для перевозки нефти из Персидского залива в Японию, а «Пионер Спирит» — для монтажа трубопроводов в открытом море.

От таких же критериев следует отталкиваться и при выборе яхты с различной осадкой. Выбирая парусник с полноценным килем, следует учитывать, что несмотря на отличную мореходность, на нём будет проблематично подойти к необорудованному побережью. Особенно это актуально для мелких акваторий, где уже за километр от побережья придётся высаживаться с килевой яхты и идти к берегу вброд. Под данное определение вполне подходит Финский залив, значительная часть Каспийского и Азовских морей.

Для плавания в мелких морях и вдоль побережья лучше выбрать швертбот с убирающимся килем. Однако, уходить на нём в открытое море, а тем более пытаться пересечь океан, крайне не рекомендуется. Связано это с гораздо худшими мореходными свойствами швертботов по сравнению с полноценными килевыми яхтами. Плоскодонные лодки имеют самую малую осадку из всех типов судов, поэтому отлично подходят для плавания по внутренним водам – рекам и небольшим озёрам. А вот хождение на плоскодонках по морям крайне опасно из-за их низкой остойчивости.