Дифферент на нос - положение судна, когда осадка носовой части больше осадки кормовой части. Дифферент на нос снижает скорость движения судна
Остойчивость, которая проявляется при продольных наклонениях судна, т. е. при дифференте, называется продольной.
Рис. 1
Несмотря на то, что углы дифферента судна редко достигают 10 град., а обычно составляют 2 - 3 град, продольное наклонение приводит к значительным линейным дифферентам при большой длине судна. Так, у судна длиной 150 м угол наклонения 1 0 соответствует линейному дифференту, равному 2,67 м. В связи с этим в практике эксплуатации судов вопросы, относящиеся к дифференту, более важны, чем вопросы продольной остойчивости, поскольку у транспортных судов с нормальными соотношениями продольная остойчивость всегда положительна.
При продольном наклонении судна на угол Ψ вокруг поперечной оси Ц.В. переместится из точки С в точку С1 и сила поддержания, направление которой нормально к действующей ватерлинии, будет действовать под углом Ψ к первоначальному направлению. Линии действия первоначального и нового направлении сил поддержания пересекаются в точке. Точка пересечения линии действия сил поддержания при бесконечно малом наклонении в продольной плоскости называется продольным метацентром М.
Радиус кривизны кривой перемещения Ц.В. в продольной плоскости называется продольным метацентрическим радиусом R, который определяется расстоянием от продольного метацентра до Ц.В.
Формула для вычисления продольного метацентрического радиуса R аналогична поперечному метацентрическому радиусу: R = I F /V , где I F - момент инерции площади ватерлинии относительно поперечной оси, проходящей через ее Ц.Т. (точка F); V - объемное водоизмещение судна.
Продольный момент инерции площади ватерлинии IF значительно больше поперечного момента инерции I X . Поэтому продольный метацентрический радиус R всегда значительно больше поперечного r. Ориентировочно считают, что продольный метацентрический радиус R приблизительно равен длине судна.
Основное положение остойчивости заключается в том, что восстанавливающий момент является моментом пары, образованной силой веса судна и силой поддержания. Как видно из рисунка в результате приложения действующего в ДП внешнего момента, называемого дифферентующим моментом Mдиф, судно получило наклонение на малый угол дифферента Ψ. Одновременно с появлением угла дифферента возникает восстанавливающий момент МΨ, действующий в сторону, противоположную действию дифферентующего момента.
Продольное наклонение судна будет продолжаться до тех пор, пока алгебраическая сумма обоих моментов не станет равной нулю. Поскольку оба момента действуют в противоположные стороны, условие равновесия можно записать в виде равенства:
M д и ф = М Ψ
Восстанавливающий момент в этом случае будет:
М Ψ = D ‘ · G K 1 (1)
- где GK1 - плечо этого момента, называемое плечом продольной остойчивости.
Из прямоугольного треугольника G M K1 получаем:
G K 1 = M G · sin Ψ = H sin Ψ (2)
Входящая в последнее выражение величина MG = H определяет возвышение продольного метацентра над Ц.Т. судна и называется продольной метацентрической высотой. Подставив выражение (2) в формулу (1), получим:
М Ψ = D ‘ · H · sin Ψ (3)
Где произведение D’H - коэффициент продольной остойчивости. Имея в виду, что продольная метацентрическая высота Н = R - а, формулу (3) можно записать в виде:
М Ψ = D ‘ · (R - а) · sin Ψ (4)
- где а - возвышение Ц.Т. судна над его Ц.В.
Формулы (3), (4) являются метацентрическими формулами продольной остойчивости. Ввиду малости угла дифферента в указанных формулах, вместо sinΨ можно подставить угол Ψ (в радианах) и тогда:
М Ψ = D ‘ · H · Ψ и л и М Ψ = D ‘ · (R - а) · Ψ .
Поскольку величина продольного метацентрического радиуса R во много раз больше поперечного r, продольная метацентрическая высота Н любого судна во много раз больше поперечной h, поэтому, если у судна обеспечена поперечная остойчивость, то продольная остойчивость обеспечена заведомо.
Дифферент судна и угол дифферента
В практике расчетов наклонений судна в продольной плоскости, связанных с определением дифферента, вместо углового дифферента принято пользоваться линейным дифферентом, значение которого определяется как разность осадок судна носом и кормой, т. е. d = T H - T K .
Рис. 2 Дифферент принято считать положительным, если осадка судна носом больше, чем кормой; дифферент на корму считается отрицательным. В большинстве случаев суда плавают с дифферентом на корму. Предположим, что судно, плавающее на ровный киль по ватерлинию ВЛ, под действием некоторого момента получило дифферент и его новая действующая ватерлиния заняла положение В 1 Л 1 . Из формулы для восстанавливающего момента имеем:
Ψ = М Ψ D ‘ · H
Проведем пунктирную линию АВ, параллельную ВЛ, через точку пересечения кормового перпендикуляра с В 1 Л 1 . Дифферент d - определяется катетом ВЕ треугольника ABE. Отсюда:
t g Ψ = Ψ = d / L
Сравнив последние два выражения, получим:
d L = M Ψ D ‘ · H , о т с ю д а M Ψ = d L · D ‘ · H
Изменение дифферента при продольном перемещении груза
Рассмотрим методы определения осадок судна при действии на него дифферентующего момента, возникающего в результате перемещения груза в продольно-горизонтальном направлении.
Рис. 3 Допустим, что груз весом Р перемещен вдоль судна на расстояние ιx. Перемещение груза, как уже указывалось, может быть заменено приложением к судну момента пары сил. В нашем случае этот момент будет дифферентующим и равным: М диф = Р · l X · cosΨ. Уравнение равновесия при продольном перемещении груза (равенство дифферентующего и восстанавливающего моментов) имеет вид:
Р · l x · cos Ψ = D ‘ · H · sin Ψ
- откуда:
t g ψ = P · I X D ‘ · H
Поскольку малые наклонения судна происходят вокруг оси, проходящей через Ц.Т. площади ватерлинии (т.F), можно получить следующие выражения для изменения осадок носом и кормой:
∆ T H = (L 2 — X F) · t g ψ = P · I X D ‘ · H · (L 2 — X F)
∆ T H = (L 2 + X F) · t g ψ = — P · I X D ‘ · H · (L 2 + X F)
Следовательно, осадки носом и кормой при перемещении груза вдоль судна будут:
Т н = Т + ∆ Т н = Т + P · I x D ‘ · H · (L 2 — X F)
Т к = Т + ∆ Т к = Т + P · I x D ‘ · H · (L 2 — X F)
Если учесть, что tg Ψ = d/L и что D’ · H · sin Ψ = МΨ, можно записать:
Т н = Т + P · I x 100 · М 1 с м · (1 2 — X F L)
Т к = Т — P · I x 100 · М 1 с м · (1 2 + X F L)
- где Т - осадка судна при положении на ровный киль;
- M 1см - момент, дифферентующий судно на 1 см.
Значение абсциссы X F находят по “кривым элементов теоретического чертежа”, причем необходимо строго учитывать знак перед X F: при расположении точки F в нос от миделя величина X F считается положительной, а при расположении точки F в корму от миделя - отрицательной.
Плечо l X также считается положительным, если груз переносится по направлению к носовой части судна; при переносе груза в корму плечо l X считается отрицательным.
Шкала изменений осадки оконечностей вследствие приема 100 тонн груза
Наибольшее распространение получили шкалы и таблицы изменения осадок носом и кормой от приема единичного груза, масса которого в зависимости от водоизмещения выбирается равной 10, 25, 50, 100, 1000 тонн. В основе построения такого рода шкал и таблиц лежат следующие соображения. Изменение осадки оконечностей судна при приеме груза слагается из увеличения средней осадки на величину ΔТ и изменения осадок оконечностей ΔТ H и ΔТ K . Величина ΔТ не зависит от местоположения принятого груза, а значения ΔТ H и ΔТ K при данной осадке и фиксированной массе груза Р будут изменяться пропорционально абсциссе Ц.Т. принятого груза Хр. Поэтому, используя такую зависимость, достаточно вычислить изменения осадок оконечностей от приема груза сначала в районе носового, а затем кормового перпендикуляров и построить шкалу или таблицу изменения осадок оконечностей судна от приема груза массой, например, 100 т. Значения ΔТ, ΔТ H , ΔТ K вычисляются по формулам.
По полученным приращениям осадок оконечностей судна строим график изменений этих осадок от приема указанного груза.
Для этого на прямой а — б намечаем положение мидель - шпангоута и откладываем в выбранном масштабе вправо (в нос) и влево (в корму) половину длины судна. Из полученных точек восстанавливаем перпендикуляры к линии а — б. На носовом перпендикуляре откладываем вверх отрезок б — в, изображающий в выбранном масштабе вычисленное изменение осадки носом при приеме груза в носу. Аналогично на кормовом перпендикуляре откладываем вниз отрезок а — г, изображающий вычисленное изменение осадки носом при приеме груза в корму. Соединив прямой точки в — г, получаем график изменения осадки носом от приема груза массой 100 тонн.
Рис. 4 Δ Т н = + 24 с м = 0 , 24 м;
Δ Т к = + 4 с м = 0 , 04 м
Таким же образом производится построение графика изменения осадки судна кормой от приема груза. Здесь отрезок б — д в принятом масштабе изображает изменение осадки кормой при приеме груза 100 т в носу, а отрезок а — е - при приеме груза в корму.
Производим градуировку шкал. Над графиком (или под ним) проводим две прямые линии для нанесения шкал изменения осадок: верхнюю - для носа, и нижнюю - для кормы. На каждой из них отмечаем точки, соответствующие делениям 0 (их положение определяется точками пересечения линии а — б с графиками в — г и е — д, т. е. точками ж — р). Затем между линией а — б и графиками в — г и ед подбираем такие отрезки, длина которых в принятом масштабе была бы равна 30 или 10 см изменения осадки. Такими отрезками при градуировке шкалы “нос” будут отрезки з — и и кл. В результате получим на шкале деления 30 и 10. Расстояния между 0 и 10, 10 и 20 делим на 10 равных частей. Размеры этих делений на обоих участках шкалы должны получиться одинаковыми.
Используя график е — д, аналогичным способом строим шкалу для осадок кормой. При практических расчетах строят несколько шкал изменения осадок оконечностей от приема 100 тонн груза. Чаще всего строят шкалы для трех осадок (водоизмещений): осадки порожнего судна, осадки судна с полным грузом и промежуточную.
Шкалы, диаграммы или таблицы изменения осадок оконечностей судна от приема единичного груза (например 100 тонн) могут иметь очень разный вид. Несколько таких примеров приводим ниже на рисунках 5-7.
Рис. 5 Кривые изменений осадки оконечностей от приема 100 т груза, совмещенные с соответствующими точками на судне 
Рис. 6 Шкала изменений осадки оконечностей судна от приёма 100 т груза, совмещённая с соответствующими точками на судне 
Рис. 7 Предлагается к прочтению:
Крен и дифферент могут образовываться в результате перемещения людей, грузов, при качке , поворотах. Возникновение ходового дифферента у маломерных судов на нос или корму возникает в результате неправильного положения (угла наклона) подвесного мотора на транце судна. Углы крена и дифферента могут дойти до опасно критических, особенно при наличии в корпусе судна воды и ее переливании. Переливание воды в сторону малейшего наклонения судна способствует образованию еще большего крена или дифферента и может вызвать опрокидывание судна. Воды в корпусе быть не должно.
При крене сопротивление со стороны накрененного борта больше и судно стремится уклониться в противоположную сторону, то есть меньшего сопротивления. Поэтому чтобы удержать судно на курсе, приходится перекладывать руль в сторону накрененного борта, что увеличивает силу сопротивления и соответственно уменьшает скорость хода.
При резких поворотах водоизмещающих судов крен особенно велик и направлен во внешнюю сторону. Люди, находящиеся на борту, при внезапном маневре, могут переместиться в сторону крена и тем самым еще больше усугубить положение судна. Может возникнуть реальная опасность опрокидывания. Судоводителю необходимо знать зависимость скорости своего судна и максимально возможного, с точки зрения безопасности, угла перекладки руля. Перед маневрированием необходимо убедиться, что люди находятся на своих местах, и нет предпосылок перемещения их и грузов.
Глиссирующие суда, в силу формы обводов корпуса, кренятся во внутреннюю сторону поворота. Это более безопасно потому, что сила инерции направлена в противоположную сторону поворота и стремится уменьшить крен. Следует помнить, что люди, находящиеся в кокпите, особенно стоя, могут упасть или вывалиться за борт. Надо избегать резких поворотов, а при необходимости, обязательно предупреждать людей, находящихся на борту.
Для малого водоизмещающего судна нормальным считается дифферент на корму не более 5 см либо положение «Ровный киль». При дифференте на корму больше 5 см уменьшается скорость, т. к. значительное погружение кормы увеличивает увлекаемую массу воды и лобовое сопротивление судна. Дифферент на корму вызывает повышенную устойчивость судна на курсе. При необходимости изменить направление движения оно плохо реагирует на перекладку руля, склонно уваливаться под ветер.
При дифференте на нос так же увеличивается сопротивление воды и уменьшается скорость. Дифферент на нос ухудшает устойчивость судна на курсе и вызывает повышенную его чувствительность к перекладке руля. При малейшей перекладке судно начинает отклоняться от прямолинейного курса и становится трудно управляемым на прямолинейных участках пути. Эти явления объясняются тем, что при наличии дифферента гидродинамическое воздействие на корпус судна по его длине значительно отличается от обычных эксплуатационных условий.
При дифференте на нос корма судна, имеющая меньшее сопротивление окружающей воды, становится более подвижной и чрезмерно чувствительной к перекладке рулей, а при дифференте на корму - наоборот.
У глиссирующих судов дифферент на корму затрудняет выход на глиссирование. Судно может не преодолеть «горб» сопротивления. При глиссировании возможно явление «дельфинирования», периодические вертикальные перемещения носовой части.
Это явление легко прекратить, сместив часть груза в нос. В случае затруднения выхода на глиссирование судна с перегруженной кормой бывает достаточно даже временного перемещения части груза в нос. При дифференте на нос глиссирующего судна форштевень почти не поднимается над водой. Это увеличивает смоченную поверхность судна, следовательно, уменьшается скорость. Кроме того, на курсе под углом к волне возможно резкое зарыскивание судна. Это происходит в результате того, что если с левого борта при входе в волну будет большая часть волны, то судно рыскнет вправо и наоборот.
Следует помнить, что при буксировке у буксируемого судна дифферент на нос не допустим. В этом случае судно будет постоянно зарыскивать, и в момент его возвращения на первоначальный курс возможно опрокидывание. Вместе с тем дифферент на корму дает возможность судну идти строго в кильватер буксировщику.
13.Седловатость верхней палубы, представляющая собой плавный подъем палубы от миделя в нос и в корму, также влияет и на внешний вид судна. Различают суда со стандартной седловатостью, определяемой по Правилам о грузовой марке, суда с уменьшенной или увеличенной седловатостью и суда без седловатости. Часто седловатость выполняют не плавно, а прямыми участками со сломами - два-три участка на половине длины судна. Благодаря этому верхняя палуба не имеет двоякой кривизны, что упрощает ее изготовление.
Палубная линия у морских судов имеет обычно вид плавной кривой с подъемом от средней части в направлении носа и кормы и образует седловатость палубы. Основное назначение седловатости - уменьшить заливаемость палубы при плавании судна на волнении и обеспечить непотопляемость при затоплении его оконечностей. Речные и морские суда с большой высотой надводного борта седловатости, как правило, не имеют. Подъем палубы в корме устанавливают, исходя, прежде всего, из условия незаливаемости и непотопляемости.
14.Погибь - это уклон палубы от ДП к бортам. Обычно погибь имеют открытые палубы (верхняя и палубы надстроек). Вода, попадающая на палубы, благодаря наличию погиби, стекает к бортам и оттуда отводится за борт. Стрелку погиби (максимальное возвышение палубы в ДП по отношению к бортовой кромке) обычно принимают равной V50 ширины судна. В поперечном сечении погибь представляет собой параболу, иногда, для упрощения технологии изготовления корпуса, ее образуют в виде ломаной линии. Платформы и палубы, лежащие ниже верхней палубы, погиби не имеют. Плоскость мидель-шпангоута делит корпус судна на две части- носовую и кормовую. Оконечности корпуса выполняются в виде штевней (литых, кованых или сварных). Носовой
При эксплуатации водоизмещающего судна следить за ходовым дифферентом так же важно, как и на глиссирующем.
Далеко не всегда удается скомпоновать судно при проектировании и загрузить при выходе в плавание так, чтобы обеспечивались оптимальная центровка и оптимальный дифферент. Как известно , чрезмерный ходовой дифферент приводит к потере скорости, ухудшает экономические показатели.
Я столкнулся с указанной проблемой, когда стал проводить испытания своей водоизмещающей лодки «Утенок», переделанной из малой (№ 1) спасательной шлюпки (длина - 4,5 м; ширина - 1,85 м). Как только я давал полный газ двигателю «СМ-557Л», дифферент на корму сразу же возрастал до величин, явно превышающих допустимые 5-6°: увеличивалось волнообразование, а скорость не прибавлялась.
Стал искать способ уменьшить ходовой дифферент. По аналогии с быстроходными катерами решил применить транцевые плиты. Вырезал из бакелизированной фанеры две транцевые плиты разной формы с изменяемым углом наклона и по очереди испытал их на «Утенке». Первые же выходы показали, что при малых углах наклона плиты неэффективны, а при больших - дифферент, действительно, уменьшают, но одновременно начинают работать как тормоз. При ходе на попутной волне из-за плит появляется сильная рыскливость; на заднем ходу плита преграждает поступление воды к гребному винту. Как бы там ни было, но имея мощность 13,5 л. с., развить скорость выше 10 км/ч не удавалось ни с плитами, ни без них. Относительная скорость - число Фруда по длине - колебалась где-то около 0,4.
После неудачных испытаний транцевых плит я решил попробовать установить на гребной винт специально спрофилированную кольцевую насадку. Насадка, отклоняющая струю от винта вниз, по моим расчетам, должна была не только создавать на корпусе дополнительную подъемную силу, уменьшающую ходовой дифферент, но и одновременно повышать КПД гребного винта, поскольку двигатель «СМ-557Л» развивает слишком большое число оборотов для возможной скорости.
Гребной вал «Утенка» имеет наклон относительно КВЛ около 8°. Передняя часть насадки - от носовой кромки до плоскости диска гребного винта - выполнена соосно с гребным валом. В плоскости диска гребного винта осевая линия насадки имеет излом - наклонена вниз на 8° (здесь угол наклона к КВЛ уже равен 16°).
Как видно из схемы, за плоскостью диска винта в верхней части насадки ее внутренняя образующая имеет вид прямой. Результирующая сила Р с раскладывается на силу упора и подъемную силу. Сила упора была замерена динамометром и оказалась равной 200 кгс. Подъемная сила Р п, непосредственно уменьшающая ходовой дифферент, примерно равна 57 кгс.
Теперь об изготовлении насадки. Из пенопласта были нарезаны рейки трапецеидального сечения, которые затем склеивались в цилиндр при помощи эпоксидного клея. Обработка велась острым ножом и рашпилем с проверкой профиля по шаблонам. Снаружи готовая насадка была оклеена двумя слоями стеклоткани на эпоксидном клее. Внутренняя поверхность насадки покрыта эпоксидной шпаклевкой, в которую для уменьшения трения втерт чешуйчатый графит.
Сверху и снизу закреплены по два алюминиевых угольника, стягиваемых болтами М6. Эти болты и круговые стропы из стального троса 0 2 мм надежно скрепляют в одно целое насадку и угольники. Передние концы угольников прикреплены к ахтерштевню, задние-к стойке руля (рудерпосту).
Концы лопастей гребного винта обрезаны по внутреннему диаметру насадки с кольцевым зазором 2-3 мм.
С насадкой «Утенок» успешно проходил уже две навигации. За этот срок установлено следующее:
- скорость увеличилась с 10 до 12 км/ч (число Фруда ок. 0,5);
- ходовой дифферент практически отсутствует;
- даже на крутой попутной волне лодка хорошо слушается руля, а гребной винт почти не оголяется;
- лодка надежно идет и удовлетворительно слушается руля на заднем ходу.
Установка подвесного мотора на любую водоизмешающую лодку, будь то фофан, тузик либо четырехвесельный ял, всегда вызывает сильный дифферент на корму, увеличивающийся с увеличением скорости. В в статье о лодке «Пелла» отмечалось, что скорость ее под мотором «Ветерок» (8 л. с.) составляет 9,16 км/ч, когда водитель сидит на кормовой банке, и 11,2 км/ч, когда он сидит в носу. Вот четкий показатель, того, как сказывается ходовой дифферент на скорости. Но есть и другие минусы такой посадки. Достаточно на мысленно провести прямую линию от глаз рулевого, сидящего на корме, вперед через верхнюю точку форштевня, чтобы убедиться: предметы, находящиеся на воде впереди, ему не видны. С таким плохим обзором по курсу эксплуатация любого судна запрещается. Можно предложить два выхода; уложить в носовую часть лодки балласт либо установить на гребной винт насадку.
Если заводы, выпускающие подвесные моторы, освоят и выпуск профилированных антидифферентных насадок, будет сэкономлено немало бензина, а главное - улучшатся условия эксплуатации лодок, повысится безопасность плавания; во всяком случае - уменьшится опасность столкновения с плавающими препятствиями.
На устойчивость грузового судна при движении большое влияние оказывает его загрузка. Управление судном значительно легче, когда оно загружено не полностью. Судно, вообще не имеющее груза, легче слушается руля, но так как винт судна находится близко от поверхности воды, оно обладает повышенной рыскливостью.
При приемке груза, и следовательно, увеличение осадки судно становится менее чувствительным к взаимодействию ветра и волны и более устойчиво удерживается на курсе. От загрузки так же зависит положение корпуса относительно поверхности воды. (т.е. имеет судно крен или дифферент)
От распределения груза по длине судна относительно вертикальной оси зависит момент инерции массы судна. Если большая часть груза сосредоточена в кормовых трюмах, момент инерции становится большим и судно становится менее чувствительным к возмущающим воздействиям внешних сил, т.е. более устойчивым на курсе, но в то же время труднее приводится к курсу.
Улучшение поворотливости можно достичь сосредоточением наиболее тяжелых грузов в средней части корпуса, но при одновременном ухудшении устойчивости движения.
Размещение грузов, особенно тяжеловесов, наверху вызывает валкость и крен судна, что отрицательно влияет на устойчивость. В частности, отрицательное влияние на управляемость оказывает наличие воды под сланями трюма. Эта вода будет перемещаться от борта к борту даже при отклонении руля.
Дифферент судна ухудшает обтекаемость корпуса, снижает скорость и приводит к смещению точки приложения боковой гидродинамической силы на корпусе в нос или корму в зависимости от разности осадок. Влияние этого смещения аналогично изменению диаметральной плоскости за счет изменения площади носового подзора или кормового дейдвуда.
Дифферент на корму смещает в корму центр гидродинамического давления, повышает устойчивость движения на курсе и уменьшает поворотливость. Напротив, дифферент на нос, улучшая поворотливость, ухудшает устойчивость на курсе.
При дифферентах эффективность действия рулей может ухудшиться или улучшиться. При дифференте на корму центр тяжести смещается к корме (рис. 36,а), плечо поворачивающего момента руля и сам момент уменьшаются, поворотливость ухудшается, а устойчивость движения увеличивается. При дифференте на нос, наоборот, при равенстве «рулевых сил» и , плечо и момент увеличиваются, поэтому поворотливость улучшается, но устойчивость на курсе становится хуже (рис. 36, б).
При дифференте на нос у судна улучшается поворотливость, повышается устойчивость движения на встречной волне, и наоборот, появляются сильные раскаты кормы на попутной волне. Кроме этого, при дифференте на нос судна появляется стремление к выходу на ветер на переднем ходу и прекращение уваливания носа под ветер на заднем ходу.
При дифференте на корму судно становится менее поворотливо. На переднем ходу судно устойчиво на курсе, но при встречном волнении легко укланяется с курса.
При сильном дифференте на корму у судна появляется стремление к уваливанию носом под ветер. На заднем ходу судно управляется с трудом, оно постоянно стремится привестись кормой к ветру, особенно при боковом его направлении.
При небольшом дифференте на корму повышается эффективность действия движителей и у большинства судов повышается скорость хода. Однако дальнейшее увеличение дифферента приводит к уменьшению скорости. Дифферент на нос из-за увеличения сопротивления воды движению, как правило, приводит к потере скорости переднего хода.
В практике судовождения дифферент на корму иногда специально создают при буксировках, при плавании во льдах, для уменьшения возможности повреждения винтов и рулей, для повышения устойчивости при движении по направлению волн и ветра и в других случаях.
Иногда судно совершает рейс, имея некоторый крен на какой-либо борт. Крен могут вызывать следующие причины: неправильное расположение грузов, неравномерное расходование топлива и воды, конструктивные недостатки, боковое давление ветра, скопление пассажиров на одном борту и др.
Рис.36 Влияние дифферента Рис. 37 Влияние крена
Крен оказывает различное влияние на устойчивость одновинтового и двухвинтового судна. При крене одновинтовое судно не идет прямо, а стремится уклонится с курса в сторону, противоположную крену. Это объясняется особенностями распределения сил сопротивления воды движению судна.
При движении одновинтового судна без крена на скулы обоих бортов будут оказывать сопротивление две силы и , равные друг другу по величине и направлению (рис. 37, а). Если разложить эти силы на составляющие, то силы и будут направлены перпендикулярно бортам скул и они будут равны друг другу. Следовательно судно будет идти ровно по курсу.
При крене судна на площадь «л» погруженной поверхности скулы накрененного борта больше площади «п» скулы приподнятого борта. Следовательно, большее сопротивление встречной воды будет испытывать скула накрененного борта и меньшее – скула приподнятого борта (рис. 37,б)
Во втором случае силы сопротивления воды и , приложенные к одной и другой скуле, параллельны друг другу, но разные по величине (рис 37,б). При разложении этих сил по правилу параллелограмма на составляющие (так чтоб одна из них была параллельна, а другая перпендикулярна борту), убедимся, что составляющая перпендикулярная борту , больше соответствующей составляющей противоположного борта.
В результате этого можно сделать вывод о том, что нос одновинтового судна при крене уклоняется в сторону приподнятого борта (противоположную крену), т.е. в сторону наименьшего сопротивления воды. Поэтому, чтобы удержать одновинтовое судно на курсе, приходится руль перекладывать в сторону крена. Если на накрененном одновинтовом судне руль будет в положении «прямо», судно совершит циркуляцию в сторону, противоположную крену. Следовательно, при совершении оборотов диаметр циркуляции в сторону крена увеличивается, в противоположную сторону - уменьшается.
У двухвинтовых судов уклонение от курса вызывается совместным воздействием неодинакового лобового сопротивления воды движению корпуса со стороны бортов судна, а так же различной величиной воздействия разворачивающих усилий левой и правой машин при одном числе оборотов.
У судна без крена точка приложения сил сопротивления воды движению находится в диаметральной плоскости, поэтому сопротивление с обоих бортов оказывает равное воздействие на судно (см. рис. 37,а). Кроме того, у судна не имеющего крена, разворачивающие моменты относительно центра тяжести судна, создаваемые упором винтов и , практически одинаковы, так как плечи упоров равны, а поэтому .
Если, например, у судна имеется постоянный крен на левый борт, то углубление правого винта уменьшится и увеличится углубление винтов на правом борту. Центр сопротивления воды движению сместится в сторону накрененного борта и займет положение (см. рис. 37,б) на вертикальной плоскости относительно которой будут действовать упоры движителей с неравными плечами приложения. т.е. тогда < .
Несмотря на то, что правый винт из-за меньшего заглубления будет работать менее эффективно по сравнению с левым, однако с увеличением плеча общий разворачивающий момент от правой машины станет значительно больше чем от левой, т.е. тогда < .
Под воздействием большего момента от правой машины судно будет стремиться уклониться в сторону левого, т.е. накрененного борта. С другой стороны, увеличение сопротивления воды движению судна со стороны скул предопределит стремление уклонить судно в сторону повышенного, т.е. правого борта.
Эти моменты по величине соизмеримы между собой. Практика показывает, что каждый тип судна в зависимости от различных факторов при крене уклоняется в определенную сторону. Кроме того, установлено, что величины уклоняющих моментов весьма малы и их легко компенсировать перекладкой руля на 2-3° в сторону борта, противоположного стороне уклонения.
Коэффициент полноты водоизмещения. Его увеличение приводит к уменьшению силы и уменьшению демпфирующего момента , а следовательно, к улучшению устойчивости на курсе.
Форма кормы. Форма кормы характеризуется площадью кормового подзора (подреза) кормы (т.е. площадью дополняющей корму до прямоугольника)
Рис.38. К определению площади кормового подреза:
а) корма с подвесным или полуподвесным рулем;
б)корма с рулем расположенным за рудерпостом
Площадь ограничивается кормовым перпендикуляром, линией киля (базовой линией) и контуром кормы (на рис. 38 заштрихована). В качестве критерия подреза кормы можно использовать коэффициент :
где - средняя осадка, м.
Параметр является коэффициентом полноты площади ДП.
Конструктивное увеличение площади подреза кормовой оконечности в 2,5 раза может уменьшить диаметр циркуляции в 2 раза. Однако при этом резко ухудшится устойчивость на курсе.
Площадь руля . Увеличение увеличивает поперечную силу руля , но в то же время возрастает и демпфирующее действие руля. Практически получается, что увеличение площади руля приводит к улучшению поворотливости лишь при больших углах перекладки.
Относительное удлинение руля . Увеличение при неизменной его площадиприводит к возрастаниюпоперечной силы руля, что приводит к некоторому улучшению поворотливости.
Расположение руля. Если руль расположен ввинтовой струе, то скорость натекания воды на руль возрастает за счет дополнительной скорости потока, вызванной винтом, что обеспечивает значительное улучшение поворотливости. Этот эффект особенно проявляется на одновинтовых судах в режиме разгона, а по мере приближения скорости к установившемуся значению уменьшается.
На двухвинтовых судах руль, расположенный в ДП, обладает относительно малой эффективностью. Если же на таких судах установлены два пера руля за каждым из винтов, то поворотливость резко возрастает.
Влияние скорости судна на его управляемость появляется неоднозначно. Гидродинамические силы и моменты на руле и корпусе судна пропорциональны квадрату скорости набегающего потока, поэтому при движении судна с установившейся скоростью независимо от её абсолютного значения, соотношения между указанными силами и моментами остаются постоянными. Следовательно, на разных установившихся скоростях траектории (при одинаковых углах перекладки руля) сохраняют свою форму и размеры. Это обстоятельство неоднократно подтверждалось натурными испытаниями. Продольный размер циркуляции (выдвиг) существенно зависят от начальной скорости движения (при маневрировании с малого хода выбег на 30% меньше выбега с полного хода). Поэтому, чтобы совершить оборот на ограниченной акватории при отсутствии ветра и течения, целесообразно перед началом маневра сбавить ход и выполнить оборот на пониженной скорости. Чем меньше акватория,на которой совершается циркуляция судна, тем меньше должна быть первоначальная скорость его хода. Но если в процессе маневра изменить частоту вращения винта, то изменится скорость потока, набегающего на руль, расположенный за винтом. При этом момент, создаваемый рулем. Изменится сразу же, а гидродинамический момент на корпусе судна будет изменяться медленно по мере изменения скорости самого судна, поэтому прежнее соотношение между этими моментами временно нарушится, что приведет к изменению кривизны траектории. При увеличении частоты вращения винта кривизна траектории увеличивается (радиус кривизны уменьшается), и наоборот. Когда скорость судна придет в соответствие с носовой частотой вращения винта, кривизна траектории снова станет равной первоначальному значению.
Все сказанное выше справедливо для случая штилевой погоды. Если же судно подвергается воздействию ветра определенной силы, то в этом случае управляемость существенно зависит от скорости судна: чем скорость меньше, тем больше влияние ветра на управляемость.
Когда по какой-либо причине нет возможности допустить увеличение скорости, но необходимо уменьшить угловую скорость поворота, лучше быстро уменьшить частоту вращения движителей. Это эффективнее, чем перекладка рулевого органа на противоположный борт.