Материал: УТСК-лекция_02_v01

Эксплуатационные и мореходные качества судна

Транспортное судно, как любое инженерное транспортное средство характеризуется рядом эксплуатационных качеств – грузоподъемностью, грузовместимостью, скоростью, дальностью плавания, автономностью и др.

Судно является плавающим транспортным средством и характеризуется так же мореходными качествами – плавучестью, остойчивостью, непотопляемостью, качкой (мореходность) и маневренностью.

2.1. Грузоподъемность

Грузоподъемность – это масса грузов, которые может перевезти судно. Различают чистую грузоподъемность и дедвейт.

Чистая грузоподъемность – это полная масса, перевозимого судном, полезного груза, т.е. масса груза в трюмах и масса пассажиров с багажом и, предназначенных для них, пресной водой и провизией, масса выловленной рыбы и т.п., при загрузке судна по расчетную осадку.

Дедвейт (deadweight) или полная грузоподъемность состоит из перевозимого судном полезного груза (чистая грузоподъемность), из запасов топлива, котельной воды, масла, экипажа с багажом, запасов пресной воды и провизии для экипажа при загрузке судна по расчетную осадку.

Если судно с грузом принимает жидкий балласт (например, лесовозы), то масса этого балласта (переменный балласт) включается в дедвейт судна.

Дедвейт представляет собой сумму всех переменных грузов.

Масса порожнего судна представляет собой сумму всех постоянных масс, из которых слагается масса конструкции простроенного судна (масса корпуса, механизмов, судовых устройств и систем, масса инвентарного снабжения, масса запаса топлива и масла, находящихся в котлах и механизмах готовой к пуску энергетической установки, масса тех остатков различных жидких грузов в цистернах, которые не могут быть удалены при откачке (так называемый мертвый запас), твердый балласт, укладываемый на некоторых судах для обеспечения остойчивости. Для современных грузовых судов составляет 65-75%, у крупнотоннажных танкеров до 82-85%).

Рис. 2.1.

Фрид, стр. 69.

См. таблицу стр. 68, Фрид.

Таким образом,

(2.1)

Во избежании недопустимой перегрузки судна на грузовых судах наносят знак грузовой марки, определяющей в зависимости от размеров и конструкции судна, района его плавания и времени года минимальную допустимую величину надводного борта. Знак грузовой марки наносят на правом и левом бортах в средней части судна.

Грузовую марку наносят в соответствии с правилами регистра РФ, основанными на Международной конвенции о грузовой марке.

Рис. 2.2. Знак грузовой марки и линии, применяемые с этим знаком

«Гребенка» определяет максимальную величину осадки судна при различных условиях.

На рис. 2.2 обозначено: П – пресная, Т – тропики, Л – летом, З – зимой, СА – Северная Атлантика.

Лесовозы снабжают дополнительной лесной грузовой маркой. Существуют еще специальные грузовые марки ограниченного района плавания, грузовые марки местного плавания.

2.2. Грузовместимость

Грузовместимостью называют суммарный объем всех грузовых помещений судна (измеряется в м³).

Различают вместимость по штучному и сыпучему грузу.

Вместимость по сыпучему грузу (зерновая вместимость) равна теоретическому объему грузовых помещений за вычетом объема конструкций набора судна, различных трубопроводов, находящихся внутри грузовых помещений. Обычно этот объем составляет 4-5% теоретического объема грузовых помещений.

Вместимость по штучному грузу (киловая вместимость) на 8-10% меньше зерновой, так как в нее не включается пространство, которое не может быть использовано для размещения ящиков, бочек, кил хлопка и пр.

Общая теоретическая техническая вместимость всех закрытых помещений:

(2.2)

GT – gross tonnage.

(2.3)

К₁G (0,24÷0,32)

Для единообразной оценки размеров судна и, в первую очередь, размеров его помещений в мировой практике принято понятие регистровой вместимости или регистрового тоннажа. В этом случае за регистровую вместимость принимают регистровую тонну, равную 2,83 м³ (100 футов³).

Различают валовую и чистую вместимость.

Валовая вместимость представляет собой полный объем помещений корпуса и закрытых надстроек, за исключением объемов отсеков двойного дна, цистерн водяного балласта, служебных помещений и постов, расположенных на верхней палубе и выше (рубка, радиорубка, помещения вспомогательных механизмов шахты и т.д.).

NT – net tonnage.

В чистую вместимость входят только помещения приносящие непосредственно доход судовладельцу – грузовые помещения и помещения, занимаемые пассажирами или предназначенные для их обслуживания.

Каждое судно получает мерительное свидетельство, в котором указываются его валовая и чистая регистровая вместимость, определенные по действующим в стране национальным Правилам обмера, а такие мерительные свидетельства о регистровой вместимости, определенной по Правилам для судов, проходящих Суэцким и Панамским каналами.

Все взимаемые с судна сборы и пошлины (за пользование причалами, лоцманские и карантинные услуги, за проход каналов и т.п.) исчисляются пропорционально регистровой вместимости.

В 1984 г. наряду с Национальными Правилами действуют Правила новой Международной конвенции по обмеру судов 1969 г. По правилам Международной конвенции 1969 г. определяют валовую и чистую вместимость в безразмерных единицах, которые определяются в зависимости от объема всех закрытых помещений (валовая вместимость) и от объема грузовых помещений (чистая вместимость).

2.3. Скорость хода, дальность плавания, автономность

Скорость хода для морских измеряют в узлах, для речных – в километрах в час.

(2.4)

Скорость сухогрузных судов 16-19 узлов, контейнеровозов 21-25 узлов, танкеров 14-18, балкеров 15-17, лесовозов 13-16.

Дальность плавания – это расстояние, которое судно может пройти с заданной скоростью без пополнения запасов топлива, котельно-питательной воды и масла. Измеряется в морских милях. Дальность достигает для транспортных судов 15000-20000 мл.

D_{экватора}=12758 км, R=6380 км (~6400).

Автономность – это длительность пребывания в рейсе без пополнения запасов топлива, провизии, пресной воды, необходимых для жизни и нормальной деятельности экипажа. Большие транспортные суда имеют автономность до 1-2 месяцев, научно-исследовательские суда, линейные ледоколы, промысловые базы имеют автономность до 1 года.

2.4. Ходкость

Ходкостью судна называется его способность перемещаться по воде с заданной скоростью под действием приложенной к нему движущей силы.

Различают скорость на испытаниях, замеряемую при сдаточных испытаниях на мирной линии при определенных метеорологических условиях; эксплуатационную – в эксплуатационном режиме ЭУ при средних навигационных условиях; минимальную – определяемую минимальной устойчивой частотой вращения главного двигателя или скорость, при которой судно способно управляться.

Ходкость судна определяется сопротивлением воды и воздуха.

Полное сопротивление движению судна включает следующие составляющие:

(2.5)

(2.6)

Кацман, стр. 123

Таблица 2.1

Составляющие сопротивления

В таблице 2.1 скорость судна дана в относительных единицах Fr.

Числом Фруда называется:

(2.7)

Сопротивление трения (R_тр) вызывается трением, обтекающей корпус, воды.

Сопротивление формы (R_ф) вызывается обтеканием корпуса судна вязной жидкостью и образованием в носовой и кормовой частях судна зон повышенного давления, а в средней части – зоны пониженного давления. Волновое сопротивление (R_волн) определяется волнообразованием от движения судна.

Сопротивление трения легко поддается точному расчету и зависит от скорости хода, вязкости жидкости, площади смоченной поверхности и степени ее шероховатости. Причиной возникновения сопротивления трения является вязкость жидкости.

Вязкость жидкости – это свойство, в силу которого в ней проявляются силы внутреннего трения, препятствующие сдвигающим усилиям. Вязкость объясняется движением молекул и действием молекулярных сил. В газах вязкость в основном определяется первой причиной, в капельной жидкости – второй.

Рис. 2.3.

(2.8)

Коэффициент динамичной вязкости.

(2.9)

(2.10)

(2.11)

Вязкость жидкости характеризуют коэффициентом кинематической вязкости V.

V_воды (при t^o_воды=20^оС)=15⁶м/с. С уменьшением температуры вязкость увеличивается, с увеличением температуры вязкость падает.

Сопротивление трения определяется следующей формулой:

(2.12)

где - коэффициент трения эквивалентной пластины, - надбавка на шероховатость.

Кацман, стр. 125

В 1871 г. У.Фруд показал, что можно определить сопротивление трения судна путем буксировки тонких длинных досок, у которых практически могли быть исключены силы давления и оставлены только силы трения. На основе этих опытов было введено понятие эквивалентной пластины, под которой понимается технически гладкая пластина, имеющая длину, равную длине судна по действующей ВЛ, смоченную поверхность, равную смоченной поверхности судна и движущихся со скоростью судна.

Сопротивление формы и волновое сопротивление, объединяемые в одно, так называемое, остаточное сопротивление, оценивают по испытаниям модели судна в опытовом бассейне. Сопротивление формы так же вызвано влиянием вязкости и определяется перераспределением давления вдоль корпуса движущегося судна.

Рис. 2.4.

Кацман, стр. 131

Волновое сопротивление – это часть проекции на ДП результирующей гидродинамических давлений, возникающих в результате судовых волн (корабельных волн). Судовые волны являются следствием возникновения областей повышенного и пониженного давления вдоль корпуса судна при его движении. Судовые волны состоят из двух групп – носовой и кормовой. Носовая группа зарождается несколько позади форштевня, а комовая – несколько впереди ахтерштевня. Каждая из этих групп разделяется в свою очередь на две системы волн – расходящихся (с короткими гребнями) и поперечных. Гребни расходящихся волн лежат на прямых линиях, направленных под углом 18-20^о к ДП.

Рис. 2.5. Схема носовой и кормовой групп расходящихся волн

Рис. 2.6. Параметры регулирования волны

Рис. 2.7. Схема поперечных волн

Носовая группа волн обладает большей интенсивностью. При относительной скорости хода Fr<0.15 практически наблюдаются только расходящиеся волны. С увеличением скорости интенсивность поперечных волн возрастает, а расходящиеся волны становятся малозаметными.

Длина поперечной волны зависит от скорости судна.

(2.13)

где V_S – скорость в узлах.

Для скоростных судов уменьшением волнового сопротивления является важной задачей.

Замечание.

Морские транспортные суда часто длительное время движутся на акватории, ограниченной по глубине и ширине. Наиболее крупные морские порты находятся у устьях рек, поэтому подход к причалу осуществляется по каналам.

Уменьшение глубины фарватера влияет на все составляющие сопротивления и изменяет характер волнообразования. Параметрами, характеризующими движение судна на мелководье являются относительная глубина фарватера Н_ф/Т_m, где Н_ф – глубина фарватера, и относительная скорость движения.

(2.14)

При V=1.2 сопротивление на мелководье становится равным сопротивлению на главной воде.

Рис. 2.8.

Рис. 2.9.

Рис. 2.10.

Рис. 2.11.

Рис. 2.12. Характер волнообразования и сопротивления судна на мелководье

Буксировочная мощность судна – мощность, необходимая для преодоления силы сопротивления при буксировке с заданной скоростью.